Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Způsob dekontaminace radioaktivních materiálů
CZ284162B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
Michael J. Dunn David Bradbury George Richard Elder
Worldwide applications
Application CS923577A events
1992-12-04
1993-08-11
1998-09-16
Description
translated from
Vynález se týká způsobu dekontaminování materiálů, obsahujících radioaktivní kontaminanty, jako je uran, thorium, radium, plutonium nebo americium, nebo jejich směsi. Tyto materiály mohou být přírodní, jako je půda, nebo vyráběné člověkem, jako je beton nebo ocel, které mohou být v širokém rozsahu zamořeny uvedenými kontaminantami.
Dosavadní stav techniky
Kontaminace prostředí radioaktivními materiály je všeobecným problémem. Problém může vyvstávat v souvislost s těžebními postupy, jako je tomu v případě uranu, nebo kontaminací vlivem nukleárního zařízení s nedostatečnou kontrolou okolí, nebo při manipulaci s radioaktivními odpady. Obdobně může nastávat kontaminace vlivem rozptylování uranových bloků, které se používají jako vysokohustotní materiál při vojenských nebo civilních aplikacích jako výsledek válčení nebo civilní nehody.
Při těžebních postupech jsou zavedené praktické a ekonomické metody pro hospodárné znovuzískávání některých radioaktivních prvků z kontaminovaných materiálů. Cílem těžby je však obvy kle získávání materiálů a druhotný zbytek bývá zřídkakdy hlavním výstupem. Při čištění prostředí je hlavním cílem dosáhnout účinného vyčištění s minimem druhotného zbytku při minimálních nákladech a hodnota znovuzískaných radioaktivních materiálů má podřadnou důležitost. Technické postupy a chemikálie, které by nebyly hospodárné a vhodné pro těžební aplikace, se mohou stát jako praktické při čištění prostředí.
Je obecně stanoveno, že se radioaktivní prvky mohou regenerovat z materiálů, získávaných z prostředí mechanickým praním vodou s povrchově aktivními přísadami nebo i bez nich. Takové postupy jsou však obvykle omezené na mechanickou separaci tuhých látek a neodstraňují se při nich kontaminační látky, které jsou chemicky vázané na tuhou fázi.
Existují chemické způsoby rozpouštění nerozpustných radioaktivních kontaminantů v koncentrovaných rozpouštědlech, jako jsou silné kyseliny, při postupu známém jako kyselé loužení. Takové postupy jsou účinné, ale jsou však nevýhodné v případech, kdy se vyčerpaný koncentrovaný roztok nakonec stává odpadem. V mnoha případech jsou samotná koncentrovaná rozpouštědla nebezpečná, kromě toho, že obsahují radioaktivní kontaminanty, jelikož při postupu vzniká koncentrát. Kyselé loužení ajiné postupy, při nichž se používá koncentrovaných rozpouštědel k rozpouštění radioaktivních kontaminantů, mají dále tu nevýhodu, že rozpouštějí rovněž jiné kontaminanty pro něž daný postup není určen, aby se odstraňovaly, jako jsou neradioaktivní kovy.
Při dekontaminaci vnitřních povrchů okruhů nukleárního reaktoru zahrnují dosavadní postupy praní koncentrovanými chemickými roztoky, aby se odstranily kontaminanty a získal koncentrovaný roztok, obsahující kontaminaci. Bylo zjištěno, že zpracování těchto odpadních roztoků je nesnadné a nevýhodné a jeho výsledkem je, že se stávají odpadem, který vyžaduje další opatření. Technologie nyní pokročila a umožňuje nyní odstraňování radioaktivity iontovýměnným způsobem v recirkulační soustavě se zředěnou kyselinou. Tyto roztoky, jež jsou zředěné a kyselé, neobsahují uhličitan a nejsou zvlášť užitečné nebo vhodné pro rozpouštění aktinických prvků, protože nevytvářejí rozpustné komplexy s aktinickými prvky.
Při postupech dekontaminace reaktorů bylo zjištěno, že lze používat jistá organická činidla k rozpouštění kontaminace a uvádět je na iontovýměnnou pryskyřici v recirkulačním postupu, takže se
- 1 CZ 284162 B6 organické činidlo plynule znovu používá. Jako příklady roztoků, používaných při kyselých postupech dekontaminace reaktorů, se mohou uvést mravenčan vanaditý, pikolinová kyselina a hydroxid sodný. Při jiných postupech se typicky používá směsí citrónové kyseliny a šťavelové kyseliny. Tyto roztoky pro dekontaminaci reaktorů mají ten nedostatek, že se jich nedá používat při jednorázové aplikaci za účelem rozpouštění aktinidů, radia a jistých štěpných produktů, jako je technicium.
Roztoky, používané dosud k dekontaminaci reaktorů, neobsahují uhličitan a jsou kyselé, takže rozpouštějí kysličníky železa, obsažené v radioaktivních prvcích, jež se nalézají obvykle v kontaminovaných okruzích reaktorů. Tato neselektivní rozpouštěcí schopnost pro kov je nevýhodou kyselých roztoků, takže nejsou vhodné pro dekontaminaci materiálu jako je půda, která obsahuje železo ajiné kovy, u nichž se nepředpokládá jejich odstraňování. Jinou nevýhodou kyselých roztoků je, že materiály, jako je beton a vápenec, se v kyselém prostředí poškozují nebo rozpouštějí. Rovněž při použití doposud známých pracích roztoků k čištění půdy je nevýhodou, že tyto roztoky obsahují velmi mnoho neselektivně rozpuštěných kontaminantů, jež překážejí tomu, aby se roztok podrobil odstranění kontaminantů a mohl recirkulovat pro uskutečnění další dekontaminace.
