Усан дахь ураны нэгдлийг тодорхойлох нэгэн арга

1 Усан дахь ураны нэгдлийг тодорхойлох нэгэн арга Н.Тэгшбаяр Товчлол Усанд ууссан ураны ионы болон эрдсийн хэлбэрийг Форбайхсын диаграммын тусламжтайгаар тодорхойлох боломжийг авч үзсэн. Ураны агуулга нь бага усанд уран нь уранинит буюу ураны давхар исэл UO2 +, ураны агуулга их усанд уран нь UO2(CO3)2 2- ионы хэлбэртэй тус тус оршихыг үзүүлсэн. Карбонатын эрдсүүдийг сонгон авч ханалтын индекс бодсоноор усан дахь уран кварцит CaMgUO2(CO3)3(H2O)12, андерсонит (Na 2CaUO2(CO3)3(H2O)6), бейлийт (Mg2UO2(CO3)3(H2O)18), либигит (Ca 2UO2(CO3)3(H2O)10) зэрэг эрдсийн хэлбэртэй ууссан байж болохыг харуулсан. Түлхүүр үгс. Ус, уран, химийн нэгдэл, Фойрбахс, эрдэс, Спектроскопийн ердийн аргууд болон химийн анализын арга нь зөвхөн тухайн бодис дахь химийн дан элементүүдийг тодорхойлдог. Элемент ямар нэгдэлд оршин байгааг тодорхойлохын тулд молекуляр спектроскопийн арга тухайлбал Раман спектроскопи, удаан нейтроны сарнилын аргуудыг хэрэглэдэг. Бид энэхүү өгүүлэлд усан дахь уран, химийн ямар нэгдэлд оршин байгааг тодорхойлох багажийн бус нэгэн аргыг авч үзнэ. Энэ аргын үндэс нь уусмал дахь ион, молекул, кристалл болон металууд термодинамик тогтвортой бүтцэд оршин байх нөхцлийг тодорхойлдог Форбайхсын (Forbaux) диаграммыг байгуулахад оршино. Форбайхсын диаграмм усны орчин р H, орчны исэлдэн ангижрах потенциалаас /oxidation and reduction potential-Eh / хамаарна [1] . Өөрөөр хэлбэл өгөгдсөн pH , өгөгдсөн исэлдэн ангижрах потенциалын утганд авч үзэж бидний сонирхож байгаа элемент (уран) термодинамик тэнцвэртэй ямар нэгдэлд оршин байж болохыг үзүүлнэ. Элемент бүрийн хувьд Форбайхсын диаграмм байгуулж болно. Гэхдээ тэр нь температур, даралт, уусмал дахь лигандуудын /ligand/ концентрацаас хамаардаг ба энэ хамаарлыг нь Нернстийн /Nernst/ тэгшитгэлийн үндсэн дээр тогтоодог. Лигандуудыг тодорхойлохын тулд усны физик-химийн ерөнхий үзүүлэлт болон гол ионы /main ions/ , анализыг хийсэн байх шаардлагатай. Усны физик-химийн ерөнхий үзүүлэлтэд усны pH, температур, цахилгаан дамжуулах чанар /electrical conductivity-EC/ , исэлдэн ангижрах потенциал, ууссан жижиг

