ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

214 

 

Аналитические  характеристики  органической  части  и  основных  минеральных 

компонентов исследуемого образца представлены на ИК-спектре (рисунок 1). 

 

 

Рисунок 1 – ИК-спектр образца шлама 

 

Органическое вещество  имеет типичные спектры поглощения в области  700-4000 

см

-1

. Наиболее информативны следующие участки: 

-интенсивные  полосы  поглощения  в  области  2921-  2854  см

-1 

и  1440-1480  см

-1

  –

характерные для колебания CH

2

- CH

3

- алифатических групп 

- полоса в области 3040 см

-1

 относится к ароматическим колебаниям –СН- группы 

-  область  1600-1690  см

-1

  принадлежит  колебаниям  С=О  групп  кетонов,  кислот  и 

сложных эфиров.  

Минеральная  составляющая представлена:  

-глинистыми  минералами  (Al,  Si):  аллофан  mAl

2

O

3

∙nSiO

2

∙pH

2

O    с  максимумом  799 

см

-1

,  галлуазит  Al

4

(OН)

2

∙4H

2

O    с  очень  интенсивным  пиком  1030  см

-1

,  иллит  -  полоса  в 

области 472 см

-1

.  

-  интенсивная  полоса  в  области  1100-1200см

-1

  характера  для  кремнекислородного  

каркаса кварца (Si-O-Si и O-Si-O) и дуплетную полосу в области 750см

-1

 характерную для 

колебания колец (Si-O-Si). 

- область 500-600 см

-1

 с пиком 517 см

-1

 принадлежит колебаниям Fe

2

O

3 

[5]. 

На  рисунке  2  показано  распределение    органического  вещества  и  минеральных 

вкраплений  для частички исследуемого шлама. 

 

Рисунок 2 – Микрофотография частиц шлама 

Органическое  вещество  представлено  на  фотографии  в  виде  серых  частицы 

размерами от 5 до 90 μм. Частички размером  2-4 μм белого цвета- соединения алюминия. 

Черным  цветом  представлены  частицы  диоксида  кремния    в  виде  мелкодисперсного 

вкрапления, точный размер которых практически не устанавливается.  Т.е. органическая и 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

215 

 

минеральная части настолько тесно связанны друг с другом, что не отделяются даже при 

тонком  помоле.      Минеральная  часть  угля  тонкодиспергирована  в  самом  органическом 

веществе и трудно извлекается при обогащении, что подтверждают данные таблицы 2. 

 

Таблица 2 – Результаты обогащения исходного шлама 

 

Продукт обогащения 

Выход, γ, % 

Зольность, А

d

,% 

Концентрат  

Отходы  

32,04 

67,96 

44,02 

44,82 

Исходный уголь 

100 

44,56 

 

Таким  образом,  после  обогащения  (флотации)  остается  огромное  количество 

угольного  шлама,  которое  не  находит  квалифицированного  применения.    Его,  конечно, 

можно  использовать  для  производства  строительных  материалов,  для  дорожного 

строительства. Но это не решает полной проблемы его утилизации. 

Однако,  как  видно  из  (табл.3.  1)  и  (рис.3.  1),  зола  этого  шлама  относится  к 

силикатным  (кислым)  золам  с  высоким  содержанием  SiO

2

,  Al

2

O

3

,  TiO

2

  и  Fe

2

O

3. 

Содержание  этих  элементов  в  золе  позволяет  обеспечить  рентабельность  технологий  их 

извлечения,  тем  более  что  данные  компоненты  преимущественно  находятся  в 

мелкодисперсной  фракции

, 

которая  может  не  подвергаться  дополнительному 

измельчению.  Потребуется  только  классификация  (рассеивание)  золы  для  удаления 

крупных  оплавленных  стекловидных  кусков,  которые  могут  перерабатываться  отдельно 

[3]. 

Таким образом, после сжигания такого шлама и при соответственно разработанной 

технологической  схеме  переработки,  его зола  может  быть источником  ценных товарных 

продуктов.  К  ним  относятся  оксид  алюминия,    диоксид  кремния,  интерес  к  которому  в 

последние годы возрастает [6] и некоторые редкоземельные элементы.  