Bylo zjištěno, že uran a transuranové prvky se mohou rozpouštět v chemických soustavách obsahujících koncentrovanou kyselinu s pH < 1. Acidita projevuje shora uvedené nesnáze. Uran a někdy thorium se při těžebních postupech získávají v koncentrovaném zásaditém prostředí, které obsahuje uhličitan. Použití koncentrovaných roztoků je motivováno potřebou rozpouštět materiály rychlostí, která je ekonomická pro těžební postupy. Takové roztoky nejsou zvlášť vhodné v případech, kdy primárním požadavkem je vyhnout se druhotnému odpadu. Existu jí také odkazy, v nichž se navrhuje rozpouštět uran a plutonium ve zředěném zásaditém roztoku, který obsahuje uhličitan, citrát jako chelatační činidlo a oxidační nebo redukční činidlo. Takové roztoky nejsou však vhodné pro získávání síranu radia/barya, protože nevytvářejí rozpustné komplexy ze síranu bamatého.
Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky jsou z převážné části odstraněny u postupu dekontaminování materiálů způsobem podle tohoto vynálezu.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je způsob dekontaminování materiálů obsahujících radioaktivní kontaminanty, jako je uran, thorium, radium, plutonium nebo americium, nebo jejich směsi.
Podstata způsobu dekontaminování materiálu podle vynálezu je v tom, že v prvním stupni se materiál, určený k dekontaminaci, uvede ve styk s rozpouštěcím roztokem, obsahujícím zředěné zásadité chelatační činidlo, jež obsahuje uhličitanový roztok, přičemž se kontaminanty rozpustí, poté se ve druhém stupni výsledná směs, obsahující rozpuštěné kontaminanty, oddělí od materiálu a nakonec se ve třetím stupni rozpuštěný kontamínant znovu získá z oddělené směsi absorpcí kontaminant, obsažených v rozpouštěcí směsi, na iontovýměnných absorbentech, vázaných k magnetickým částicím.
Oddělená směs se před absorpcí kontaminant dále filtruje na absorbentu za odstranění částic a kontaminanty se eluují z absorbentu za získání koncentrovaného roztoku kontaminant.
-2CZ 284162 B6
Výhodně se používá roztok, obsahující dále oxidační činidlo, zvyšující oxidační stav radioaktivních kontaminant.
Používá se roztok, obsahující jako oxidační činidlo 1 až 3 g/1 peroxidu vodíku.
Jako chelatační činidlo se používá ethylendiamintetraoctová kyselina, diethylentriaminpentaoctová kyselina, citrát, oxalát nebo 8-hydroxychinolin.
S výhodou se používá roztok, obsahující jako chelatační činidlo Ο,ΟΟΙΜ až O,1M ethylendiaminio tetraoctovou kyselinu.
Je vhodné používat rozpouštěcí roztok mající pH 9 až 11.
Obvykle se používá roztok, obsahující 0,03M ethylendiamintetraoctovou kyselinu, 0,06M 15 uhličitan, 3 g/1 peroxidu vodíku a hydroxid sodný.
Prakticky se používá roztok, obsahující alespoň 98 % hmotnostních vody.
Při výhodném provedení vynálezu se část kontaktovaného materiálu odstraňuje plynule a odstra20 něný materiál se plynule nahražuje materiálem, určeným ke kontaminování.
Při tom se část směsi odstraňuje plynule a nahražuje rozpouštěcím roztokem a/nebo recyklovanou směsí.
Oddělená směs nebo oddělený roztok, obsahující kontaminanty, se recyklují do kontaktního stupně a v případě potřeby se recyklovaný objem kapaliny redukuje odstraněním vody.
Při výhodném provedení způsobu dekontaminování půdy podle vynálezu se provádí druhý a třetí stupeň v jediné operaci přidáním iontovýměnných absorbentů, vázaných na magnetické částice, 30 do břečky kontaminované půdy a částice se odstraňují po absorpci kontaminant magnetickou separací.
Kontaminovaný materiál se tudíž uvádí do styku s cirkulující zředěnou zásaditou rozpouštěcí směsí, obsahující uhličitan, která rozpouští radioaktivní kontaminanty. Kontaminovaný materiál 35 se může do postupu přivádět plynule a plynule se může z něho odstraňovat vyčištěný materiál.
Kontaminanty se odstraňují z roztoku výměnou iontů, selektivní adsorpcí, rozkladem reagentů, filtrací nebo kombinací těchto technik. V regeneračních stupních se kontaminanty koncentrují a odstraňují takovým způsobem, že reakční složky, které nevytvářejí sraženinu, v soustavě nevznikají.
Recirkulační rozpouštěcí směs se může používat na jemné částicové materiály, jako je půda obsažená v nádobě, nebo na předměty velkých rozměrů, jako jsou betonové stěny nebo ocelové konstrukce.
Při postupu podle vynálezu nastává rozpouštění koncentrovaných radioaktivních kontaminant z materiálů. Koncentrované kontaminační látky se mohou dále zpracovávat za účelem jejich regenerace nebo uložení.
Jelikož se při postupu podle vynálezu používá k rozpouštění kontaminant zředěný zásaditý roz50 tok uhličitanu, minimalizuje se riziko znečištění prostředí nebo snížení bezpečnosti nebo poškození konstrukcí.
Při způsobu podle vynálezu se používají chemické soustavy, které rozpouštějí kontaminanty v materiálu co možná nejselektivněji a zabraňují rozpouštění kovů, jako je železo a olovo.
-3 CZ 284162 B6
Podle tohoto vynálezu se používá cirkulační rozpouštěcí soustava, v níž nevzniká druhotný chemický odpad a reagenty se netvoří v značnější koncentraci během aplikace způsobu.
Přehled obrázků na výkresech
Na obr. 1 je znázorněn schematicky diagram výhodného provedení tohoto vynálezu. Obr. 2 pak představuje graf, který znázorňuje údaje z příkladu 1.
