Физико-химические свойства урановых руд месторождения "Центральный Таджикистан"

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №2_

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 546.791 574(075.8)+621.039

С.К.Ходжиев, Х.М.Назаров, М.Д.Бобоёров, академик АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидов

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УРАНОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ

«ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ТАДЖИКИСТАН»

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

Приведены результаты химического и минералогического анализа урансодержащих руд месторождения «Центральный Таджикистан», а также описаны результаты рентгеноспектрально-флуоресцентного и дифференциально-термического анализов различных образцов урановых руд. Установлен изотопный состав урановых руд методом альфа- и масс-спектрометрии.

Ключевые слова: урансодержащая руда, Центральный Таджикистан, альфа-спектрометрия, масс-спектрометрия, изотопный состав, химический анализ, минералогический анализ.

В работах [1-4] были изучены химический и минералогический состав некоторых месторождений урановых руд Таджикистана.

В настоящей работе исследованы физико-химические свойства урановых руд месторождения «Центральный Таджикистан» с привлечением рентгеноспектрально-флуоресцентного и дифференциально-термического анализов.

Технологические пробы для анализов были взяты из разных канав месторождения «Центральный Таджикистан» и проанализированы в лаборатории Ведущего научно-исследовательского института химической технологии (ВНИИХТ) Российской Федерации. Анализы проводились на CamScan со спектрометром Link и анализатором AN 10000. Результаты энерго-дисперсионного анализа минерального состава пробы 659 приведены в табл. 1.

Таблица 1

Анализ минерального состава пробы 659, мас.%

Оксиды Минерал

Коффинит Са-титаносиликат урана Оксид урана КПШ Альбит Галенит

SiO2 16.33 12.20 0.01 64.84 64.86 0.00

M2O3 1.46 1.17 0.00 18.42 18.26 0.00

P2O5 1.20 2.22 0.00 0.00 0.00 0.00

UO2 73.94 59.72 96.98 0.00 0.00 0.00

SO3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 14.06

CaO 3.83 3.10 0.85 0.61 0.61 0.00

FeO 1.61 2.67 0.24 0.33 0.33 1.07

TiO2 0.19 15.88 0.00 0.00 0.00 0.00

PbO 0.06 2.18 1.67 0.00 0.00 83.60

ZnO 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.27

K2O 0.14 0.03 0.00 15.00 1.00 0.00

Na2O 0.34 0.67 0.00 0.00 14.40 0.00

Cумма 99.10 99.84 99.75 99.20 99.46 100.00

Адрес для корреспонденции: Бобоёров Мехровар Диловарович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзода, 17а, Агенство по ядерной и радиационной безопасности АН РТ. Е-mail: mehrovar. bobo@yandex. гы

Как видно из данных таблицы, основными минералами урана в пробе 659 являются коффинит и калций-титаносиликата урана.

Основными минералами урана в пробе 660 являются уранофан, коффинит, Са-титаносиликат урана, урановый циркон и оксид урана в смеси с FeS2, CaTiSiO4.

Химический анализ был выполнен по методу Сахарова с целью определения содержания урана в пробах месторождения «Центральный Таджикистан». Результаты химического анализа приведены в табл.2.

Таблица 2

Химический состав руд месторождения «Центральный Таджикистан»

Наим. проб Состав, %

Бе Mg Са 8Ю2 и

К-629 3.0 0.25 5.4 53.1 0.027

К-635 3.6 0.48 3.85 51.7 0.038

К-647 3.3 0.51 1.8 53.8 0.047

К-649 3.3 0.33 0.4 57.2 0.023

К-659 3.1 0.8 1.1 57.7 0.298

К-660 3.5 0.66 1.55 56.2 0.310

Анализ данных табл. 2 показывает, что наиболее высокие концентрации урана характерны для канав 659 и 660. Экспериментальные данные свидетельствуют, что по части содержания урана результаты всех видов анализа почти не различаются. Существующая разница находится в пределах погрешности. Это подтверждает пригодность руд данного месторождения для сернокислотного выщелачивания.