2 хэсэг /total dissolved solids-TDS/ , ууссан хүчилтөрөгч /dissolved oxygen-DO/ зэрэг багтана. Гол ионуудын анализыг Паперын (Piper) буюу Дуровын (Durov) диаграммаар цомхон харуулж болдог [2]. Форбайхсын диаграмм сонирхож буй нэгдлүүдийн хувьд термодинамик тэнцвэртэй хэлбэрүүдийг зөвхөн харуулдаг ба метастабиль төлөвүүдийн /metastable state/ хувьд мэдээлэл өгч чаддаггүй. Усанд ууссан ураны метастабиль хэлбэрүүдийг таамаглахын тулд ураны 4 валенттай ион, гидролизд орох үзэгдэл, уранил ион UO2 2+ карбонат, хлорид, сульфаттай метастабиль нэгдэл үүсгэх боломжуудыг тус тус тооцсон. Үүний тулд уран физик химийн үзүүлэлт, уран-гол ион гэсэн корреляцийг бодох шаардлагатай [3,4]. Жишээ болгож бид усандаа ураны агуулга харьцангуй ихтэй Дорноговь (товчоор DГА), Сүхбаатар (товчоор СБА ) хоёр аймгийг авч үзье. Эдгээр аймгуудаас авсан усны дээжинд хийсэн гидрохимийн анализын үр дүнг Зураг1-Зураг4-т үзүүлэв.Үүнд Зураг1, Зураг2-т усны орчин pH, исэлдэн ангижрах потенциал (ИАП)-ын сарнилын диаграммыг хоёр аймгийн хувьд үзүүлсэн. Зураг1.Усны орчин (pH)

3 Зураг2. ИАП, мВ Диаграммаас үзэхэд Дорноговь аймгийн ус шүлтлэг талруугаа, харин Сүхбаатар аймгийн ус хүчиллэг талруугаа хазайсан нь харагдана [4] . Дорноговь аймгаас авсан дээжүүдийн ИАП- ын сарнилын муж нь бага байгаа бол Сүхбаатар аймгийн хувьд энэ нь өргөн мужид сарниж байгаагаараа ялгаатай байна. Гол ионы анализын үр дүнгээр Дуровын диаграмм байгуулж Зураг3, Зураг4-т харуулав. Зураг3. Дуровын диаграмм, ДГА

4 Зураг 4. Дуровын диаграмм, СБА Диаграммаас үзэхэд дээрхи 2 аймгийн ус ионы бүрэлдэхүүнйи хувьд ойролцоо бөгөөд катионоос натри, кали, анионоос гидрокарбонат ион давамгайлсан болох нь харагдана. Уран физик- химийн үзүүлэлт, уран-гол ион гэсэн корреляци хамаарлыг Дорноговь аймгийн хувьд Хүснэгт 1, Хүснэгт 2 -оор, Сүхбаатар аймгийн хувьд Хүснэгт 3, Хүснэгт 4-өөр тус тус үзүүлэв. Хүснэгт1. Корреляцийн анализ, физик-химийн үзүүлэлтээр (ДГ) U pH ЦД УЖХ ИАП УХ U 1 pH 0.02 1 ЦД 0.136 0.14 1 УЖХ 0.111 0.118 0.968 1 ИАП -0.168 -0.134 0.205 0.408 1 УХ 0.056 0.078 -0.156 -0.313 -0.654 1 rxy(0.05:24)=0.381 Хүснэгт2. Корреляцийн анализ, гол ионуудаар (ДГ) U HCO3- Хатуулаг Ca2+ Cl- Mg2+ SO42- HCO3 0.077 1 Хатуулаг 0.171 0.610 1 Ca2+ 0.227 0.555 0.441 1 Cl- 0.026 -0.000 -0.515 0.287 1 Mg2+ 0.172 0.465 0.641 0.477 -0.282 1 SO42- -0.022 0.170 -0.603 0.195 0.837 -0.204 1