Příklady provedení vynálezu
První stupeň způsobu podle vynálezu zahrnuje uvedení materiálu, který se má dekontaminovat, ve styk s rozpouštěcí směsí. Typický postup pro dekontaminování půdy je znázorněn na obr. 1. Stykovou nádobou může být některá z velkého počtu standardního typu, například vodní rozvlákňovač, agitační tank nebo jiná nádoba, používaná nebo vhodná typicky pro styk půdy s kapalným prostředím. Protiproudý kontaktor je standartní soustavou, který umožňuje průtok roztoku v opačném směru vzhledem k pohybu půdy řadou kontaktů a oddělení tuhá látka/kapalina. Poslední kontakt je tudíž mezi vystupující půdou a směsí, která ještě nepřišla do styku s půdou. Počáteční styk nastává mezi vstupující půdou a rozpouštěcí směsí, která již přišla do styku s půdou. Kontaktní stupeň rozpouštěcího postupu zahrnuje rovněž stupeň míchání materiálu s rozpouštěcí směsí. Toto je užitečné, když se materiál skládá z částic, jako je tomu u půdy. Suchá půda se uvádí do kontaktního zařízení, v němž se míchá s rozpouštěcí směsí. Míchání půdy a rozpouštěcí směsi probíhá po dobu dostatečnou ktomu, aby se kontaminant mohl rozpustit v roztoku.
Rozpouštěcí směs obsahuje účinné množství zředěného zásaditého uhličitanového roztoku, které postačuje k tomu, aby se kontaminanty rozpustily v materiálu. Zdrojem uhličitanu je plynný kysličník uhličitý, kyselina uhličitá, uhličitan sodný, bikarbonát sodný ajiné uhličitanové soli. Karbonátové ionty tvoří rozpustné komplexy s různými aktinidy. Lze používat rovněž jiných aniontových radikálů, které jsou schopné vytvářet s aktinidy rozpustné komplexy, popřípadě které jsou schopné vytvářet takové komplexy s jinými radioaktivními prvky.
Zředěný zásaditý uhličitanový roztok může dále obsahovat účinné množství chelatačního činidla, které je nezbytné k vázání širokého rozsahu radioaktivních kontaminantů. Chelatačním činidlem je některá molekula, která se může vázat na iont radioaktivního kovu a vytvářet komplex, takže se tím radioaktivní kontaminant udržuje v roztoku. Bylo zjištěno, že chelatační činidlo je nutné pro rozpouštění plutonia ajiných transuranů. Chelatační činidla pro způsob podle tohoto vynálezu zahrnují kyselinu ethylendiamintetraoctovou v účinné koncentraci od 0,001 do 0,1 mol, přičemž výhodnou koncentrací je asi 0,03 mol. Diethylentriaminpentaoctová kyselina, citrát, oxalát a 8-hydroxychinolin se mohou rovněž používat jako chelatační činidla při způsobu podle tohoto vynálezu.
Rozpouštěcí roztok má zásadité pH, to jest pH od 7 do 11 a s výhodou v rozsahu od asi 9 do asi 11, přičemž nejvhodnější pH je asi 10. Postup zahrnuje stupeň úpravy pH rozpouštěcí směsi na hodnotu asi 10 přidáním účinného množství zásady, jako je hydroxid sodný. Termín zásada, jak se zde používá, znamená jakoukoliv látku, která je schopná zvy šovat pH roztoku nad pH 7 s látkou, jež jinak nepřekáží rozpouštěcí funkci rozpouštěcí směsi. Jiné zásady, uvažované pro použití v roztoku podle tohoto vynálezu, zahrnují hydroxid draselný, hydroxid amonný a uhličitan amonný. Uhličitan amonný je poněkud škodlivý, má však další výhodu pro manipulaci s odpadem, tj. může se odpařením odstranit z roztoku jako kysličník uhličitý a amoniak. Podle shora uvedené definice se může používat jakákoliv zásada. Množství zásady, jež bude účinné k úpravě pH ve výhodném rozsahu, závisí na jednotlivé použité zásadě, ostatních složkách roztoku a na charakteristikách čištěné půdy a jiného materiálu, podrobeného dekontaminaci.
-4 CZ 284162 B6
Obdobně se může používat uhličitanový oxidační chelát, obsahující roztok podle tohoto vynálezu k rozpouštění některých aktinidů při neutrálním pH.
Způsob může dále zahrnovat stupeň vytváření uhličitanu přidáním účinného množství kysličníku uhličitého v plynné formě do rozpouštěcího roztoku před kontaktním stupněm. Kysličník uhličitý v plynné formě se nechá probublávat rozpouštěcí směsí, která obsahuje všechny složky, kromě uhličitanu, čímž vzniká roztok uhličitanu, například podle následujících rovnic:
(1) CO2 + H2O-> H2CO3 (2) 2NaOH + H2CO3 Na2CO3 + 2H2O
Probublávání plynného kysličníku uhličitého rozpouštěcí směsí se může používat také k úpravě pH směsi ve vhodném rozsahu. Účinné množství plynného kysličníku uhličitého, které stačí k vytvoření uhličitanu a úpravě pH roztoku podle předmětného postupu, se může stanovit obvyklými analytickými metodami. Obdobně lze uhličitanový roztok podle tohoto způsobu vytvářet přidáním účinného množství karbonátu do rozpouštěcí směsi. Výhodná je koncentrace karbonátu asi 0,06 mol.
Roztok podle tohoto způsobu může dále obsahovat účinné množství oxidačního činidla, jako je peroxid vodíku o koncentraci asi 1 až asi 10 gramů/litr rozpouštěcí směsi, přičemž výhodná koncentrace je asi 1 až 3 gramy/litr. Oxidační činidlo může zvyšovat oxidační stupeň jistých radioaktivních sloučenin, jako kysličníku uraničitého, čímž se usnadní jejich rozpouštění v uhličitanové rozpouštěcí směsi, jak je znázorněno následující celkovou rovnicí.
UO2 + H2O2 + 3Na2CO3 -> Na4UO2(CO3) + 2NaOH
Oxidačních činidel je rovněž zapotřebí v rozpouštěcí směsi k rozpouštění plutonia. Jinými oxidačními činidly, jež jsou účinná, jsou ozón, vzduch a manganistan draselný.
