放射性鈷

放射性鈷材料與方法

供試材料

試驗(yàn)用土壤采自農(nóng)場(chǎng) .經(jīng)風(fēng)干后,于Υ20cm×20cm的陶瓷盆缽中裝入5.0kg.裝土前,每盆拌入2g(NH4)2SO4和KHPO4,盆缽分成7組,每組2只重復(fù) 。試驗(yàn)用Co制劑是CoCl2水液,其比活度為3.25×10Bq/ml(1996-10-29).1.2Co的引入每盆種植生長(zhǎng)基本均一的菜豆苗2株.于始花期一次性引入CoCl2水液.方法是:將前述60CoCl2水液1.00ml用水稀釋成100ml后均勻澆灌于盆土表面,再各用100ml水清洗容器4次,也灌澆于盆土表面.試驗(yàn)在網(wǎng)室中進(jìn)行.

樣品采集與Co活度測(cè)定

采樣時(shí)間分別于Co引入后1、3、5、8、11、15和20天進(jìn)行.每次取1組.方法是,先用半筒式不銹鋼取土器沿盆缽徑向取分布均勻的3個(gè)土柱,再將土柱約每2cm橫向均等分割,計(jì)7段.然后將菜豆植株連根拔起,清水洗凈豆根,分根、莖葉和豆莢(可食時(shí)采取),各經(jīng)稱重、剪碎后于大約550℃馬弗爐中灰化8h;土樣經(jīng)烘干、研碎后過(guò)篩(粒經(jīng)<0.6mm);各測(cè)樣均取適量于FJ-2003A型計(jì)數(shù)器上作Co活度測(cè)定.探測(cè)效率(標(biāo)稱值)為53.1%,測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差約5%.

放射性鈷分析與討論

Co在菜豆植株中的分配動(dòng)態(tài)

60Co進(jìn)入表土后,在系統(tǒng)內(nèi)因吸附、固定和螯合而導(dǎo)致它在系統(tǒng)各部分中含量發(fā)生變化,其測(cè)定結(jié)果如表1所示.其整株(鮮樣)中Co比活度(單位為Bq/g)系按各部位中的活度及質(zhì)量加權(quán)折算而得.由表1可見(jiàn),進(jìn)入土壤表面的Co隨土壤溶液向下遷移,被根細(xì)胞吸收后在根部積累,然后向地上部輸運(yùn),在菜豆各部位進(jìn)行分配.對(duì)可菜食鮮豆莢的測(cè)定表明,其中Co比活度為0.94Bq/g左右.可見(jiàn),菜豆植株各部位中Co比活度的大小順序是:C根>C莖葉>C鮮豆莢.比如,根部Co比活度最大值為43.5Bq/g,最小也有29.7Bq/g,莖葉中最大比活度為3.0Bq/g,最小僅為1.4Bq/g,而鮮豆莢不過(guò)1Bq/g.所以,菜豆植株所吸收的Co主要集中在根部,這和前人的試驗(yàn)結(jié)果是一致的.

表160Co在菜豆植株中的分配動(dòng)態(tài)*

*未列入可菜食鮮豆莢測(cè)量值;**包括可菜食鮮豆莢測(cè)量值

Co在土壤中的垂直分布動(dòng)態(tài)

60Co在土壤(干土)中的比活度隨土壤深度及時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如表2所示.

表2表明:(1)對(duì)同一層段(2cm)不同處理的土壤,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),表層4cmCo的比活度基本上逐漸降低,4cm以下大體上呈增高趨勢(shì).這主要是由于淋溶作用,Co由表層向下

遷移,時(shí)間長(zhǎng),遷移得多,同時(shí)由于盆缽底部的阻留,致使最底層段Co的比活度往往高于上一層段.(2)由于土壤的強(qiáng)吸附作用,對(duì)同一處理的土壤,Co由表層向底層迅速降低,有90%以上的Co集中于表層6cm.回歸分析表明,不同處理土壤(干土)中Co的比活度C與距表層深度x間呈單項(xiàng)指數(shù)負(fù)相關(guān):C=Te

T(Bq/g)、β(cm)值與時(shí)間的相關(guān)性列于表3,由各β值求得在本研究條件下Co在土壤中的半殘留深度約為2cm.