 

Список литературы 

 

1 Антипенко Л.А. К вопросу о современных технологиях переработки и обогащения 

угля / Л.А. Антипенко // Уголь. - 2015. – № 12. – С. 68-73. 

2 Шпирт М.Я.  Особенности  накопления  микроэлементов  в  углях  различных 

бассейнов России/ М.Я. Шпирт, С.А. Пунанова // Химия твердого топлива. – 2011. – № 3. 

– С. 10-25. 

3 Пашков Г.Л. Золы природных углей – нетрадиционный сырьевой источник редких 

элементов  /  Г.Л. Пашков  [и  др.]  //  Journal  of  Siberian  Federal  University.  Engineering  & 

Technologies. – 2012. – № 5. – С. 520-530  

4 Харлампенкова Ю.А. Особенности вещественного состава высокозольного шлама 

труднообогатимого угля / Ю.А.Харлампенкова [и др.] // Кокс и химия.-2016.-№8.-С. 9-12 

5 Kirk C.  T.  Quantitative  analysis  of  the  effect  of  disorder-induced  mode  coupling  on 

infrared  absorption  in  silica /  C.T. Kirk // Phys.  Rev.  B  Condens.  Matter.  – 1988.  –  V  38(2). – 

P. 1255-127. 

6 Римкевич В.С.  Перспективы  комплексного  использования  кремнеземсодержащего 

сырья Верхнего и Среднего Приамурья / В.С. Римкевич, Л.П. Демьянова, А.П. Сорокин // 

Физико-технические  проблемы  разработки  полезных  ископаемых.  –  2011.  –  №4.  – 

C. 106-116. 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

216 

 

References 

 

1 Antipenko L.A. On the question of modern technologies of processing and enrichment of 

coal / LA Antipenko // Coal. - 2015. - № 12. - S. 68- 73. 

2 Shpirt M.J. Features of accumulation of trace elements in coals of various Russian / M.J. 

Shpirt, S.A. Punanova // Solid Fuel Chemistry. - 2011. - № 3. - S. 10-25. 

3 Pashkov G.L. Natural Ash coal - non-traditional raw material source of rare elements / 

G.L. Pashkov [et al.] // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. - 

2012. - № 5. - S. 520- 530. 

4 Кharlampenkova Y.A. Features of material composition of high-refractory slurry of coal 

/ Yu.A. Kharlampenkova [et al.] // Coke and himiya.-2016.-№8.-C. 9-12. 

5 Kirk C. T. Quantitative analysis of the effect of disorder-induced mode coupling on 

infrared absorption in silica / C.T. Kirk // Phys. Rev. B Condens. Matter. - 1988. - V 38 (2). - P. 

127 1255. 

6 Rimkevich V.S. Тhe integrated use of silica-containing materials Prospects Upper and 

Middle Amur Region / V.S. Rimkevich, L.P. Demyanova, A.P. Sorokin // Physical and technical 

problems of mining. - 2011. - №4. - C. 106- 116. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

217 

 

УДК: 504.064.2 

 

1

Яровая Е.Ю.*, 

1

Буркитбаев М.М., 

2

Прист Н. 

 

1 

Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Казахстан,  

2

 AECL Chalk river Laboratories, Canada 

*E-mail: 

k-yelena@mail.ru

 

 

Распределение 

90

Sr по профилю почвы северной части территории бывшего 

Семипалатинского испытательного полигона  

 

Изучены  формы  нахождения 

90

Sr  в  почве  северной  части  Семипалатинского 

испытательного полигона и некоторых других регионов, подверженных радионуклидному 

загрязнению.  Результаты  исследования  показали,  что 

90

Sr  в  основном  находится  в 

прочносвязанной форме, а доля  водорастворимой и обменной форм не превышает долей 

процента. 

Ключевые  слова:  Радионуклидное  загрязнение,  стронций-90,  формы  нахождения,  

Семипалатинский полигон 

 

1

Яровая Е., 

1

Буркитбаев М.М., 

2

Прист.Н. 

