Способ получения тонкослойного ферроцианидсодержащего сорбента на основе фильтроперлита Советский патент 1992 года по МПК B01J20/02 G21F9/12 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к технологии синтеза неорганических сорбентов, и может быть применено для получения селективного к цезию ферроцианидсодержащего ионооб- менника. Этот сорбент можно использовать при больших скоростях потока в намывных фильтрах, например, для очистки жидких радиоактивных сред атомной электростанции.

Цель изобретения - повышение степени очистки растворов от радионуклидов цезия за счет увеличения прочности закрепления активного слоя на основе.

Способ получения тонкослойного ферроцианидсодержащего сорбента на основе фильтроперлита осуществляют следующим образом.

Подготавливают 0,5-1 М раствор шести- водного нитрата никеля и при перемешивании дозируют в титрованный водный

раствор аммика, при этом образуется раствор аммиаката никеля (рекомендуемая концентрация аммиаката 0,02 - 0,6 М по никелю). Минимальное соотношение концентраций аммиака и никеля, при котором не происходит неконтролируемого выпадения из раствора основных солей никеля в объеме, составляет от 40.1 при концентрации никеля 0,02 М до 7:1 при концентрации никеля 0,6М.

Фильтроперлит помещают в емкость и заливают раствором аммиаката никеля, при этом массовое соотношение фильтроперлита и раствора т:ж - 1:10 - 1:50. Затем процесс могут вести двояко : либо при перемешивании дозируют раствор соли никеля (например, нитрата), либо при перемешивании нагревают раствор до кипения для отгонки аммиака. В ходе процесса определяют содержание никеля в растворе, пересчитываN1

О

о

со

о

ют количество никеля перешедшего в осадок. Процесс прекращают при выпадении из раствора 30 г никеля на 1 кг фильтропер- лита,

Раствор дренируют, обработанный фильтроперлит отмывают водой и заливают раствором ферроцианида калия. Затем дозируют серную кйсл бту до установления pR 4 -J5 и поддерживают кислотность на этом уровне. Контролируют содержание ф р бцй айида калия в растворе и при достижении стабильной концентрации осадок отделяют и промывают. Фильтрат, содержащий ферроцианид калия, может быть исполь- зован повторно после доукрепления. Поскольку на величину коэффициента очистки раствора влияет потеря активного слоя в процессе фильтрации вследствие механического разрушения активного слоя сорбента и уноса незакрепленного мелкодисперсного осадка, то при одинаковом исходном содержании активного компонента и в аналогичных условиях фильтрации о сорбционных свойствах сорбентов, полученных по предложенному способу и способу-прототипу, можно судить по коэффициентам очистки раствора от цезия.

П р и м е р 1. В емкость поместили 12,5 кг (125 л) фильтроперлита и залили 500 л раствора аммиаката никеля с концентрацией по никелю 0,02 М, Затем при перемешивании в течение 1 ч дозировали 0,5 М раствор нитрата никеля со скоростью 0,05 л/мин. Перемешивание прекратили, раствор дренировали, фильтроперлит промыли 3000 л воды,чередуя взмучивание и дренирование. Затем в емкость ввели при перемешивании 50л раствора ферроцианида калия концентрацией 40 г/л и дозировали 0,5 М раствор серной кислоты до установления рН 4. Вели контроль содержания ферроци- анида калия в растворе. После окончания процесса фильтроперлит промыли 400 л воды. Получили сорбент с содержанием ферроцианида 40 мг/г.

Для исследования полученного сорбента его намыли на фильтропатрон и подавали на него со скоростью 100 см/мин жидкие радиоактивные отходы атомной электростанции с солесодержанием 1 г/л. После пропускания 5500 колоночных объемов воды (690 м.куб.) средний коэффициент очистки от цезия составил 100.

П р и м е р 2. На основе шестиводного нитрата никеля приготовили раствор аммиаката, содержащий 0,6 М Ni и 4,14 М МНз, т.е. отношение мольных концентраций МНз:М1 7:1, При перемешивании внесли 1 л фильтроперлита в 2 л раствора аммиаката никеля. В полученную пульпу в течение 2 ч

дозировали 0,4 М раствор нитрата никеля с расходом 1 мл/мин. Осадок отделили и промыли. При ферроцианидной обработке поддерживали рН 5. Полученный сорбент

содержал 53 мг ферроцианида на 1 г сорбента. 1 мл сорбента поместили в сорбционную колонку и со скоростью 100 мл/ч пропускали раствор с концентрацией цезия - 137 1 мкКи/л. Коэффициент очистки от цезия по0 еле пропускания 1 л раствора Коч 100.

Пример 3. 100 г перлита залили 2 л раствора аммиаката с концентрацией по никелю 0,05 М. Отношение мольных концентраций аммиака и никеля составило 23:1.

5 Раствор при перемешивании довели до кипения и контролировали содержание никеля путем анализа отфильтрованных проб раствора. После перехода в осадок 3 г никеля обработку прекратили, раствор деканти0 ровали, осадок промыли 2 л воды, добавили i 1 л раствора ферроцианида калия концентрацией 40 г/л и при перемешивании дозиро- вали 1н раствор серной кислоты до установления рН 5. После установления по5 стоянной концентрации ферроцианид-ионов раствор декантировали, осадок промыли 2 л воды. Полученный продукт содержал 42 мг ферроцианида в 1 г сорбента. 1 мл сорбента поместили в сорбционную колонку и со ско0 ростью 100 мл/ч пропускали раствор, содержащий цезий-137 в количестве 0,8 мкКи/л. Коэффициент очистки от цезия после пропускания 1 л раствора Коч 90. Пример 4. КЗл воды добавили 0,2 л

5 15М раствора аммиака, затем при перемешивании ввели со скоростью 20-30 мл/мин 0,2 л 0,5 М раствора шестиводного нитрата никеля и в полученный раствор аммиаката никеля с концентрацией по никелю 0,ОЗМ

0 внесли 200г фильтроперлита. При постоянном перемешивании пульпу нагревали до кипения, контролируя содержание никеля в жидкой фазе, После окончания процесса отгонки аммиака суспензию отфильтровали,

5 фильтроперлит отмыли 4 л воды, добавили 2 л раствора, содержащего 60 г/л трехводно- го ферроцианида и подкисленного до рН 4. Пульпу выдерживали при постоянном перемешивании в течение 4 ч. Осадок отде0 лили и промыли 6 л воды. Получили сорбент с содержанием ферроцианида 40 мг/г.

Через намытый на фильтропатрон модифицированный фильтроперлит подавали жидкие радиоактивные отходы с солесодер5 жанием 1 г/л со скоростью 100 см/мин. После пропускания 5500 колоночных объемов раствора средний коэффициент очистки его от цезия составил 100.

П р и м е р 5. Приготовили сорбент по способу-прототипу и получили образец, содержащий 33 мг ферроцианид-иона на 1 г сорбента. Образец прошел испытания по очистке воды согласно примеру 4. Коэффициент очистки воды от цезия на сорбенте, полученном по способу-прототипу, соста- вил 50.

При сравнении сорбционных свойств двух вышеупомянутых образцов сорбента в статических условиях оказалось, что коэффициенты распределения цезия из раство- ра с концентрацией нитрата натрия 1 г/л, содержащего 10 мкКи/л цезия-137, для сорбентов, приготовленных по предлагаемому способу и способу-прототипу, равны соответственно 9 ОЕ5 мл/г и 1 5Е4 мл/г.

Анализ представленных данных показывает, что коэффициенты очистки раствора от цезия в динамических условиях на сорбенте, полученном по предложенному способу, значительно выше, чем на сорбенте, полученном по способу-прототипу. Кроме того, предложенный способ обеспечивает и повышение сорбционных свойств сорбента в статических условиях.

Были определены удельные объемные сопротивления фильтрующего слоя чистого фильтроперлита и ферроцианидного сорбента на основе фильтроперлита, полученного по предложенному способу, которые составили соответственно 1 68Е12 и 1 69Е12м 2. Из этих данных следует, что при нанесении на фильтроперлит ферроциа- нида никеля по предложенному способу ресурс механической фильтрации практически не изменяется.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет получить сорбент улучшенных сорбционных свойств за счет увеличения способности удержания активного слоя на основе, что обеспечивает от- сутствие уноса в очищенную воду частиц сорбента при больших скоростях потока и,

следовательно, повышение степени очистки воды в динамических условиях. Это позволяет значительно расширить область применения сорбента и, в частности, использовать его в намывных механических фильтрах для очистки жидких радиоактивных сред АЭС. При этом улучшается радиационная обстановка на станции и условия труда за счет снижения дозовых нагрузок обслуживающего персонала. Кроме того, использование этого сорбента на АЭС приведет к уменьшению количества радиоактивных отходов, подлежащих переработке и хранению, за счет исключения применения при синтезе сорбента реагентов, которые в процессе эксплуатации могли бы попасть в воды АЭС, направляемые на повторное использование, состав которых регламентируется и в случае несоответствии нормам эти воды подвергаются дополнительной обработке.

Формула изобретения Способ получения тонкослойного фер- роцианидсодержащего сорбента на основе фильтроперлита для очистки растворов от радионуклидов цезия, включающий смешение фильтроперлита с раствором соли никеля с последующим осаждением на поверхности фильтроперлита слоя оксигид- ратных соединений никеля и обработку образовавшегося слоя раствором ферроци- анида калия, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки растворов от радионуклидов цезия за счет увеличения прочности закрепления активного слоя, в качестве раствора соли никеля используют раствор аммиаката никеля, а осаждение слоя оксигидратных соединений никеля проводят путем введения в раствор аммиаката никеля соли никеля или путем отгонки аммиака из раствора при нагревании.

Использование: для очистки жидких радиоактивных отходов от радионуклидов церия. Способ получения включает образование слоя оксигидрата никеля на поверхности перлита путем введения в суспензию перлита в растворе аммиаката никеля соли никеля или путем отгонки аммиака из раствора при нагревании с последующей обработкой перлита раствором ферроцианкда калия при рН 4-5.