Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного университета и Кольского научного центра Российской академии наук (РАН) синтезировали и изучили наиболее устойчивые вторичные минералы урана, находящиеся в природе. Это поможет в работе над концепцией химических барьеров, предотвращающих подземную миграцию урана в районах размещения его минерального сырья. Статья об этом опубликована в Inorganic Chemistry.
По словам ученых, результаты работы проливают свет на процесс формирования наиболее распространенных в природе вторичных минералов урана, сульфатов урана, в естественных условиях. Информация необходима, чтобы исследовать и предотвращать миграцию урана в месторождениях этого опасного химического элемента и в районах расположения радиоактивных отходов.
Ученые показали, что введение селена (Se) повышает кристаллическую устойчивость структур минералов урана. Таким образом, можно создать искусственные химические барьеры для нераспространения радиоактивного элемента.
«Присутствие грунтовых вод и доступ кислорода ведет к образованию вторичных форм соединений урана с последующим его распространением в природных объектах. Понимание принципов образования вторичных минералов или фаз урана — важная задача обеспечения радиационной безопасности в процессах вскрытия, переработки минерального уранового сырья, предотвращения миграции урана в окружающей среде. Варьируя химический состав урансодержащей системы, можно добиваться образования более устойчивых и малорастворимых фаз урана, которые препятствуют выносу радиоактивных материалов из зон окисления урановых руд в окружающую среду», — рассказал один их соавторов работы директор Школы естественных наук ДВФУ Иван Тананаев.
В ходе экспериментов исследователи получили новые соединения сульфато-селенатных систем трех структурных типов, схожих по строению и имеющих одинаковый состав Mg[(UO2)(TO4)2(H2O)](H2O)4 (T = S,Se). Они содержат одинаковые слои, но имеют различную последовательность их укладки в зависимости от молярного соотношения Se/(Se+S). В условиях природных месторождений или геологических могильников радиоактивных отходов (РАО) подобные структуры образуются из-за окисления и целого ряда других причин.
«Мы получили наиболее устойчивую структурную модификацию для сульфато-селенатной системы, которая является промежуточной и обладает большой термодинамической устойчивостью, то есть препятствует распространению уранил-ионов. Это особенно интересно, потому что недавно в природе был обнаружен минерал ритвельдит, обладающий точно такой же структурой, как и наша система. Разница лишь в том, что вместо магния в нем присутствует железо Fe[(UO2)(SO4)2(H2O)](H2O)4. Это значит, что исследуемые нами процессы повторяют природные механизмы кристаллизации», — отметил руководитель проекта Российского научного фонда (№ 08-17-00018) Влад Гуржий.
Проект стал продолжением многолетнего плодотворного сотрудничества рабочей группы под руководством чл.-корр. РАН Сергея Кривовичева, в состав которой входят члены научных коллективов Санкт-Петербургского государственного университета, Дальневосточного федерального университета и Кольского научного центра РАН. Исследования группы, проведенные за последние 10 лет, легли в основу более 30 научных статей в высокорейтинговых отечественных и зарубежных журналах.