АДСОРБЕНТ ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G21F9/12 

Описание патента на изобретение RU2310933C2

Изобретение относится к адсорбентам для дезактивации радиоактивных отходов и способам его получения и может быть использовано для уменьшения степени загрязнения радиоактивными изотопами и токсичными тяжелыми металлами, их локализации, транспортировки и безопасного хранения.

Известен адсорбент для дезактивации радиоактивных жидкостей, выполненный в виде гранул, содержащих сульфиды металлов и соли бария (см. авт. свид. СССР №468446, кл. G21F 9/04, 1971).

Данный адсорбент имеет низкую сорбционную емкость и небольшую степень очистки. Недостатками данного способа являются низкая эффективность и высокая стоимость.

Известен способ получения этого адсорбента, который заключается в приготовлении гранул (см. авт. свид. СССР №486446, кл. G21F 9/04, 1971).

Наиболее близким к предлагаемому адсорбенту является адсорбент для дезактивации радиоактивных отходов, выполненный в виде гранул, включающий кремнийсодержащий материал (см. патент РФ №2025801, G21F 9/12, 1990).

Адсорбент содержит природную диатомную землю и по меньшей мере два цеолитных минерала.

Однако данный адсорбент имеет низкую сорбционную емкость, низкую активность, низкую степень очистки и невысокую природную поризацию. Кроме того, месторождения природных цеолитов являются редкими, а сырье дорогостоящим.

Известен способ получения данного адсорбента, включающий приготовление гранул (см. патент РФ №2025801, G21F 9/12, 1990). Недостатками данного способа являются сложность получения адсорбента и его низкая эффективность.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности дезактивационных работ в любых средах, быстро, эффективно и надежно связывать вредные элементы: радиоактивные изотопы, токсичные тяжелые металлы. Техническим результатом является повышение дезактивируемости радиоактивных отходов и степени очистки сред.

Технический результат достигается в адсорбенте для дезактивации радиоактивных отходов, включающем кремнийсодержащий материал, щелочные и/или щелочно-земельные элементы и связующее вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнийсодержащий материал85-90Щелочные и/или щелочно-земельные элементы2-5Связующее вещество8-10

и выполнен с покрытием в виде механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора.

Связующее вещество представляет собой цементную пыль и/или аморфный кремнезем.

Механическая смесь содержит 2,5-3% соединений щелочных элементов и/или 3,5-5% соединений щелочно-земельных элементов и 1-10% активизатора от веса гранул.

Активизатор представляет собой соли, взятые из ряда: сульфид марганца (MnS), сульфид никеля (NiS), сульфид железа (FeS), сернокислый барий (BaSO4), углекислый барий (ВаСО3), фторид титана (TiF4), фторид марганца (MnF2), фторид олова (SnF4), фторид висмута (BiF3), фторид сурьмы (SbF3).

Отличительные признаки предлагаемого адсорбента заключаются в том, что он дополнительно включает щелочные и/или щелочно-земельные элементы и связующее вещество и выполнен с покрытием в виде механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора при определенном соотношении компонентов. Это повышает дезактивируемость радиоактивных отходов и степень очистки сред.

Щелочные и/или щелочно-земельные элементы, включаемые в химический состав гранул, используются для обеспечения высокой гидравлической активности гранул с целью образования дефектов в кристаллических решетках кремнийсодержащего материала с последующим заполнением их элементами радиоактивных отходов, т.е. переводом неустойчивых изотопов в устойчивые.

Связующее вещество используется для повышения вяжущих свойств гранул и выравнивания количества кремнистых структур.

Механическая смесь, наносимая на гранулы, обеспечивает начальную гидратацию гранул с образованием слоистых структур типа смектитов, с включением в эти структуры элементов радиоактивных отходов.

Соединения щелочных и/или щелочноземельных элементов, входящие в состав механической смеси, усиливают начальную гидратацию гранул с образованием кремнистых гелий, связывающих радиоактивные изотопы и токсичные тяжелые металлы.

Активизатор, входящий в состав механической смеси, связывает элементы радиоактивных отходов.

Предлагаемым изобретением решается задача получения адсорбента, с помощью которого можно было бы с высокой эффективностью проводить дезактивационные работы в любых средах. Техническим результатом является повышение эффективности получения адсорбента, простота и надежность.

Технический результат достигается в способе получения адсорбента для дезактивации радиоактивных отходов, включающем нагрев кремнийсодержащего материала до температуры плавления, введение в него щелочных и/или щелочно-земельных элементов и связующего вещества при непрерывной продувке аммиаком, деление полученного обогащенного материала на капли путем обработки струями сжатого воздуха в циклонной камере с последующим охлаждением и напылением на полученные гранулы механической смесью, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в нагреве кремнийсодержащего материала до температуры плавления, введении в его состав щелочных и/или щелочно-земельных элементов и связующего вещества при непрерывной продувке аммиаком, делении полученного обогащенного материала на капли, последующем охлаждении и напылении на полученные гранулы механической смеси определенного состава. Это позволяет получить адсорбент с равномерными абсорбционно-адсорбционными свойствами. Непрерывная продувка аммиаком повышает поризацию адсорбента. Щелочные и/или щелочно-земельные элементы повышают основность адсорбента, а связующее вещество повышает вяжущие свойства адсорбента.

Деление полученного обогащенного материала на капли производится путем обработки струями сжатого воздуха в циклонной камере, который осуществляют, например, с помощью системы, создающей параллельные пульсирующие струи сжатого воздуха с частотой порядка 0,5-1 Гц или с помощью конуса с желобами, расположенными по его образующим, и крыльчатки, установленной соосно конусу, со стороны его основания.

Напыление механической смеси на поверхность гранул улучшает абсорбционные свойства адсорбента.

Пример 1.

Кремнийсодержащий материал - 85%, в качестве которого взят доменный шлак Ново-Тульского завода, содержащий мас.%: SiO2 - 39,4; Al2О3 - 8,4; СаО - 36,2; Fe2О3 - 1,9; MgO - 9,4; остальное - 2,2, с температурой 1240°С, вводят в него 2% щелочных элементов, оксида калия (К2О) и 8% связующего вещества - цементную пыль при непрерывной продувке аммиаком из расчета 7-9 м3 на тонну жидкого шлака. Полученный обогащенный материал делят на капли путем обработки струи жидкого шлака пульсирующими струями сжатого воздуха, содержащего до 25% водного пара. Капли доменного шлака, перемещаясь по криволинейным траекториям, постепенно охлаждаются. Одновременно на горячую поверхность полученных гранул напыляют механическую смесь, состоящую из оксида калия (К2О) в количестве 2,5% от веса гранул и активизатора - сернокислого бария (BaSO4) в количестве 1% от веса гранул. При количестве соединений щелочного элемента меньшем 2,5%, и/или соединений щелочно-земельного элемента, меньшем 3,5%, и активизатора, меньшем 1%, уменьшаются сорбционные свойства адсорбента, т.к. уменьшается начальное образование кремнистых гелей, связывающих радиоактивные изотопы. Результаты испытаний адсорбента приведены в таблице 1.

Таблица 1Изотопы* цезия 137Cs, Ки/кгИзотопы* стронция 90Sr, Ки/кгДо обработки адсорбентом8,01,8После обработки адсорбентом6,41,46* Челябинская область, донные отложения реки Теча, 1991-1992 гг.

Коэффициент дезактивации в течение года составил 1,2.

Пример 2.

Кремнийсодержащий материал - 87%, в качестве которого взят вулканический шлак, содержащий, мас.%: SiO2 - 65,4; Al2О3 - 13,5; CaO - 3,6; Fe2О3 - 1,8; MgO - 8,5; Na2O - 11,5, нагревают до температуры 1240°С, вводят в него 4% щелочноземельных элементов, оксида кальция (CaO) и 9% связующего вещества - цементную пыль при непрерывной продувке аммиаком из расчета 7-9 м3 на тонну жидкого шлака. Полученный обогащенный материал делят на капли путем обработки струи жидкого шлака пульсирующими струями сжатого воздуха, содержащего до 25% водного пара. Капли доменного шлака, перемещаясь по криволинейным траекториям, постепенно охлаждаются. Одновременно на горячую поверхность полученных гранул напыляют механическую смесь, состоящую из оксида кальция (CaO) в количестве 4% от веса гранул и активизатора - фторида марганца (MnF2) в количестве 6% от веса гранул.

Результаты испытаний адсорбента приведены в таблице 2.

Таблица 2Изотопы* цезия 137Cs, Ки/кгИзотопы* стронция 90Sr, Ки/кгДо обработки адсорбентом8,01,8После обработки адсорбентом5,61,26* Челябинская область, донные отложения реки Теча, 1991-1992 гг.

Коэффициент дезактивации в течение года составил 1,3.

Пример 3.

Кремнийсодержащий материал - 90%, в качестве которого взят Кызылкумский барханный песок, содержащий, мас.%: SiO2 - 62,6; Al2О3 - 22,3; СаО - 4,7; Fe2O3 - 1,3; MgO - 0,6; MoO - 5,5; остальное - 2,3, нагревают до температуры 1240°С, вводят в него 5% щелочных элементов, оксид калия (К2О) и 10% связующего вещества - цементную пыль при непрерывной продувке аммиаком из расчета 7-9 м3 на тонну жидкого шлака. Полученный обогащенный материал делят на капли путем обработки струи жидкого шлака пульсирующими струями сжатого воздуха, содержащего до 25% водного пара. Капли доменного шлака, перемещаясь по криволинейным траекториям, постепенно охлаждаются. Одновременно на горячую поверхность полученных гранул напыляют механическую смесь, состоящую из оксида калия (К2О) в количестве 3% от веса гранул и активизатора - сульфида железа (FeS) в количестве 10% от веса гранул. При количестве соединений щелочного элемента, большем 3%, и/или соединений щелочноземельного элемента, большем 5%, и активизатора, большем 10%, уменьшаются сорбционные свойства адсорбента, т.к. снижается способность кремнистых гелей и солей связывать радиоактивные изотопы.

Результаты испытаний адсорбента приведены в таблице 3.

Таблица 3Изотопы* цезия 137Cs, Ки/кгИзотопы* стронция 90Sr, Ки/кгДо обработки адсорбентом8,01,8После обработки адсорбентом4,81,08* Челябинская область, донные отложения реки Теча, 1991-1992 гг.

Коэффициент дезактивации в течение года составил 1,4.

Предложенный адсорбент позволяет повысить дезактивируемость радиоактивных отходов и степень очистки сред. Предложенный адсорбент быстро, эффективно и надежно связывает вредные изотопы.

Похожие патенты RU2310933C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ 2002
  • Осипов В.П.
  • Николаев А.В.
  • Севальнев А.В.
RU2201605C1
АДСОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ 2008
  • Голованчиков Александр Борисович
  • Добряков Андрей Владимирович
  • Ефремов Михаил Юрьевич
  • Беляева Юлия Леонидовна
  • Караева Адэля Эмильевна
  • Дулькин Борис Александрович
RU2361662C1
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2019
  • Кузнецов Вячеслав Геннадьевич
  • Курбанов Тельман Айдабекович
  • Пугачев Владимир Александрович
  • Смирнов Игорь Валентинович
RU2724106C1
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2005
  • Лысов Аркадий Анатольевич
  • Муравьев Виктор Федорович
  • Парабин Виктор Александрович
  • Парабина Мария Викторовна
  • Сорокин Николай Михайлович
RU2288515C1
СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ 2002
  • Осипов В.П.
  • Николаев А.В.
  • Севальнев А.В.
RU2211466C1
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ 1995
  • Тихомиров Вячеслав Евгеньевич
RU2097852C1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТХОДОВ 2014
  • Нестер Алексей Тадеушевич
  • Бунтушкин Владимир Петрович
  • Козырев Константин Владимирович
  • Лагунов Александр Павлович
  • Татаринцев Александр Владимирович
  • Тюменцев Василий Николаевич
  • Тютелов Константин Николаевич
  • Федотов Андрей Александрович
  • Хмарин Виктор Викторович
RU2579151C1
Способ дезактивации крупногабаритного емкостного оборудования от радиоактивных загрязнений без предварительного фрагментирования методом контактного ультразвукового воздействия 2021
  • Лебедев Николай Михайлович
  • Грот Александр Николаевич
  • Доильницын Валерий Афанасьевич
  • Акатов Андрей Андреевич
  • Тинин Василий Владимирович
  • Васильев Альберт Петрович
  • Кочкарев Виктор Григорьевич
  • Лазарев Василий Николаевич
RU2753419C1
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, ПОЧВ, ГРУНТОВ 2006
  • Седов Юрий Андреевич
  • Парахин Юрий Алексеевич
  • Мельников Геннадий Максимович
  • Майоров Сергей Александрович
RU2313148C1
Способ дезактивации оборудования первого контура системы охлаждения реактора 2022
  • Басиев Александр Александрович
  • Басиев Александр Гаврилович
  • Буряк Алексей Константинович
  • Селиверстов Александр Федорович
RU2804283C2

Реферат патента 2007 года АДСОРБЕНТ ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к адсорбентам для дезактивации радиоактивных отходов и способам его получения и может быть использовано для уменьшения степени загрязнения радиоактивными изотопами и токсичными тяжелыми металлами, их локализации, транспортировки и безопасного хранения. Адсорбент для дезактивации радиоактивных отходов выполняют в виде гранул и при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнийсодержащий материал 85-90; щелочные и/или щелочно-земельные элементы 2-5; связующее вещество 8-10, и выполняют с покрытием в виде механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора. Изобретение позволяет повысить дезактивируемость радиоактивных отходов и степень очистки сред. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула изобретения RU 2 310 933 C2

1. Адсорбент для дезактивации радиоактивных отходов, выполненный в виде гранул, включающий кремнийсодержащий материал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соединение щелочных и/или щелочно-земельных элементов и связующее вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремнийсодержащий материал 85-90

щелочные и/или щелочно-земельные элементы 2-5

связующее вещество 8-10

и выполнен с покрытием в виде механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора.

2. Адсорбент по п.1, отличающийся тем, что связующее вещество представляет собой цементную пыль и/или аморфный кремнезем.3. Адсорбент по п.1, отличающийся тем, что механическая смесь содержит 2,5-3% соединений щелочных и/или 3,5-5% щелочно-земельных элементов и 1-10% активизатора от веса гранул.4. Адсорбент по п.1, отличающийся тем, что активизатор представляет собой соли, взятые из ряда: сульфид марганца, сульфид никеля, сульфид железа, сернокислый барий, углекислый барий, фторид титана, фторид марганца, фторид олова, фторид висмута, фторид сурьмы.5. Способ получения адсорбента для дезактивации радиоактивных отходов, включающий приготовление гранул, содержащих кремнийсодержащий материал, отличающийся тем, что кремнийсодержащий материал нагревают до температуры плавления, вводят в него соединения щелочных и/или щелочно-земельных элементов и связующее вещество при непрерывной продувке аммиаком и делят полученный обогащенный материал на капли путем обработки струями сжатого воздуха в циклонной камере с последующим охлаждением и напылением на полученные гранулы механической смеси, состоящей из соединений щелочных и/или щелочно-земельных элементов и активизатора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2310933C2

СОРБЕНТ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ 1992
  • Раснецов Л.Д.
  • Дьячковский Ф.С.
  • Тузова А.М.
  • Раснецова Б.Е.
  • Фадеев В.В.
  • Канакова О.А.
  • Зубков А.М.
RU2061540C1
КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИЙ АДСОРБЕНТ ДЛЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ МЕТАЛЛОВ И ТОКСИЧНЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ 1990
  • Ласло Варга[Hu]
  • Михай Теречик[Hu]
  • Балинт Ласло Станьик[Hu]
  • Имре Ласло Юхас[Hu]
RU2025801C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2002
  • Виноградов И.В.
  • Волк В.И.
  • Полуэктов П.П.
  • Ревенко Ю.А.
  • Подойницын С.В.
RU2229180C2
JP 5034497 A, 09.02.1993.

RU 2 310 933 C2

Авторы

Николаев Алексей Всеволодович

Осипов Виктор Петрович

Севальнев Александр Васильевич

Даты

2007-11-20Публикация

2005-12-21Подача