Co在菜豆-土壤系統(tǒng)中的遷移模型

菜豆對(duì)土壤中Co的吸收、積累與時(shí)間的定量關(guān)系可通過(guò)示蹤動(dòng)力學(xué)分室模型原理得到.試驗(yàn)系統(tǒng)由菜豆和土壤構(gòu)成,即可將系統(tǒng)視為二分室系統(tǒng);而由于試驗(yàn)系于室外網(wǎng)室中進(jìn)行,降雨和澆灌造成Co淋溶損失,故系統(tǒng)是開(kāi)放的.q1、m1、C1分別表示土壤中Co的量(Bq)、土壤質(zhì)量(g)及土壤(干土)中Co的比活度(Bq/g),q2、m2、C2則表示菜豆植株相應(yīng)的量;k12、k21分別表示Co由土壤向菜豆及菜豆向土壤的遷移速率,它表示單位時(shí)間內(nèi)Co遷移量的相對(duì)份額(/天),k1表示Co向系統(tǒng)外遷移(淋失)的速率.一般將k12、k21和k1視為常數(shù).

放射性鈷在模擬水稻田中的遷移模型

放射性鈷介紹

由于核電站反應(yīng)堆中子的作用,反應(yīng)堆中結(jié)構(gòu)材料鐵(59Fe)、鎳(58Ni)分別生成了放射性60Co、58Co,但60Co具有更為重要的毒理學(xué)意義。本研究采取模擬污染物的核素示蹤技術(shù)研究了60Co進(jìn)入田水后,在田水-土壤-水稻中的遷移和積累動(dòng)態(tài),以為評(píng)價(jià)其對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響提供依據(jù)。

放射性鈷材料與方法

1.160Co的轉(zhuǎn)化與配制

所用示蹤劑60Co為鋁殼包裝的1mm×2mm的鈷粒(點(diǎn)源),由中國(guó)原子能研究院提供,出廠時(shí)(1996-10-29)比活度為3.19×10Bq/mg。使用前轉(zhuǎn)化為CoCl2。方法是,加入適量稀鹽酸,于～80℃水浴中加熱,待其緩慢溶解后轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中,用水定容;使用時(shí)稀釋成比活度為3.25×105Bq/ml的工作母液。

1.2試驗(yàn)方法

采用25×25cm塑料盆缽。內(nèi)裝事先拌入基肥2.7g(NH4)2SO4、32gKH2PO4風(fēng)干的杭州華家池小粉土8.0kg,其理化參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。灌水(表面水約1500ml)。每盆種植水稻(品種:加育293)3叢,每叢5株。于插秧后1、3、6、11、20、29、38、47、56、65和74d,一次性由表水引入等量的60CoCl2水液(3.25×10Bq),各3只重復(fù)。最后一次引入距收獲1d。于是60Co引入時(shí)間距收獲天數(shù)相應(yīng)為74、65、56、47、38、29、20、11、6、3和1d。于水稻成熟時(shí)一次性收獲、取樣。取樣次序是,取田表水適量;收割水稻地上部,分草、稻谷;用半筒式取土器,每盆取3只土柱,然后約每3cm縱向分割,計(jì)7段;最后取出稻根,用水洗凈。稻谷烘干后脫殼分谷殼和糙米。

經(jīng)過(guò)上述初步處理后,田表水采用揮發(fā)法,土壤采用干粉法,水稻各部位采用灰化法(在馬弗爐中于～800℃灰化8h),分別測(cè)定各樣品中60Co活度。所有測(cè)樣均3只重復(fù)。測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不大于10%。