5 rxy=(0.05:23)=0.423 Хүснэгт3. Корреляцийн анализ, физик-химийн үзүүлэлтээр (СБ) pH ЦДЧ УЖХ ИАП УХ Уран pH 1 ЦДЧ 0.096 1 УЖХ 0.092 0.999 1 ИАП 0.033 -0.195 -0.199 1 УХ 0.021 -0.050 -0.034 -0.021 1 Уран -0.209 0.483 0.490 -0.458 -0.137 1 rxy = (0.05, 14) = 0.480 Хүснэгт4. Корреляцийн анализ, гол ионуудаар (СБ) HCO3 - Хатуулаг Cl- SO4 2- NH4 + NO2 - NO3- Уран HCO3 - 1 Хатуулаг 0.481 1 Cl- 0.626 0.658 1 SO4 2- 0.558 0.599 0.922 1 NH4 + 0.398 0.713 0.576 0.403 1 NO2 - -0.549 -0.096 -0.186 -0.138 -0.397 1 NO3 - 0.147 0.385 0.268 0.188 0.347 -0.031 1 Уран 0.634 0.562 0.480 0.452 0.232 -0.329 -0.074 1 rxy = (0.05, 14) = 0.480 Хүснэгтүүдээс харахад Дорноговь аймгийн хувьд уран нь усны физик-химийн үзүүлэлт болон ионуудтай ямар нэг корреляци хамаарал байхгүй байна. Харин Сүхбаатар аймгийн хувьд усан дахь уран нь усны цахилгаан дамжуулалт, ууссан жижиг хэсэгтэй эерэг, исэлдэн ангижрах потенциальтай сул сөрөг корреляци хамааралтай байна. Сүхбаатар аймгийн хувьд уран нь гидрокарбонат, хлорын ионтай эерэг корреляцитай болох нь харагдана. Форбайхсын диаграмм байгуулахдаа бид Дорноговь аймгаас ураны агуулга (2ppb) багатай, Сүхбаатар аймгаас ураны агуулга ихтэй (212ppb) хоёр дээжийг сонгон авсан.

6 Диаграммыг Зураг 5, Зураг 6-д харуулсан. Харилцан перпендикуляр сум нь дээжийн орчин pH, исэлдэн ангижрах потенциал Eh-ийг заана. Форбайхсын диаграммаас харахад ураны агуулга бага дээжийн (Зураг5) хувьд усан дахь уран нь уранинит (UO2) хэлбэрээр орших ба харин ураны агуулга их дээжийн (Зураг6) хувьд UO2(CO3)2 2- гэсэн ионы хэлбэртэй орших боломжтой нь харагдаж байна. Зураг 5. Ураны агуулгаар бага худгийн Форбайкс диаграмм Зураг 6. Ураны агуулгаар их худгийн Форбайкс диаграмм

7 Цааш нь усанд ууссан ураны UO2(CO3)2 2- ион нь ямар катионтай нэгдэх вэ гэдгийг авч үзсэн. Үүний тулд ханалтийн индексийг тооцоолж ураны боломжит эрдсийг тодорхойлох зорилт тавьсан. Ханалтын индексийг Geochemist Wopkbench программ ашиглан тооцсон [6]. Карбонат эрдсүүдийг сонгон авч ханалтын индекс бодсоноор Сүхбаатар аймгийн усан дахь уран нь кварцит CaMgUO2(CO3)3(H2O)12, андерсонит Na2CaUO2(CO3)3(H2O)6, бейлийт Mg 2UO2(CO3)3(H2O)18, либигит Ca 2UO2(CO3)3(H2O)10 зэрэг эрдсийн хэлбэрээр усанд ууссан байх боломжтой байна. REFERENCES 1. Pourbaix, M., Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions. 2d English ed. 1974, Houston, Tex.: National Association of Corrosion Engineers. 2. Piper, A.M. (1953). A Graphic Procedure in the Geochemical Interpretation of Water Analysis. Washington D.C, United States Geological Survey, OCLC 37707555, ASIN B 0007HRZ36 3. P . Ravikumar, “Elixir Earth Sci. 80 31073-31077,” A comparative study on usage of Durov and Piper diagrams to interpret, pp. 4-5, 2015. 4. Tsookhuu. Kh., Bolormaa. O, Tegshbayar . N, “Uranium concentration in drinking waters of Mongolia ”, NUM J. Science , Physics Journal , 2017, No 25(478), Улаанбаатар, хууд. 116-132. 5. Dougles, G., & Brookins. (1987). Eh-pH diagram for Geochemistry. USA: 145-150. 6. Iwatsuki.T, & Arthur.R. (2004). Solubility constraints on uranium concentrtion in groundwaters of Tono uranium deposit, Japan. Radiochimica Acta 92, 792-793.