ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2025-5-64-71ekip-2922Research ArticleЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬECOLOGICAL SAFETYИсследование подвижности урана в модельных почвенных средах в присутствии металлических железа и алюминияStudy of Uranium Mobility in Model Soil Media in the Presence of Metallic Iron and AluminumСофроноваС.М.SofronovaS.M.

инженер

Engineer

podpiska@kalvis.ruБогуславскийА.Е.BoguslavskyA.E.

д-р геол.-минерал. наук, и.о. зав. лабораторией

Dr. Sci. (Geol.-Mineral.), Acting Head of Laboratory

podpiska@kalvis.ruГаськоваО.Л.GaskovaO.L.

д-р геол.-минерал. наук, вед. науч. сотрудник

Dr. Sci. (Geol.-Mineral.), Leading Researcher

podpiska@kalvis.ruСысоА.И.SysoA.I.

д-р биол. наук, науч. руководитель

Dr. Sci. (Biology), Research Advisor

podpiska@kalvis.ruИнститут геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАНРоссияV.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RASRussian FederationИнститут почвоведения и агрохимии СО РАНРоссияInstitute of Soil Science and Agrochemistry SB RASRussian Federation2025200520252956471Copyright © ООО "Калвис", 20252025ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/2922

Проведено исследование подвижности урана в почвенных средах с разными значениями рН при введении металлических пластинок Al и Fe для создания восстановительных условий. Смоделирована ситуация захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРО) на предприятиях Росатома. Определены формы нахождения урана в почвенных грунтах методом ступенчатого выщелачивания по схеме Клемента. Выявлено, что наиболее эффективными оказались кислые среды с добавлением торфа, где >90 % U остается в остаточной "неподвижной" фракции, связанной с органическим веществом. Отмечено, что в нейтральной среде (чернозем) подвижность урана значительно зависит от его количества в системе (1 и 5 % по массе), а в щелочной среде избыток карбонатов увеличивает подвижность урана за счет образования уранил-карбонатных комплексов в растворе. Подтверждено, что накопление урана наиболее интенсивно происходит в кислой и нейтральной средах.

The study of uranium mobility in soil media with different pH values at introduction of metal plates Al and Fe to create reducing conditions was carried out. The situation of solid radioactive waste (SRW) disposal at Rosatom facilities was modeled. The forms of uranium in soils were determined by the method of step leaching according to the Clement's scheme. It was revealed that the most effective were acidic media with the addition of peat, where >90 % of U remains in the residual "fixed" fraction binded with organic matter. It was noted that in neutral medium (chernozem) uranium mobility significantly depends on its amount in the system (1 and 5 % by mass), and in alkaline medium excess of carbonates increases uranium mobility due to the formation of uranyl-carbonate complexes in solution. It is confirmed that uranium accumulation is most intensive in acidic and neutral media.

