高岭土类粘土矿物材料对模拟核素Sr、Co、Cs的吸附性能研究

２００７年第５期　中国非金属矿工业导刊　总第６３期　【试验研究】　离嗡　类粘　驴翱材料对樱擞核泰　Ｓ　ｅ　ｅ　ｓ的吸豳性髂研究　刘　燕　（中国建筑材料地质勘查中心河北总队，河北保定０７１０５１）　摘要：对苏州高岭土、北川埃洛石、贵州遵义埃洛石吸附Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ的性能进行了实验研究，结果表明：①高岭土类　粘土矿物对ｓｒ　、ｃｏ　、ｃｓ　的吸附能力随着ｐＨ值增大而增强，在碱　条件下对ｓｒ　、Ｃｏ“、ｃｄ　的吸附能力随碱陆程度　的增加而快速增大；②高岭土类粘土矿物对ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ…的吸附随着吸附剂量的增大，吸附率逐渐增大，单位质量吸附　量明显减小；③母液浓度增大，单位质量吸附量增加，吸附率减小；④贵州埃洛石、北川埃洛石对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸附　性能相近，埃洛石对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸附能力好于苏州高岭土。　关键词：高岭土类粘土矿物；Ｓｒ，Ｃｏ，Ｃｓ；吸附性能　中图分类号：Ｐ５７８．９６５；ＴＤ９８５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９３８６（２００７）０５—００２５—０４　Ｔｈｅ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｋａｏｌｉｎ　Ｃｌａｙｓ　ｆｏｒ　Ｓｉｍｕｌａｎｔ　Ｒａｄｉ０ｎｕｃｌｉｄｅｓ　Ｓｒ，Ｃｏ，Ｃｓ　ＬｉｕＹａｎ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，０７１０５１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ　ｉｏｎｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｚｕｎｙｉ　ｏｆ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｂｅｉｃｈｕａｎ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｋａｏｌｉｎ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｓｕｚｈｏｕ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ：①ｔｈｅ　Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ　ｉｏｎｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　ａｎｄ　ｋａｏｌｉｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｐＨ　ｏｆ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ；②ｔｈｅ　Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ　ｉｏｎｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　ａｎｄ　ｋａｏｌｉｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ａｎｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｄｓｏｒｂｅｎｔ；③ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　ａｎｄ　ｋａｏｌｉｎ　ｔｏ　Ｓｒ、　Ｃｏ、Ｃｓ　ｉｏｎｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ａｎｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｒ　、Ｃｏ“、Ｃｓ“；　④ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｌｌｏｙｓｉｔｅ　ｔｏ　Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ　ｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｋａｏｌｉｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｋａｏｌｉｎ　ｃｌａｙｓ；Ｓｒ．