(Luận văn thạc sĩ) đánh giá khả năng sử dụng bentonit vùng di linh, lâm đồng làm vật liệu cô lập chất thải có tính phóng xạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Ngọc Nam ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BENTONIT VÙNG DI LINH, LÂM ĐỒNG LÀM VẬT LIỆU CƠ LẬP CHẤT THẢI CĨ TÍNH PHĨNG XẠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Ngọc Nam ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BENTONIT VÙNG DI LINH, LÂM ĐỒNG LÀM VẬT LIỆU CÔ LẬP CHẤT THẢI CĨ TÍNH PHĨNG XẠ Chun ngành: Mã số: Khống vật học – Địa hóa học 60 44 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hoàng Thị Minh Thảo Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, trƣớc tiên em xin chân thành cảm ơn giảng dạy nhiệt tình thầy Khoa Địa chất - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội suốt thời gian em học tập, nghiên cứu trƣờng Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS Hoàng Thị Minh Thảo, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình chu đáo trình em thực hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn chị Lại Thị Bích Thủy Trƣởng phịng Khống vật anh chị phịng – Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất giúp đỡ bảo truyền đạt kinh nghiệm quý báu thời gian nghiên cứu, công tác trung tâm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân bạn bè tạo điều kiện tốt nhất, bên cạnh động viên cổ vũ để tơi hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng nhƣng chắn rằng, hạn chế thiếu sót luận văn khơng tránh khỏi Vì vậy, tơi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy tồn thể bạn để luận văn đƣợc hoàn thiện Hà Nội, ngày 24 tháng 02 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Nam Nguyễn Ngọc Nam - iii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vii CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Chƣơng ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI VÀ NHÂN VĂN 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Khí hậu 1.1.3 Thủy văn 1.1.4 Địa hình 1.1.5 Thổ nhƣỡng 1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 1.2.1 Dân cƣ 1.2.2 Văn hóa 1.2.3 Kinh tế 1.2.3 Giao thông Chƣơng ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 11 2.1 Địa tầng 11 2.1 Magma 11 2.3 Kiến tạo 13 2.4 Khoáng sản 13 Nguyễn Ngọc Nam - iv - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chƣơng CƠ SỞ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 3.1 Khái quát bentonit 14 3.2 Phƣơng pháp huỳnh quang tia X (XRF) 17 3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ Roentgen (XRD) 20 3.4 Phƣơng pháp nhiệt vi sai (DTA) 24 3.5 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua tích hợp với hệ thống phân tích nguyên tố lƣợng tán xạ tia X (TEM-EDX) 29 Chƣơng ĐẶC ĐIỂM BENTONIT VÙNG DI LINH, LÂM ĐỒNG 32 4.1 Đặc điểm địa chất mỏ mẫu nghiên cứu 32 4.2 Đặc điểm thành phần hóa học 37 4.3 Đặc điểm thành phần khoáng vật 40 Chƣơng ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CÔ LẬP CHẤT THẢI CĨ TÍNH PHĨNG XẠ CỦA BENTONIT VÙNG DI LINH, LÂM ĐỒNG 56 5.1 Yêu cầu, tiêu sét ứng dụng cô lập chất thải có tính phóng xạ 56 5.2 Khả lập chất thải có tính phóng xạ bentonit vùng Di Linh, Lâm Đồng 62 KẾT LUẬN 66 Nguyễn Ngọc Nam -v- Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH MỤC BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Trang Bảng Thông số điều kiện khí hậu Đà Lạt năm 2011 Bảng Thông số điều kiện khí hậu Đà Lạt từ năm 2006 đến năm 2011 Bảng Thành phần hóa học sét Di Linh, Lâm Đồng so với sét Wyoming, Milos, Kutch Friedland 39 Bảng Thành phần khoáng vật sét Di Linh, Lâm Đồng đƣợc xác định phƣơng pháp XRD sử dụng phần mềm Diffrac plus Evaluation 40 Bảng Thành phần hàm lƣợng khoáng vật sét Di Linh xác định phƣơng pháp nhiệt sử dụng phần mềm TA- Evaluation 41 Bảng Cơng thức khống vật (cation / [O10(OH)2] pha khoáng vật sét Di Linh so sánh với sét Friedland (CHLB Đức), phân tích phƣơng pháp TEMEDX 52 Bảng Các yếu tố ảnh hƣởng đến bồn chứa chất thải hạt nhân KBS – 61 Bảng Thiết kế sở cho vật liệu Buffer 62 Bảng Thành phần khoáng vật số loại bentonit đƣợc phân tích phƣơng pháp Rietveld 64 Nguyễn Ngọc Nam - vi - Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Trang Hình Bản đồ hành khu vực nghiên cứu Hình Địa hình khu vực nghiên cứu Hình Khu vực nghiên cứu Hình Quốc lộ 20 chạy qua khu vực nghiên cứu 10 Hình Sơ đồ địa chất mỏ sét Di Linh, Lâm Đồng 12 Hình Mơ hình cấu trúc tinh thể khống vật sét loại có cấu trúc 2:1, bát diện kép 15 Hình Sơ đồ nguyên lý XRF 18 Hình Nhiễu xạ Roentgen 21 Hình Máy nhiễu xạ Roentgen D8 - Advance 22 Hình 10 Sơ đồ nguyên lí hoạt động máy nhiễu xạ Roentgen 22 Hình 11 Máy phân tích nhiệt vi sai STA – PT 1600 28 Hình 12 Sơ đồ cấu tạo thân máy nhiệt vi sai STA – PT 1600 28 Hình 13 Cấu tạo TEM Tecnai G2 20 29 Hình 14 Cấu tạo súng phóng điện tử 30 Hình 15 Sơ đồ vị trí lấy mẫu nghiên cứu mỏ bentonit Di Linh 34 Hình 16 Mặt cắt sơ mỏ bentonit Di Linh 34 Hình 17 Thành tạo sét khu vực nghiên cứu 35 Hình 18 Bãi lƣu mẫu số 35 Hình 19 Sét chất lƣợng thấp bãi lƣu mẫu số 36 Nguyễn Ngọc Nam - vii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hình 20 Mỏ bentonit Di Linh nhìn từ phía Đơng Nam moong khai thác bị ngập nƣớc bãi lƣu số 36 Hình 21 Biểu đồ so sánh thành phần hóa học số loại sét tiêu biểu giới 38 Hình 22 Giản đồ Roentgen mẫu sét Di Linh 43 Hình 23 Giản đồ nhiệt sét Di Linh nung tới 1000 oC 44 Hình 24 Sét Di Linh, Lâm Đồng dƣới kính hiển vi điện tử truyền qua (MT36_DiLinh13_11_I07) 45 Hình 25 Mơ hình cấu trúc tinh thể khống vật sét loại có cấu trúc 1:1 48 Hình 26 Kaolinit (E), IS-ml (F, G) Sét Di Linh – Lâm Đờ ng dƣới kính hiển vi điện tử truyền qua (MT39_DiLinh13_10_I07) 49 Hình 27 IS-ml (A), rutil/anatas (B), goethit (C), KVS-ml (D) sét Di Linh- Lâm Đồng dƣới kính hiển vi điện tử truyền qua (MT39_DiLinh13_10_I08) 50 Hình 28 Phổ EDX của khoáng vâ ̣t Is-ml (MT36_DiLinh13_11_I07_EDX08) 51 Hình 29 Phở EDX của khoáng vâ ̣t KVS-ml sét Di Linh – Lâm Đồ ng (MT39_DiLinh13_10_I06_EDX01) 53 Hình 30 Khoáng vật goethit sét Di Linh – Lâm Đờ ng dƣới kính hiển vi điện tử truyền qua 54 Hình 31 Phở EDX của khoáng vâ ̣t rutil/anatas sét Di Linh – Lâm Đồ ng dƣới kính hiển vi điện tử truyền qua 54 Hình 32 Mơ hình bồn chứa chất thải hạt nhân (SF/HLW/ILW) đá sét Opalinus 57 Hình 33 Mơ hình lƣu giữ chất thải KBS-3V (chiều dọc) KBS-3H (chiều ngang) 58 Nguyễn Ngọc Nam - viii - Luận văn Thạc sĩ Khoa học CHỮ VIẾT TẮT Di-vermiculit Vermiculit bát diện kép DiVS-ml Khoáng sét lớp xen di-vermicullit/smectit DTA Phƣơng pháp nhiệt vi sai Fe-diVS-ml Khoáng sét lớp xen di-vermicullit/smectit-Fe IS-ml Khoáng sét lớp xen illit/smectit KSV-ml Khoáng sét lớp xen kaolinit/di-vermiculit/smectit KS-ml Khoáng sét lớp xen kaolinit/smectit Mont Montmorillonit XRF Huỳnh quang tia X XRD Nhiễu xạ tia Roentgen TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Nguyễn Ngọc Nam - ix - Luận văn Thạc sĩ Khoa học MỞ ĐẦU Trong năm qua, vật liệu có tính phóng xạ đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ ngành công nghiệp, nông nghiệp, y tế, nghiên cứu mơi trƣờng, an ninh, quốc phịng…góp phần đẩy mạnh phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao tiềm lực khoa học, công nghệ đất nƣớc chất lƣợng sống Tuy nhiên, câu hỏi lớn đặt xử lí nhƣ với rác thải từ vật liệu phóng xạ Nhiều quốc gia theo đuổi dự án nhà máy điện hạt nhân, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày lớn lƣợng Tuy nhiên, sau trình sử dụng, nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân, chất thải hạt nhân có tính phóng xạ cao lại địi hỏi phải lập với mơi trƣờng Lƣợng tích trữ chất thải hạt nhân