Sorption of Uranium And Radium By Biotite, Muscovite, and Phlogopite

Abstract

The sorption of U and Ra on finely ground biotite, muscovite, and phlogopite was adequately described by the Freundlich adsorption equation, (x/m) = KCⁿ, at low U and Ra concentrations despite Ra precipitation at the higher temperature. Radium and U sorption-efficiency curves derived from the Freundlich constants generally showed decreased distribution coefficients in response to increasing temperature and increasing Ra or U concentrations. Temperatures investigated were 5°C, 25°C, and 65°C. Solution compositions used were 0.1 M NaCl and 0.01 M NaHCO, for U, and 0.01 M NaCl for Ra. Uranium initial solution concentrations ranged from 1.00 × 10⁻⁴ M to 4.00 × 10⁻⁷ M; the Ra initial solution concentration range was 6.80 × 10⁻⁷ M to 8.60 × 10⁻⁹ M.

In 0.01 M NaHCO₃ solutions, anionic uranyl carbonate complexes were prevalent, and because they are weakly sorbed relative to free uranyl ion and uranyl hydroxy complexes, the result was a relatively low U sorption efficiency on biotite and phlogopite and excellent sorption efficiency on muscovite. Uranyl carbonate complexes decreased in solubility with increasing temperature, so that U sorption efficiency on biotite increased with increasing temperature. Sorption of uranyl ion and uranyl hydroxy cations on biotite decreased with incresaing temperature.

Резюме

Сорбция U и Ra на мелкораздробленных биотите, мусковите и флогопите была соответственно описана уравнением адсорбции Фрейндлиха (x/m) = КСⁿ при низких концентрациях U и Ra несмотря на осаждение Ra при повышенных температурах. Кривые эффективности сорбции Ra и U, полученные из постоянных фрейндлиха, показывали в основном уменьшенные коэффициенты распределения при увеличении температуры и концентрации Ra или U. Опытные температуры были равны 5°, 25°, и 65°С. Составы растворов были 0,1 M NaCl и 0,01 M NaHCO₃ для U и 0,01 M NaCl для Ra. Начальные концентрации урановых растворов изменялись от 1,00 × 10⁻⁴ M до 4,00 × 10⁻⁷ М; для радовых растворов—от 6,80 × 10⁻⁷ M до 8,60 × 10⁻⁹ M.

В 0,01 M растворе NaHCO₃ доминировали анионные уранилово-карбонатовые комплексы. В результате их слабой сорбции по отношению к свободным ионом урана и гидрокси-ураниловым комплексам была получена относительно слабая эффективность сорбции на биотите и флогопите и отличная эффективность сорбции на мусковите. Растворимость уранилово-карбонатовых комплексов уменьшалась с увеличением температуры, так что эффективность сорбции на биотите увеличивалась с увеличением температуры. Сорбция ураниловых ионов и гидрокси-ураниловых катионов на биотите уменьшалась с увеличением температуры. [E.G.]

Resümee

Die Adsorption von U und Ra an feingemahlenem Biotit, Muskovit, und Phlogopit wurde durch die Adsorptionsgleichung von Freundlich, (x/m) = KS", bei niedrigen U- und Ra-Konzentrationen angemessen beschrieben, trotz der Ra-Ausfällung bei höheren Temperaturen. Die Adsorptionseffizienzkurven von Ra und U, die von den Freundlich-Konstanten abgeleitet wurden, zeigten im allgemeinen verringerte Verteilungskoeffizienten als Folge von zunehmender Temperatur und zunehmenden Ra- und U-Konzentrationen. Die untersuchten Temperaturen betrugen 5°, 25°, und 65°C. Als Lösungen wurden für U 0,1 M NaCl sowie 0,01 M NaHCO₃, und für Ra 0,01 M NaCl verwendet. Die ursprüngliche Uranium-Konzentration in der Lösung reichte von 1,00 × 10⁻⁴ M bis 4,00 × 10⁻⁷ M; die ursprüngliche Radiumkonzentrationen in der Lösung betrugen 6,80 × 10⁻⁷ M bis 8,60 × 10⁻⁹ M.

In 0,01 M NaHCO₃-Lösungen waren anionische Uranylkarbonatkomplexe vorherrschend. Da diese Komplexe im Vergleich zu freien Uranylionen und Uranylhydroxykomplexen schwach adsorbiert werden, war das Ergebnis eine relativ geringe U-Adsorptionseffizienz an Biotit und Phlogopit und eine ausgezeichnete Adsorptionseffizienz an Muskovit. Die Löslichkeit der Uranylkarbonatkomplexe nahm mit zunehmender Temperatur ab, so daß die U-Adsorptionseffizienz an Biotit mit zunehmender Temperatur zunahm. Die Adsorption von Uranylionen und Uranylhydroxykationen an Biotit nahm mit zunehmender Temperatur ab. [U.W.]

Résumé

La sorption d'U et de Ra sur de la biotite, de la muscovite, et de la phlogopite finement moulus a été décrite de façon adéquate par l’équation d'adsorption de Freundlich, (x/m) = KCⁿ, à de basses concentrations d'U et de Ra malgré la précipitation de Ra à la température plus élevée. Les courbes d’éfficacité de sorption du radium et d'U derivées des constantes de Freundlich montraient généralement des coéfficients de distribution diminués en reponse à une hausse de température et à de plus fortes concentrations de Ra ou d'U. Les températures investiguées étaient 5°C, 25°C, et 65°C. Les compositions des solutions utilisées étaient 0,1 M NaCl et 0,01 M NaHCO₃ pour U, 0,01 M NaCl pour Ra. Les concentrations initiales de solutions d'uranium variaient de 1,00 × 10⁻⁴ M à 4,00 × 10⁻⁷ M; la variation de concentrations initiales de solutions de Ra était 6,80 × 10⁻⁷ M à 8,60 × 10 ⁹ M.

Dans les solutions 0,01 M NaHCO₃, les complexes anioniques de carbonate uranyl étaient prévalents, et parcequ'ils sont sorbés faiblement relativement à l'ion d'uranyl libre et aux complexes hydroxy uranyl, le résultat était une éfficacité de sorption d'U relativement basse sur la biotite et la phlogopite, et une efficacité de sorption excellente sur la muscovite. La solubilité des complexes de carbonate uranyl a dimnué proportionnellement à une hausse de tempéráture, de telle sorte que l’éfficacité de la sorption d'U a augmenté proportionnellement à une hausse de température. La sorption de l'ion uranyl et des cations hydroxy uranyl sur la biotite a diminué proportionnellement à une hausse de la température. [D.J.]