Ứng dụng khoáng chất trong xử lý rác thải hạt nhân

(Hóa học ngày nay-H2N2)-Ngoài việc loại bỏ và cô lập phế thải độc hại, các khoáng chất còn cế thể được sử dụng để xử lế rác thải hạt nhân. Những trường hợp ứng dụng mới đây, ví dụ việc các nhà máy của Thụy Điển sử dụng bentonit để loại bỏ phế thải hạt nhân, đã cho thấy xu hướng ngày càng tăng này. Loại bỏ rác thải hạt nhân và xử lí các chất rơi vãi và chảy tràn là một trong những vấn đề quan trọng nhất của các nhà máy điện hạt nhân. Trong tương lai, tầm quan trọng của vấn đề này có thể sẽ ngày càng lớn theo xu hướng thay thế các nhà máy điện phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính bằng các nhà máy điện hạt nhân. Trong lịch sử hoạt động của mình, ngành năng lượng hạt nhân đã phải chứng kiến nhiều trường hợp tai nạn, rơi vãi và chảy tràn rác thải hạt nhân nguy hiểm – đặc biệt là thảm họa Trecnôbưn (Ucraina) và các tai nạn hạt nhân khác tại Windscale (Anh), Chalk River (Canađa), Savannah River Site (Mỹ),… Trong thảm họa hạt nhân Trecnôbưn, xezi phóng xạ Cs (137) thoát ra đã được gió mang theo đi rất xa và được phát hiện thấy tận Vermont (Mỹ). Các nguyên tố phóng xạ bị giải phóng trong các tai nạn hạt nhân và cả trong các hoạt động bình thường ở các nhà máy điện nguyên tử có tuổi thọ rất cao và nếu con người hít thở phải thì chúng có thể lưu lại trong cơ thể trong suốt cuộc đời, hậu quả là thường dẫn đến các bệnh ung thư.

Ngày nay, chôn lấp giếng sâu là một trong những phương pháp chủ yếu để loại bỏ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Trước khi xử lí chôn lấp rác thải hạt nhân dạng rắn người ta thường bọc kín nó trong các viên nang có vỏ bằng thủy tinh, đồng hoặc xi măng đặc biệt. Rác thải dạng lỏng được cô đặc bằng phương pháp trao đổi ion, sau đó cũng được bọc kền. Để đề phòng trường hợp các viên nang đựng rác thải hạt nhân bề hư hại và giải phóng ra các chất phóng xạ, Công ty SKB Thụy Điển đặt các viên nang vỏ đồng chứa rác thải hạt nhân vào các lỗ được nạp bentonit để bảo vệ cho các viên nang này không bị đè nát bởi các chuyển động của đá xung quanh, đồng thời bảo vệ chống nước rò gỉ ra hoặc vào. Người ta đã chứng minh rằng các hóa chất có tính phóng xạ có thể được loại bỏ khỏi các dòng phế thải và cô lập nhờ sử dụng các loại khoáng chất khác nhau. Các khoáng chất thường được sử dụng chủ yếu là đất sét, mica, zeolit, oxit silic và các dạng biến thể của chúng.

Mica

Công ty Kemirra Oy của Phần Lan đã phát hiện ra rằng phlogopit (một khoáng vật thuộc nhóm mica) có thể chiết và cô lập các nguyên tố phóng xạ ra khỏi nước nhiễm xạ bằng cách trao đổi ion. Các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp bang Pennsylvania (Mỹ) cũng đã phát hiện rằng phlogopit hoạt động như một loại rây có tính chọn lọc cao để tách các đồng vị phóng xạ của xezi, coban và stronti ra khỏi nước thải. Khi đềó các đồng vị phóng xạ này được cố định ở dạng rắn và có thể được loại bỏ như chất thải rắn. Mica có thể được sử dụng bằng cách phân tán trong nước hoặc đất nhiễm xezi và sau đó lọc ra bã chứa xezi. Người ta cũng có thể cho người hoặc gia súc bị nhiễm xezi uống mica để chiềt xezi ra khỏi cơ thể và sau đề bài tiềt ra ngoài.

Đối với việc tách và cô lập coban phềng xạ Co (60), phlogopit có hiệu quả cao hơn nhiều các khoáng vật khác trong nhóm mica, ví dụ cao hơn muscovit 30 lần và cao hơn biotit 6 lần. Nh-ng muscovit tự nhiên cề hiệu quả cao hơn phlogopit 13 lần trong việc cô lập xezi phềng xạ ( Cs). Nếu phlogopit nghiền mịn đ<ợc chuyển thành dạng natri bằng cách trao đổi ion thì khả năng hấp thụ Co (60) sẽ tăng gấp đôi. Phlogopit cũng có hiệu quả cao đối với việc cô lập stronti phóng xạ Sr (85).  

Đất sét

Trong thập niên 1950, vùng Savannah River, Nam Carolina (Mỹ), là địa điểm sản xuất vật liệu cho vũ khí hạt nhân. Vùng này đã bị ô nhiễm nặng bởi các háa chất và các chất phóng xạ. Hơn 500 curi Cs (137) đã bị giải phóng vào nước làm mát, dẫn đến ô nhiễm các con kênh rạch và đầm lầy với diện tích lên đến 3000 mẫu Anh. Đồng vị phóng xạ Cs (137) có chu kỳ bán hủy 30 năm và là đồng vị phóng xạ phổ biến nhất ở những người bị phơi nhiễm bức xạ hạt nhân. Xezi bị tích tụ trong bùn nhưng hàng năm sẽ thoát dần lên mặt nước. Do xezi thay thế kali nên nó tập trung trong cây cỏ ở đầm lầy và các vườn cây, từ đó đi vào thức ăn gia súc. Dân cư vùng Savannah đã được khuyền cáo không ăn thịt gia súc tự nuôi và rau tự trồng.

Năm 2002 người ta đã thực hiện một nghiên cứu về việc sử dụng các khoáng chất khác nhau để khử độc cho vùng đầm lầy ở Savannah River. Nhiều loại đất sét đã được đánh giá, kết quả cho thấy caolanh có hiệu quả thấp nhất và illit (khoáng vật nhóm mica) có hiệu quả cao nhất.

Phương pháp khử độc được áp dụng là đào bùn lên và xử lí bằng khoáng chất. Người ta đã thực hiện các thử nghiệm bằng cách sử dụng illit (muscovit nghiền mịn) làm phụ gia tại chỗ, với lớp dày 0,1 insơ, tiêu thụ khoảng 100 tấn. Illit hấp thụ Cs, sau đó chìm xuống đáy bùn và lưu lại tại đó, giữ chặt xezi theo nó. Nó không bị giải phềng theo thời gian và không chịu tác động của ion amoni.

Ngoài ra, saponit (một loại đất sét chứa magiê tương tự như bentonit giãn nở) cũng đ-ợc sử dụng như chất khử độc cho động vật bị nhiễm phóng xạ từ thức ăn trong vùng Trecnôbưn.

Zeolit

Cả zeolit tự nhiên cũng như zeolit tổng hợp đều được sử dụng để khử độc và loại bỏ rác thải hạt nhân. Sau thảm họa hạt nhân Trecnôbưn, zeolit đã được bổ sung vào thức ăn gia súc ở Thụy Điển để loại bỏ Cs (137) ra khỏi bộ máy tiêu hóa của gia súc bị nhiễm phóng xạ.

Hoahocngaynay.com
Nguồn Industry Mineral