ngày gánh nặng với quốc gia Ở Pháp, kể từ lò phản ứng hạt nhân thực nghiệm đƣợc vận hành năm 1949 đến nay, chất thải dồn đống Trong vòng 40 năm, 58 lò phản ứng Pháp cho triệu m3 chất thải Đến năm 2020, số ƣớc tính lên đến hai triệu Các chất thải phóng xạ tồn lâu, hàng trăm năm, nhƣng đến triệu năm Việc lƣu giữ xử lí chất thải hạt nhân cịn thách thức chƣa có giải pháp tối ƣu Trên giới nhà khoa học đƣa nhiều giải pháp khác nhằm giải vấn đề chôn cất chất thải hạt nhân hoạt độ cao giải pháp sử dụng sét để làm chất lập, tạo đƣợc bƣớc đột phá rõ rệt công nghệ xử lí chất thải Ngồi ra, sét đƣợc nghiên cứu sử dụng cho việc chôn cất chất thải phóng xạ có hoạt độ trung bình thấp khác Ở Việt Nam, sét đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhƣ gốm sứ, dung dịch khoan, xây dựng, chất độn thức ăn cho gia súc, chất cải tạo đất…; nhƣng việc sử dụng sét lĩnh vực xử lí chất thải có tính phóng xạ mẻ Nguyễn Ngọc Nam -1- Luận văn Thạc sĩ Khoa học nhƣ phịng thí nghiệm Onkalo Olkiluoto (Phần Lan) xây dựng đá granit; phòng thí nghiệm Mont Terri Rock Laboratory xây dựng đá phiến sét Mont Terri (Thụy sĩ ) phòng thí nghiệm Äspư Hard Rock Laboratory Oskarshamn xây dựng đá granit (Thụy Điển) Hình 32 Mơ hình bồn chứa chất thải hạt nhân (SF/HLW/ILW) đá sét Opalinus (Nagra, 2002) Nguyễn Ngọc Nam - 57 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Chất thải đƣợc đóng gói canister đồng thép khơng gỉ, chứa lƣợng chất thải đƣợc tính tốn phù hợp với dạng chất thải phóng xạ khác Các canister có chiều dày lớp kim loại vỏ đồng tới cm đƣợc hàn kín Khoảng cách canister hố khoan chứa canister, với đƣờng kính khoảng 35 cm, đƣợc lấp đầy sét bentonit Sét bao quanh canister gọi vật liệu đệm (buffer clay, buffer material) Sét phải đƣợc xử lý kĩ thuật với bƣớc đơn giản nhƣ sấy khô nén chặt Vật liệu sét quan trọng phần gần nhƣ tiếp xúc trực tiếp với rác thải hạt nhân Các phóng xạ ngồi canister, lớp sét đệm có chức ngăn phóng xạ bên ngồi mơi trƣờng Mặt khác, lớp sét (buffer) cịn bảo vệ canister bền vững trƣớc q trình hóa học, thủy nhiệt trì điều kiện thuận lợi cho canister Ngoài ra, nhiệt sinh từ rác thải phóng xạ, lớp sét phải vật liệu phù hợp, khơng bị nứt nẻ, có khe nứt, phóng xạ theo khe nứt mơi trƣờng bên ngồi (Willson et al., 2011; Posiva, 2012; Savage, 2012; Hồng Minh Thảo, 2013) Hình 33 Mơ hình lƣu giữ chất thải KBS-3V (chiều dọc) KBS-3H (chiều ngang) (Posiva, 2010) Nguyễn Ngọc Nam - 58 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Các canister đƣợc đặt hố khoan theo chiều ngang (mô hình KBS-3H) theo chiều dọc (mơ hình KBS-3V) (Hình 33) Theo đó, để bịt kín phần cửa đƣa canister vào, cần có loại vật liệu khác phải đạt u cầu có tính thấm thấp độ rỗng thấp Vật liệu gọi phần vật liệu phủ (backfill clay, backfill material) Mặc dù, tiêu kỹ thuật vật liệu phủ (backfill) không nghiêm ngặt nhƣ vật liệu đệm (buffer) nhƣng quan trọng góp phần nhƣ lớp rào chắn ngăn phóng xạ khỏi mơi trƣờng bên ngoài, tiếp xúc với sinh Sự truyền nhiệt sét phủ phải đảm bảo nhiệt đƣợc truyền cách an tồn (khơng tạo tƣợng shock nhiệt) từ canister chứa chất thải đá chứa (host rock, granit) bên ngồi Nhƣ vậy, thấy vật liệu sét đệm sét phủ quan trọng mơ hình bồn địa chất chơn rác thải hạt nhân Với đặc tính đặc biệt nhƣ độ thấm thấp, độ lỗ rỗng thấp, tính trƣơng nở cao sét đệm sét phủ đảm bảo cho việc truyền nhiệt, ngăn cản phóng xạ từ canister chứa rác thải phóng xạ ngồi đá chứa mơi trƣờng xung quanh Nếu sử dụng loại vật liệu khác, với độ lỗ rỗng cao hơn, nhiệt từ canister chứa rác thải truyền bên ngoài, vật chất bị co ngót, nứt nẻ khơng an tồn cho việc cản phóng xạ Một loại sét đƣợc dùng làm vật liệu đệm, vật liệu phủ chí không đơn giản đạt yêu cầu bắt đầu đƣa vào sử dụng mà cần đƣợc nghiên cứu mơ hình hóa biến đổi qua nhiều năm Tƣơng tác canister