твердые радиоактивные отходыкоррозия железа и алюминиямиграция уранагетитгиббситсорбция на продуктах окисления металловsolid radioactive wasteiron and aluminum corrosionuranium migrationgoethitegibbsitesorption on metal oxidation productsReferencesKrot A., Vlasova I., Trigub A. From EXAFS of reference compounds to U(VI) speciation in contaminated environments. Journal of Synchrotron Radiation. 2022. № 29. Р. 303—314. https://doi.org/10.1107/S1600577521013473Krot A., Vlasova I., Trigub A. From EXAFS of reference compounds to U(VI) speciation in contaminated environments. Journal of Synchrotron Radiation. 2022. № 29. Р. 303—314. https://doi.org/10.1107/S1600577521013473Romanchuk A.Y., Vlasova I.E., Kalmykov S.N. Speciation of Uranium and Plutonium from Nuclear Legacy Sites to the Environment: A Mini Review. Frontiers in chemistry. 2020. Vol. 8. Р. 630. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00630.Romanchuk A.Y., Vlasova I.E., Kalmykov S.N. Speciation of Uranium and Plutonium from Nuclear Legacy Sites to the Environment: A Mini Review. Frontiers in chemistry. 2020. Vol. 8. Р. 630. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00630.Lurdes Dinis М. Fiúza A. Mitigation of Uranium Mining Impacts – A Review on Groundwater Remediation Technologies. Geosciences. 2021. № 11 (6):250. С. 303—314. https://doi.org/10.3390/geosciences11060250.Lurdes Dinis М. Fiúza A. Mitigation of Uranium Mining Impacts – A Review on Groundwater Remediation Technologies. Geosciences. 2021. № 11 (6):250. С. 303—314. https://doi.org/10.3390/geosciences11060250.Plessl K., Russ A., Vollprecht D. Application and development of zero-valent iron (ZVI) for groundwater and wastewater treatment. International journal of environmental science and technology. 2023. Vol. 20. P. 6913—6928. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04536-7.Plessl K., Russ A., Vollprecht D. Application and development of zero-valent iron (ZVI) for groundwater and wastewater treatment. International journal of environmental science and technology. 2023. Vol. 20. P. 6913—6928. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04536-7.Wang Y., Wang J., Li P. et al. The adsorption of U(VI) on magnetite, ferrihydrite and goethite. Environmental Technology & Innovation. 2021. Vol. 23. 101615. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101615.Wang Y., Wang J., Li P. et al. The adsorption of U(VI) on magnetite, ferrihydrite and goethite. Environmental Technology & Innovation. 2021. Vol. 23. 101615. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101615.Hattori T., Saito T., Ishida K. et al. The structure of monomeric and dimeric uranyl adsorption complexes on gibbsite: A combined DFT and EXAFS. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73. Iss. 20. P. 5975—5988. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.07.004.Hattori T., Saito T., Ishida K. et al. The structure of monomeric and dimeric uranyl adsorption complexes on gibbsite: A combined DFT and EXAFS. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73. Iss. 20. P. 5975—5988. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.07.004.Гончарук В.В., Г.Н. Пшинко Г.Н., Кобец С.А. и др. Влияние природы кислородсодержащих минералов на их сорбционную способность по отношению к U(VI). Радиохимия. 2010. № 3. С. 241—246.Гончарук В.В., Г.Н. Пшинко Г.Н., Кобец С.А. и др. Влияние природы кислородсодержащих минералов на их сорбционную способность по отношению к U(VI). Радиохимия. 2010. № 3. С. 241—246.Gückel A., Rossberg A., Brendler V. et al. Binary and ternary surface complexes of U(VI) on the gibbsite/water interface studied by vibrational and EXAFS spectroscopy. chemical geology. 2012. Vol. 326—327. P. 27—35. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2012.07.015.Gückel A., Rossberg A., Brendler V. et al. Binary and ternary surface complexes of U(VI) on the gibbsite/water interface studied by vibrational and EXAFS spectroscopy. chemical geology. 2012. Vol. 326—327. P. 27—35. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2012.07.015.Zhang H., Wang Z., Zhao Y., Pearce C.I., Clark S.B., Rosso K.M. Metal ion (Cr3+, Eu3+, UO2 2+) adsorption on gibbsite nanoplates. Engineered science. 2023. Vol. 24. P. 896—910. https://dx.doi.org/10.30919/es896.Zhang H., Wang Z., Zhao Y., Pearce C.I., Clark S.B., Rosso K.M. Metal ion (Cr3+, Eu3+, UO2 2+) adsorption on gibbsite nanoplates. Engineered science. 2023. Vol. 24. P. 896—910. https://dx.doi.org/10.30919/es896.Lopez-Odriozola L., Shaw S., Abrahamsen-Mills L. et al. Natrajan Identification and quantification of multiphase U(VI) Speciation on gibbsite with pH using TRLFS and PARAFAC of excitation emission matrices. Science & technology. 2024. Vol. 58. Iss. 40. P. 17916—17925. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06133.Lopez-Odriozola L., Shaw S., Abrahamsen-Mills L. et al. Natrajan Identification and quantification of multiphase U(VI) Speciation on gibbsite with pH using TRLFS and PARAFAC of excitation emission matrices. Science & technology. 