Влияние продуктов коррозии на сорбцию и распределение актнидов на минералах трещиноватых пород участка «Енисейский» Нижнеканского массива (Красноярский край)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При проведении моделирования для обоснования безопасности глубинного захоронения радиоактивных отходов (РАО) необходимо учитывать влияние продуктов коррозии металлоконструкций хранилища на сорбционное поведение долгоживущих радионуклидов в среде вмещающих кристаллических пород. В работе исследовано влияние железа (II/III) на сорбцию и пространственное распределение 237Np,239Pu и 241Am на минералах трещиноватого образца гнейса участка «Енисейский» Нижнеканского массива (Красноярский край). Получены кинетические зависимости и определены количественные параметры сорбции актинидов в присутствии железа в модельных растворах, в том числе в растворе после контакта с образцом стали марки СТ3. Показано, что присутствие железа в виде (окси)гидроксидов ускоряет сорбцию актинидов породами, тогда как железо в ионной форме практически не влияет на этот процесс. Методом цифровой радиографии установлена преимущественная фаза удерживания актинидов, которая образовалась в результате осаждения железа (III) на поверхности кальцита. Методом спектроскопии КР определено, что данная фаза соответствует железосодержащему минералу лепидокрокиту.

Об авторах

А. А. Родионова

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН; Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: rodionova@geokhi.ru
ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия; Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