với sét đệm, biến đổi sét đệm sét phủ dƣới tác dụng ẩm vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học nhiều quốc gia quan tâm b Yêu cầu, tiêu vật liệu sét dùng để cô lập chất thải có tính phóng xạ Nhƣ nói phần để đáp ứng đƣợc yêu cầu quan trọng bồn chứa chất thải hạt nhân nhƣ đảm bảo cho việc truyền nhiệt, ngăn cản phóng xạ từ canister chứa rác thải ngồi mơi trƣờng xung quanh bảo đảm cho canister hoạt động ổn định dƣới tác động mơi trƣờng xung quanh vật liệu làm buffer backfill cần phải đạt đƣợc yêu cầu khắt khe nhƣ tính thấm thấp, độ lỗ rỗng thấp Nguyễn Ngọc Nam - 59 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học để giảm di chuyển phóng xạ từ canister mơi trƣờng xung quanh; tính trƣơng nở cao trì ổn định canister đá gốc vật liệu có khả hấp phụ cao theo TKS 2009 (Posiva, 2010), Hoàng Minh Thảo (2013) Tuy nhiên việc đƣa tiêu chuẩn quốc tế dùng cho vật liệu buffer backfill lại việc khó khăn, nhiều quốc gia tiếp tục nghiên cứu đề xuất tiêu chí khác Theo Savage & Arthur (2012) tiêu dùng làm vật liệu buffer dựa tiêu chí quan trọng nhƣ thành phần khống vật; tính thấm; đặc điểm học tính lƣu biến; thay đổi thời gian dài; độ trƣơng nở; tính keo Theo thiết kế sở vật liệu dùng làm buffer đƣợc trình bày TKS -2009 (Posiva, 2010) nhƣ tác giả (Juvankoski Marcos, 2009; Kock, 2008; Posiva, 2011; Posiva 2012a) yêu cầu vật liệu dùng làm sét đệm (buffer) dựa tiêu chí sau: Hàm lƣợng khoáng vật montmorrillonit > 75% Độ thấm vật liệu làm buffer < 10-12m/s Áp lực trƣơng nở buffer phải > 2MPa Tỉ trọng bão hòa nằm khoảng 1950 kg/cm3 đến 2050 kg/cm3 Vật liệu làm buffer phải đủ dẻo để bảo vệ canister bền vững khỏi tác động bên nhƣ dịch chuyển đá gốc lên đến 100vmm Tồn hệ thống xử lí phải thiết kế để nhiệt độ buffer trì < 100 oC Ngồi ra, thành phần sét bentonit không nên chứa thành phần gây hại cho canister sử dụng chúng làm buffer hay backfill Do vậy, thành phần có hại sét bentonit cần phải có hàm lƣợng thấp (Posiva, 2010) Theo Kock (2008); Posiva (2011) để đáp ứng đƣợc yêu cầu kĩ thuật hàm lƣợng thành phần có hại nhƣ carbon hữu cơ, tổng sulphur sulphit cần phải giới hạn cho phép đƣơ ̣c trình bày bảng Tuy nhiên điều kiện sở vật chất thời gian chƣa cho phép nên báo cáo tập trung nghiên cứu sâu tiêu thành phần khống vật thành phần hóa Nguyễn Ngọc Nam - 60 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngồi montmorillonit khống vật chính, bentonit cịn có thêm số khống vật phụ khác nhƣ kaolinit, feldspars, thạch anh, cristobalit, thạch cao, carbonat and pyrit Pyrit chứa sulphit sulphur gây ăn mịn hộp đựng chất thải (canister) Sét bentonit chứa hàm lƣợng carbon hữu ảnh hƣởng tới di chuyển chất phóng xạ (Bảng 7) Mặt khác hàm lƣợng khống vật có độ hịa tan cao nhƣ halit khơng phù hợp cho mơ hình KBS-3 (Posiva, 2012a) Bảng Các yếu tố ảnh hƣởng đến bồn chứa chất thải hạt nhân KBS – (Pusch, 2001) Thành phần Tác động tới buffer K Illit hóa S Tác động tới canister Khống vật khơng phù hợp cho buffer Feldspar-K, Muscovit Ăn mịn Pyrit Ca Xi măng hóa Calcit Si Xi măng hóa Feldspars Al Xi măng hóa Feldspars Vi sinh vật Ăn mòn Carbon hữu Theo thiết kế sở yêu cầu cho buffer (Posiva, 2013; Posiva, 2012a; SKB, 2010a; SKB, 2011) vật liệu làm buffer phải có hàm lƣợng montmorillonit > 75% để trì ổn định hoạt động buffer bồn chứa Hơn nữa, để đảm bảo an toàn cho buffer nhƣ canister bồn chứa chất thải hạt nhân hàm lƣợng carbon hữu < 1%, hàm lƣợng sulphit < 0.5% tổng hàm lƣợng sulphur < 1% (Bảng 8) Nguyễn Ngọc Nam - 61 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Bảng Thiết kế sở cho vật liệu Buffer (Posiva, 2013; Posiva, 2012a; SKB, 2010a; SKB, 2011) Chỉ tiêu kĩ thuật Giới hạn cho phép, wt.