Výhodný dekontaminační roztok podle tohoto vynálezu obsahuje asi 0,03 mol ethylendiamintetraoctové kyseliny, asi 0,06 mol uhličitanu, asi 3 gramy/litr peroxidu vodíku a účinné množství hydroxidu sodného, aby se roztok upravil na pH od asi 9 do asi 11. Uvažované jsou rovněž roztoky, které obsahují jiná účinná množství shora uvedených složek, jež dostačují k rozpouštění radioaktivních kontaminantů v půdě a jiných materiálech. Takové roztoky mohou obsahovat asi 0,01 až asi 0,05 mol ethylendiamintetraoctové kyseliny, asi 0,02 až asi 0,08 mol uhličitanu a asi 1 až asi 10 gramů/litr peroxidu vodíku.
Takto široce popsaná rozpouštěcí směs je účinná při rozpouštění radioaktivních kontaminantů v půdě a jiných materiálech, když zásaditý karbonátový roztok tvoří asi dvě procenta nebo méně než dvě procenta hmotnostně celkové koncentrace rozpouštěcí směsi. Zředěný zásaditý uhličitanový roztok podle tohoto vynálezu představuje tudíž roztok, který tvoří méně než dvě procenta nebo asi dvě procenta rozpouštěcí směsi. Připouštějí se však také koncentrace do 5 %. Ačkoliv jsou použitelné i vyšší koncentrace roztoku, mohou mít nevýhody jiných koncentrovaných rozpouštědlových roztoků. Rovnovážná rozpouštěcí směs může obsahovat vhodnou kapalinu, jako je voda, jejíž pH je s výhodou neutrální a která je inertní vzhledem k radioaktivnímu kontaminantů.
Obdobná rozpouštěcí směs podle tohoto vynálezu byla zveřejněná v EPRI Report Disposal of Radioactive Decontamination Solution Wastes EPRI-NP 3655, Project 2012-9, Finál Report, September, 1984. Tato zpráva předpokládá chemické rozpouštění aktinidů roztokem o složení:
-5CZ 284162 B6 peroxid vodíku uhličitan sodný bikarbonát sodný 8-hydroxychinolin EDTA g/1
26,5 g/1 g/1
1,0 g/i
3,5 g/1 kde EDTA značí ethylendiamintetraoctovou kyselinu. Tato formulace byla vhodná pro použití v dekontaminačním postupu podle tohoto vynálezu.
Uran se může chemicky rozpouštět uhličitanem vlivem rozpustností uhličitanových komplexů vysokých oxidačních stupňů uranu.
Uhličitanové soustavy jsou vhodné pro rozpouštění postupem podle tohoto vynálezu, protože nemají nedostatky silně kyselých rozpouštědel. Je-li uran přítomný v oxidačním stupni nižším než (VI), je nutno přidat oxidační činidlo, aby nastalo rozpuštění. Technecium lze získávat v roztoku za oxidačních podmínek jako pertechnetátový ion. Pro rozpouštění uranu a technecia je vhodným oxidačním činidlem peroxid vodíku.
Obecně řečeno, uhličitanovými soustavami nelze dosahovat snadného rozpouštění transurano· vých prvků v nepřítomnosti chelatačního činidla. Radium je spíše nerozpustné v uhličitanové soustavě, může se však rozpouštět za alkalických podmínek. V mnoha případech kontaminace prostředí se radium spojuje se síranem bamatým, který· se přidává anebo vytváří při loužení rudy, aby se získal uran nebo thorium, s úmyslem udržet radium v úpravnickém odpadu. Podle tohoto vynálezu se může používat kyselina ethylendiamintetraoctová, kyselina diethylentriaminpentaoctová nebo obdobné chelanty, aby napomáhaly rozpouštění síranu bamatého a udržovaly radium v roztoku. Úpravou pH takového roztoku probubláváním kysličníku uhličitého se dosáhne roztok při vhodném pH pro selektivní zachycení radia kationtovou výměnou. Je známo, že komplexy kyseliny ethylendiamintetraoctová s prvky alkalických zemin mají různou stálost a této vlastnosti se využívá při analytickém dělení, přičemž těžší prvky alkalických zemin se zadržují na sloupci kationtového měniče-katexu, zatímco lehčí prvky se vymývají jako komplexy kyseliny ethylendiamintetraoctové (Lawrence B. Farabee in Oak Ridge Report ORNL-1932, září 1955).
Ačkoliv shora popsaná rozpouštěcí směs je účinná při rozpouštění mnoha různých aktinidů ajiných radioaktivních prvků, vázaných na tuhé látky, závisí složení rozpouštěcí směsi na materiálu, který se má dekontaminovat. Předností dekontaminace podle tohoto vynálezu je, že se při ní minimalizuje rozpouštění látek, u nichž se nepředpokládá jejich odstraňování. Aby se stanovilo přesné složení, kterého se má použít, analyzuje se kvalitativně a kvantitativně v laboratoři vzorek materiálu, který se má dekontaminovat, například vzorek půdy, a rozpouštěcí směs se přizpůsobí povaze vzorku materiálu.
Následující rovnice znázorňují obecně chemický průběh rozpouštění při postupu způsobem podle tohoto vynálezu:
Uran:
UO2 + H2O2 + 3Na2CO3 -> Na4UO2(CO3)3 + 2NaOH
Thorium:
2H2O + ThO2 + 3Na2CO3 -> Na2Th(CO3)3 + 4NaOH
Dalším stupněm při dekontaminačním postupuje oddělení rozpouštěcí směsi, obsahující rozpuštěné dekontaminanty od materiálu, který se dekontaminuje, tedy kontaktovaného materiálu. Zde
-6CZ 284162 B6 používaný termín kontaktovaný materiál znamená materiál, tedy půdu nebo jiný materiál, který se zpracovával v kontaktním stupni. Separační stupeň dekontaminačního postupu může být plynulý, který s výhodou zahrnuje stupně odstraňování zvoleného množství kontaktovaného materiálu a plynulé nahražování odstraněného materiálu zvoleným množstvím materiálu, který se má dekontaminovat. Plynulý postup s výhodou zahrnuje další stupně odstraňování zvoleného množství rozpouštěcí směsi, která přišla do styku s materiálem a nahražení odstraněné rozpouštěcí směsi potřebným množstvím recirkulační nebo obdobně rozpouštěcí směsi, která nepřišla do styku s kontaminovaným materiálem.
