ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЗЭ В УРАНОВЫХ ОБРАЗЦАХ

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты оценки возможностей аналитических методов определения редкоземельных элементов (РЗЭ) в различных урансодержащих образцах Кызылкума, таких как урановые керны и отвалы. Рассмотрены достоинства и недостатки различных методов анализа, таких как атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС), эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES), масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), спектроскопия с лазерной абляцией (LA-ICP-MS), инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНAA), ионная хроматография и электронный микрозонд (Electron Microprobe). Также представлены результаты рентгеноспектрометрического анализа концентрации редкоземельных элементов в вторичных ураносодержащих рудах.

ABSTRACT

This article presents the results of evaluating various analytical methods for determining rare earth elements (REE) in different uranium samples Kizilkum, such as uranium cores end uranium dumps. The advantages and disadvantages of the following analytical methods are discussed: atomic absorption spectrometry (AAS), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), X-ray fluorescence analysis (XRF), laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), instrumental neutron activation analysis (INAA), ion chromatography, and electron microprobe analysis. Additionally, the results of X-ray spectrometric analysis for determining the concentration of rare earth elements in uranium-containing secondary ores are presented.

Ключевые слова: аналитический метод, урановые образцы, химические элементы, концентрации редкоземельных элементов, ураносодержащие вторичные руды, нижняя граница определения, диапазон определения, инструментальность и чувствительность метода.

Keywords: analytical method, uranium samples, chemical elements, rare earth element concentrations, uranium-containing secondary ores, lower limit of detection, range of detection, instrumentality and sensitivity of the method.

ВВЕДЕНИЕ. Как известно редкоземельные элементы распространены в Земной коре в малых концентрациях. Они больше всего сконцентрированы или встречаются в урановых, ториевых рудах и моноцитах [1-4]. На Кызылкуме действует промышленная предприятия по добычи и переработки урана. В процессе добычи и переработки урана на данном Кызылкумском регионе скоплены в огромном количестве урансодержащие образцы - урановые керны и урановые отвалы. Выбор эффективных методов и оценки их аналитически возможностей для определения содержаний редкоземельных элементов (РЗЭ) состоящее из 17 химических элементов в данных урансодержащих образцах Кызылкума, таких как урановые керны и урановые отвалы, имеют важное значения с точки зрение аналитической химии, геотехнологии и промышленное производство [5-8].

Определение содержания РЗЭ в урансодержащих образцах – в пробах урановых кернов и урановых отвалов Кызылкума требует применения эффективных специализированных аналитических методов анализа [9-11].

На основание вышеперечисленных проведение исследование по выбору эффективных аналитических методов для определения РЗЭ в урановых образцах Кызылкума является актуальной задачей аналитической химии, химической технологии, геотехнологии и металлургии.

Общая классификация аналитических методов анализа РЗЭ. В мире для определения концентрации редкоземельных элементов – РЗЭ в урановых образцах применяются аналитические методы, перечисленные в таб. 1. Данные методы между собой отличается по видам анализируемых проб, по диапазон определяемых элементов, по нижней границей определяемой концентрацией – НГОС и по преимуществе (инструментальность, универсальность, селективность, оперативность, информативность).

Из общей классификации аналитических методов анализа - РЗЭ приведенных в таб. 1., на основание литературных обзоров и информации имеющее в открытой печати определены, что более приемлемыми считается - рентгенофлуоресцентный анализ - РФА и инструментальный нейтронно-активационный анализ – ИНAA. Так как они является оперативными и инструментальными методами анализа, то есть оба метода инструментальными и имеет самый низкий границы определяемой концентрации химических элементов в урановых образцах. В нижеприведенной таб. 1 сравнены аналитические возможности методов определения концентрации редкоземельных элементов – РЗЭ в урановых образцах.

Таблица 1

Аналитические возможности методов определения концентрации редкоземельных элементов - РЗЭ в урановых образцах

Как видно из таб. 1. аналитические возможности методов определения концентрации редкоземельных элементов - РЗЭ в урановых образцах различные. Они отличается между собой по диапазону определяемых элементов, по нижнему границу определяемому содержанию и имеет различные преимущества. Зная аналитических возможностей методов определения концентрации редкоземельных элементов - РЗЭ в различных пробах мы проводили эксперимент по определение концентрации редкоземельных элементов - РЗЭ в урановых кернах и в урановых отвалах.

Для определения концентрации редкоземельных элементов - РЗЭ в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов применена рентгенофлуоресцентный метод анализа. 

На рис. 1. приведен зависимость энергия породообразующих химических элементов в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов от количества импульсов в минуту.

Рисунок 1. Зависимость энергия химических элементов от количества импульсов в минуту в в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалах

Как видно из зависимости приведенных на рис. 1. в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов самим главным породообразующим химическим элементом является - SiO₂. Результаты определенное рентгенофлуоресцентным методом анализа концентрации химических элементов в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов изображённое на рис 1 приведены в таб. 2.

