2013

Выщелачивание радиоактивных и редкоземельных элементов из стенструпина пегматитов и из пород Ловозёрского массива (Кольский полуостров)

Ермолаева В.Н., Колесов Г.M., Михайлова А.В., Когарко Л.Н.

ГЕОХИ РАН

В связи с высокими содержаниями Th, U, REE щелочные породы Ловозёрского массива могут рассматриваться как потенциальный объект для извлечения радиоактивных и редких элементов. Нами проведён ряд опытов по выщелачиванию Th, U и REE из стенструпина пегматитов и из магматических пород Ловозёрского массива несколькими реагентами из разных групп химических соединений: 1Н растворами HCl, NaOH, Na₂CO₃, 2% растворами (NH₄)₂C₂O₄ (оксалата аммония) и C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂·2H₂O (динатриевой соли ЭДТА – трилона Б) с целью поиска реагентов, дающих максимальную степень извлечения.

В щелочных породах Ловозёрского массива нами обнаружена новая важная форма концентрации Th, U и REE – минералы ряда стенструпин-(Се) – торостенструпин Na_0-5Ca_1-3(REE,Th)₆(Mn,Fe,Al,Ti)_4-5[Si₆O₁₈]₂[(Si,P)O₄]₆(OH,F,O)_X·nH₂O. Они широко распространены также в пегматитах массива, содержание Th в них достигает 29.14 мас. %, а U – 2.56 мас. % (Чуканова и др., 2004). В связи с этим опыты по выщелачиванию радиоактивных и редкоземельных элементов проводились именно для минералов ряда стенструпин-(Се) – торостенструпин (пегматит «Шкатулка», г. Аллуайв, Ловозеро) и для стенструпинсодержащих пород Ловозёрского массива – луяврита (Л-00-11) и фойяита (521/434). После выщелачивания растворы анализировались методом ICP MS в случае стенструпина и методом нейтронно-активационного анализа (НАА) в случае стенструпинсодержащих пород. Исходные образцы пород дробили до размера ≤0.25 мм, отбирали навеску массой 100 мг, затем заливали 20 мл реагента. Затем смесь перемешивали и оставляли на 30 дней при нормальных условиях в закрытых сосудах. Особенностью нашего подхода было использование для сорбционного концентрирования компонентов растворов после выщелачивания из стенструпинсодержащих пород сильно набухающих полимерных гидрогелей на основе полиакриламида, полученных путём γ-радиационного сшивания высокомолекулярных сополимеров акриламида с акрилатом калия и способных удерживать большие количества воды (до 104 см² на 1 г полимера) и растворённых в ней веществ (Саввин и др., 2009). Полученную вытяжку отфильтровывали, отбирали аликвотную часть и добавляли в нее 0.2 г полимерного гидрогеля, тщательно перемешивая. После 1÷3 мин набухания гидрогель высушивали в сушильном шкафу при 105°С (высушенные гидрогели снова приобретают первоначальный малый размер). Последующее определение элементов проводили в фазе гидрогеля с использованием метода ИНАА (инструментального нейтронно-активационного анализа). Содержание элементов устанавливали путём сравнения активности (интенсивности излучения) радиоизотопов в исследуемом образце и стандартах, одновременно облучённых в ядерном реакторе и измеренных на гамма-спектрометрах с полупроводниковыми Ge(Li) или Ge-детекторами и 4096-канальном анализаторе импульсов. В анализе предпочтительно использовать компактные твёрдые образцы, так как упаковка в кварцевые капсулы жидких проб лимитируется рабочим объёмом реактора. В данной работе это достигалось применением гидрогелей.

Полученные данные приведены в таблицах 1-3. Поскольку общие содержания элементов были определены для одних образцов стенструпина, а опыты по выщелачиванию проводились на других образцах из этого же пегматита и разброс содержаний элементов в этих минералах довольно большой, данные по степени выщелачивания приведены в таблице в виде групп, а не дискретных величин.

The obtained data are shown in the table 1-3. As a total composition was determined for first group of steenstrupine samples, and leaching experiences were carried out for second group of steenstrupine samples from the same pegmatite body, and compositional variation was significant, the data of a leaching degree are given in the table in the form of groups, instead of discrete values.

Таблица 1. Концентрация элементов в растворах (ppm) и степень выщелачивания (от общего содержания) из стенструпина Ловозёрского массива.

Таблица 2. Результаты ИНАА эвдиалитового луяврита Л-00-11 (Ловозёрский массив, Кольский полуостров).

Таблица 3. Результаты ИНАА фойяита 521/434 (Ловозёрский массив, Кольский полуостров).

Из таблицы 1 видно, что максимальная степень выщелачивания как петрогенных, так и редких элементов из минералов ряда стенструпин-(Се) – торостенструпин наблюдается для HCl и трилона Б. Результаты выщелачивания из пород свидетельствуют, что Th из луяврита наиболее эффективно выщелачиваются растворами HCl, (NH₄)C₂O₄ и C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂·2H₂O, U – Na(OH), а REE – HCl (таблица 2). Для проб фойяита растворы HCl, (NH₄)C₂O₄ и C₁₀H₁₄O₈N₂Na₂ в целом наиболее эффективны для выщелачивания радиоактивных и редкоземельных элементов (таблица 3).

Таким образом, можно предложить использовать современные полимерные сорбенты – сильно набухающие гидрогели (Дубровский и др., 1989) для развития геотехнологических методов извлечения минерального сырья, в частности, для выщелачивания редкоземельных и радиоактивных элементов применительно к Ловозёрскому щелочному массиву (Кольский полуостров). Полученные данные свидетельствуют об эффективности способа концентрирования элементов на гидрогелях и их ИНАА-определения для решения технологической геохимической задачи – применения метода выщелачивания компонентов из природных объектов.

Литература

Чуканова (Ермолаева) В.Н., Когарко Л.Н., Вилльямс Ч.Т., Пеков И.В., Чуканов Н.В. Особенности состава и генезиса стенструпина из магматических пород Ловозерского щелочного массива (Кольский полуостров) // Геохимия. 2004. № 4. С. 355-369.

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.

Дубровский С.А., Афанасьева М.В., Рыжкин М.А., Казанский К.С. Термодинамика сильнонабухающих полимерных гидрогелей // Высокомолекулярные соединения. 1989. Т. (А)XXXI. № 2. С. 321–327.