Při dekontaminaci půdy prochází část nebo veškerá břečka půdy a rozpouštěcí směsi zařízením pro oddělování půdy od rozpouštěcí směsi, čímž se získá proud kapaliny a hustá břečka. Tuhá látka se může oddělovat od kapaliny v usazováku, lamelovém zahušťovači, hvdrocyklonu, filtrem nebo jakýmkoliv jiném zařízení, jež je typicky vhodné nebo používané pro separaci tuhých částic od kapaliny. Při aplikacích in šitu bývá dodatečně úmyslem odstraňovat kontaminant a současně vracet naloženou půdu. Při této aplikaci se pro jímání kontaminantu používá odstraňování magnetickou separací. Selektivní magnetické částice, například složené částice, pozůstávající z magnetitu a selektivních adsorbentů, se vstřikují do rozpouštědla, které adsorbuje kontaminant. Kontaminant se z roztoku odstraní magnetickou filtrací částic a adsorbovaného kontaminantu.
Množství materiálu a rozpouštěcího roztoku, které se odstraňuje a nahrazuje v plynulém separačním stupni se volí tak, aby se zajistilo dostatečné dekontaminování materiálu. Při postupu způsobem podle tohoto vynálezu se uvažuje, že dostatečná dekontaminace nastává, když se z materiálu odstraní 90 % a více radioaktivních kontaminantů, zjištěných v materiálu před jeho dekontaminací. Jiné parametry plynulé separace zahrnují četnost odstraňován a nahražování materiálu a rozpouštěcí směsi a množství rozpouštěcí směsi, které se vrací přímo do kontaktního stupně po separaci od materiálu, jak bude uvedeno dále. Parametry plynulé separace se mohou měnit podle předpovědi v souvislostí s povahou jednotlivého kontaminantu nebo kontaminantů a jejich snadností rozpouštět se v rozpouštěcí směsi v kontaktním stupni.
Po oddělení zvoleného množství rozpouštěcí směsi od zvoleného množství materiálu je oddělovaný materiál ve formě husté břečky. Hustá břečka postupuje do zařízení k odvodnění materiálu a používá se promývací kapaliny, jako je voda, aby se odstranila zbylá rozpouštěcí směs z materiálu během sušení. Když se dekontaminuje pevný předmět, může se dekontaminační roztok uvádět ve sty k s povrchem předmětu a oddělovat stékáním s předmětu a uvádět do regeneračního stupně.
Dále se v dekontaminačním postupu předpokládá stupeň získávaní radioaktivních kontaminantů z rozpouštěcí směsi, která obsahuje rozpuštěné kontaminanty, které se separovaly od kontaktovaného materiálu, jak bylo popsáno. Regenerační stupeň zahrnuje filtraci rozpouštěcí směsi, která byla oddělena od kontaktovaného materiálu, aby se odstranily částice. Jedná se o částice materiálu, které byly dekontaminovány, které se převádějí s rozpouštěcí směsí ze separačního stupně, který se může spojovat s následujícím regeneračním stupněm. Ve filtračním stupni se s výhodou používá zpětně promyvatelný filtr.
Dalším regeneračním stupněm je stupeň adsorpce kontaminantů, obsažených v rozpouštěcí směsi, na adsorpčním mediu, obsahujícím ionex. Způsob odstraňování rozpuštěných iontů z roztoku iontovýměnnou pryskyřicí, tedy ionexem, se obvykle nazývá adsorpcí. Adsorbenty. uvažované pro postup podle vynálezu, zahrnují standartní katexy aanexy a selektivní adsorbenty. Podle výběru adsorbentu může se dosahovat buď selektivní, nebo neselektivní adsorpce kontaminantů, rozpuštěných v rozpouštěcí směsi.
Typické příklady ionexů zahrnují silně zásadité anexy, jako je AMBERLITE IRA 400 Rohm and Haas, Filadelfie, Pennsylvanie, typ styren/divinylbenzenového polymeru funkcionalizovaného kvartemě amoniem. Příkladem kationtovýměnné pryskyřice je AMBERLITE IR-120 Roh :; and
-7CZ 284162 B6
Haas, Filadelfie, Pensylvánie, což je druh styren/divinylbenzenového polymeru funkcionalizovaného sulfonovou kyselinou. Anorganické katexy, zvané také selektivní adsorbenty, zahrnují kysličník manganičitý, hydratovaný kysličník titaničitý a fosforečnan zirkoničitý. Obdobně se mohou používat organické chelatační ionexy, například resocinolarsonová kyselina, pro selektivní regeneraci.
Výměna iontů je jedním postupem, kterého se používá pro zkoncentrování požadovaných složek z vyluhovacích roztoků. Při technice, používající iontovýměnnou pryskyřici, nastává vnitřní výměna iontů mezi vodným roztokem a tuhou pryskyřicí. Toto představuje vysoce selektivní a kvantitavní metodu pro odstraňování uranu, radia a jiných aktinidů. Anexy se mohou používat pro získávání thoria, uranu a transuranových komplexů z roztoku. Výměny aniontů se může používat také k odstraňování pertechnetátového iontu.