Е. Ю. Хворостинин

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

С. А. Фимина

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

В. С. Перова

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

В. О. Япаскурт

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

И. Э. Власова

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия

А. П. Кривенко

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

С. Е. Винокуров

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

ул. Косыгина, 19, Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Власова И. Э., Захарова Е. В., Волкова А. Г., Аверин А. А., Калмыков С. Н. (2014) Влияние продуктов коррозии на формы нахождения Pu в породах пласта-коллектора при взаимодействии с растворами кислого состава в гидротермальных условиях. Радиохимия. 56(2), 176–183.
  2. Кочкин Б. Т., Линге И. И. (2024) Захоронение РАО на участке Енисейский в Красноярском крае: история выбора площадки и современное состояние исследований. М.: Наука, 368 c.
  3. Родионова А. А., Петров В. Г., Власова И. Э. (2022) Сорбция Np, Pu, Am, Sr, Cs на минеральных фазах пород Нижнеканского гранитоидного массива в условиях ПГЗРО. Радиохимия. 64(6), 573–582.
  4. Родионова А. А., Фимина С. А., Воробей С. С., Винокуров С. Е. (2024) Сорбция Cs, Np, Pu породами участка «Енисейский» в зависимости от температуры и ионной силы растворов после выщелачивания магний-калий-фосфатного компаунда. Атомная энергия. 136(1–2), 56–60.
  5. Anderson E. B., Shabalev S. I., Savonenkov V. G., Lyubtseva E. F., Rogozin Yu. M. (1999) Investigations of the Nizhnekanskiy granitoid massif (Middle Siberia, Russia) as a promising territory for deep geological disposal of HLW: results of pre-exploration stages of the work. MRS Proc. 556(3), 543. https://doi.org/10.1557/PROC-556-543
  6. Arceo-Gomez D. E., Reyes-Trujeque J., Balderas-Hernandez P., Carmona-Hernandez A., Espinoza-Vazquez A., Galvan-Martinez R., Orozco-Cruz R. (2024) Performance and Surface Modification of Cast Iron Corrosion Products by a Green Rust Converter (Mimosa tenuiflora Extract). Surf. 7(1), 143–163. https://doi.org/10.3390/surfaces7010010
  7. Bradbury, M., Berner, U., Curti, E., Hummel, W., Kosakowski, G., Thoenen, T. (2014) The long term geochemical evolution of the nearfield of the HLW repository. Nagra Technical Reports, TR 12–01, Nagra, Villingen, Switzerland, 174.
  8. Dumas T., Fellhauer D., Schild D., Gaona X., Altmaier M., Scheinost A. C. (2019) Plutonium Retention Mechanisms by Magnetite under Anoxic Conditions: Entrapment versus Sorption. ACS Earth Sp. Chem. 3(10), 2197–2206.
  9. Faria D. L., Venancio S. S., Oliveira M. T. (1997) Raman Microspectroscopy of Some Iron Oxides and Oxyhydroxides. J. Raman Spectrosc. 28, 873–878.
  10. Finck N., Nedel S., Dideriksen K., Schlegel M. (2016) Trivalent Actinide Uptake by Iron (Hydr)oxides. Environmental Science & Technology. 50(19), 10428–10436. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b02599
  11. García D., lutzenkirchen J., Huguenel M., Calmels L., Petrov V., Fink N., Schild D. (2021) Adsorption of strontium onto synthetic iron(III) oxide up to high ionic strength systems. Miner. 11(10), 1–18.
  12. Hanesch M. (2009) Raman spectroscopy of iron oxides and (oxy)hydroxides at low laser power and possible applications in environmental magnetic studies. Geophys. J. Int. 177, 941–948. doi: 10.1111/j.1365-246X.2009.04122.x.
  13. Igin V., Krasilnikov V. (2020) Creation of system of final isolation (disposal) of radioactive waste in the Russian Federation. MRS Adv. 5, 275–282. doi: 10.1557/adv.2020.56.
  14. Jardin L. J. (2005) Development of a Comprehensive Plan for Scientific Research, Exploration, and Design: Creation of an Underground Radioactive Waste Isolation Facility at the Nizhnekansky Rock Massif. Report UCRL-TR-213167. P. 476.
  15. Kalmykov S. N., Vlasova I. E., Romanchuk A.Yu., Zakharova E. V., Volkova A. G., Presnyakov I. A. (2014) Partitioning and speciation of Pu in the sedimentary rocks aquifer from the deep liquid nuclear waste disposal. Radiochim. Acta. 103(3), 1–11.
  16. King F., Kolàr M., Briggs S., Behazin M., Keech P., Diomidis N. (2024) Review of the Modelling of Corrosion Processes and Lifetime Prediction for HLW/SF Containers–Part 1: Process Models. Corros. Mater. Degrad. 5, 124–199. https://doi.org/10.3390/cmd5020007
  17. Krawczyk-Bärsch E., Scheinost A. C., Rossberg A., Müller K., Bok F., Hallbeck L., Lehrich J., Schmeide K. (2020) Uranium and neptunium retention mechanisms in Gallionella ferruginea/ferrihydrite systems for remediation purposes. Environmental Science and Pollution Research. 28, 18342–1835. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09563-w
  18. Laverov N. P., Yudintsev S. V., Kochkin B. T., Malkovsky V. I. (2016) The Russian strategy of using crystalline rock as a repository for nuclear waste. Elements. 12(4), 253–256. doi: 10.2113/gselements.12.4.253.