放射性鈷結(jié)果與分析

60Co在水-土壤-水稻系統(tǒng)各組分中的消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

60Co進(jìn)入田表水后,便被土壤強(qiáng)烈吸附[2],水稻植株主要通過(guò)根部從土壤中吸收60Co,然后運(yùn)轉(zhuǎn)至地上部。60Co在系統(tǒng)各組分中濃度的動(dòng)態(tài)變化如表1所示。土壤中60Co濃度系指整盆土壤的平均濃度。時(shí)間表示60Co引入距收獲的天數(shù)(下同)。

表1模擬水稻田各組分中Co濃度的動(dòng)態(tài)變化

測(cè)定結(jié)果表明,60Co在系統(tǒng)各組分的濃度大小順序是:水稻植株(干樣)>土壤(干土)>田表水。但由于土壤質(zhì)量(8.0kg/盆)遠(yuǎn)大于水稻植株(～100g/盆干樣),故進(jìn)入水稻田中的60Co主要滯留于土壤;而就水稻各部位而言,60Co濃度大小為:根>稻草>稻殼>糙米(表2)。由于作物主要通過(guò)根部從土壤中吸收60Co,因此一般是地下部60Co濃度遠(yuǎn)大于地上部[3],本研究結(jié)果與此一致。其次,相對(duì)于水稻的其它部位,糙米中Co的濃度較低,但在t<11d食用才是安全的,t>11d,則需經(jīng)歷一定的安全等待期才可食用。

表2水稻各部位中60Co濃度(Bq/g干樣)的動(dòng)態(tài)變化

其次,隨著距收獲時(shí)間的延長(zhǎng),田表水中Co濃度急速地下降;土壤中的Co濃度也基本上呈下降趨勢(shì)。這是由于60Co在土壤中較易被吸附、固定或螯合。被吸附的60Co由交換態(tài)和非交換態(tài)組成,由于土壤處于淹水狀態(tài),加之土壤呈酸性(pH6.0),故除了水溶性鈷之外,交換態(tài)鈷及有機(jī)螯合物可能發(fā)生浸提和溶解作用,使得鈷有向下垂直遷移的趨向,也使得水稻根部能不斷地從土壤中吸收鈷而運(yùn)轉(zhuǎn)至其它部位。實(shí)際上,本研究Co系由田水引入,若是因某種因素(比如核事故)Co進(jìn)入土壤,則它在水稻各部位中的積累要低得多 。就是說(shuō)進(jìn)入水體的60Co的潛在危害要比滯留于土壤中的危害大得多。這里應(yīng)說(shuō)明,由于試驗(yàn)是在露天下進(jìn)行的,因雨水等關(guān)系,致田表水常有溢出,而致60Co在系統(tǒng)中有所損失,這也是隨時(shí)間延長(zhǎng),土壤中Co的平均濃度下降的又一原因。

Co在土壤中的垂直分布

各處理的土壤中Co濃度(Bq/g干土)探深度分布的測(cè)定結(jié)果列于表3。

由表3可見(jiàn),對(duì)同一處理,土壤中Co的濃度隨深度急速地降低?；貧w分析表明,土壤中Co濃度隨離表層深度x呈單項(xiàng)指數(shù)負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)在-0.6952～-0.9302之間,它們?cè)赥=0.10～0.01水平上顯著。

應(yīng)該指出,大多數(shù)處理的底層土壤中60Co濃度有升高的趨勢(shì),這主要是由于在淹水條件下,上層土壤中的60Co不斷向下遷移、積累的緣故。

水稻對(duì)60Co的濃集作用

表1已經(jīng)表明,相對(duì)于田表水和土壤,水稻植株對(duì)土壤中鈷的濃集作用與60Co引入距收獲時(shí)間成正相關(guān),其濃集系數(shù) Ks由1d的1.24至74d的29.72,與其相應(yīng)的糙米對(duì)土壤中鈷的濃集系數(shù)則為7×10-4和0.1。至于對(duì)田表水中的Kw值,水稻植株由1d的37.2至74d的3064.4,糙米則相應(yīng)為0.02和10.1;實(shí)際上,本試驗(yàn)條件下,當(dāng)t>20d后,糙米的Kw值皆大于1。