-% Hàm lƣợng montmorillonit 75 – 90 Tổng hàm lƣợng sulphur 75% Tuy nhiên, loại sét Ấn Độ lại có hàm lƣợng Fe cao (13.23%) đƣơ ̣c khuyế n cáo là khơng thích hợp để làm vật liệu buffer (Savage & Arthur, 2012) Tuy nhiên, loại sét có hàm lƣợng montmorillonit 75 - 90%, mà đáp ứng đủ tiêu chí, yêu cầu làm vật liệu buffer đƣợc coi ứng viên tiềm tƣơng lai (Posiva, 2013) 5.2 Khả lập chất thải có tính phóng xạ bentonit vùng Di Linh, Lâm Đồng Hiện giới, sét bentonit đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, có lĩnh vực có nhu cầu lớn làm khn đúc, vê viên quặng sắt, dung dịch khoan lọc nƣớc Ở Việt Nam, bentonit đƣợc sử dụng chủ yếu làm dung dịch khoan dầu khí, khoan điều tra địa chất hoạt động khoáng sản, khoan xây dựng, làm khn đúc sản xuất gốm sứ, Nguyễn Ngọc Nam - 62 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học sét ứng dụng làm vật liệu để lập chất thải có tính phóng xạ bồn chứa rác thải hạt nhân mẻ Qua kết phân tích XRD nhiệt vi sai cho thấy hàm lƣợng montmorillonit sét vùng Di Linh Lâm Đồng đạt 53% thấp số loại sét đƣợc đề nghị làm vật liệu buffer nhƣ sét Wyoming (83.7%), Milos (76.8%) (Bảng 9) so với tiêu chuẩn sét Di Linh chƣa đạt yêu cầu cho phép > 75% Ngƣợc lại, sét Di Linh lại có hàm lƣợng illit cholrit tƣơng đối thấp, khống vật khơng trƣơng nở, hàm lƣợng cao gây ảnh hƣởng không tốt đến khả trƣơng nở buffer Vì vậy, illit chlorit cịn đƣợc coi khống vật có hại Nhƣng theo Pusch (2001), công trình nghiên c ứu tác giả cho khả hydrat hóa illit đủ lớn khiến cho buffer vẫn trì đƣơ ̣c độ dẻo mềm cần thiết tỉ trọng khơ nhƣ bão hịa, yếu tố làm cho illit đƣợc sử dụng vật liệu buffer hay backfill Theo nghiên cứu đây, tƣơng tác vật liệu buffer với môi trƣờng thời gian dài cho thấy xảy tƣợng smectit hóa (khống vật IS-ml, diVSml có xu hƣớng chuyển thành montmorillonit (Kasbohm et al., 2014, tài liệu trao đổi cá nhân) Điều cho thấy illit khơng phải khống vật gây hại thành phần vật liệu buffer Hàm lƣợng chlorit cần phải kiểm soát, hàm lƣợng chlorit tốt ảnh hƣởng đến khả trƣơng nở buffer thời gian dài Cần nhấn mạnh rằng, hàm lƣợng illit montmorillonit xác định đƣợc kết XRD, DTA thực tế hạt IS-ml diVS-ml xác định đƣợc chi tiết xác phƣơng pháp TEM-EDX Nhƣ vậy, tỉ lệ pha trƣơng nở sét Di Linh chiếm khoảng > 60% Có thể làm tăng hàm lƣợng pha trƣơng nở (hay IS-ml, diVS-ml) sét Di Linh nhƣ loại bớt thành phần chlorit phƣơng pháp tuyển khoáng, làm giàu khoáng Đáng ý, thành phần sét Di Linh hầu nhƣ khống vật có hại nhƣ pyrit, thạch cao hay calcit, đáp ứng yêu cầu tiêu cho phép Công ty Quản lý Rác thải Hạt nhân Phần Lan - Posiva Nguyễn Ngọc Nam - 63 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Về tổng thành phần hóa học, theo Savage & Arthur (2012) bentonit Kucth (Ấn Độ) đƣợc khuyến cáo không phù hợp làm vật liệu buffer có hàm lƣợng Fe cao (13.23%) (Bảng 3) Bảng Thành phần khoáng vật số loại bentonit đƣợc phân tích phƣơng pháp Rietveld (Kumpulainen Kiviranta, 2010) Khoáng vật MX-80, Wyoming, Hoa Kì AC200, Milos, Hi Lạp Basic Star, Kutch, Ấn Độ Friedland, CHLB Đức Smectit 83.7 76.8 73 23.9 Illit 0.1 5.7 34.8 8.5 Kaolinit Calcit 0.5 5.8 1.9 Muscovit 5.3 4.7 4.9 4.3 Dolomit 3.8 0.4 Thạch anh 3.8 0.2 0.8 23.1 Plagiocla 1.5 1.5 0.5 0.9 Siderit 1.6 Cristobalit 1.9 0.4 Trydimit 2.6 1.7 0.4 Thạch cao 0.7 1.2 1.5 Goethit 0.4 1.8 Hematit 0.7 1.5 Maghemit 1.5 Manhetit 1.2 0.8 Anatas 0.1 0.3 Pyrit 0.7 1.4 0.7 0.8 Hàm lƣợng Fe buffer thời gian dài làm tăng điện tích lớp giảm khả trƣơng nở, tăng độ thấm buffer - điều không mong muốn sử dụng thời gian dài không đáp ứng đƣợc yêu cầu an toàn cho bồn chứa Tuy nhiên, theo kết phân tích hóa XRF sét Di Linh có hàm Nguyễn Ngọc Nam - 64 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học lƣợng Fe < 10%, tƣơng tự nhƣ sét Friedland Đức – đƣợc tiếp tục nghiên cứu đƣợc coi nhƣ lựa chọn triển vọng làm lớp đệm lớp phủ cho bồn chứa rác thải hạt nhân Ở góc độ thành phần hóa học này, sét