Таблица 2

Результаты определения концентрации породообразующих химических элементов в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов

Как видно из результатов приведенных в таб. 2. концентрация 10 химическим элементом в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов сильно не отличается между собой в различных точках отбора. Результаты приведенные в таб. 2. показывают, что, обнаружить редкоземельных элементов рентгенофлуоресцентным методом в пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов не удаётся, так как их концентрации в данных пробах ниже НГОС метода. По этой причины концентрации редкоземельных элементов в  пробах урановых кернов и в пробах урановых отвалов определялись методом инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА. 

Методом инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА определены нижеперечисленные химические элементы, отобранные из 2 разных пробах урановых кернов и из 2 разных урановых отвалов Кызылкума.

На основе полученных данных построены гистограммы распределения 35 химических элементов в данных пробах. На рис. 2 представлена гистограмма распределения 35 химических элементов определенные методом инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА.

Рисунок 2. Гистограмма распределения химических элементов в пробах урановых кернов и урановых отвалов

Из данной гистограммы рис. 2. видно, что восемь РЗЭ – Sс, Cе, Lu, Yb, Lа, Tb, Nd, Eu в пробах урановых кернов и урановых отвалов Кызылкума имеют значения в значительном мере превышающие Кларкового содержания. На основание полученных результатов по определение редкоземельных элементов – РЗЭ в пробах урановых кернов и урановых отвалов приведенных в таб. 2. можно детально оценить показателей физико-химических свойств восемь РЗЭ – Sс, Cе, Lu, Yb, Lа, Tb, Nd, Eu в данных пробах урановых кернов и урановых отвалов.

Таблица 2

Показатели физико-химических свойств РЗЭ в пробах урановых кернов и урановых отвалов

Из результатов, приведенных в таб. 2. видно из восьми РЗЭ – Sс, Cе, Lu, Yb, Lа, Tb, Nd, Eu самая высокая коэффициента обогащения имеет – Yb более 6,5 раза по сравнению с Кларком. Остальные семь РЗЭ - Sс, Cе, Lu, Lа, Tb, Nd, Eu имеет коэффициента обогащения на уровне Кларка.

Таким образом, на основание оценки возможности аналитических методов определения РЗЭ в урановых образцах можно сделать вывод, что метод инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА является самим инструментальным, чувствительным и многоэлементным. С помощью метода инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА можно определит концентрации РЗЭ значение, имеющие ниже Кларка. На основе приемлемости метода инструментального нейтронно-активационного анализа – ИНАА можно проводить многоэлементных анализов различных образцов, и в том числе многоэлементных анализов урановых образцах.

Список литературы:

1. Возжеников Г.С., Белышев Ю.В. Радиометрия и ядерная геофизика. Учебное пособие. - Екатеринбург.: 2006. – 418 с.
2. «Нормы радиационной безопасности (НРБ-2006) и основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2006). - Ташкент.: 2006. – 136 с.
3. Музафаров А.М., Аллаберганова Г.М., Кулматов Р.А. Оценка радиационной опасности урановых предприятий для объектов окружающей среды // XXI век. Техносферная безопасность. Москва, Том 6. №1., 2021. - С. 94-102
4. Аллаяров Р.М., Музафаров А.М., Аллаберганова Г.М. Инструментальные методы количественного определения урана и сопутствующих элементов в пробах забалансовых урановых отвалов // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2022. – №1 (88). – С. 92-94 (05.00.00; №7).
5. Музафаров А.М., Кулматов Р.А. Ражаббоев И., Ёкубов О.М. Способ дезактивации загрязненных радионуклидами почв, отобранных из участков подземного выщелачивание урана // Горный информационно аналитический бюллетень. «Физика-химическая геотехнология-инновации и тенденции развития». 2021. (3-1): - С. 110-118
6. Музафаров А.М., Саттаров Г.С., Ослоповский С.А. Радиометрические исследования техногенных объектов // Цветные металлы. Москва. 2016. №2. – С. 15-18.
7. Журакулов А.Р., Музафаров А.М., Курбонов Б.И. Оценка состояний распределение естественных радионуклидов в почвах к близлежащим техногенным объектам // Наука и общество. Нукус-2020. №1. – С.16-21
8. Музафаров А.М., Темиров Б.Р., Саттаров Г.С. Оценка техногенных экологических и радиоэкологических факторов в зоне деятельности НГМК // Горный вестник Узбекистана, 2013. №2.(53). – С. 130-134
9. Музафаров А.М., Аллаберганова Г.М., Турабджанов С.М., Аллаяров Р.М. Новый способ рекультивации загрязненных радионуклидами почв участков подземного выщелачивания урана // Universum: Технические науки. Москва. Выпуск: 6(75). Июнь. 2020. Часть 2. – С. 91-96.
10. Музафаров А.М., Кулматов Р.А., Аллаберганова Г.M. Оценка радиационной обстановки и распределения радионуклидов в воздухе цеха прокалки закиси-окиси урана // XXI век. Техносферная безопасность. Москва, 2020. 5(4). 344. – С. 384-392.
11. Музафаров А.М., Темиров Б.Р., Саттаров Г.С. Экологических мониторинг техногенных факторов при добыче и переработке урана и золота // Экологический вестник. 2013. Вып №12. (152). – С.24-33.