Co在水-土壤-水稻中的遷移模型

Co在水-土壤-水稻系統(tǒng)中遷移、輸運(yùn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程可用封閉三分室模型原理描述。通常認(rèn)為,示蹤劑(60Co)的遷移服從一級(jí)速率過(guò)程,當(dāng)作一定簡(jiǎn)化,便得各分室中60Co量對(duì)時(shí)間的變化率相應(yīng)為:

在核反應(yīng)堆中輻照鉆產(chǎn)生的鉆一 60 ,是一種半衰期為5.26 年的強(qiáng)γ輻射源。 它應(yīng)用于輻射治療、醫(yī)藥制劑、 器械殺菌以及為大型金屬工件的質(zhì)量控制進(jìn)行γ射線照相。

放射性鈷是壓水堆核電站的主要液態(tài)放射性流出物.其中Co因其半衰期較長(zhǎng)(5.27a)、γ射線能量高(平均1.25MeV)而更具有環(huán)境毒理學(xué)意義.本研究探索了Co進(jìn)入土壤后在菜豆-土壤系統(tǒng)中的遷移、分配動(dòng)態(tài)過(guò)程,以為評(píng)價(jià)放射性鈷對(duì)生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響提供參考 。

鈷粉硬質(zhì)合金

鈷粉是硬質(zhì)合金的主要原料之一，國(guó)內(nèi)外的需求量逐年增加。隨著硬質(zhì)合金工業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金用鈷粉有3種發(fā)展趨勢(shì)：超細(xì)鈷粉、納米WC-Co 粉末、球形鈷粉。這對(duì)原料鈷粉的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格，不僅對(duì)鈷粉的化學(xué)成分提出了更高的要求，而且對(duì)鈷粉的物理性能如粒度、粒度分布、晶體形貌等也提出了嚴(yán)格的要求。要求粒度越來(lái)越細(xì)（粒度一般小于1.5μm），形貌為球形或類球形，粒度分布為正態(tài)分布。硬質(zhì)合金用鈷粉要求具有高的純度，這是因?yàn)?，一方面，純鈷?duì)碳化鎢能夠完全浸潤(rùn)，對(duì)碳化鎢的把持力很高，從而提高硬質(zhì)合金的強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)鈷粉中存在其他雜質(zhì)，例如鉛、硅、鈣硫時(shí)，在合金燒結(jié)過(guò)程中將會(huì)影響合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能。硬質(zhì)合金生產(chǎn)要經(jīng)過(guò)混合、加壓和燒結(jié)過(guò)程，這些過(guò)程會(huì)產(chǎn)生機(jī)械流動(dòng)、塑性流動(dòng)和熱擴(kuò)散現(xiàn)象。研究表明，因減少WC 的晶粒尺寸而使碳化硅相晶粒接觸數(shù)，可以通過(guò)粒度分布均勻且呈球形的鈷粉在機(jī)械混合和塑性流動(dòng)中達(dá)到高度均勻分布來(lái)消除，從而制得具有較大硬度和韌性的合金。

鈷粉催化方面

鈷粉被用在石油工業(yè)的加鉛裂化上，主要用做石油脫氫硫的催化劑。在聚酯纖維領(lǐng)域用做對(duì)苯二甲酸的凈化劑。如美國(guó)的汽油平均含硫量從0.03%降到0.003%，鈷催化劑發(fā)揮了很大作用。

隨著納米科技的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)納米鈷粉對(duì)聚碳硅烷熱裂解過(guò)程具有催化作用，并可降低裂解溫度。鈷的加入促進(jìn)了熱裂解過(guò)程中β-SiC 微晶的生長(zhǎng)。

鈷氧化物納米催化劑對(duì)N₂O=N₂ O₂分解反應(yīng)有良好的催化作用，其中以Co₂O₃催化效果最佳。Co-Mo納米晶和金粉具有較高的析氫催化活性，其析氫過(guò)電位低于用同種方法制備的Ni-Mo 納米晶合金復(fù)合電極。

鈷粉電池行業(yè)

