ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ С ОБЩЕЙ ФОРМУЛОЙ Ak(UO2An)k∙nH2O (An- PO43-, AsO43-, VO43-, HSiO43-; Ak –Na, K, Cs, Ca, Mg, Cu, Ba, Sr)

Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов XІІІ Международной научно-практической конференции (Москва - Астана - Харьков - Вена, 28 октября 2016)

Секция: Химические науки

ЗАХАРЫЧЕВА НАТАЛЬЯ СЕРГЕЕВНА

к.х.н., научный сотрудник НИИ химии

ННГУ им. Н.И. Лобачевского

г. Нижний Новгород, Россия

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ С ОБЩЕЙ ФОРМУЛОЙ A^k(UO₂An)_k∙nH₂O (An- PO₄^3-, AsO₄^3-, VO₄^3-, HSiO₄^3-; A^k –Na, K, Cs, Ca, Mg, Cu, Ba, Sr)

Предупреждение распространения опасных радионуклидов при попадании их в окружающую среду представляет собой важную экологическую задачу. Одним из способов ее решения является включение их в структуру труднорастворимых соединений. Ураносодержащие соединения с общей формулой Ak(UO2An)k∙nH2O, где Ak – одно-, двух- и трехвалентные элементы, An – PO43-, AsO43-, VO43-, HSiO43- относятся к обширному классу низкорастворимых фаз. Ранее в работах [1–7] было исследовано их состояние при контакте с водными растворами и установлено, что соединения сохраняют свою структуру и строение в широком интервале кислотности среды. Однако для практической реализации поставленной задачи необходимо знать в какой последовательности будут образовываться ряды этих соединений.

С использованием программного пакета HCh [8, 9] и известных функций Гиббса образования урансодержащих соединений состава Ak(UO2An)k∙nH2O (An- PO43-, AsO43-, VO43-, HSiO43-; Ak –Na, K, Cs, Ca, Mg, Cu, Ba, Sr, Pb) было проведено термодинамическое моделирование, в ходе которого были получены «вытеснительные» ряды металлов для уранофосфатов, ураноарсенатов, уранованадатов и ураносиликатов. В процессе проведения термодинамического моделирования рассчитывали равновесный состав смеси и устанавливали соединение какого металла Ak преобладает в осадке. Кроме часто входящих в состав труднорастворимых соединений катионов, таких как Na, K, Mg, Ca, Ba, Pb, Cu, была рассмотрена вероятность включения в их структуру Сs137 и Sr90 как экологически опасных радионуклидов.

Полученные в результате термодинамического моделирования «вытеснительные» ряды металлов для соединений Ak(UO2An)k∙nH2O, (An- PO43-, AsO43-, VO43-, HSiO43-; Ak –Na, K, Cs, Ca, Mg, Cu, Ba, Sr, Pb) сведены в таблицу (слева направо вытеснительная способность снижается).

*соединения этих элементов в природе не обнаружены

Установлено, что, в целом, большей вытеснительной способностью обладают двухвалентные элементы, а разбавление раствора не оказывает существенного влияния на последовательность включения катионов в структуру труднорастворимых соединений урана, но приводит лишь к большему смещению однозарядных катионов ближе к концу ряда. Полученные данные хорошо согласуются с обобщенными минералогическими наблюдениями и выводами об условиях образования в природе различных ураносодержащих минералов. Например, калий и кальций имеют практически равные шансы образовать уранованадиевый минерал – карнотит и тюямунит соответственно. С учетом того, что калий в грунтовых водах, как правило, преобладает над кальцием, то наиболее распространенным в природе является карнотит, а тюямунит образуется только в зонах с повышенным содержанием кальция. В случае ураносиликатов следует отметить, что минералы ряда уранофана с общей формулой Аk(HBIVUO6)k·nH2O (Ak – Na, K, Cs, Ca, Mg, Cu) образуются раньше, чем представители группы казолита АIIBIVUO6·nH2O (AII-Pb, Ba, Sr), что также хорошо согласуется с их большей распространенностью в природе и более мягкими условиями получения синтетических аналогов. Данные таблицы показывают, что экологически опасный радионуклид Sr90 может довольно легко включаться в структуру уранофосфатов, ураноарсенатов и уранованадатов, Cs137, в свою очередь, предпочтительнее связывается с образованием соответствующего уранованадата, в то время как ураносиликаты стронция и цезия образуются значительно труднее.

Литература:

1. Nipruk O. V. State of uranyl silicates MII(HSiUO6)2 ·6H2O (MII=Mn, Co, Ni, Cu, Zn) in aqueous solutions / Nipruk O.V., Chernorukov N. G., Zakharycheva N. S., Kostrova E. L. // J. Radioanal. Nucl. Chem. – 2013.– V. 298. – Р. 519-529.
2. Нипрук О. В. Исследование ураносиликатов и ураногерманатов щелочных элементов в насыщенных водных растворах / Нипрук О.В., Черноруков Н. Г., Захарычева Н. С., Кулешова Н. В. // Радиохимия. –2013. – Т.55. – №2. – С. 136-143.
3. Нипрук О. В. Исследование состояния ураносиликатов состава MIII(HSiUO6)3∙10Н2О (MIII – La-Lu, Y) в водных растворах / Нипрук О.В., Черноруков Н. Г., Захарычева Н. С., Кострова Е. Л. // Радиохимия. – 2013. – Т.55. – №1. – С. 33-40.
4. Нипрук О. В. Исследование состояния уранофосфатов состава MII(РUO6)2∙nН2О (MII – Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+) в водных растворах / Нипрук О.В., Черноруков Н. Г., Захарычева Н. С., Арова М.И. // Радиохимия. – 2012. – Т. 54. – № 6. – С.528-535.
5. Нипрук О. В. Исследование состояния ураноарсенатов состава MII(AsUO6)2∙nН2О (MII – Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+) в водных растворах / Нипрук О.В., Черноруков Н. Г., Пыхова Ю.П., Захарычева Н. С. // Журнал общей химии. – 2012. – Т. 82. – № 8. – С. 1263-1271.
6. Нипрук О. В. Исследование гетерогенных равновесий в водных растворах уранофосфатов состава MII(PUO6)2·nH2O (MII – Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+) / Нипрук О.В., Пыхова Ю.П., Черноруков Г. Н., Захарычева Н. С., Абражеев Р. В. // Радиохимия. – 2011. – Т. 53. – № 5. – С. 403-409.
7. Нипрук О. В. Исследование состояния уранофосфатов состава MIPUO6·nН2О (MI – H+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4+) в насыщенных водных растворах / Нипрук О.В., Черноруков Н. Г., Пыхова Ю.П., Захарычева Н. С. // Радиохимия. – 2011. – Т.53. – № 4. – С. 307-314.
8. Шваров Ю. В. HCh: Новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows / Шваров Ю. В. // Геохимия. – 2008. – №8. – С. 898-903.
9. Shvarov Yu. V. Algorithmization of the numeric equilibrium modeling of dynamic geochemical processes / Shvarov Yu. V. // Geochemistry International. – 1999. – V. 37 – № 6. – P. 571-576.