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ урановых руд. Определение концентрации породообразующих элементов и микроэлементов в пробах выполнялись совместно с Институтом геологии рудных месторождений (ИГЕМ РАН), в лаборатории кристаллохимии минералов им. Н.В.Белова методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа на вакуумном спектрометре последовательного действия с дисперсией по длине волны (модель AxiosmAXAdvanced производства компании РА№1уйса1, Нидерланды). Спектрометр снабжен рентгеновской трубкой мощностью 4 кВт с ЯЬ-анодом. Максимальное напряжение на трубке 60 кВ, максимальный анодный ток - 160 мА. При градуировке спектрометра использованы отраслевые и государственные стандартные образцы химического состава горных пород и минерального сырья. В качестве контрольных образцов использованы стандартные образцы геологической службы США (USGS).

Для анализа породообразующих элементов изготавливались стеклообразные диски путём индукционного плавления прокаленного материала проб с боратами лития при температуре 1200°С. Прокаленный материал проб получали после определения потерь при прокаливании при температуре 1000°С. Для выполнения анализа микроэлементов препараты изготавливались методом холодного прессования сухого вещества пробы с добавлением пластикового наполнителя. Полученные таким образом пробы подвергались анализу (табл. 3).

Таблица 3

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ урановых руд месторождения

«Центральный Таджикистан»

Наим. проб Определяемый элемент, ррт

Сг V Со N1 Си гп 8г И ТЬ РЬ As В1

К-629 11 65 52 <10 42 93 154 230 21 203 90 <20

К-635 16 59 57 <10 257 81 178 403 20 281 951 <20

К-647 15 66 69 <10 26 65 188 467 21 198 111 <20

К-649 21 73 40 <10 33 89 129 220 28 223 36 <20

К-659 15 63 59 <10 23 70 172 2965 22 376 221 <20

К-660 10 73 55 <10 27 72 170 3177 16 244 164 <20

Дифференциальный термический анализ (ДТА) образца 660. На рисунке приведены результаты ДТА урановых руд. По термическим кривым идентифицируются следующие минералы: каолинит, кварц, слюда, доломит.

Каолинит. Кривым ДТА каолинита свойственны три основных эффекта - два эндотермических (81°С и 518°С) и экзотермический (893°С). Первый эндоэффект связан с несовершенством структуры минерала и отвечает за удаление адсорбированной на поверхности воды. Потеря массы при этом составляет 0.65%. Второй эндоэффект связан с дегидроксилизацией каолинита. Потеря массы в интервале температур 400-600°С составляет 1.38%, что соответствует 9.9% каолинита, присутствующего в пробе. Незначительный экзоэффект с максимумом при температуре 893°С говорит о дисперсности минерала и образовании шпинелевой фазы.

тг/ч

Таыларотура ГС

Рис. Термические кривые образца 660.

Кварц идентифицируется по характерному для него пику с максимумом при температуре а-В-перехода - 571°С.

Карбонат. На кривой ДСК в интервале температур 650-800°С отмечается эндоэффект, связанный с термической диссоциацией доломита, присутствующего в образце. Температура максимума эндоэффекта составляет 726.7°С. С этим процессом также связан небольшой эндоэффект с максимумом при температуре 775°С. По количественным данным термогравиметрического анализа можно рассчитать количественное соотношение примеси доломита в образце:

С(д_) = МсЛ?'CO3)2 d = 2.09• 1.6 = 3.35%,

( ) П • Мса2

где: М- молярная масса (для доломита 184 г/моль, для CO2 - 44 г/моль), n - число молей (для доломита n=2), d - потеря массы в процентах (с экспериментального графика).

Слюда. Высокотемпературный эндоэффект при температуре, близкой к 1000°C, отвечает за удаление конституционной воды и распад решётки минерала. Небольшой экзоэффект с температурой максимума при температуре 824.5°С связан с окислением железа.

