Разработка одного из вариантов химического анализа (на примере пород Ловозерского массива)

Колесов Г.М., Ермолаева В.Н., Михайлова А.В., Когарко Л.Н., Саввин С.Б.

ГЕОХИ РАН, Москва, Россия

cvera@mail.ru

 

В плане дальнейшего развития геотехнологических методов добычи минерального сырья, в частности, метода подземного выщелачивания применительно к Ловозерскому массиву, была выполнена работа по поиску растворителей для выщелачивания наиболее ценных компонентов (уран, торий, редкоземельные элементы, гафний, тантал, цирконий), их концентрированию с применением полимерных сильнонабухающих гидрогелей и собственно определению инструментальным нейтронно-активационным методом (ИНАА).

Применение метода подземного выщелачивания ценных компонентов требует обеспечения аналитического контроля на всех стадиях этого процесса. Проведен ряд опытов по выщелачиванию редких элементов из щелочных пород Ловозёрского щелочного массива (Кольский полуостров). В качестве образцов для исследований использовались щелочные породы Ловозерского массива: луяврит и фойяит.

Исходный образец массой 100 мг мелко дробили, затем заливали 20 мл реагента. Смесь перемешивали и оставляли на 30 дней при нормальных условиях в закрытых склянках. Полученную вытяжку отфильтровывали, отбирали аликвотную часть и помещали в неё 0.2 г полимерного гидрогеля на основе полиакриламида. После поглощения всего раствора в процессе набухания (1÷3 мин) гидрогель высушивали. Отбирали навеску высушенного гидрогеля массой 7÷15 мг, упаковывали в пакетик из Al-фольги и вместе со стандартными образцами помещали в пенал и облучали в ядерном реакторе ИРТ – МИФИ. Облученные образцы измеряли на полупроводниковом Ge-детекторе и 4096-канальном анализаторе импульсов, регистрируемые сигналы (фотопики гамма-линий радионуклидов) расшифровывали с использованием специально разработанных в ГЕОХИ РАН компьютерных программ [1]. Реагенты для выщелачивания выбирались из разных групп химических соединений: HCl, NaOH, Na₂CO₃, (NH₄)₂C₂O₄ (оксалат аммония) [2] и C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂∙2H₂O (динатриевая соль ЭДТА) с целью выбора реагента, дающего максимальную степень извлечения интересующих элементов из пород.

Полученные данные показали, что растворы HCl, (NH₄)₂C₂O₄ и динатриевой соли ЭДТА в целом наиболее эффективны для выщелачивания радиоактивных и редкоземельных элементов из щелочных горных пород.

В качестве сорбционных материалов практический интерес показали полимерные гидрогели, называемые еще суперабсорбентами [3, 4]. Такие нанокомпозиционные полимерные гидрогели способны равномерно поглощать и удерживать воду и растворенные в ней вещества. Мы использовали анионный полиакриламид, сополимер: —[—CH₂—CH(CONH₃)—]—[—CH₂—CH(COO^-)]— и Na⁺ (как противоион). На основе выполненных исследований показана возможность использования гидрогелей непосредственно (без десорбции) для определения элементов методом ИНАА. Это высокочувствительный (до 10^-14 г), неразрушающий, многоэлементный, информационный метод анализа, позволяющий непосредственно использовать пробы сложного состава (солевого, органического, коллоидного), в которых формы нахождения элементов различны (ионы, комплексы, наночастицы), в т. ч. пробы малого объема. Для этого метода предпочтительнее использовать компактные твердые образцы, т. к. упаковка в кварцевые капсулы жидких проб лимитируется рабочим объемом реактора.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГЕОХИ РАН.

 

Литература.

1. Колесов Г.М. Определение микроэлементов. Нейтронно-активационный анализ в геохимии и космохимии. // Журн. аналит. химии. 1994. Т. 49. № 1. С. 56.

2. Поляков А.И. Геохимия тория в щелочных породах Кольского полуострова. М.: Наука, 1970.165 с.

3. Дубровский С.А., Казанский К.С. Термодинамические основы применения сильнонабухающих гидрогелей в качестве влагоабсорберов. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1993. Т. 33. № 10. С. 1712 – 1720.

4. Саввин С.Б., Колесов Г.М., Михайлова А.В. Водные системы: концентрирование и определение металлов с использованием полимерных гидрогелей и нейтронно-активационного анализа. // Вода: химия и экология. 2009. № 9. С. 37–40.