Příklad chemického průběhu aniontovýměnné adsorpce při získávání uranu je charakterizován touto rovnicí:
UO2(CO3)4'3 + 4(pryskyřice+-OH') —> 4(pryskyřice+)-UO2(CO3)4'3+ 4OH'
Iontovýměny se může používat také k tomu, aby se dosáhlo selektivního odstraňování kontaminantů, rozpuštěných v dekontaminačním roztoku, pečlivým výběrem chemických podmínek, při kterých obvyklé ionexy, jako jsou katexy, vstupují v interakci s roztokem. V takovém případě působí katex jako selektivní adsorbent, i když je to chemický roztok a nikoliv měnič, který působí selektivně.
Selektivní adsorbenty, včetně těch, jež jsou uvedené shora, mohou být tvořené jako veliké částice v iontovýměnných sloupcích pro adsorpci kontaminantů v obíhající rozpouštěcí směsi. Selektivní adsorbenty působí tak, že odstraňují radioaktivní kontaminanty z rozpouštěcí směsi, jinak však nemění význačněji chemický postup. Proto se zvlášť výborně hodí pro použití při způsobu podle tohoto vynálezu. Obdobně se selektivní adsorbenty mohou přidávat do roztoku, nebo vázat na magnetické částice a potom odfiltrovat z roztoku za použití obvyklých filtračních technik, mikronebo ultrafiltrace nebo magnetické filtrace v případě, kde se iontovýměnná funkce připojuje k magnetickým částicím.
Chemický průběh kationtové výměny nebo selektivní adsorpce při získávání uranu je znázorněn chemickou rovnici, kde se používá MnO2 k vyznačení místa, na němž dochází k výměně kationtu na kysličníku manganičitém:
UO2(CO3)4’3 + 2(MnO2)-H -> (2MnO2)2‘UO2+2 + 2HC0'3 + CO2’3
Používá-li ve shora popsaném adsorpčním stupni iontovýměnná pryskyřice nebo jiná matrice pro adsorbování kontaminantů, může regenerační stupeň dále obsahovat stupeň eluování adsorbovaného kontaminantů z pryskyřice nebo jiné matrice, aby se získal koncentrovaný roztok kontaminantu. Eluce kontaminantů se provádí pomocí roztoku, kterým se kontaminant odstraňuje z adsorbentů. Eluční roztok, známý též jako eluant, lze předem vybrat tak, aby byl selektivní pro specifický kontaminant na základě známých charakteristik kontaminantů a adsorbentů. Typickým eluentem je kyselina, jako je kyselina dusičná, o průměrné koncentraci asi 1,0 mol. Stupeň, do kterého se může kontaminant koncentrovat v eluantu, se může měnit podle jednotlivého použitého eluantu, avšak bude v každém případě vyšší než u nedekontaminovaného materiálu.
Obdobně se může používat extrakce rozpouštědlem pro odstraňování dekontaminantů z recirkulujícího roztoku, avšak následný vstup rozpouštědla do recirkulačního roztoku se pokládá za nevýhodný přístup. Mohou se rovněž principiálně používat jiné separační postupy běžně
-8CZ 284162 B6 používané při rozpouštědlových separacích, jako je reverzní osmosa nebo elektrodialýza, aby se dosáhlo odstranění dekontaminantů z obíhajícího roztoku.
Při některých provedeních tohoto vynálezu se odstraňování kontaminace dosahuje rozkladem reagentu, a to tak, že se teplota zvýší na teplotu varu vody nebo blízko této teplotě. Zvýšení teploty je zejména účinné, když jednu část reakční soustavy tvoří peroxid vodíku. Peroxid vodíku se teplem rozkládá na ky slík a vodu a oxiduje destruktivně chelanty v přítomnosti vhodného kovového iontového katalyzátoru blízko teploty varu. Bez přítomnosti chelantu není kontaminant déle rozpustný. Oxidace kyseliny ethylendiaminotetraoctové peroxidem vodíku je znázorněná následující rovnicí:
H2O2 + C10N2H16O8 10 CO2 + 20 H2O + 2 NH4OH
Stupeň odstraňování radioaktivních kontaminantů může dále zahrnovat stupeň recirkulace do kontaktního stupně rozpouštěcí směsi, která byla oddělena od kontaktovaného materiálu. Zejména recirkulační stupeň vyžaduje vracení přímo do kontaktního stupně jistého zvoleného množství rozpouštěcí směsi, která obsahuje rozpuštěné kontaminanty. U recirkulačního stupně se rovněž předpokládá vracení do kontaktního stupně rozpouštěcí směsi, z níž byly kontaminanty odstraněné v regeneračním stupni.
Parametry recirkulačního stupně zahrnují výběr množství rozpouštěcí směsi, které se bude vracet přímo do kontaktního stupně a volbu množství, které bude přicházet do regeneračního stupně před tím, než se vrací do kontaktního stupně. Tyto ajiné parametry lze předem stanovit na základě známých charakteristik zpracovávaného materiálu a povahy a množství obsažených radioaktivních kontaminantů. Při typickém provedení se asi 10 % rozpouštěcí směsi recirkuluje po projiti regeneračním stupněm a asi 90% se vrací přímo do kontaktního stupně. Vynález rovněž předpokládá postup přidávání rozpouštědlové směsi po dávkách, při čemž zvolené množství, vracené přímo do kontaktního stupně, činí asi nula procent, a množství, vracené do kontaktního stupně po zpracování v regeneračním stupni, je asi sto procent.
Předkládaný vynález rovněž zahrnuje prostředky pro kontrolu objemu kapaliny v recirkulačním stupni. Kontroly objemu kapaliny při postupu se může dosahovat dvěma způsoby. Půda po zpracování v postupu může obsahovat buď více vody než při vstupu, nebo se může používat odpařování za účelem získávání čisté vody z rozpouštěcího roztoku. Některá z těchto nebo jiných vhodných metod se může používat k zabránění poklesu objemu kapaliny.
