СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОСТРОНЦИЯ Российский патент 2006 года по МПК C02F1/28 G21F9/12 B01J20/08 C02F1/28 C02F101/10 

Описание патента на изобретение RU2276105C1

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от радиоактивных загрязнений.

Простейшим методом очистки вод от радиоактивных загрязнений является использование природных минеральных сорбентов, большинство из которых имеет силикатную структуру [1]. Причем экономически наиболее оправданным является использование для очистки вод в регионах минералов местных месторождений.

Так известен способ очистки вод от радиоактивных загрязнений с использованием в качестве сорбента кембрийской глины Ленинградской области. Так как глина в воде разбухает, то для использования ее в сорбционных колоннах, через которые пропускается очищаемая вода, глину подвергают термообработке при температуре 750-850°С. Причем в случае обжига при температуре более 900°С сорбционная способность глины значительно снижается [2].

Основным недостатком данного способа является его низкая эффективность по очистке от радиостронция.

Известен способ очистки от радиостронция на кембрийской глине, обожженной при 750-850°С, в смеси с доломитом и фосфорсодержащим ингредиентом [3].

Основным недостатком данного способа является его недостаточная эффективность по очистке от радиостронция.

Известен способ очистки воды от радиостронция на известняковых породах, например кальците (СаСО3) [4].

Основным недостатком данного способа является то, что высокая эффективность по очистке от радиостронция в этом случае достигается только при содержании в очищаемых водах анионов, образующих со стронцием новую кристаллическую поверхность (например, РО43-), что в природных водах практически не встречается.

Известен также способ очистки от радиостронция на доломитовых породах, (MgCO3·СаСО3). Значительную роль в сорбции на доломитовых породах играют и силикатные (глинистые) примеси, обеспечивающие очистку и от радиоцезия. Причем для повышения эффективности очистки от стронция проводят обжиг доломита до температуры 720-750°С, тогда как обжиг при температуре более 1000°С эту эффективность снижает [5].

Основным недостатком данного способа является то, что в отсутствии в воде анионов, образующих труднорастворимые соединения с Mg2+ и Са2+ (например, РО43-), эффективность очистки от радиостронция не очень высока.

Известен также способ очистки от радионуклидов с использованием природного алюминиевого минерала - гиббсита (Al(ОН)3), являющегося основой бокситовых пород. Для повышения сорбционной способности бокситов по радиостронцию рекомендуют проводить его обработку при температуре выше 150°С [5]. Данный способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Основным недостатком данного способа является то, что в отсутствии в воде анионов, образующих труднорастворимые соединения с Mg2+ и Са2+ (например, PO43-), эффективность очистки от радиостронция не очень высока. Кроме того, при использовании исходной бокситовой руды эффективность очистки во многом зависит от количества в ней примесей известняков и доломитов.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в создании эффективного способа очистки воды от радиостронция, позволяющего значительно сократить объем отработанных сорбентов, подлежащих захоронению.

Техническим результатом использования способа является повышение эффективности удаления радиостронция при использовании исходной бокситовой руды без снижения эффективности очистки от радиоцезия.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки воды от радиостронция, включающем обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO3·MgCO3) и натриевой содой (Na2СО3) при температуре не ниже 1200°С и затем промывают водой от растворимых натриевых соединений.

Обжиг при температуре свыше 1200°С приводит к разложению карбонатов и образованию алюминатов, промывка которых формирует пористую структуру. Наибольший выход продукта обеспечивается при массовом соотношении бокситовой руды, извести и соды 1:0,55-0,60:0,055-0,060.

Способ осуществляется следующим образом.

Бокситовый шлам получают при производстве глинозема путем обжига (спекания) бокситовой руды с известняком и содой при температуре не ниже 1200°С и последующем выщелачивании (вымывании) алюминатов из обожженной (спеченной) смеси.

Бокситовую руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO3·MgCO3) и натриевой содой (Na2СО3) при температуре выше 1200°С, а затем промывают водой от растворимых натриевых соединений. Полученным обожженным продуктом обрабатывают радиоактивно загрязненные воды для сорбции на нем радиостронция.

По сравнению с известными способами очистки воды от радионуклидов на бокситовых сорбентах предлагаемый способ, включающий обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, причем руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO3·MgCO3) и натриевой содой (Na2СО3) при температуре не ниже 1200°С и затем промывают водой от растворимых натриевых соединений, обеспечивает не только повышение в 4-6 раз степени очистки от радиостронция, но и сохранение высокой степени очистки от радиоцезия после обжига свыше 1000°С, что не следует явным образом из уровня техники (глинистые минералы, обеспечивающие очистку от радиоцезия [2], и доломиты (MgCO3) с известняками (СаСО3), обеспечивающие очистку от радиостронция [5], при температуре свыше 1000°С значительно снижают сорбционную способность), т.е. соответствует критерию изобретательского уровня.

Примеры конкретного исполнения (1-8 по известным способам, 9-10 по предложенному способу).

Пример 1. В качестве очищаемой воды использовали воду хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержащую 100 мг/л НСО3-, 90 мг/л SO42, 10 мг/л Cl-, 5 мг/л NO3-, 60 мг/л Са+2, 15 мг/л Mg+2, 15 мг/л Na+, 10 мг/л К+, 0,2 мг/л Fe+3 (pH=6,5-7,5) с объемной активностью 1,4 МБк/л (2·10-5 Ки/л). В качестве сорбента для очистки воды в статических условиях использовали мелкую фракцию (менее 0,1 мм) кембрийской глины. Навеску сорбента массой 0.5 г помещали в 100-миллилитровую коническую колбу, приливали 50 мл исходного радиоактивного раствора и взмучивали раствор с последующим отстаиванием в течение суток. Коэффициент очистки Коч определяли как отношение концентрации радионуклидов в исходной и в очищенной воде. Коч по 90Sт составлял около 2.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что кембрийскую глину предварительно обжигали при 750°С. Коч по 90Sr составлял около 3.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали известняк. Коч по 90Sr составлял около 2.

Пример 4. Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали доломит. Коч по 90Sr составлял около 5.

Пример 5. Отличается от примера 4 тем, что доломит предварительно обжигали при 750°С. Коч по 90Sr составлял около 10.

Пример 6. Отличается от примера 2 тем, что кембрийскую глину обжигали при 750°С в смеси с доломитом и Na3PO4 в массовом соотношении 1:0,1:0,1. Коч по 90Sr составлял около 12.

Пример 7 (прототип). Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали боксит с примесями глины, доломита и известняка (бокситовую руду Радынского месторождения Ленинградской обл.). Коч по 90Sr составлял около 2, а Коч по 137Cs составлял около 4.

Пример 8 (прототип). Отличается от примера 7 тем, что боксит предварительно обжигали при 750°С. Коч по 90Sr составлял около 6, а Коч по 137Cs составлял около 6.

Пример 9 (заявляемый). Отличается от примера 8 тем, что боксит в смеси с кальциево-магниевой известью (CaCO3·MgCO3) и натриевой содой (Na2СО3) в массовом соотношении 1:0,57:0,057 обжигали при температуре 1250°С, а затем промывали водой от растворимых натриевых соединений. Коч по 90Sr составлял около 25, а Коч по 137Cs составлял около 7.

Пример 10. Отличается от примера 7 тем, что в качестве сорбента использовали промышленный отход производства алюминия из боксита (бокситовой руды Радынского месторождения Ленинградской обл.), полученный при его обжиге с известковой породой и содой в массовом соотношении 1:0,57:0,057 при температуре 1250°С совместно с известняком и содой (в массовом соотношении 3,0:1,7:0,17) и последующем вымывании из обожженной смеси растворимых алюминатов. Полученный продукт содержал 15,6-19,2 мас.% SiO2; 16,5-19,1 мас.% Fe2O3; 9,3-10,6 мас.% Al2О3; 2,3-2,4 мас.% TiO2; 25,0-28.5 мас.% СаО; 0,6-1,1 мас.% MgO; 1,8-2,1 мас.% Na2O+K2O; 0,7-0,77 мас.% So3. Коч по 90Sr составлял около 24, а Коч по 137Cs составлял около 8.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность очистки от радиостронция в 4-6 раз без снижения эффективности очистки от радиоцезия. При этом в качестве сорбента могут использоваться и дешевые отходы производства (пример 10).

Бокситовые месторождения широко разрабатываются в России, а предлагаемый способ может осуществляться на том же отечественном оборудовании, что и прототип (смесители и отстойники при статической сорбции или фильтрационные колонны при динамической сорбции), т.е. промышленно применим. Использование данного способа позволяет в 4-6 раз сократить расход сорбента (т.е. уменьшить объем отработанных сорбентов, подлежащих захоронению), а при динамической сорбции в 4-6 раз продлить срок эксплуатации фильтров с одной засыпкой.

Источники информации

1. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.209-213.

2. Патент РФ №2082235, бюл. №17, 1997.

3. Патент РФ №2146403, бюл. №7, 2000.

4. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.240.

5. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.227-229.

6. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.242-243.

Похожие патенты RU2276105C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ПРИПОВЕРХНОСТНЫЕ МОГИЛЬНИКИ 2007
  • Епимахов Виталий Николаевич
  • Олейник Михаил Сергеевич
  • Панкина Елена Борисовна
  • Глухова Марина Петровна
RU2366011C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОАКТИВНОГО СТРОНЦИЯ 2009
  • Олейник Михаил Сергеевич
  • Епимахов Виталий Николаевич
  • Панкина Елена Борисовна
  • Глухова Марина Петровна
  • Красикова Татьяна Андреевна
RU2393011C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ 1998
  • Денисов Г.А.
  • Рослякова Н.Г.
  • Шмаков Л.В.
  • Комов А.Н.
  • Нестеренко А.П.
  • Олейник М.С.
  • Кузнецов И.В.
RU2146403C1
СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ В ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ 2002
  • Олейник М.С.
  • Епимахов В.Н.
  • Смирнов В.Д.
RU2231842C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАЛОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2010
  • Епимахов Виталий Николаевич
  • Олейник Михаил Сергеевич
  • Епимахов Тимофей Витальевич
  • Ганюшкин Андрей Фёдорович
RU2437177C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МАЛО- И СРЕДНЕМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ НИЗКОАКТИВНЫХ ЖИДКИХ ОТХОДОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ 2004
  • Епимахов В.Н.
  • Олейник М.С.
  • Глушков С.В.
  • Епимахов Т.В.
RU2267176C1
СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В КОНТЕЙНЕРЕ 2006
  • Епимахов Виталий Николаевич
  • Олейник Михаил Сергеевич
  • Панкина Елена Борисовна
  • Смирнов Виталий Дмитриевич
  • Веденин Олег Леонидович
  • Климов Николай Иванович
RU2315380C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСЛОЙНОГО СОРБЕНТА 2007
  • Цветохин Александр Григорьевич
  • Бетенеков Николай Дмитриевич
RU2356619C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2001
  • Епимахов В.Н.
  • Олейник М.С.
  • Смирнов В.Д.
  • Алешин А.М.
RU2200995C2
СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ В БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЕ ЦЕМЕНТЫ 2001
  • Епимахов В.Н.
  • Олейник М.С.
RU2206933C2

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОСТРОНЦИЯ

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от радиоактивных загрязнений. Способ очистки воды от радиостронция включает обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, причем руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью - CaCO3·MgCO3 и натриевой содой - Na2СО3 при температуре не ниже 1200°С и промывают водой от растворимых натриевых соединений. Предпочтительно обжигу подвергают смесь бокситовой руды с кальциево-магниевой известью и натриевой содой в массовом соотношении 1:0,55-0,60:0,055-0,060. Способ обеспечивает повышение эффективности удаления радиостронция при использовании исходной бокситовой руды без снижения эффективности очистки от радиоцезия, а также позволяет значительно сократить объем отработанных сорбентов, подлежащих захоронению. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 276 105 C1

1. Способ очистки воды от радиостронция, включающий обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, отличающийся тем, что бокситовую руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (СаСО3·MgCO3) и натриевой содой (Na2СО3) при температуре не ниже 1200°С и затем промывают водой от растворимых натриевых соединений.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжигу подвергают смесь бокситовой руды с кальциево-магниевой известью и натриевой содой в массовом соотношении 1:0,55÷0,60:0,055÷0,060.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2276105C1

КУЗНЕЦОВ Ю.В
и др
Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений
- М.: Атомиздат, 1974, с.227-229
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1996
  • Пензин Р.А.
  • Беляков Е.А.
  • Шведов А.А.
  • Евдокимов О.В.
  • Пичугин С.Н.
RU2118945C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ 1998
  • Денисов Г.А.
  • Рослякова Н.Г.
  • Шмаков Л.В.
  • Комов А.Н.
  • Нестеренко А.П.
  • Олейник М.С.
  • Кузнецов И.В.
RU2146403C1
RU 94021093 A1, 10.08.1996
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1
US 6254782 B1, 03.07.2001.

RU 2 276 105 C1

Авторы

Епимахов Виталий Николаевич

Олейник Михаил Сергеевич

Панкина Елена Борисовна

Епимахов Тимофей Витальевич

Шурыгин Виктор Нилович

Климов Николай Иванович

Даты

2006-05-10Публикация

2004-10-26Подача