Альфа-спектрометрический анализ проб месторождения «Центральный Таджикистан». Данный анализ был выполнен нами совместно с Федеральным медицинским биофизическим центром (ФМБЦ) им. А.Бурназяна (Российская Федерация). Для этого были представлены шесть проб озоленной почвы с шифрами К-629 (масса 201.33 г), К-635 (масса 205.29 г), К-647 (масса 202.31 г), К-649 (масса 183.26 г), К-659 (масса 201.6 г) и К-660 (масса 202.4 г).

Для анализа проб, содержащих изотопы урана, использовалась инструкция НСАМ №433-ЯФ рег. номер №46-U-n/99-03 «Методика выполнения измерений удельной активности изотопов урана (234U, 238U) в горных породах на их основе альфа-спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой». Методика предназначена для количественного определения удельной активности изо-

234 238

топов урана ( U, U) в пробах почв, грунтов, горных пород и строительных материалов на их основе. Диапазон измеряемой активности - от 5 до 104 Бк/кг по каждому изотопу. Суммарная неопределенность результата измерений не более 30% (при Р=0.95). Минимальное значение измеряемой удельной активности изотопов урана составляет 5 Бк/кг (при аналитической навеске пробы 0.005 кг). Измерения выполнены на двенадцатиканальном радиометре-спектрометре альфа-излучения Alpha Analyst (производство фирмы Канберра, США) с детекторами излучения Alpha PIPS, оснащённым программным обеспечением Genie 2000 Alpha Analyst. Использовались два детектора с площадью поверхности 1200 мм2. Эффективность регистрации альфа-частиц для урановых проб месторождения составляла 32.2-33.7%.

Для калибровки спектрометра использовался эталонный источник альфа-излучения типа

234 235 238

ОСАИ № У4У5У8-1, содержащий смесь альфа-излучающих радионуклидов урана: U, U и U в соотношении 0.99:1.00:1.03 суммарной активностью 45.5 Бк при погрешности 4% для доверительной вероятности 0.95.

В качестве метки для контроля химического выхода использовался образцовый радиоактивный раствор (ОРР) радионуклида 232U. Результаты альфа-спектрометрических анализов проб приведены в табл. 4.

Таблица 4

Альфа-спектрометрический анализ урановых руд месторождения «Центральный Таджикистан»

Наименования проб Удельная активность, Бк/г 234U/238U

238U 235U 234U

К-629 1.65±0.49 0.08±0.02 1.40±0.45 0.85

К-635 6.91±1.61 0.29±0.07 6.78±1.63 0.98

К-647 7.69±1.72 0.32±0.07 7.00±1.64 0.91

К-649 2.76±0.74 0.12±0.03 2.66±0.71 0.96

К-659 52.11±15.63 2.17±0.65 51.86±15.56 0.99

К-660 50.26±15.08 2.05±0.62 49,24±14.77 0.98

Гамма-спектрометрический анализ проб месторождения «Центральный Таджикистан». Гамма-спектрометрия относится к радиоактивным методам как один из наиболее широко применяемых инструментальных аналитических методов качественного и количественного определения гамма-излучающих радионуклидов природного и техногенного происхождения.

Для гамма-спектрометрического анализа по определению изотопов урана использовались гамма-спектрометры высокого разрешения из широкодиапазонного детектора на основе высокочистого германия коаксиального типа «Canberra» и «Baltic Scientific Instruments» (НПЦ «Технология»). На «Canberra» калибровка по энергии и эффективности проводилась с использованием стандартного препарата, содержащего смесь радионуклидов 241Am и 152Eu, излучающих гамма-кванты в энергетическом диапазоне от 10 до 2730 кэВ.

Для анализа было взято шесть проб из разных канав месторождения, однако расчёт по результатам анализа был проведён только для изотопов урана. Результаты определения удельной активности изотопов урана (с указанием погрешностей измерения) представлены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты измерения удельной активности изотопов урана на гамма-спектрометре Canberra

Наим. проб Удельная активность, Бк/кг

235U 238U

К-629 61.44 ± 6.85 -

К-635 1494.16 ± 156.49 63865 ± 8498.5

К-647 211.20 ± 13.86 22914.56 ± 7284.06

К-649 225.9 ± 8.23 49296.68 ± 4647.18

К-659 2553.14 ± 78.81 496035.8 ± 41104.74

К-660 4221.07 ± 125.24 792335.1 ± 62259.54

Данные табл. 5 показывают, что удельная активность изотопов урана в пробах месторождения «Центральный Таджикистан» очень высокая. Это позволяет говорить о целесообразности дальнейшей разработки месторождения.

Масс-спектрометрический анализ проб месторождения «Центральный Таджикистан».

238 /235

Измерения изотопного отношения урана U/ U проводились на многоколлекторном масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой Neptune, оснащенном 9 коллекторами Фарадея и электрометрическими усилителями с динамическим напряжением диапазонов в 50 В в отделе радиационной безопасности и защиты Юлихского исследовательского центра (52425 Юлих, Германия). Шесть проб почвы и 2 стандартных образца МАГАТЭ высушивались при температуре 60°C в течение 24

часов. Приблизительно 0.2 г каждого образца были перемешаны с 3 мл HCl, 1 мл HNO3 и 1 мл H2O2, затем помещены в микроволновую печь. Образцы были разбавлены в соотношении 1 к 100, затем помещены в масс-спектрометр. Из результатов измерений следует, что, ввиду высокой активности урана в данных образцах, руда из указанного месторождения потенциально может быть переработана в урановый концентрат при условии доработки существующих технологий.

Таким образом, изучен физико-химические свойства урановых руд месторождения «Центральный Таджикистан». Установлен изотопный состав указанных урановых руд методом альфа- и масс-спектрометрии, определены соотношения изотопного состава.

Поступило 27.10.2017 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Разыков З.А., Гусаков Э.Г., Марущенко А.А., Ботов А.Ю., Юнусов М.М. Урановые месторождения Таджикистана. - Худжанд: Хуросон, 2001, 212 с.

2. Ходжиев С.К., Назаров Х.М., Хочиён М.К., Ахмедов М.З., Баротов Б.Б., Пулатов М.С., Мирсаидов И.У. - ДАН РТ, 2017, т.60, №3-4, с.168-172.

3. Хакимов Н., Назаров Х.М., Мирсаидов И.У. Физико-химические и технологические основы получения урановых концентратов из отходов гидрометаллургических заводов и технических вод. -Душанбе: Мавлави, 2012, 120 с.

4. Мирсаидов И.У. Физико-химические основы получения урановых концентратов из отходов и сырьевых материалов. - Душанбе: Дониш, 2014, 106 с.

СДДочиев, Х.М.Назаров, М.Д.Бобоёров, У.М.Мирсаидов

ХОСИЯТ^ОИ ФИЗИКЙ-ХИМИЯВИИ МАЪДАНИ УРАНИ КОНИ

«ТОЧИКИСТОНИ МАРКАЗЙ»

Агентии амнияти ядрой ва радиатсионии Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Натичахои тахлили химиявй ва минералогии маъдани урандори кони «Точикистони марказй», инчунин тавсифи рентгеноспектралй-флуоресентй ва дифферентсиалй-термикии намунахои гуногуни маъданхои урандор оварда шудааст. Таркиби изотопии маъданхои уран бо усули алфа- ва масс-спектрометрия муайян карда шудааст.

Калима^ои калидй: маъдани урандор, Тоцикистони марказй, алфа-спектрометрия, масс-спектрометрия, таркиби изотопй, тахлили химиявй, тахлили минералогй.

S.K.Hojiev, Kh.M.Nazarov, M.D.Boboyorov, U.M.Mirsaidov PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF URANIUM ORES OF THE

«CENTRAL TAJIKISTAN» DEPOSIT

Nuclear and Radiation Safety Agency, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

In this article the results of the chemical and mineralogical analysis of uranium-containing ores of the "Central Tajikistan" deposit are presented. The results of X-ray spectral-fluorescent and differential-thermal analyzes of various uranium ore samples are described. The isotope composition of uranium ores is determined by the method of alpha and mass spectrometry.

Key words: uranium-containing ore, Central Tajikistan, alpha-spectrometry, mass-spectrometry, isotope composition, chemical analysis, mineralogical analysis.