2024. Vol. 58. Iss. 40. P. 17916—17925. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06133.Xiang S., Cheng W., Nie X. et al. Zero-valent iron-aluminum for the fast and effective U(VI) removal. Journal of the Taiwan institute of chemical engineers. 2018. Vol. 85. P. 186—192. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2018.01.039.Xiang S., Cheng W., Nie X. et al. Zero-valent iron-aluminum for the fast and effective U(VI) removal. Journal of the Taiwan institute of chemical engineers. 2018. Vol. 85. P. 186—192. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2018.01.039.Boguslavsky A.E., Gaskova O.L. et al. Environmental monitoring of low-level radioactive waste disposal in electrochemical plant facilities in Zelenogorsk, Russia. Applied geochemistry. 2020. Vol. 119. 104598. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2020.104598.Boguslavsky A.E., Gaskova O.L. et al. Environmental monitoring of low-level radioactive waste disposal in electrochemical plant facilities in Zelenogorsk, Russia. Applied geochemistry. 2020. Vol. 119. 104598. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2020.104598.ГОСТ 26423-85 Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М., Стандартинформ, 2011. 8 с.ГОСТ 26423-85 Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М., Стандартинформ, 2011. 8 с.ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М., Стандартинформ, 2014. 23 с.ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М., Стандартинформ, 2014. 23 с.ГОСТ 17.4.4.01-84 Почвы. Методы определения емкости катионного обмена. М., Стандартинформ, 2008. 7 с.ГОСТ 17.4.4.01-84 Почвы. Методы определения емкости катионного обмена. М., Стандартинформ, 2008. 7 с.ГОСТ 23740-2016 Грунты. Методы определения содержания органических веществ. М., Стандартинформ, 2017. 12 с.ГОСТ 23740-2016 Грунты. Методы определения содержания органических веществ. М., Стандартинформ, 2017. 12 с.Бондарева Л.Г., Болсуновский А.Я., Сухоруков Ф.В. Оценка миграционной способности трансурановых радионуклидов (241 Am, изотопов Рu) и 152Eu в донных отложениях р. Енисей методом химического фракционирования: модельные эксперименты. Радиохимия. 2005. № 4. C. 379—384.Бондарева Л.Г., Болсуновский А.Я., Сухоруков Ф.В. Оценка миграционной способности трансурановых радионуклидов (241 Am, изотопов Рu) и 152Eu в донных отложениях р. Енисей методом химического фракционирования: модельные эксперименты. Радиохимия. 2005. № 4. C. 379—384.Шваров Ю.В. Алгоритмизация численного равновесного моделирования динамических геохимических процессов. Геохимия. 1999. № 6. С. 646—65.Шваров Ю.В. Алгоритмизация численного равновесного моделирования динамических геохимических процессов. Геохимия. 1999. № 6. С. 646—65.Efremova T.T., Efremov S.P., Kutsenogiy K.P. et al. Biogeochemistry of Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U in lowland peat between the Ob and Tom rivers. Soil Science. 2003. Vol. 5. P. 557—567.Efremova T.T., Efremov S.P., Kutsenogiy K.P. et al. Biogeochemistry of Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U in lowland peat between the Ob and Tom rivers. Soil Science. 2003. Vol. 5. P. 557—567.Riba O., Scott T.B., Ragnarsdottir K.V., Allen G.C. Reaction mechanism of uranyl in the presence of zero-valent iron nanoparticles. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. Vol. 72. P. 4047—4057. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.04.041.Riba O., Scott T.B., Ragnarsdottir K.V., Allen G.C. Reaction mechanism of uranyl in the presence of zero-valent iron nanoparticles. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. Vol. 72. P. 4047—4057. https://doi.org/10.1016/j.gca.2008.04.041.Noubactep C., Schцner A., Meinrath G. Mechanism of uranium removal from the aqueous solution by elemental iron. Journal of hazardous materials. 2006. Vol. 132. Iss. 2—3. P. 202—212. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.08.047.Noubactep C., Schцner A., Meinrath G. Mechanism of uranium removal from the aqueous solution by elemental iron. Journal of hazardous materials. 2006. Vol. 132. Iss. 2—3. P. 202—212. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.08.047.Лавриненко Е.Н. Fe(II)—Fe(III)-слоевые двойные гидроксиды (green rust). Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты. 2009. № 4. С. 16—53.Лавриненко Е.Н. Fe(II)—Fe(III)-слоевые двойные гидроксиды (green rust). Наночастицы, нанокластеры, нульмерные объекты. 2009. № 4. С. 16—53.Папынов Е.К., Портнягин А.С., Чередниченко А.И., Ткаченко И.А., Модин Е.Б., Майоров В.Ю., Драньков А.Н., Сокольницкая Т.А. и др. Сорбция урана на восстановленных пористых оксидах железа. Доклады академии наук. 2016. Т. 468. № 1. С. 52—56.Папынов Е.К., Портнягин А.С., Чередниченко А.И., Ткаченко И.А., Модин Е.Б., Майоров В.Ю., Драньков А.Н., Сокольницкая Т.А. и др. Сорбция урана на восстановленных пористых оксидах железа. Доклады академии наук. 2016. Т. 468. № 1. С. 52—56.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.