Оцінка кінетики ізотопно-обмінних реакцій в глинистих мінералах

Abstract

На основі результатів довготривалих експериментів встановлено, що часова залежність ізотопно-обмінних реакцій між вихідною НТО та матричною водою каолініту, монтморилоніту та палигорскіту адекватно, з достовірністю R = 0,97–0,99 описується біекспоненційними рівняннями виду At = A(1-e^-k1t)+B(1-e^-k2 t). Розраховано значення коефіцієнта ізотопного обміну a для структурних ОН-позиціях каолініту, монтморилоніту та палигорскіту. Показано, що в каолініті, де є значно більше структурних ОН-груп, ніж в монтморилоніті та палигорскіті, але утруднений доступ ОТ-гідроксилів вільної тритієвої води до реакційних місць у структурі мінералу, ізотопний ОТ → ОН обмін між вільною НТО та матрицею мінералу відбувається в значно менших об’ємах. З урахуванням радіоактивного розпаду тритію обчислено час вірогідного досягнення пікових концентрацій тритію в матричних ОН-позиціях каолініту, монтморилоніту та палигорскіту, а також час вірогідного розпаду поглинутого тритію до рівня 10–20 Бк/дм3 після їх взаємодії з вихідною тритієвою водою з питомою активністю тритію 1 МБк/дм3.

На основе результатов долговременных экспериментов установлено, что временная зависимость изотопно-обменных реакций между исходной НТО и матричной водой каолинита, монтмориллонита и палыгорскита адекватно с достоверностью R = 0,97–0,99 описывается биэкспоненциальными уравнениями вида At = A(1-e^-k1t)+B(1-e^-k2t). Рассчитаны значения коэффициента изотопного обмена a для структурных ОН-позиций каолинита, монтмориллонита и палыгорскита. Показано, что в каолините, где имеется значительно больше структурных ОН-групп, чем в монтмориллоните и палыгорските, но затруднен доступ ОТ-гидроксилов свободной тритиевой воды к реакционным местам в структуре этого минерала изотопный ОТ → ОН обмен между свободной НТО и матрицей минерала происходит в значительно меньших объемах. С учетом радиоактивного распада трития рассчитано время вероятного доститжения пиковых концентраций трития в матричных ОН-позициях каолинита, монтмориллонита и палыгорскита, а также время вероятного распада поглощенного трития до уровня 10–20 Бк/дм3 после взаимодействия этих минералов с исходной тритиевой водой с удельной активностью трития 1 МБк/дм3.

On the base of the long-term experiments it was determined that temporal dependence of exchange-izotopic reactions between matrix water of clay minerals and initial HTO may be adequate description by be-exponential equation as fallows: At = A(1-e^-k1t)+B(1-e^-k2t). with validity as R = 0,97–0,99. An isotopic exchange coefficient a for different structural positions of kaolinite, montmorillonite and palygorscite were calculated. It was shown in spite of the fact that much more quantity OH-groups are in kaolinite then they are in montmorillonite and palygorscite but OThydroxyls access is more hard to the reaction positions within the mineral structure there is much less exchange between free tritium water and mineral matrix. Probable advance time of tritium peak concentrations in kaolinite, montmorillonite and palygorscite matrix OH-positions was calculated. With use of radioactive decay equation also the probable time of tritium decay to 10–20 Bq/l level when initial HTO being equal 1 MBq/l was evaluated.