鈷在電池中的應(yīng)用是引人注目的，特別是鋰離子電池的廣泛使用使得鈷的用量大大增加。在鎳氫電池中，摻雜了超細(xì)鈷粉的泡沫鎳電極具有較高的放電容量和大電流充放電循環(huán)穩(wěn)定性，近年來(lái)由于電池行業(yè)的迅猛發(fā)展，超細(xì)鈷粉的用量急劇上升。

鈷粉特種工具

超細(xì)鈷粉可制成特種功能材料。例如，將它廣泛用于特種模具及軸瓦和耐磨件的內(nèi)襯。裝甲材料通常是采用各種合金來(lái)提高其韌性和抗沖擊性能，以抵御炮彈的攻擊。超細(xì)鈷粉經(jīng)新工藝燒結(jié)后，可制成新型高強(qiáng)度超硬材料，用于裝甲防護(hù)。還可以制成耐高溫、散熱、導(dǎo)電的防腐涂層，可廣泛用于宇航飛行器、機(jī)場(chǎng)、軍用碼頭、軍用油庫(kù)、彈藥庫(kù)、艦船等特種場(chǎng)合的防護(hù)。

鈷粉磁性材料

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)磁記錄元器件及記錄設(shè)備的主要要求是提高其記錄密度、記錄容量且愈加小型化。Ni-Co 合金由于具有臨界磁晶各向異性和低導(dǎo)熱系數(shù)的特性，成為一種很重要的磁性材料，特別在磁致伸縮傳感器材料方面。例如，將Ni-Co 靶放入Ar-N₂進(jìn)行熱處理得到Ni-Co-N 膜，然后進(jìn)行脫N得到了微細(xì)鎳鈷合金粉,用該合金粉制備的磁記錄材料具有記錄密度高、矯頑力大、信噪比好、抗氧化性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為制作計(jì)算機(jī)硬盤的一種重要磁性材料。鎳鈷磁控形狀記憶合金兼具壓電陶瓷和磁致伸縮材料的響應(yīng)頻率快及溫控形狀記憶效果好的優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代驅(qū)動(dòng)器和傳感器的關(guān)鍵材料，是一種新型的功能材料 。

鉑鈷合金是以以鉑為基添加鈷所組成的鉑合金。固相線以下為連續(xù)固溶體；在合金系中存在兩個(gè)有序相：PtCo和Pt₃Co，分別具有AuCu和Cu₃Au型結(jié)構(gòu)，有序轉(zhuǎn)變溫度為833℃和750℃，都具有鐵磁性。對(duì)于單相固溶體，隨著鈷含量增高，合金的晶格常數(shù)降低，強(qiáng)度性質(zhì)與電阻率升高并在約含鈷30%(原子分?jǐn)?shù))的合金上達(dá)到最大值，居里溫度升高，電阻溫度系數(shù)降低。有序化處理明顯影響各項(xiàng)性能：提高合金的強(qiáng)度、磁矯頑力(H_c)和最大磁能積(B_rH_c)；降低電阻率、居里溫度和剩磁值(B_r)。最佳磁性是在部分有序化合金上得到的并歸因于兩相結(jié)構(gòu)和大的磁晶各向異性。

Pt-50%Co(原子分?jǐn)?shù))(23.3%Co)合金是優(yōu)良永磁材料。它不僅具有高的矯頑力、磁能積和磁穩(wěn)定性，更具有良好可加工性和耐蝕性。主要磁性參數(shù)：B_r=0.70～0.79T，H_c=308～379KA/m，(BH)max=80～93.6kJ/m，B_d=0.34～0.5T，H_d=213～237KA/m，T=500℃。雖然磁性能遜于含稀土元素的鈷合金且價(jià)格較貴，但在特定場(chǎng)合如要求微型化、高可靠和耐腐蝕的場(chǎng)合中，Pt-Co合金是惟一可滿足要求的永磁材料。主要用作助聽(tīng)器、磁控管、電子鐘表、聚焦設(shè)備和電機(jī)轉(zhuǎn)子等。