Di Linh đƣợc xem xét nghiên cứu nhƣ lựa chọn làm lớp đệm lớp phủ Mặt khác, theo kết phân tích hóa XRF cho thấy, mẫu nghiên cứu benonit Di Linh hầu nhƣ carbon hữu cơ, sulphur hay sulphit, một ƣu điểm loại sét Tóm lại, qua kết quả nghiên cứu cho thấy, đặc điểm thành phần khoáng vật sét Di Linh phức tạp, thành phần chủ yếu khoáng vật sét lớp xen IS-ml, diVS-ml, với hàm lƣợng pha trƣơng nở thấp yêu cầu cho phép làm vật liệu đệm Tuy nhiên, thành phần sét vùng Di Linh hầu nhƣ khơng có thành phần có hại nhƣ carbon hữu cơ, sulphur hay sulphit, hàm lƣợng khoáng vật có hại (chlorit) tƣơng đối thấp nên sét Di Linh sử dụng làm vật liệu phủ với yêu cầu hàm lƣợng pha trƣơng nở thấp hơn, làm giàu để sử dụng nhƣ vật liệu đệm Tuy nhiên, để đánh giá khả sử dụng sét Di Linh – Lâm Đồng làm vật liệu cô lập chất thải bồn chứa rác thải hạt nhân cần nghiên cứu sâu để đánh giá tiêu kỹ thuật, nhƣ đánh giá biến đổi độ bền sét điều kiện bồn chứa rác thải hạt nhân Đối với chất thải có tính phóng xạ khác, nhƣ rác thải y tế, công nghiệp, nông nghiê ̣p, môi trƣờng… có hoa ̣t đô ̣ thấ p , yêu cầ u của lớp chắ n điạ kỹ thuâ ̣t (buffer) chủ yếu đòi hỏi vật liệu có độ trƣơng nở cao , nhằ m ngăn cản sƣ̣ phóng xạ với hoạt độ nhỏ nhiều so với hoạt độ phóng xạ rác thải tƣ̀ các nhà máy điê ̣ n ̣t nhân Do vâ ̣y , sét Di Linh , với hàm lƣơ ̣ng pha trƣơng nở đa ̣t tới 60%, hồn tồn có khả sử dụng để làm lớp đệm, lớp lót chôn lấ p , xƣ̉ lí loại chất thải mà không cần phải làm giàu , bởi yêu cầ u về chỉ tiêu ki ̃ thuâ ̣t của vâ ̣t liê ̣u sét dùng để xử lí trƣờng hợp khơng nghiêm ngă ̣t nhƣ làm vật liệu buffer hay backfill bồ n chƣ́a chấ t thải ̣t nhân Nguyễn Ngọc Nam - 65 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học KẾT LUẬN Sét Di Linh – Lâm Đồng đƣợc làm rõ thành phần khoáng vật, bao gồm chủ yếu khoáng sét lớp xen illit/smectit (IS-ml) (với 60% lớp montmorillonit), sét lớp xen di-vermicullit/smectit (diVS-ml) cịn có khống vật nhƣ kaolinit, sét lớp xen kaolinit/smectit/vermiculit, chlorit, thành phần khoáng vật phi sét bao gồm thạch anh, goethit, lepidocrokit, rutil/anatas Về thành phần hóa học sét Di Linh thuộc loại giàu K, sét lớp xen có thành phần kiềm hỗn hợp Na2O CaO; hàm lƣợng Fe2O3 cao hầu nhƣ không chứa chất gây hại nhƣ carbon hữu cơ, sulphur hay sulphit Sét Di Linh có thành phần tƣơng đối giống với loại sét Friedland, CHLB Đức – loại sét đƣợc gồm chủ yếu sét lớp xen illit/smectit giàu Fe với 60 – 70% lớp smectit Qua kết nghiên cứu, cho thấy thành tạo sét có thành phần phức tạp, hàm lƣợng pha trƣơng nở (IS-ml diVS-ml) khoảng 60% Căn vào tiêu thành phần hóa học, khống vật đƣợc thảo luận nhiều cơng trình nghiên cứu sét dùng bồn chứa rác thải hạt nhân giới, kết luận để ứng dụng sét bentonit Di Linh làm vật liệu sét đệm (buffer) bồn chứa chất thải hạt nhân cần phải làm giàu có nghiên cứu chi tiết đặc tính cơng nghệ nhƣ mức độ biến đổi điều kiện bồn chứa rác thải hạt nhân Sét Di Linh dùng làm vật liệu sét phủ yêu cầu kĩ thuật vật liệu backfill đòi hỏi hàm lƣợng pha trƣơng nở thấp nhƣ sét làm vật liệu buffer Đối với rác thải phóng xạ có hoạt độ thấp nhƣ rác thải y tế, công nghiệp, nông nghiê ̣p, môi trƣờng… thì sét Di Linh hoàn toàn có khả sƣ̉ du ̣ng để xử lí loại chất thải mà không cần phải làm giàu , bởi yêu cầ u về chỉ tiêu ki ̃ thuâ ̣t của vâ ̣t liê ̣u sét dùng để xƣ̉ lí t rong trƣờng hơ ̣p này không nghiêm ngă ̣t nhƣ làm vật liệu buffer hay backfill bồn chứa chất thải hạt nhân Kết nghiên cứu góp phần định hƣớng cho việc nghiên cứu nguyên liệu sét bentonit Việt Nam áp dụng cho việc lập chất thải phóng xạ tƣơng lai Nguyễn Ngọc Nam - 66 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Đặng Bình (1987), Báo cáo thăm dị sơ sét bentonit Di Linh, Tài liệu lƣu trữ Liên đoàn địa chất 6, Tp Hồ Chí Minh Lê Cơng Hải nnk (1979), Đặc