Ｃｏ．Ｃｓ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　核废物处理是当今重大环境问题之一。随着核　质埃洛石原矿，经干燥、破碎、过１００目筛备用。矿　工业的发展，大量放射性废物最终被安全埋于地质岩　物原料的基本特征见表１、表２，其基本地质特征参　石层中，这些废物释放并输送到人类环境的最主要途　见文献ｆ５—７］。　径是地下水的侵入和核素随地下水的迁移。因此，必　表１　原矿粒度及其分布　ｍ）　须设置各种天然的和人工的屏障，使废物与地下水隔　矿种及产地　２００目样品　８０目样品　离，并在隔离失效后阻滞放射性核素的迁移。因此，　０　。　。　平均　ＤＩ。　０　。　平均　放射性核素在地质介质和充填材料上吸附的研究是　苏州高岭土　０．２５　０．９７　３．３９　１．４３　１．７７２　６．２９７　２７．３７９　１０．９４１　贵卅Ｉ埃洛石　０．２７　１．０２　３．７０　１．５５　２．２８２　１８．６５３　５８．２２０　２５．０３：　核废物安全地质处置的关键。在中低放射物的地质　四川北川　埃洛石　０．２６　０．９７　３．６８　１．５３　２．２８９　ｌ４．６４８　４７．４０２　２０．３１：　处置研究中，国内外学者在回填材料方面进行了大　量研究　。易发成等研究表明沸石、钠化改性凹凸　表２　各地高岭土的物理化学性质　棒石粘土矿物对锶、铯具有优良的吸附性能　。。唐方　产地及矿种　胶质价　膨胀容　膨润值　ｐｉｔ值　ＣＥＣ　华研究了”　Ｃｓ在新疆粘土、安徽明光凹凸棒土中的　（ｍＬ／１５ｇ）　（ｍＬ／ｇ）　（ｍＬ／３ｇ）　（Ｍｅｑ／ｌＯＯｇ）　吸附行为，研究表明：两种粘土材料作为核废物处置　苏卅ｌ高岭土　５６　＜５　１Ｏ　８．２　９．７０　的充填材料对¨　Ｃｓ的迁移能起到一定程度的阻滞作　四川北川埃洛石　４０　＜５　９　８．７４　１２．９３　贵卅Ｉ埃洛石　５Ｏ　＜５　８　７．５９　８．５Ｏ　用　。本文对高岭土类粘土矿物材料吸附Ｓｒ、Ｃｏ、Ｃｓ　的性能进行了实验研究。　２　高岭土类粘土矿物对锶、铯、钴的吸附性能　１样品及制作　方法概述：用电子天平称取（精确到小数点后２　选用苏州高岭土、四川北川及贵州遵义三合优　位）一定量的粘土矿物样品于１　００ｍＬ三角瓶中，按要　维普资讯 http://www.cqvip.com 刘燕：高岭土类粘土矿物材料对模拟核素Ｓｒ、ＣＯ、ＣＳ的吸附性能研究　一　＼　旨一　莲　丌Ｊ舟　求加入５０ｍＬ不同浓度的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　溶液，用　ＨＣ１和ＮａＯＨ调节溶液的ｐＨ值（用试纸检测），在振　荡器上振荡一定时间，取上清液在离心机上（３　０００ｒ／　ｍｉｎ）离心３ｍｉｎ，离心后取上层清液用原子吸收光谱　检测其Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的含量，并计算吸附率和去　除率。高岭土类矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、ＣｓＨ吸附的主要　影响因素有吸附时间、ｐＨ值、固液比、Ｓｒ　、Ｃｏ　、　Ｃｓ　的起始浓度。　吸附效果用吸附率和单位质量吸附量来表示，　计算公式如下：　单位质量吸附量　＝Ｖ（　—　）／　（ｍｇ／ｇ）　吸附率　（Ｃｏ—　）／Ｃｏ×１００％　——２．１　吸附时间对高岭土类粘土矿物吸附Ｉ生能的影响　２．１．１　试验方法　分别取浓度为０．００５ｍｏｌ／Ｌ的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　溶液５０ｍＬ于１００ｍＬ的三角烧瓶中，加入０．１ｇ的样　品，用ＨＣ１和ＮａＯＨ将ｐＨ值调至６．５～７．０范围内。　在不同的时间间隔内，离心后取上层清液，用原子　吸收光谱检测清液的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ“浓度。　２。１．２试验结果与分析　吸附时间对高岭土类粘土矿物吸附Ｓｒ“、Ｃｏ　、　Ｃｓ　的性能影响结果见图１。结果表明在吸附作用初　始阶段，高岭土类粘土矿物吸附Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　离　子的速度较快，但随后吸附速度减慢、并随吸附时　间的增加吸附量在缓慢增加。在４ｈ后增长缓慢，２１ｄ　后基本趋于平衡，无论吸附率还是单位质量吸附量　均没有太大变化。