Směs pro rozpouštění radioaktivních kontaminantů v materiálu, tvoří zředěný roztok se zásaditým pH a účinné množství chelatačního činidla a uhličitanu, postačující k rozpouštění radioaktivních kontaminantů. Směs podle tohoto vynálezu může dále obsahovat účinné množství oxidačního činidla, dostačující ke zvýšení oxidačního stupně aktinidu, jako je uran nebo jiné radioaktivní prvky. Výhodná rozpouštěcí směs obsahuje roztok asi 0,03 mol kyseliny ethylendiamintetraoctové, asi 0,06 mol uhličitanu, asi 3 gramy/litr peroxidu vodíku a účinné množství hydroxidu sodného, takže se hodnota pH roztoku může upravit na asi 9 až asi 11.
Koncentrace každé složky zředěného roztoku rozpouštěcí směsi podle tohoto vynálezu se může měnit takových způsobem, že roztok zůstává schopným rozpouštět radioaktivní kontaminanty v materiálech, jako je půda, při celkové koncentraci asi 2 % nebo méně než 2 % rozpouštěcí směsi. Účinně lze používat rozpouštěcí směsi, které obsahují do 5 % složek v roztoku. Rovnováha rozpouštěcí směsi, která neobsahuje zředěný roztok zásaditého uhličitanu, se může upravit vodou nebo jinou kapalinou, jež je inertní a má přibližně neutrální pH.
Následující příklady blíže objasňují tento vynález.
-9CZ 284162 B6
Příklad 1
Při kontaminaci a dekontaminaci půdy s uranem a thoriem se odebere vzorek půdy z okolí. Vyluhovatelný uran a thorium v půdě se stanoví vyluhováním vzorku půdy, vážící 2 gramy. Vzorek se vloží do kádinky obsahující 20 ml kyseliny dusičné se stupněm čistoty pro analýzu. Jakmile reakce ustane, přidá se další kyselina dusičná, až již reakce dále neprobíhá. Potom se přidá 5 ml chlorovodíkové kyseliny o čistotě pro analýzu. Teplota se zvýší na teplotu blízkou varu po dobu dvou hodin za míchání. Po ochlazení se roztok zfiltruje a analyzuje na uran a thorium. Při analytické metodě se používá Arzenazo III k vytvoření komplexů s uranem a thoriem, které se potom mohou stanovit z jejich kolorimetrické absorpce při 665 nm (thorium) nebo 655 nm (uran). Přidá se askorbová kyselina jako redukční činidlo a měří se absorbance při 2,5 mol kyselině, aby se nejprve stanovilo thorium. Jako maskovacího činidla se použije diethylentriaminpentaoctová kyselina, aby se stanovil uran při pH 2,0 až 2,1 a absorpce vzhledem k uranu se získá použitím korekce pro absorpci vzhledem k toriu. Výsledky ukazují, že vzorek půdy obsahuje 656 ppm uranu a 35 ppm thoria.
Půdy se potom upraví uranem a thoriem, aby se zvýšila hladina kontaminace, což se provádí následujícím postupem. 10 gramů suché půdy se uvede ve styk s 10 ml roztoku uranylacetátu a thoriumnitrátu, který obsahuje 1000 ppm každého z kontaminantů. Roztok se nechá stát přes noc. Upravovači roztok se oddělí od vzorku půdy filtrací a stanoví se v něm koncentrace uranu a thoria. Půda se potom promyje třikrát 20 ml vody a stanoví se koncentrace uranu a thoria v promývací vodě pro všechna tři promytí, aby se zjistilo, že se kontaminanty neodstranily z půdy samotné při promývání vodou. Konečné se koncentrace uranu a thoria v upravené půdě se stanoví shora popsaných kyselým toužením, čímž se získá 1,398 ppm uranu a 1,086 ppm thoria.
Půda se potom uvede ve styk s rozpouštěcí směsí, obsahující 0,05 mol na litr ethylendiamintetraoctové kyseliny a 0,2 mol na litr uhličitanu sodného, upravené na pH 10 hydroxidem sodným. Rozpouštěcí směs se používá v poměru 100 ml na 5 gramů půdy. Použije se tri promytí rozpouštěcí směsi za míchání magnetickým míchadlem, aniž by se mezi tím proplachovalo, aby se napodobilo chování v protiproudném kontaktním zařízení. Koncentrace uranu a thoria v rozpouštěcí směsi se analyzují způsobem, jak bylo popsáno shora. Množství získané z každé vody je znázorněno na obr. 2.
Z kontaktované půdy se oddělí první alikvotní podíl rozpouštěcí směsi. Uran a thorium se oddělí propuštěním rozpouštěcí směsi skrze sloupec, naplněný silně zásaditou anexovou pryskyřicí v uhličitanové formě. Následující rovnice znázorňují chemický průběh získávání uranu a thoria aniontovou výměnou:
UCLÍCOj)4} + 4(pryskyřice~-OH) —> 4(pryskyřice+)-UO2(CO3)4'3 + 40 H' [Th(CO3)3]2' + 2(pryskyřice’-OH ) -> 2(pryskyřice+)-Th(CO3)2'3 + 2OH‘
Množství uranu a thoria zbylé v rozpouštěcí směsi se potom propustí skrze sloupec a analyzuje, čímž se zjistí, že se dosáhne adsorpce thoria z 92 % a uranu z 93 % na sloupci.
Vyluhovatelný uran a thorium, jež zbývají v půdě po dekontaminaci, se stanovuje kyselým toužením půdy, jak bylo popsáno shora. Množství uranu a thoria, rozpuštěných silně kyselým toužením, jsou 528 a 232 ppm. Experiment je shrnut v následující tabulce 1.
- 10CZ 284162 B6
Příklad 2
Při získávání síranu radnatého abamatého se radium sráží na síranu bamatém následujícím způsobem. Připraví se 50 ml roztoku dihydrátu chloridu bamatého, asi 4,5 gramů/litr, a k němu se přidá 1 ml 0,5N chlorovodíkové kyseliny, obsahující 12,5 nanocurie Ra-226. K tomuto roztoku se přidá 8 ml koncentrované kyseliny sírové a 12 gramů bezvodého síranu draselného. Roztok se nechá stát dvě hodiny, načež se zfiltruje. Získá se 208 miligramů suché sraženiny.
Analyzuje se množství radia, které zbylo v roztoku, čímž se potvrdí, že radium je obsaženo ve sraženině.
Sraženina se míchá vrozpouštěcí směsi, skládající se z 0,1 mol ethylendiamintetraoctové kyseliny a 0,1 mol uhličitanu sodného při pH 9,6. Sraženina se viditelně rozpustí po 20 minutách. Analýzou rozpuštěné směsi alfa spektroskopií se zjistí, že radium, adsorbované na sraženině síranu bamatého, bylo přítomné v rozpouštěcí směsi. Radium v rozpouštěcí směsi se může získat selektivní kationtovou výměnou.
Příklad 3
Při kontaminaci a dekontaminaci půdy s plutoniem a americiem se vzorek půdy s hmotností 10 g upraví plutoniem-238 nasáváním přes noc v 0,1 mol kyselině dusičné v množství 10 ml, obsahující 2,7 nanocurie Pu-238. Po oddělení od půdy filtrací se u upravovacího roztoku zjistí, že obsahuje méně než I % původních 2,7 nanocurie plutonia. Vzorek upravené půdy o hmotnosti 1 gram se uvede ve styk s 250 ml rozpouštěcí směsi, která obsahuje 0,02 mol, tedy 0,68 gramu, na litr peroxidu vodíku, 0,1 mol na litr citronanu a kysličník uhličitý, který se probublává až se dosáhne pH 7. Po 19 hodinách se zjistí, že přibližně 70 % plutonia, původně přítomného v půdě, je obsaženo v rozpouštěcí směsi, jež se oddělí od půdy. Plutonium a americium se může získat z rozpouštěcí směsi stejnou metodou, jak bylo popsáno v příkladě 1.
Tabulka 1
| Přírodní obsah | Po upravení | Rozpuštěný l.promytím | Rozpuštěný 2.promytím | Rozpuštěný 3.promytím | Po dekontaminaci (vypočteno) | Po dekontaminaci (naměřeno) | Účinnost | |
| Uran PPm | 656 | 1.398 | 329 | 155 | 316 | 598 | 528 | 62% |
| Thorium mu | 35 | 1,086 | 408 | 168 | 333 | 177 | 232 | 79% |
Tento vynález skýtá prostředky k selektivnímu rozpouštění radioaktivních kontaminant v kontaminovaném materiálu a také k selektivnímu získávaní kontaminant z roztoku, přičemž vzniká velmi malé množství tuhého radioaktivního odpadu. Dříve kontaminovaný materiál se tímto postupem vyčistí a stává se bezpečným.
Claims (13)
Hide Dependent
translated from
Claims (13)
Hide Dependent
translated from
1. Způsob dekontaminování materiálů, obsahujících radioaktivní kontaminanty, jako je uran, thorium, radium, plutonium nebo americium, nebo jejich směsi, vyznačující se tím, že v prvním stupni se materiál, určený k dekontaminaci, uvede ve styk s rozpouštěcím roztokem, obsahujícím zředěné zásadité chelatační činidlo, jež obsahuje uhličitanový roztok, přičemž se kontaminanty rozpustí, poté se ve druhém stupni výsledná směs, obsahující rozpuštěné kontaminanty, oddělí od materiálu a nakonec se ve třetím stupni rozpuštěný kontaminant znovu získá z oddělené směsi absorpcí kontaminant, obsažených v rozpouštěcí směsi, na iontovýměnných absorbentech, vázaných k magnetickým částicím.
2. Způsob dekontaminování podle nároku 1, vyznačující se tím, že se oddělená směs před absorpcí kontaminant dále filtruje na absorbentu za odstranění částic a kontaminanty se eluují z absorbentu za získání koncentrovaného roztoku kontaminant.
3. Způsob dekontaminování podle nároku 1, vyznačující se tím, že se používá roztok, obsahující dále oxidační činidlo, zvyšující oxidační stav radioaktivních kontaminant.
4. Způsob dekontaminování podle nároku 3, vyznačující se tím, že se používá roztok, obsahující jako oxidační činidlo 1 až 3 g/1 peroxidu vodíku.
5. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se jako chelatační činidlo používá ethylendiamintetraoctová kyselina, diethylentriaminpentaoctová kyselina, citrát, oxalát nebo 8-hydroxychinolin.
6. Způsob dekontaminování podle nároku 5, vyznačující se tím, že se používá roztok, obsahující jako chelatační činidlo 0,001M až 0,lM ethylendiamintetraoctovou kyselinu.
7. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se používá rozpouštěcí roztok mající pH 9 až 11.
8. Způsob dekontaminování podle nároku 9, vyznačující se tím, že se používá roztok, obsahující 0,03M ethylendiamintetraoctovou kyselinu, 0,06M uhličitan, 3 g/1 peroxidu vodíku a hydroxid sodný.
9. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se používá roztok, obsahující alespoň 98 % hmotnostních vody.
10. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se část kontaktovaného materiálu odstraňuje plynule a odstraněný materiál se plynule nahražuje materiálem, určeným ke kontaminování.
11. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se část směsi odstraňuje plynule a nahražuje rozpouštěcím roztokem a/nebo recyklovanou směsí.
- 12CZ 284162 B6
12. Způsob dekontaminování podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se oddělená směs nebo oddělený roztok, obsahující kontaminanty, recykluje do kontaktního stupně a v případě potřeby se recyklovaný objem kapaliny redukuje odstraněním vody.
13. Způsob dekontaminování podle nároku 1 a kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se při dekontaminování půdy provádí druhý a třetí stupeň v jediné operaci přidáním iontovýměnných absorbentů, vázaných na magnetické částice, do břečky kontaminované půdy a částice se odstraňují po absorpci kontaminant magnetickou separací.