điểm thành phần vật chất sét Bentonit vùng Di linh, Trung tâm thông tin lƣu trƣ̃ Điạ chấ t, Hà Nội Đoàn Sinh Huy & nnk (1982), Sơ đồ địa chất mỏ sét Tam Bố - Di Linh- Lâm Đồng có chỉnh lý bổ sung, Trung tâm thông tin lƣu trữ Địa chất, Hà Nội Đoàn Sinh Huy (1982), Báo cáo nghiên cứu tỉ mỉ sét Bentonit Tam Bố - Di Linh – Lâm Đồng, Trung tâm thông tin lƣu trữ Địa chất, Hà Nội Kiều Quý Nam (1996), “Bản chất nguồn cung cấp vật liệu trình hình thành mỏ sét bentonit Tam Bố”, TC Các KH TĐ, 18/3: 314-318, Hà Nội Âu Duy Thành (2001), Phân tích nhiệt khoáng vật mẫu Địa chất, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Hoàng Minh Thảo (2013), Nghiên cứu so sánh mơ hính bồn chứa rác thải hạt nhân giới lựa chọn dạng bồn chứa rác thải hạt nhân áp dụng Việt Nam, Báo cáo năm 2013 - Chƣơng trình khoa học cơng nghệ cấp nhà nƣớc nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ lƣợng, mã số KC 05.15/11-15 UBND Huyê ̣n Di Linh (2011), Báo cáo tháng đầu năm, http://www.dilinh.gov.vn/about/ UBND Tỉnh Lâm Đồ ng (2011), Niên giám thống kê http://www.lamdong.gov.vn/viVN/congdan/thong-tin-can-biet/NGTK2011/Pages/index.htm Nguyễn Ngọc Nam - 67 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Tiếng Anh 10 Apted, M (1995), “Repository and barrier concepts” in: The Scientific and Regulatory Basis for the Geological Disposal of Radioactive Wastes (ed D Savage), Wile Chichester 11 Grim, R.E (1968), Clay Mineralogy (2nd edition), International Series in the Earth and Planetary Sciences, McGrawn -Hill Book Company, New York 12 JCPDS International Center for Diffraction Data (1978), ASTM - set 28 & 29 of the power diffraction file, USA 13 JCPDS International Center for Diffraction Data (1979), Power diffraction file: alphabetical index inorganic materials, USA 14 Juvankoski, M., and Marcos, N (2009), “Design basis for buffer components”, Posiva Working Report 2009-132, Posiva Oy,Olkiluoto, Finland 15 Henning, K H & Störr, M (1986), Electron micrographs (TEM, SEM) of clays and clay minerals, Akademie-Verlag Berlin [Schriftenreihe für geologische Wissenschaften, Bd 25]: 352 pp 16 Herbert et al, (2011) “Safety Research for High Radioactive Wastes Disposal in Germany and main GRS activities”, Seminar Discussion On The Materials For Radioactive Waste Disposal And Radiation Safety Ho Chi Minh city, 03/11/2011 17 Hoang-Minh T., Lai L.T., Kasbohm J., Gieré R (2010), UVprotection characteristics of some clays, Applied Clay Science 18 Karnland, O., Olsson, S., Nilsson, U., and Sellin, P (2006), “Mineralogy and sealing properties of various bentonites and smectite-rich clay materials”, SKB Technical Report TR-06-30, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden 19 Chatterjee K K (2009), Uses of industrial minerals, rocks and fresh water Nova Science Publishers, Inc New York Nguyễn Ngọc Nam - 68 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 20 Knight, W.C (1898), “Bentonite”, Engineering and Mining Journal 66, 491 21 Kock, D (2008), “European Bentonites as alternatives to MX-80”, Science & Technology Series n° 334 (2008) – Andra 22 Kumpulainen, S., and Kiviranta, L (2010), Mineralogical and chemical characterization of various bentonite and smectite-rich clay materials Part A: Compari-son and development of mineralogical characteriza-tion methods Part B: Mineralogical and chemical characterization of clay materials, Posiva Working Report 2010-52, Posiva Oy, Oliluoto, Finland 23 Meunier, A & Velde, B (2004), Illite, Springer, 286 pp (Reviews in Clays and Clay Minerals, 52 (6) 792-795, 2004.) 