贵州埃洛石及北川埃洛石吸附性　能相近，苏州高岭土对Ｓｒ　的吸附能力较埃洛石差。　原溶液的浓度（ｇ／ｍＬ）；　——平衡后液相中离子浓度（ｇ／ｍＬ）；　吸附剂的重量（ｇ）；　液相体积（ｍＬ）。　７０　６０　一一５０　４　，　斛　莲　世１０　０　５０　００　５０　０　０　ｂＯ　＼ｌ００　ｂｏ　ｇ　８０　卿６０　萋４０　２００　４００　０　２００　４００　６００　时间（ｈ）　一时间（ｈ）　◆一贵州埃洛石　・一北川埃洛石　一▲一苏州高岭土　时间（ｈ）　图１　吸附时间对吸附性能的影响　２．２　介质ｐＨ值对吸附陛能的影响　２．２．１试验方法　分别取浓度为０．００５ｍｏｌ／Ｌ的Ｓｒ”、Ｃｏ　、Ｃｓ　溶液５０ｍＬ于１００ｍＬ的三角烧瓶中，加入０．１ｇ的样　品，用Ｈ　Ｃｌ和ＮａＯＨ将ｐＨ值调至不同的范围。振　荡２ｈ，离心后取上层清液，用原子吸收光谱检测清　液的Ｓｒ　、Ｃｏ“、Ｃｓ“浓度。　２．２．２试验结果与分析　下其吸附能力低，并随酸性程度的增加而缓慢降　低；在碱性条件下对ＳｒＨ、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸附能力增　强，并随碱性程度的增加而快速增大；但埃洛石对　Ｃｓ“的吸附、高岭土对Ｓｒ　的吸附能力随碱性程度　增大而增加的幅度相对较小。　２．３　液固比对吸附性能的影响　２．３．１　试验方法　　‘分别取浓度为０．００５ｍｏｌ／Ｌ的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　ｐＨ值对高岭土类粘土矿物吸附Ｓｒ“、Ｃｏ　、Ｃｓ　的性能的影响结果见图２。结果表明高岭土类粘土　矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、ＣｓＨ的吸附Ｉ生能随吸附介质的　ｐＨ值的不同而有显著的变化。总体来说在酸性条件　溶液５０ｍＬ于１００ｍＬ的三角烧瓶中，加入不同量的样　品，用ＨＣ１和ＮａＯＨ将ｐＨ值调至６．５～７．０范围内。　振荡２ｈ，离心后取上层清液，用原子吸收光谱检测　清液的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　浓度。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第５期　中国非金属矿工业导刊　总第６３期　ｂ０　＼　ｂ０　苣　誉　莲　型　ｂ０　１２０　＼　ｂ０　１００　苣　８０　皿础　６０　莲　莲４０　皿础　２０　０　◆一贵卅Ｉ埃洛石　一－一北川埃洛石　一▲一苏卅Ｉ高岭土　图２　ｐＨ值对吸附性能的影响　２．３．２试验结果与分析　矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸附率随吸附剂量的增加　液固比对高岭土类粘土矿物吸附Ｓｒ　一、ＣＯ　、　而增大，单位质量吸附量随吸附剂量的增加而减少，　Ｃｓ　的性能影响结果见图３。结果表明高岭土类粘土　在吸附剂量小时，这种变化速度较快，随之趋于平　ｂ０　＼　１００　ｂ０　一　苣　—８０　。　碍　莲　莲４０　皿础　２０　０　ｂｏ　１　ｂ０　＼　ｂ０　＼　苣　ｂ０　苣　皿础　莲　皿础　皿础　皿础　吸附剂量（ｇ）　吸附剂量（ｇ）　吸附剂量（ｇ）　一◆一贵州埃洛石　～－一北川埃洛石　一▲一苏州高岭土　图３　吸附剂用量对吸附性能的影响　衡。在吸附剂量相同时，埃洛石的吸附能力要好于　光谱检测清液的Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　浓度。　苏州高岭土，埃洛石对Ｃ　Ｏ　的吸附能力要好于对　２．４．２　试验结果与分析　Ｃｓ　、Ｓｒ　的吸附。　溶液浓度对ｓｒ　、ｃｏ抖、ｃｓ　的吸附能力的影响　２．４　溶液浓度对吸附性能的影响　见图４，结果表明高岭土类矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　２．４．１试验方法　的单位质量吸附量随溶液浓度的增大而增加；对　将相同量的样品加入不同浓度的Ｓｒ　、ＣＯ”、　Ｓｒ¨、Ｃｏ¨的吸附率随溶液浓度的增大而快速降低，　Ｃｓ　溶液中，用ＨＣ１和ＮａＯＨ将ｐＨ值调至６．５～７．０　对Ｃｓ　的吸附率随着溶液浓度的增大而降低，但当溶　范围内。振荡２ｈ，离心后取上层清液，用原子吸收　液浓度达到一定浓度时（６６４．３ｍｇ／Ｌ），吸附率达到最　维普资讯 http://www.cqvip.com 刘燕：高岭土类粘土矿物材料对模拟核素Ｓｒ　ＣＯ、Ｃｓ的吸附性能研究　ｂｏ　４０　１２０　ｂＯ　１００　一　鲁３０　８０　谢　２０　时６０　莲　意１０　蕾４０　怊　２０　０　０　：噩Ｌ　０　２　４　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｌ）　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｌ）　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｉ　）　ｂｏ　１４０　ｂｏ　１２０　一　ｌ００　８０　甜　６０　莲　瞧４０　２０　０　０　２　４　０　２　４　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｌ）　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｌ）　原始溶液浓度ｌｏｇ（ｍｇ／Ｌ）　◆一贵州埃洛石　一－一北川埃洛石　▲一苏州高岭土　图４　溶液浓度对吸附性能的影响　低值，随溶液浓度继续增大，吸附率又开始增大。　的吸附能力好于苏州高岭土。　３结论　【参考文献】　（１）在吸附作用初始阶段，高岭土类粘土矿物吸　【１】Ｔｉｅｎ－ｊｕｉＬｉａｎｇ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｒｐ—　附Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　离子的速度较快，在４ｈ后增长　一　＼　吕一卿莲　卿餐　斟　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ　ｏｎ　ｍｏｒｄｅｎｉｔｅ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｓｏｔｏｐｅｓ，　Ｏ∞　　Ｏ　Ｏ　如　Ｏ　Ｏ加　　Ｏ　Ｏｍ　　Ｏ　Ｏ　１９９９，５　１（５）：５２７—５３２．　缓慢，２ｌｄ后基本趋于平衡，无论吸附率还是单位质　ｆ２】Ａｂｄｅｌｒａｈｉｍ　Ａｂｕｓａｆａ，Ｈａｙｒｅｔｔｉｎ　Ｙｕｃｅ１．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ”　Ｃｓ　ｆｒｏｍ　量吸附量均没有太大变化。　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃａｔｉｏｎｉｃ　ｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ａ　ｎａｔｕｒａｌ　（２）高岭土类粘土矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸　ｚｅｏｌｉｔｅ：ｃｌｉｎｏｐ—ｔｉｌｏｌｉｔｅ［Ｊ］．Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２００２，２８：１０３—１１６　附性能随吸附介质的ｐＨ值的不同而有显著的变化。　【３】易发成，李玉香，唐蓉，等．矿物材料对核素Ｓｒ、Ｃｓ的吸附性　总体来说在酸性条件下其吸附能力低；在碱性条件　能研究【Ｊ】．中国矿业，２００４，１　３（１　２）：６７　７０．　下对Ｓｒ　、Ｃｏ　、ＣｓＨ的吸附能力增强。　【４】唐方华．两种粘土材料对”　Ｃ　ｓ吸附特性的研究【Ｊ】．核技术，　（３）高岭土类粘土矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　的吸　１９９７，２０（３）：１７９　１　８３．　【５】肖金凯，姚林波．贵州高岭土的成份与性质研究【Ｊ】．地质地球　附率随吸附剂量的增加而增大，单位质量吸附量随　化学，１９９７，３：４０　４８．　吸附剂量的增加而减少。　【６】易发成，等．苏州高岭土矿床地球化学及成因【Ｍ】．北京：地质　出版社，１　９９６．　（４）高岭土类矿物对Ｓｒ　、Ｃｏ　Ｃｓ　的单位质　【７】易发成，陈廷方，汪建中，等．四川北川埃洛石矿物学特征及　量吸附量随溶液浓度的增大而增加。　工业利用前景【Ｊ】．矿物岩石，１　９９７，９（３）：１１　１４．　（５）贵州埃洛石、北川埃洛石对Ｓｒ　、Ｃｏ　、Ｃｓ　【收稿日期】２００７—０４—０９　●　（上第ｌ７页）　【参考文献】　（４）进一步研究煅烧叶蜡石加工工艺，开发煅烧　【１】杨雅秀，张乃娴，等．中国粘土矿物【Ｍ】．北京：地质出版社，　叶蜡石产品，以供电缆、油漆涂料（标识漆等）工业使　１９９４：５７－７５．　用，部分或全部替代钛白粉和白炭黑等产品。　【２】徐传云，许风林，等．叶蜡石开发利用【Ｍ】．武汉：中国地质大　学出版社，２００１：７８　１１３．　（５）浙江省　华东地区造纸工业发达，应进一步　【３】邱建平，等．浙江省矿产资源形势分析报告（内部）．浙江省国　加强叶蜡石开发造纸填料、涂料实际应用的可行性　土资源厅，２００６：２　８．　研究。　【收稿日期】２００７—０６一ｌ　５