 

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан 

2

 AECL Chalk river Laboratories, Канада 

 

Топырақта 

90

Sr тарату бұрынғы Семей сынақ полигоны аумағында солтүстік бөлігі 

профиль 

 

ССП солтүстік бөлігіндегі топырақтың құрамындағы 

90

Sr болу формалары зерттелді. 

Зерттеу  нәтижелері 

90

Sr  негізінен  тығыз  байланысқан  формада,  ал  суда  ерігіш  және 

алмасқыш формаларының мөлшері оншақты пайыздан аспайтынын көрсетті. 

Түйін сөздер: радионуклидті ластануы, стронций-90, пайда болу формалары, Семей 

полигоны. 

 

1

Yarovaya Y., 

1

Burkitbayev M., 

2 

Priest N. 

 

1

Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 

2

 AECL Chalk river Laboratories, Canada 

 

90

Sr distribution in the soil profile of the northern part of the territory of the former 

Semipalatinsk test site 

 

90

Sr speciation in the soil of northern part of Semipalatinsk nuclear test site and some other 

regions  with  radionuclide  contamination  are  studied.  Results  of  research  have  shown  that 

90

Sr 

basically is in firm fixed form, and the share of water-soluble and exchangeable forms does not 

exceed shares of percent. 

Keywords:  Radionuclide  contamination,  strontium-90,  radionuclide  speciation,  the 

Semipalatinsk test site 

 

Введение 

 

Северная  часть  территории  бывшего  Семипалатинского  испытательного  полигона 

(СИП)  активно  используется  для  сельскохозяйственной  деятельности:  выпаса  скота; 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

218 

 

заготовки  сена;  производства  зерновых  культур  и  т.д.  [1].  Вблизи  этой  местности 

проводили  испытания  боевых  радиоактивных  веществ  [2],  влияние  которых  на 

окружающую  среду  и  людей,  занимающихся  трудовой  деятельностью  на  данном  и 

прилегающем к нему участках  мало исследованы.   

В связи с этим, целью данной  работы являлось исследование радиоэкологического 

состояния  северной территории СИП, определение степени влияния  испытаний боевых 

радиоактивных веществ (БРВ) на окружающую среду.  

 

Эксперимент 

 

Для  определения  геохимических  форм  нахождения 

90

Sr  в  почве  был  использован 

метод  ступенчатого  элюирования,  предложенный  Тессиером,  который  основан  на 

выделении  радионуклидов  из  твердого  тела  с  применением  реагентов  с  высокой 

растворяющей способностью [3]. Этим же методом были исследованы образцы почвы из 

других регионов, подверженных радионуклидному загрязнению, в том числе  из Испании 

(образец  грунта  из  района  п.Паламарес)  и  Ирландии  (образец  донного  осадка  из 

Ирландского  моря  -  последствия  аварии  на  плутониевом  заводе  Великобритании 

(Селлафилд).  Последние  два  образца  были  получены  нами  в  рамках  выполнения 

Международного проекта с Миддлесекским университетом (г.Лондон, Великобритания).  

В качестве экстрагирующих растворов использовали H

2

O (водорастворимая форма), 

CH

3

COONH

4

  1  моль/л  (обменная),  HCl  1  моль/л  (подвижная),  HCl  6  моль/л 

(кислоторастворимый 

90

Sr 

из 

глобальных 

выпадений), 

HNO

3

 

7.5 

моль/л 

(кислоторастворимый  стронций).  Данные  экстрагенты  не  нарушали  равновесие  твердая 

фаза  почвы  ↔  раствор,  следовательно,  они  не  изменяли  рН  почвы,  форму  соединения, 

принимали активное участие в реакциях ионного обмена. 

Использование  экстрагирующих  растворов  с  постепенно  увеличивающейся 

интенсивностью  замещения/растворимости  к  концу  экстрагирующей  схемы  давало 

дополнительную информацию о фракциях вредных веществ в почве, которые могли быть 

высвобождены  из  соединений  почвенных  фаз  и,  стать  доступными  для  растений  из-за 

разрушений под влиянием атмосферных воздействий, разложения или других почвенных 

процессов. 

 

Результаты и их обсуждение 

 

Миграционная  способность 

90

Sr,  также  как  и  других  радионуклидов  и  тяжелых 

металлов зависит во многом от физико-химических свойств самой почвы. 

 

На  северной территории СИП в основном распространены почвы каштанового типа, 

которые  являются  типичными  представителями  сухо-степной  зоны  Казахстана  [4]. 

Физико-химические параметры почвы  приведены в таблице 1. 

 

Таблица  1  –  Физико-химические  параметры  почвы  северной  части  полигона.  Слой 

горизонта  почвы  0-10  см.  (Анализ  почвы  проведен  в  аналитической  лаборатории  НИИ 

Почвоведения и агрохимии им.У.У.Успанова) 

 

Название почвы  Емкость 

поглощения Са

2+

, 

мг∙экв/100г  почвы 

Подвижный 

Р

2

О

5 ,

мг/кг 

Подвижный К

2

О, 

мг/кг 

Содержание 

гумуса,  % 

Светло-

каштановая 

 

 

11,0 

 

15,0 

 

270 

 

1,35 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

219 

 

Как можно видеть из данных таблицы, почва исследуемой территории не отличается 

большим содержанием гумуса, но содержит катионы, способные к ионному обмену. 

Минералогический состав почвы, определенный методом РФА позволил установить, 

что  состав  почвы  представлен  разнообразными  неорганическими  минеральными 

образованиями,  такими  как  природные  силикаты  (кварц)  и  алюмосиликаты  (кварц, 

полевые шпаты, слюды, амфибол). Кроме того, геохимическими фазами почвы могут быть 

также  различные  минералы,  включающие  в  себя  оксиды,  гидроксиды,  карбонаты, 

сульфиды  металлов и  другие вещества. 

Таким  образом,  почва  представляет  собой  сложную  многокомпонентную  систему, 

состоящую из   минеральных и  органических веществ.     Миграционная способность 

90

Sr  

зависит  от  многих  факторов,  в  числе  которых  природа  сил,  удерживающих  соединения 

радиоактивного 

90

Sr  минеральными  и  органическими  компонентами  почвы.  Также 

большое  значение  для  прогнозирования  наземной,  водной  и  воздушной  миграции 

90

Sr 

имеют  сведения  о    содержании  стронция  в  почве,  распределении  его  по  геохимическим 

фракциям, ответственных за фиксацию радионуклидов. 

Результаты  исследования  степени  фиксации 

90

Sr  геохимическими  фазами  почвы 

различного генезиса представлены на рисунке.  

Известно,  что  загрязнения  почв  в  образцах  отобранных  на  участке  «Телькем-1»  и 

«Телькем-2»  ,  а  также  на  участке  «Балапан»    происходило  в  результате  подземных  

ядерных взрывов, сопровождавшихся выбросом грунта (экскавационные взрывы).                   

 

 

Рисунок – Распределение  

90

Sr по почвенным геохимическим фракциям 

 

Радионуклидное  загрязнение    почвы  в  районе  поселка  Паламарес  (юго-западная 

Испания)  возникло  в  результате    авиакрушения  тяжелых  американских  самолетов  с  

термоядерными  бомбами  на  борту  (январь,  1966  г.),  две  из  которых  разрушились  под 

действием  химических  детонаторов  при  ударе  о  землю.  Происхождение  загрязнения    в 

Ирландском  море  связано  с  аварией,  которая  произошла  в  1957  году  на  заводе,  

производящем оружейный 

239

Pu (Видскейл) и, исследованный нами образец, представлял 

собой  донное  отложение.  Радионуклидное  загрязнение    участка    СИП,  известного  как 

площадка  «4а»,  обусловлено  проведением  испытаний    боевых  радиоактивных  веществ 

(БРВ), которые  представляли собой жидкие отходы радиохимических заводов.  

Пло

щад

ка  

4

а 

 

Б

алапан

 

 

Па

ламар

ес

 

 

Силл

аф

и

лд

 

 

Те

лк

ем 

1

 

 

Те

лк

ем 

1

 

(г

р

ебе

нь

) 

 

Те

лк

ем 

2

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

220 

 

Как можно видеть из  рисунка, несмотря на различный генезис 

90

Sr,      характер  его 

связывания минеральными составляющими почвы имеет свои особенности. 