24 Moore, D E., & Reynolds, R.C (1997), X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals 2nd Edition, Oxford University Press, 378 pp (Reviews in Am Mineral 84: 689-690 25 Murray, H H (2007), Applied clay mineralogy: Occurrences, Processing and Application of Kaolins, Bentonites, Palygorskite-Sepiolite and CommonClays, DevelopmentsinClayScience, ElsevierB.V, Netherlands 26 Nagra (2002), “Project Opalinus Clay Safety Report Demonstration of disposal feasibility for spent fuel, vitrified high-level waste and long-lived intermediate-level waste (Entsorgungsnachweis)”, Technical Report 02-05 Nation Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste, Switzerland 27 Posiva, TKS-2009, “Nuclear Waste Management at Olkiluoto and Loviisa Power Plants Review of Current Status and Future Plans for 2010–2012”, Posiva report TKS 2009, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland, 2010 28 Posiva (2011), “Quality Control and Characterization of Bentonite Materials”, Working Report 2011-84, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland 29 Posiva (2012a), “Buffer Production Line 2012: Design, Production and Initial State of the Buffer”, Posiva 2012 - 17 , Posiva Oy, Olkiluoto, Finland Nguyễn Ngọc Nam - 69 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 30 Posiva (2012b), “Safety Case for the Disposal of Spent Nuclear Fuel at Olkiluoto Description of the Disposal System 2012”, Posiva 2012 - 05 , Posiva Oy, Olkiluoto, Finland 31 Posiva(2013), “Buffer Design 2012”, Posiva 2012 – 14, Posiva Oy, Olkiluoto, Finland 32 Pusch, R (2001), The buffer and backfill handbook Part1: Definitions, basic relationships, and laboratory methods, SKB Technical Report SKB TR02 20, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden 33 Rosenberg, P.E (2002), “The nature, formation, and stability of end-member illite”, A hypothesis Am Mineral (87): 103-107 34 Savage, D., Arthur, R (2012), “Exchangeability of bentonite buffer and backfill materials”, STUK-TR 12, Radiation and Nuclear Safety Authority, Final 35 Schroeder, P (2010), Clay Mineralogy – Lecture URL: http://www.gly.uga.edu/Schroeder/geol6550/CM06.html 36 SKB (2010a), “Design, production and initial state of the buffer”, SKB Report TR-10-15, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden 37 SKB (2010b), “Chemical and mineralogical characterization of the bentonite buffer for the acceptance control procedure in a KBS-3 repository, technical”, Report TR-10-60, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden 38 SKB (2011), “Long-term safety for the final repository for spent nuclear fuel at Forsmark Main report of the SR-Site project Volumes I-III”, SKB Report TR-11-01, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company, Stockholm, Sweden Nguyễn Ngọc Nam - 70 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học 39 Środoń, J., Elsass, F., McHardy, W.J., Morgan, D.J (1992), Chemistry of illitesmectite inferred from TEM measurements of fundamental particles, Clay Miner 27, 137–158 40 US DOE (2008), “Radioactive waste: an international concern” 41 Willson, J., Savage, D., and Pusch, R (2011), A Review of key properties, processes and issues for consideration in the UK context, Quintessa Limited QRS-1378ZG-1, Version 1.1 Nguyễn Ngọc Nam - 71 - Luận văn Thạc sĩ Khoa học ... bentonit vùng Di Linh, Lâm Đồng Chƣơng Đánh giá khả lập chất thải có tính phóng xạ bentonit vùng Di Linh, Lâm Đồng Nghiên cứu cung cấp sở liệu đặc điểm thành phần hóa học khống vật bentonit Di. .. Luận văn Thạc sĩ Khoa học CHỮ VIẾT TẮT Di- vermiculit Vermiculit bát di? ??n kép DiVS-ml Khoáng sét lớp xen di- vermicullit/smectit DTA Phƣơng pháp nhiệt vi sai Fe-diVS-ml Khoáng sét lớp xen di- vermicullit/smectit-Fe... Nam ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BENTONIT VÙNG DI LINH, LÂM ĐỒNG LÀM VẬT LIỆU CÔ LẬP CHẤT THẢI CĨ TÍNH PHĨNG XẠ Chun ngành: Mã số: Khống vật học – Địa hóa học 60 44 02 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC