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

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 1 Изотопы* 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 2 Изотопы* 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 3 Изотопы* 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.

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.

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.