Radioatividade do adubo de Potássio

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O objetivo desta postagem é mostrar a radioatividade do adubo de potássio e, usando a radiação do Potássio-40, quantificar o cloreto de potássio presente.



Escrito e desenvolvido por Léo Corradini 

 O adubo de potássio (1) é extraído da natureza e é beneficiado de forma a concentrar seu principal constituinte que é o cloreto de potássio, sua cor avermelhada é devida ao óxido de ferro também presente na jazida.

Para este ensaio cobri as amostras junto com a válvula Geiger-Müller SBM-20 (2) com uma embalagem de polipropileno.
Dessa forma, há uma pequena redução na radiação de fundo (3), mas o principal objetivo dessa pratica é proteger a válvula já que ela fica muito exposta.
Essa redução da radiação de fundo está relacionada com fluxo de ar sobre a válvula.

Esse fenômeno ficou bem evidenciado neste ensaio:

Detectando o Radônio # 2 
https://potassio-40.blogspot.com/2020/01/detectando-o-radonio-2.html

A ideia é comparar a radioatividade do adubo bruto com a do cloreto de potássio grau PA, também medi a radiação do sal light que é uma mistura 50% cloreto de potássio e 50% de cloreto de sódio e do adubo purificado.

Para purificar o adubo dissolvi em água e filtrei várias vezes até desaparecer a cor avermelhada da solução depois sequei e triturei os cristais formados. 

Todas a amostras têm 10 gramas e foram colocadas em saquinhos com 120 x 40 mm.



Usei o contador Geiger para baixos níveis, e em todos os testes a válvula foi posicionada sobre as amostras conforme mostra a foto:



Montagem completa com a proteção de polipropileno:



Obviamente, o teste da radiação de fundo foi feito sem a amostra.



Foram feitos ensaios com 24 horas de duração cada, os resultados são em contagens (4).

Resultados:

Ensaios da radiação de fundo:



Ensaios das amostras:



Cálculo das concentrações:

Média da Radiação de fundo  =  34232

Média da Radiação do Sal Light  =  125116
Menos a radiação de fundo  =  90884

Média da Radiação do Adubo Refinado  =  229733  
Menos a radiação de fundo  =  195501

Média da Radiação do Adubo Bruto  =  211197
Menos a radiação de fundo  =  176965

Radiação do Cloreto de Potássio PA média  =  231938
Menos a radiação de fundo  =  197706

Considerando a concentração no Sal Light como 50% e do Cloreto de Potássio PA como 100%.

Interpolando os valores temos:

Concentração de KCl no adubo bruto  =  90,3%

Concentração do KCL no adubo refinado  =  99%

Conclusões:

A diferença entre os valores do adubo bruto e o refinado é muito grande.
Forte evidência de que a forma como a amostra ficou posicionada em relação a válvula não está bem elaborada.

Acredito que transformando os grãos do adubo bruto em pó, dará resultados melhores.

Apesar da diferença encontrada neste ensaio, gostei dos resultados. Acredito que com pequenos ajustes no método poderemos aplicá-lo para quantificar o potássio em vários sais.

Um dos principais contaminantes do adubo é o cloreto de sódio.
Podemos ver neste teste da chama da solução com o adubo refinado o amarelo característico do sódio.



Neste outro ensaio usei uma solução do cloreto de potássio PA, podemos ver o lilás característico do potássio. 



                             Adendo

Ensaio do Adubo bruto moído:





Média da Radiação do Adubo Bruto Moído = 219814
Menos a radiação de fundo  = 185582

Interpolando os valores temos:


Concentração de KCl no adubo bruto moído  =  94,3%

Ou seja, temos 5,7% de impurezas no adubo bruto.
Agora o valor ficou mais aceitável !

Sem dúvida, a granulometria da amostra é muito importante nos ensaios !

(1) O potássio é composto por três isótopos, um deles é radioativo:

                Potássio-39 - 93,26 % - estável
                Potássio-40 - 0,0117 % - radioativo
                Potássio-41 - 6,73 % - estável

A meia vida do Potássio-40 é 1,26 bilhão de anos.
Um grama de Potássio produz 30,65 desintegrações por segundo.
Sendo 88,8 % emissão de partículas Beta resultando em Cálcio-40 e 11,2 % de emissão de radiação Gama resultando em Argônio-40.

O Potássio-40 é mais radioativo que o Urânio e o Tório.

                Atividade específica:

               K-40 = 262000 Bq/g
               U-238 = 12348 Bq/g
               Th-232 = 4057 Bq/g

No entanto, a quantidade do isótopo radioativo no Potássio é pequena e seus filhos, diferentemente do Urânio e do Tório, não são radioativos.

(1) A válvula SBM-20 é sem dúvida a mais popular entre os hobistas.
Ela é mais fina e mais comprida que a americana LND-712, e por não ter a janela de mica, é incapaz de detectar partículas Alfa.
No entanto, tem o volume da câmara de ionização maior que a torna mais sensível para as radiações Beta e Gama.

(2) A radiação de fundo é o resultado da radioatividade natural do ambiente, ela é composta basicamente pela radiação do radônio e carbono-14 presentes na atmosfera, também por múons produzidos na alta atmosfera e outros elementos radioativos que contaminam todos os materiais a nossa volta.
Atualmente, considera-se que abaixo de 40 CPM a radioatividade é considerado segura, entre 40 e 80 CPM é um nível moderado e acima de 80 CPM é perigosa para a nossa saúde.

(3) Cada ensaio teve duração de 24 horas.
O caráter aleatório do fenômeno da emissão radioativa torna medidas de curta duração um tanto erráticas.
Em função desse comportamento, médias produzidas por totalizações de longa duração dão valores mais consistentes.
Isso é particularmente importante para a medição de níveis baixos de radiação.

Veja também:

Contador Geiger para baixos níveis de radioatividade

https://potassio-40.blogspot.com/2019/09/contador-geiger-para-baixos-niveis-de.html

Válvula Geiger-Müller SBM-20
https://potassio-40.blogspot.com/2018/09/valvula-geiger-muller-sbm-20.html



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