  19. Li D., Kaplan D. (2012). Sorption coefficients and molecular mechanisms of Pu, U, Np, Am and Tc to Fe (hydr)oxides: A review. J. of Haz. Mat. 243, 1–18. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.09.011
  20. Liu C., Wang J., Zhang Z., Han E. H. (2017) Studies on corrosion behaviour of low carbon steel canister with and without γ-irradiation in China’s HLW disposal repository. Corros. Eng. Sci. Technol. 52, 136–140.
  21. Lundén I., Andersson K., Skarnemark G. (1996) Modelling of uranium and neptunium chemistry in a deep rock environment, Aquat. Geochem. 2(4), 345–358.
  22. Mahmoudzadeh B., Liu L., Moreno L., Neretnieks I. (2013) Solute transport in fractured rocks with stagnant water zone and rock matrix composed of different geological layers-model development and simulations. Water Resour. Res. 49, 1709–1727. doi: 10.1002/wrcr.20132.
  23. Mazzetti L., Thistlethwaite P. J. (2002) Raman spectra and thermal transformations of ferrihydrite and schwertmannite. J. Raman Spectrosc. 33, 104–111.
  24. McKinley I. G., Russell A. W., Blaser P. C. (2007) Development of geological disposal concepts. Radioact. Environ. 9, P. 41. https://doi.org/10.1016/S1569-4860(06)09003-6
  25. Metcalfe R., Milodowski A. E., Field L. P., Wogelius R. A., Carpenter G., Yardley B. W.D., Norris S. (2021) Natural analogue evidence for controls on radionuclide uptake by fractured crystalline rock. Appl. Geochemistry. 124, 104812. doi: 10.1016/j.apgeochem.2020.10482.
  26. Metz V., Geckeis H., Gonza ́lez-Robles E., Loida A., Bube C., Kienzler B. (2012) Radionuclide behaviour in the near-field of a geological repository for spent nuclear fuel. Radiochim. Acta. 100, 699–713. doi: 10.1524/ract.2012.1967.
  27. Mon A., Samper J., Montenegro L., Jesús T. M., Torres E., Cuevas J., Fernandez R., De Windt L. (2023) Reactive transport models of the geochemical interactions at the iron/ bentonite interface in laboratory corrosion tests. Applied Clay Science. 240, 06981. https://doi.org/10.1016/j.clay.2023.106981
  28. Pinto P. S., Lanza G. D., Ardisson J.D, Lago R. M. (2019) Controlled Dehydration of Fe(OH)3 to Fe2O3: Developing Mesopores with Complexing Iron Species for the Adsorption of β-Lactam Antibiotics. J. Braz. Chem. Soc. 30(2), 310–317.
  29. Roberts H. E., Morris K., Mosselmans J., Law G., Shaw S. (2019) Neptunium Reactivity During Co-Precipitation and Oxidation of Fe(II)/Fe(III) (Oxyhydr)oxides. Geoscien. 9(1), 27. https://doi.org/10.3390/geosciences9010027
  30. Rodionova A. A., Petrov V. G., Vlasova I. E., Rozov K. B., Nevolin I. M., Yapaskurt V. O., Rumynin V. G., Kalmykov S. N. (2022) Sorption and spatial distribution of 137Cs,90Sr and241Am on mineral phases of fractured rocks of Nizhnekansky granitoid massif. Energ. 15, 7440. doi: 10.3390/en15197440.
  31. Romanchuk A. Y., Kalmykov S. N., Aliev R. A. (2011) Plutonium sorption onto hematite colloids at femto- and nanomolar concentrations. Radiochim. Acta. 99(3), 137–144.
  32. Romanchuk A. Yu., Trigub A. L., Kalmykov S. N. (2024) Going deeper into plutonium sorption affected by redox. Journal of Contaminant Hydrology. 266, 104400. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2024.104400
  33. Rozov K. B., Rumynin V. G., Nikulenkov A. M., Leskova P. G. (2018) Sorption of137Cs,90Sr, Se,99Tc,152(154) Eu,239(240) Pu on fractured rocks of the Yeniseysky site (Nizhne-Kansky massif, Krasnoyarsk region, Russia). J. Environ. Radioact. 192, 513–523. doi: 10.1016/j.jenvrad.2018.08.001.
  34. Sakuragi T., Sato S., Kozaki, T., Mitsugashira T., Hara M., Suzuki Y. (2004) Am(III) and Eu(III) uptake on hematite in the presence of humic acid. Radiochim. Acta. 92(9–11), 697–702.
  35. Sanchez A. L., Murray J. W., Sibley T. H. (1985) The adsorption of plutonium IV and V on goethite. Geochim. Cosmochim. Acta. 49(11), 2297–2307.
  36. Scott T. B., Allen G. C., Heard P. J., Randell M. G. (2005) Reduction of U(VI) to U(IV) on the surface of magnetite. Geochim. Cosmochim. Acta. 69(24), 5639–5646.
  37. Torres E., Escribano A., Baldonedo J. L., Turrero M. J., Martin P. L., Pena J., Villar M. V. (2009) Evolution of the geochemical conditions in the bentonite barrier and its influence on the corrosion of the carbon steel canister. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1124, 301–306.
  38. Townsend L. T., Smith K. F., Winstanley E. H., Morris K., Stagg O., Mosselmans J. F.W., Livens F. R., Abrahamsen-Mills L., Blackham R., Shaw S. (2022) Neptunium and Uranium Interactions with Environmentally and Industrially Relevant Iron Minerals. Minerals. 12, 165. https://doi.org/10.3390/min12020165.
  39. Zavarin M., Roberts S. K., Hakem N., Sawvel A. M., Kersting A. B. (2005) Eu(III), Sm(III), Np(V), Pu (V), and Pu(IV) sorption to calcite. Radiochim. Acta. 93, 93–102.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).