Искусственные и природные минеральные матрицы для иммобилизации актиноидов (на примере ферритного граната и минералов групп пирохлора и бритолита)

Выводы.

1) Охарактеризованы кристаллохимические и геохимические свойства ферригранатов с общей формулой (Ca,Ln^3+,4+,An^3+,4+,Na)₃(Zr,Fe³⁺,Sn)₂(Fe,Al,Si)₃O₁₂, определяющие их пригодность для фиксации актиноидных высокоактивных отходов: изоморфная емкость, химическая и радиационная устойчивость, скорость фазообразования при синтезе методом холодного прессования-спекания.

2) Равновесные значения температуры и времени получения ферригранатов ниже, чем параметры изготовления матриц на основе пирохлора и цирконолита. Это обеспечивает снижение энергозатрат при синтезе гранатовых матриц, и, следовательно, повышает эффективность их промышленного производства.

3) В состав ферритных гранатов входит до 40 мас.% актиноидов и РЗЭ. Содержания в гранатах Al₂O₃, Na₂O, SiO₂ достигают 20 мас.%, 1.5 мас.% и 4 мас.% соответственно и значительно превышают емкость титанатных и цирконатных пирохлоров в отношении этих компонентов. В гранатах с наибольшими содержаниями примесей концентрация ThO₂ снижается на 10 мас.%, а CeO₂ - на 5 мас.% по сравнению с <чистыми> (беспримесными) образцами.

4) По устойчивости при взаимодействии с водными растворами ферригранаты не уступают титанатным пирохлорам и цирконолитам. В близнейтральных - слабощелочных водах, характерных для участков предполагаемого захоронения актиноидных отходов, ферригранатные матрицы имеют низкую растворимость и способны обеспечить долговременную фиксацию долгоживущих радионуклидов.

5) Радиационная стабильность ферригранатов сравнима с матрицами на основе титанатного пирохлора и цирконолита. Разрушение структуры граната не приводит к существенному увеличению скорости выноса Cm из матрицы. Радиоактивный распад оказывает влияние на скорость выщелачивания элементов из граната вследствие радиолиза воды, что вызывает снижение значений pH раствора до 4-4.5.

6) Скорость процессов радиационного разрушения матриц долгоживущих актиноидов близка к темпам метамиктизации (U,Th)-минералов. Поэтому изучение природных аналогов матричных фаз позволяет точнее оценить их поведение при облучении в течение длительного времени, чем ускоренные методы, основанные на ионной бомбардировке или введении короткоживущих актиноидов в их структуру.

7) Для изучения свойств матриц ВАО, не имеющих в природе радиоактивных аналогов, требуется проведение исследований искусственных фаз, содержащих актиноиды, в том числе короткоживущие (²⁴⁴Cm, ²³⁸Pu).