Nghiên cứu biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và Di Linh - Lâm Đồng nhằm đánh giá khả năng cô lập chất thải hạt nhân

Nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn của khoáng vật sét và sét là một vấn đề khó và mới được công bố trên thế giới trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây. Để xác định được cơ chế và mức độ biến đổi của một số loại sét Việt Nam như sét Núi Nưa và Di Linh nhằm đánh giá tính bền vững và khả năng sử dụng chúng trong bồn chứa rác thải hạt nhân thì việc tiếp cận các phương pháp nghiên cứu hiện đại, đồng bộ nghiên cứu khoáng vật, địa hóa là rất quan trọng. Đồng thời, nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn hai loại sét này trong phòng thí nghiệm cũng cần được đối sánh và căn cứ vào các dấu hiệu biến đổi tự nhiên và đối sánh với biến đổi của các loại sét điển hình khác trên thế giới.

Đề tài Nghiên cứu biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và Di Linh - Lâm Đồng nhằm đánh giá khả năng cô lập chất thải hạt nhân do Cơ quan chủ trì Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Hoàng Thị Minh Thảo để thực hiện nhằm mục tiêu: Xác định cơ chế và mức độ biến đổi ngắn hạn của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng trong một số điều kiện mô phỏng môi trường bồn chứa rác thải hạt nhân khác nhau; Đề xuất sơ bộ giải pháp công nghệ làm giàu, tinh chế sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng để tăng cường tính đáp ứng yêu cầu cô lập chất thải phóng xạ; Đánh giá và so sánh khả năng cô lập chất thải phóng xạ của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng có tính đến biến đổi trong điều kiện bồn chứa rác thải hạt nhân.

Với việc nghiên cứu quá trình và cơ chế biến đổi ngắn hạn các pha khoáng vật của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng trong một số điều kiện mô phỏng môi trường bồn chứa rác thải hạt nhân khác nhau. Nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp nghiên cứu thực địa để tiến hành để thu thập mẫu phục vụ nghiên cứu trong phòng. Mẫu cần được lấy đại diện. Ngoài ra, quá trình thực địa cũng quan sát, ghi nhận, và lấy mẫu để nghiên cứu các dấu hiệu quá trình biến đổi ngoài tự nhiên làm cơ sở cho nghiên cứu quá trình biến đổi ngắn hạn trong phòng. Quan sát và lấy mẫu thực hiện bao gồm cả theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang. Và phương pháp XRD là một phương pháp hiệu quả trong nghiên cứu thành phần khoáng vật của mẫu và cấu trúc của các khoáng vật trong mẫu.

Phân tích XRD được áp dụng đối với mẫu bột để nghiên cứu thành phần khoáng vật trong mẫu tổng. Phân tích XRD đối với mẫu định hướng được làm khô tự nhiên trong không khí và mẫu tẩm ethylen-glycol để xác định các khoáng sét trương nở. Các phân tích XRD được tiến hành trên máy D5005 Siemens, sử dụng bức xạ Cu(Kα1,2) ở hiệu điện thế 40 kV, dòng điện 30 mA (khoảng đo: 3,0-70,0 °2θ; bước đo: 0,02 °2θ) (Phòng thí nghiệm thuộc Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) và được phân tích kiểm tra trên máy Siemens D5000 X-ray diffractometer (Đại học Kỹ thuật Darmstadt, CHLB Đức). Kết quả phân tích XRD mẫu bột được định tính bằng phần mềm Winfit đối sánh với hệ thống dữ liệu ICDD/JCPDS và định lượng bằng phần mềm BGMN dựa trên lý thuyết Rietveld (Bergmann et al., 1998; Ufer et al., 2008). Kết quả phân tích XRD mẫu định hướng được xử lý bằng phần mềm Sybilla© (Aplin et al., 2006).

Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF): Thành phần hóa học của các mẫu được xác định bằng phương pháp XRF với thiết bị Shimadzu XRF-1800 thuộc hệ thống phòng thí nghiệm của Khoa Địa chất - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Thiết bị được vận hành với công suất chùm tia X 4,0 kW (hiệu điện thế 40 kV và cường độ dòng 95 mA). Mẫu dạng bột được trộn với Li2B4O7 và LiBO2 trước khi làm nóng chảy để đảm bảo tính đồng nhất. Mất khi nung được thực hiện ở 1000 °C để tính toán lượng H2O bay hơi. Phân tích XRF cho phép tính toán hàm lượng (%) oxit của các nguyên tố chính và hàm lượng (ppm) của các nguyên tố vết.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Đề tài đã làm rõ cơ chế quá trình biến đổi ngắn hạn của sét Di Linh - Lâm Đồng và Núi Nưa - Thanh Hóa trong điều kiện mô phỏng môi trường bồn chứa rác thải hạt nhân (dùng tương tác với nước cất, dung dịch NaCl 1N, dung dịch Ca(OH)2 1N để mô phỏng ảnh hưởng của nước ngầm, đá gốc, xi măng), từ đó làm tiền đề cho các nghiên cứu lý thuyết về cơ chế quá trình biến đổi ngắn hạn với các đối tượng có đặc điểm tương tự. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng thành phần smectit giàu Al sẽ được phát triển và thay thế cho smectit giàu Fe trong sét Núi Nưa; tương tự thành phần smectit trong sét Di Linh sẽ biến đổi với xu hướng đạt được tỉ lệ lớp trương nở lớn hơn.

- Đề tài đã đề xuất sơ bộ giải pháp công nghệ làm giàu sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng để tăng cường tính đáp ứng yêu cầu cô lập chất thải phóng xạ. Kết quả này có thể làm tiền đề cho các nghiên cứu công nghệ tuyển ở quy mô pilot hoặc quy mô công nghiệp để chế biến sét cho yêu cầu cô lập chất thải phóng xạ hoặc các yêu cầu ứng dụng khác.

- Đề tài đá đánh giá được khả năng cô lập chất thải phóng xạ của sét Núi Nưa - Thanh Hóa và sét Di Linh - Lâm Đồng có tính đến biến đổi trong điều kiện bồn chứa rác thải hạt nhân. Đây là một kết quả quan trọng góp phần vào việc quyết định sử dụng hai loại sét này để cô lập chất thải hạt nhân hoặc chất thải phóng xạ.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16773/2019) tại Cục Thông tin KH&CN Quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)