СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫЕ И ТОКСИЧНЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/12 

Изобретение относится к способам очистки растворов с радиоактивным и токсичным загрязнением с помощью сорбентов и может быть использовано в процессе обработки жидких радиоактивных отходов и при очистке сточных промышленных вод.

Известные способы очистки загрязненных растворов, как правило, включают поглощение (сорбцию) радионуклидов, тяжелых металлов и (или) других токсических веществ (далее используется общий термин ТВ токсические вещества) и удаление отработанных сорбентов с их последующей изоляцией. В качестве сорбентов в известных способах традиционно используют целлюлозу, углеродные сорбенты, двуокись марганца и глины, а также их модификации или комбинированные составы, включающие, например, целлюлозу, уголь и глину либо другую комбинацию сорбентов.

Однако известные сорбенты не обладают рядом свойств, необходимых для эффективной обработки растворов, загрязненных ТВ. Так, отработанные сорбенты на основе целлюлозы и углей не могут быть подвергнуты термообработке с целью остеклования ТВ и их дальнейшего захоронения, а глины имеют недостаточную сорбционную емкость. Двуокись марганца используют в небольших количествах лишь для модификации сорбентов, что требует достаточно сложной и трудоемкой технологии. Кроме того, для ряда практических применений необходимо иметь магнитоуправляемые сорбенты.

Сравнительно новым направлением в разработке способов обработки растворов с ТВ является применение цеолитов и океанических железомарганцевых конкреций (ЖМК). Использование ЖМК-сорбентов и цеолитов позволяет осуществлять высокотемпературную обработку отработанных сорбентов в процессе остеклования с их последующей эффективной изоляцией (захоронением). Однако цеолиты имеют недостаточную сорбционную емкость для эффективной обработки ТВ и требуют модификации солями металлов. ЖМК-сорбенты позволяют повысить сорбционную емкость по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам, однако при традиционной технологии применения они не являются магнитными [1,2]
Известный способ [2] очистки растворов от ТВ, принятый за прототип, включает поглощение ТВ сорбентами на основе ЖМК и последующее удаление отработанных сорбентов.

Однако способ-прототип, как и другие известные способы, не позволяет эффективно реализовать потенциально необходимые комплексные свойства сорбентов, включающие как высокую сорбционную способность в отношении ТВ (включая радионуклиды), так и достаточно высокую магнитную восприимчивость.

Сущность изобретения заключается в создании способа очистки растворов от ТВ, обеспечивающего совокупность эффективного поглощения ТВ сорбентом и возможность удаления отработанного сорбента магнитным полем с последующей термообработкой при остекловании.

Изобретение и его преимущества основаны на экспериментально установленных свойствах ЖМК, заключающихся в том, что при термообработке в определенном диапазоне температур ЖМК, обладая максимальной сорбционной емкостью, приобретают ярко выраженные магнитные свойства, что позволяет использовать их в качестве магнитоуправляемых высокоэффективных сорбентов.

Основной технический результат изобретения реализация при способе очистки растворов с ТВ совокупности высокой сорбционной способности сорбента с возможностью его магнитного управления и, как следствие, повышение степени очистки от загрязнения ТВ. При этом отработанные сорбенты могут быть остеклованы для последующей изоляции (захоронения) без разрушения и десорбций.

Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, включающем поглощение сорбентами на основе ЖМК и последующее удаление отработанных сорбентов, в качестве сорбента используют измельченные и термически обработанные при температуре 750-850^oC ЖМК, а удаление отработанного ЖМК-сорбента производят путем воздействия магнитным полем. При этом исходные ЖМК измельчают до крупности 0,1 3,0 мм, а термообработку ведут в течение не менее 0,5 часа.

Для приготовления сорбентов использовали ЖМК, химический состав которых приведен в таблице 1.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве сорбента использовали ЖМК первой пробы (табл. 1), измельченные до крупности 0,1 3,0 мм и прокаленные при температуре 800^oC в течение интервала времени 5 300 минут. Выход магнитной фракции с удельной магнитной восприимчивостью более 50•10^-8 м³/кг, а также сорбционная емкость магнитной и немагнитной фракций приведены в табл. 2.

Полученный магнитный сорбент применяли для обработки растворов, загрязненных радионуклидами и(или) тяжелыми металлами.

Примеры 2-4. В качестве сорбентов использовали ЖМК 2-й, 3-й и 4-й проб (табл.1), приготовленные по технологии примера 1.

Характеристики сорбентов и степень очистки растворов от ТВ по примерам 1-4 в сравнении с прототипом приведены в табл.3.

Примеры 5-8. Сорбенты по примерам 1-4 и сорбент-прототип помещали в технологический раствор, содержащий естественные радионуклиды. После завершения сорбции сорбенты извлекали из раствора магнитным полем. Извлечение сорбентов магнитным полем составило соответственно пример 5 92% пример 6 - 94% пример 7 96% пример 8 97% прототип 4%
Примеры 9-12. Отработанные сорбенты по примерам 5-8 подвергались десорбции морской водой и 1 М раствором соляной кислоты. Значения десорбции радионуклидов из сорбентов представлены в табл.4.

Пример 13. Отработанные сорбенты по примерам 5-8 подвергали термообработке при 1200^oС в течение 4 часов. Сорбенты сплавлялись (спекались) по всему объему при отсутствии десорбции, при этом удельная магнитная восприимчивость сплавленной массы составляла 150 - 320•10^-8 м³/кг.

Таким образом, как следует из таблиц 2-4, предложенный способ очистки растворов, содержащих ТВ, позволяет реализовать совокупность высокой сорбционной емкости сорбента с возможностью его магнитного управления. При этом удельная магнитная восприимчивость предложенных ЖМК-сорбентов в среднем в три раза (табл.3) выше соответствующих значений прототипа, сорбционная емкость в кислых средах выше, а десорбция отработанных ЖМК-сорбентов практически отсутствует, что позволяет достичь значительного технического результата при обработке жидких радиоактивных отходов и очистке сточных промышленных вод. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4

Использование: очистка растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, сорбцией. Сущность изобретения: в способе проводят поглощение загрязнений с помощью сорбента, представляющего собой измельченные и термически обработанные при 750-850 град. Цельсия железомарганцевые конкреции. Термически обработанный сорбент приобретает магнитные свойства. Отработанный сорбент отделяют от раствора путем воздействия магнитным полем. Максимальная степень очистки раствора достигается при использовании сорбента, измельченного до крупности 0,1-3,0 мм и обработанного термически не менее 0,5 часа. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, включающий поглощение загрязнений сорбентами на основе железомарганцевых конкреций и последующее удаление отработанных сорбентов, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют измельченные и термически обработанные при 750-850^oС железомарганцевые конкреции, а удаление отработанного сорбента производят путем воздействия магнитным полем. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходные железомарганцевые конкреции измельчают до крупности 0,1-3,0 мм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку железомарганцевых конкреций ведут в течение не менее 0,5 ч.