Доля  водорастворимой    формы 

90

Sr  составляет  всего  сотые  доли  процента  для 

образцов почвы, отобранных на участке «4а», «Балапан», «Телькем 1» и несколько выше 

для    почвы  «Телькем  2»  –  2,6  %.  Известно,  что  для  глобальных  выпадений  доля 

водорастворимой части 

90

Sr составляет более 70% .  

Обменная  форма 

90

Sr  присутствует  во  всех  исследованных  образцах  почвы  в 

меньшем количестве, чем водорастворимая фракция. 

Обменная  форма 

90

Sr,    связанная  с  аморфными  карбонатами  также  невелика  и 

составляет доли процентов. 

Форма 

90

Sr, связанная  с оксидами железа и марганца почвы довольно значительна  

и достигает порядка 10%. 

Форма 

90

Sr, связанная с органическими веществами и кислородными соединениями 

железа (II)  достигает нескольких процентов. Наибольшее относительное содержание этой 

формы наблюдается для образца донного отложения из Ирландского моря. 

Кислотнорастворимая фракция 

90

Sr  составляет  20-30 процентов. 

Прочносвязанная форма 

90

Sr достигает 40-60%. 

Не  смотря  на  различный  генезис  происхождения 

90

Sr  в  исследованных  почвах, 

многие  закономерности  его  распределения  в  почвенных  геохимических  образованиях 

различаются, как видно из данных рисунка, не значительно: водорастворимая и обменная 

доли  исследованного  радионуклида  не  превышают  десятых  долей  процента. 

Значительную  часть  радионуклида    содержат  минеральные  компоненты  почвы, 

разрушающиеся  под  действием  азотной  и  смеси  азотной  и  плавиковой  кислот  (так 

называемые  кислотнорастворимая  и  прочносвязанная  формы 

90

Sr).  Возникновение  таких 

форм 

90

Sr  можно  объяснить  высокотемпературными  процессами  спекания    продуктов 

деления  с  минеральными  компонентами  почвы  во  время  ядерного  взрыва.  Но  это  не 

объясняет  высокое содержание этой формы радионуклида в почве площадки «4а». 

Логично  было  бы  ожидать  в  этой  почве  более  представительной  доли 

водорастворимой  и обменной форм 

90

Sr,  так как  в  азотнокислых  растворах   

90

Sr  должен 

присутствовать в катионной форме, т.е. в форме, удобной для процесса ионного обмена с 

подвижными катионами минеральных составляющих почвы - алюмосиликатами. Вместе с 

тем, содержание водорастворимой и обменной форм 

90

Sr в почве участка «4а» в сумме не 

превышает десятых долей процента.  

Такое несоответствие ожидаемой и реальной ситуации связано, по-видимому, с тем, 

что  жидкие  отходы  радиохимических    заводов  содержат  азотную  кислоту,  так  как  эта 

кислота  является  основной  средой  во  всех  стадиях    технологии    радиохимического 

процесса. Поэтому при попадании в почву азотная кислота начинает активно растворять 

ее  силикатную  и  алюмосиликатную  минеральные  составляющие,  в  результате  чего  

высвобождается ортокремневая кислота. На примере силиката кальция реакция выглядит 

следующим образом: 

 

Ca SiO

3 

 + 2 H

+   

= Ca 

2+  

+  Si(OH)

4

     ( H

4

SiO

4 

) 

 

Ортокремневая  кислота  быстро  подвергается  реакции  поликонденсации  с 

образованием полимерных силикатов: 

 

n(Si(OH)

4

)    =   (SiO

2

)n(OH)m  +  (4n-m)H

2

O 

 

cо 

сложной  архитектурой  силикатной  цепи,  которая  способна  жестко 

иммобилизовать  в  свою  структуру  катионы  металлов  и  в  том  числе  катионы 

90

Sr  в 

гельевидном состоянии с последующим процессом твердения. Наличие силоксанной связи  

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: