EA028711B1

EA028711B1 - Сбособ и установка для дезактивации твердофазного материала, загрязненного радиоактивным цезием

Info

Publication number: EA028711B1
Application number: EA201201484A
Authority: EA
Inventors: Томоказу Секине; Тацуо Симомура; Такахиро Миама; Даити Сакасита; Кенити Футами
Original assignee: Ебара Индастриал Клининг Ко., Лтд.; Свинг Корпорейшн
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2017-12-29
Also published as: EA201201484A1; CN103137231B; CN103137231A; US8987542B2; US20130237741A1; EP2600353A2; JP6220114B2; EP2600353A3; JP2013137289A; EP2600353B1

Abstract

Способ дезактивации твердофазного материала, загрязненного радиоактивным цезием, включающий стадии, на которых приводят твердофазный материал, содержащий радиоактивный цезий, в контакт с первой технологической жидкостью, и предпочтительно вымывают ион цезия из твердофазного материала в жидкую фазу в присутствии иона калия или иона аммония.

Description

Изобретение относится к технологии дезактивации твердофазного материала, загрязненного радиоактивным цезием, выделяющимся из атомных электростанций и тому подобных, более конкретно, к способу дезактивации и дезактивационной установке для отделения и удаления цезия из твердофазного материала путем приведения твердофазного материала в контакт с водным раствором, и вымывания цезия в жидкую фазу.

Уровень техники

Один путь очистки и восстановления твердофазных материалов, загрязненных радиоактивным цезием, в частности, почвы, состоит в закреплении цезия, присутствующего в пласте или на морском дне, которые содержат карбонат, с использованием раствора хлорида кальция, чтобы удержать цезий от повторного перевода в жидкую фазу грунтовой водой (Патентный Документ 1). Другие представленные способы включают способ экстракции цезия с использованием кислоты при повышенном давлении и с тепловой обработкой (Непатентный Документ 1), способ испарения цезия с переводом в газовую фазу нагреванием его до температуры 800°С при аэрации в присутствии пара (Непатентный Документ 2), способ экстракции цезия с использованием карбонизированной воды (Непатентный Документ 3), и способ экстракции цезия с использованием щавелевой кислоты (Непатентный Документ 4).

Способ согласно Патентному Документу 1 представляет технологию перевода в нерастворимое состояние, но не технологию удаления. Из способов Непатентных Документов 1-4, которые представляют собой технологии удаления цезия, способы Непатентных Документов 1 и 2 требуют применения высоких температуры и давления, или обработки паром/прокаливания при высокой температуре, обусловливающих необходимость высоких энергетических затрат для обработки больших количеств почвы. В дополнение, Непатентные Документы 3 и 4 не раскрывают подробностей об условиях обработки, и авторы настоящего изобретения провели повторные испытания процесса с использованием реально загрязненной почвы (мелкозернистой фракции) при обычных условиях, чтобы обнаружить, что снижение дозы ионизирующего излучения остается на уровне от около 10 до 33% (ссылка на Сравнительные Примеры).

Считается, что сокращение объема почвы, загрязненной радиоактивным цезием, возможно с использованием способа промывания/сортировки согласно способу обработки твердофазного материала, загрязненного тяжелым металлом, и непосредственным повторным захоронением крупнозернистой фракции (гравия, песка), которая считается имеющей относительно малую удельную площадь поверхности и относительно низкую концентрацию загрязнений; но процесс оставляет мелкозернистую фракцию (ил, глина) как почву, сконцентрировавшую загрязнения. Для крупномасштабного удаления почвы мелкозернистая фракция также должна быть подвергнута десорбции цезия и дезактивации. В дополнение, выявление дробленого камня, загрязненного радиоактивным цезием с высокой концентрацией (то есть, максимум 214000 беккерелей/кг) на каменоломне в префектуре Фукусима в феврале 2012 года расширило понимание того, что крупнозернистая фракция, полученная после проведения промывания почвы, также должна быть подвергнута десорбции цезия и дезактивации.

Крупнозернистая фракция (гравий, песок), полученная после процесса промывания/сортировки, включает силикатные минералы, такие как амфибол, андезит, полевой шпат, кальцит; аморфные минералы; и илистые и глинистые минералы, сформированные частичным выветриванием поверхности предшествующих минеральных пород. Из них минералом, рассматриваемым как основной агент в адсорбции цезия, является глинистый минерал, образовавшийся на поверхности гравелистого песка или соединенный с нею. Мелкозернистая фракция (ил, глина) состоит из таких минералов, как кварц, кристобалит, полевой шпат, кальцит, и слоистых глинистых минералов, таких как аморфный минерал и слюды, смектиты, вермикулиты. Из них минералы, которые считаются основным агентом в адсорбции цезия, представляют собой слоистые глинистые минералы, такие как аморфный минерал и слюды, смектиты, и вермикулиты (Непатентный Документ 5).

Сообщается, что 70% цезия в почве адсорбируются в прочно связанном состоянии на глинистом минерале, 20% его адсорбируются на органическом материале, и остальные 10% присутствуют в ионообменном состоянии (Непатентный Документ 6).

Слоистый глинистый минерал, участвующий в адсорбции цезия, называется слоистым силикатом типа 2:1 (симметричного трехслойного); он содержит тонкие листообразные слои, уложенные один поверх другого; и он имеет отрицательный заряд. Катионы, такие как ион водорода, ион калия и ион натрия, внедрены между слоями для компенсации отрицательного заряда, и ион цезия адсорбируется в ионообменном состоянии на краевом участке поверхности между слоями или на наружной поверхности слоев (поверхностной области слоя) (фиг. 1). Проблема состоит в том, что тетраэдрическая упаковка кремнезема (δίθ₄) в листе слоистого силиката имеет структуру со сквозными отверстиями подходящего размера (адсорбционными центрами) для захватывания иона цезия или иона аммония. Когда такие ионы поступают в краевой участок поверхности между слоями, они постепенно становятся дегидратированными (явление, при котором молекулы воды вокруг ионов отделяются) и входят в вышеуказанные адсорбционные центры (Непатентный Документ 7). Дегидратация обусловливает уплощение листа до толщины одиночного листа (то есть, общей толщины одного листа и промежутка между листами. Она варьирует соответственно расстоянию между слоями), приблизительно до 1 нм от приблизительно 1,5 нм,

- 1 028711 когда содержатся гидратированные ионы, и подавляет доступ в лист гидратированных ионов. Этим объясняется, почему цезий адсорбируется на глинистом материале в прочно связанном состоянии, препятствующем экстракции свыше 70% цезия, даже в присутствии высоких концентраций ионов водорода (кислоты) и ионов натрия (щелочи), поскольку эти ионы представляют собой гидратированные ионы. Это является основной причиной того, почему степень удаления цезия из почвы после обычного промывания водой, кислотой или щелочью остается на уровне приблизительно от 10 до 30%, и эффективное решение проблемы до сих пор не найдено.

В дополнение, почва, которая адсорбировала цезий, в особенности вышеуказанная мелкозернистая фракция, имеющая предельно малый размер частиц в 75 мкм или меньше, проявляет тенденцию рассеиваться или распространяться вследствие естественных воздействий, таких как ветер и дождь, и вследствие действий человека, таких как дезактивационная обработка. Такая почва стекает в сточные канавы, канализационные водостоки и реки, выносится в фильтрационную установку или установку для очистки сточных вод, и завершает свой путь в шламе, выгружаемом из установок, где она становится основным радиоактивным загрязнителем шлама и золы от его сожжения. В дополнение, почва накапливается на дне рек, озер и заливов (в особенно высокой концентрации вокруг устья реки), где она становится основным радиоактивным загрязнителем осадочных отложений (йебого -илистые осадки).

Основное загрязненное вещество шлама в системах водоснабжения и канализации и в золе от его сожжения, осадочных отложениях в реках, озерах, дренажных системах, водостоках, каналах, заливах и тому подобных, и в илистых осадках является таким же, как в почве, или происходит из почвы. Поэтому, когда вышеуказанные шлам, осадочные отложения и илистые осадки подвергают обычному промыванию водой, кислотой или щелочью, степень удаления цезия остается на уровне приблизительно от 10 до 30%.

Список цитированной литературы

Патентный документ

Патентный Документ 1: Японская нерассмотренная патентная публикация № Н6-039055.

Непатентные документы

Непатентный Документ 1: веб-сайт

1Шр://\у\у\у.а181.до.)р/а181_|/рге88_ге1еа8е/рг2 011/рг20110831/рг 20110831.Ыш1 Ναΐίοηαΐ 1и81йи1е οί Αάуаисеб Ιηάυ8ΐΓία1 Баеисе αηά ТесЬио1оду (Японского Национального института передовых наук и технологий) <Результат исследований>, представленный 31 августа 2011 года

Непатентный Документ 2: газета Л8аЫ БЫтЪии, 27 октября 2 011 года, утренний выпуск, на сайте

1Шр://\у\у\у.а8а11гсот/8реаа1/10005/Т1<У2011102 60418.Ыш1

Непатентный Документ 3: газета №йои Ке1/а1 БЫтЪии (№кке1), 31 октября 2011 года,

Ы1р://№№№.шкке1.сот/ие№8/са1едогу/аЩс1е

Непатентный Документ 4: газета Уотшп БЫтЪии, 7 ноября 2011 года, вечерний выпуск, на сайте

Ы1р://де1тоиеу15.Ъ1од69Тс2.сот/Ыод-еи1гу-2773.Ыт1

Непатентный Документ 5: \УаШег8 и др., δα. То1а1 Еиуиои., том 157, (1994), стр. 239-248.

Непатентный Документ 5: Т8икаба и др., 1оигиа1 οί Еиу1гоитеи1а1 КаНоасИуНу, том 99, (2008), стр. 875-881.

Непатентный Документ 7: Тгасе Е1етеи18 ш Не КЫ/о8рНеге (Рассеянные элементы в ризосфере), под редакцией Оеогде К. ОоЪгаи, ^а11ег ХУеи/ек и Еи/о БотЬк издательство СКС Рге88, 2001, стр.68

Сущность изобретения Техническая проблема

Задача настоящего изобретения состоит в создании эффективного способа или установки для дезактивации твердофазных материалов, загрязненных радиоактивным цезием, таких как почва, шлам в системах водоснабжения и канализации, и зола от его сожжения, осадочные отложения в реках, озерах, дренажных системах, водостоках, каналах, заливах и тому подобных, и илистые осадки.

Решение задачи

Для решения вышеуказанной задачи авторы настоящего изобретения провели обстоятельные исследования и нашли, что радиоактивный цезий может быть эффективно удален способом и установкой для дезактивации согласно настоящему изобретению. Механизм дезактивации разъяснен ниже с использованием почвы в качестве примера, но этот механизм может быть распространен на дезактивацию твердофазных материалов, таких как шлам в системах водоснабжения и канализации и зола от его сожжения, осадочные отложения в реках, озерах, дренажных системах, водостоках, каналах, заливах и тому подобных, и илистые осадки.

В загрязненной цезием почве краевой участок поверхности между слоями слоистого глинистого минерала, составленного слоистым силикатом типа 2:1, уложенными один поверх другого, является уплощенным, и ион цезия адсорбирован в прочно связанном состоянии. Было обнаружено, что, когда с такой загрязненной почвой контактирует ион фтора, краевой участок поверхности между слоями деформируется или разрушается, что позволяет провести экстракцию цезия, адсорбированного в прочно связанном состоянии. Также было найдено, что совместное присутствие иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода может предотвратить повторную адсорбцию цезия благодаря тому, что катионы, подобные иону калия и иону аммония, занимают адсорбционный центр, и такое совместное присутствие

- 2 028711 является эффективным для дезактивации загрязненной радиоактивным цезием почвы.

Ион фтора согласно настоящему изобретению имеет отношение как к НР, так и к Р^- в следующем Уравнении Равновесной Реакции (1).

ΗΡθΗ++Ρ^- Уравнение Реакции (1)

НР в левой части Уравнения Реакции (1) и Р в правой части находятся в состоянии равновесия, и доля их присутствия изменяется в зависимости от величины рН, так что концентрацию одного из них однозначно определить нельзя. Поэтому в реальных процессах, предусмотренных настоящим изобретением, концентрация иона фтора будет определена как общая концентрация обоих компонентов в исход ной жидкой фазе.

Настоящее изобретение представляет способ дезактивации твердофазного материала, содержащего радиоактивный цезий, включающий стадию, в которой твердофазный материал, содержащий радиоак тивный цезий в качестве загрязнителя, приводят в контакт с первой технологической жидкостью, содер жащей ион фтора, для вымывания цезия из твердофазного материала в жидкую фазу. Варианты исполнения для приведения ... в контакт с ... технологической жидкостью включают диспергирование твердофазного материала в технологической жидкости или погружение в нее, или пропускание технологической жидкости через твердофазный материал или набрызгивание ее на него.

Обработанный твердый материал, который является твердым после того, как вымыт ион цезия, предпочтительно следует дополнительно привести в контакт со второй технологической жидкостью, содержащей кислотный материал, для вымывания цезия, оставшегося в обработанном твердом материале.

Более предпочтительно, вымывание цезия в способе дезактивации согласно настоящему изобретению следует проводить при совместном присутствии по меньшей мере одного из иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода. Ион калия, ион аммония, ион натрия или ион водорода может содержаться в первой технологической жидкости или во второй технологической жидкости, или он может быть добавлен отдельно в составе соли.

В настоящем изобретении ион фтора приводят в контакт с загрязненной почвой для разъедания и частичного разложения листообразной силикатной структуры краевого участка поверхности слоистого глинистого минерала. Ион калия, ион аммония, ион натрия или ион водорода занимает адсорбционные центры на краевом участке поверхности и площади поверхности слоя, и препятствует реадсорбции цезия, десорбированного в результате экстракционного процесса, на глинистый минерал. Ион калия, ион аммония, ион натрия или ион водорода предпочтительно должен содержаться в исходной жидкой фазе при общей концентрации ионов 0,1 г/л или выше.

С другой стороны, ион калия, ион аммония, ион натрия или ион водорода подавляет адсорбцию цезия в стадии адсорбции цезия, необходимой для того, чтобы собрать цезий из технологической жидкости. Поэтому предпочтительно, чтобы ионы содержались в исходной жидкой фазе при общей концентрации 110 г/л или ниже.

Примеры предпочтительных используемых ионов фтора включают ионы, производные от фторидов, выбранных из газообразного фтороводорода, фтористоводородной кислоты и ее соли, фторсиликата и его соли. Конкретные примеры соли фтористоводородной кислоты включают гидрофторид аммония, гидрофторид калия, фторид калия и гидрофторид натрия. Конкретные примеры фторсиликата включают гексафторсиликат. Конкретные примеры соли фторсиликата включают гексафторсиликат натрия и гексафторсиликат калия. Для способа дезактивации согласно настоящему изобретению в особенности пригоден гидрофторид аммония, поскольку он имеется в продаже на рынке в качестве травильного средства и имеет выраженную способность разлагать силикатную соль. Кроме того, гидрофторид калия, фторид калия и гексафторсиликат калия являются предпочтительными, поскольку с ними может быть добавлен калий.

Газообразный фтороводород может быть использован в условиях пропускания его через первую технологическую жидкость, или добавлением его к газовой фазе в контейнере и смешением с жидкой фазой. Фтористоводородная кислота и ее соль, и фторсиликат и его соль, являются более простыми в обращении, чем газообразный фтороводород, и они могут быть применены в виде водного раствора. Гексафторсиликатная соль представляет собой материал, добавляемый к водопроводной воде в США, так что она является предпочтительной для применения.

Кислотные материалы, содержащиеся во второй технологической жидкости, включают серную кислоту, соляную кислоту, азотную кислоту, фосфорную кислоту, сульфаминовую кислоту, и органическую кислоту, такую как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота, лимонная кислота, щавелевая кислота, терефталевая кислота, метансульфоновая кислота. Для способа дезактивации согласно настоящему изобретению в особенности пригодна серная кислота, поскольку она имеет высокую способность растворять оксиды переходных металлов в почве, такие как оксид железа в почве.

Твердофазные материалы, которые могут быть использованы в способе дезактивации согласно настоящему изобретению, предпочтительно включают почвы, содержащие глинистый минерал, шлам в системах водоснабжения и канализации и золу от его сожжения, осадочные отложения в реках, озерах, дренажных системах, водостоках, каналах, заливах и тому подобных, и илистые осадки. Более конкретно, почвы предпочтительно включают мелкозернистую фракцию (ил и глину) и крупнозернистую фрак- 3 028711 цию (песок, гравелистый песок, гравий), полученные после процесса промывания/сортировки почвы. Сортировка почвы следует формулировке Японского промышленного стандарта Л8 А1204, в котором почва с размером частиц 75 мкм или ниже в испытании с просеиванием называется ил, глина, почва с размером частиц от 75 мкм до 250 мкм называется мелкозернистый песок, почва с размером частиц от 250 мкм до 850 мкм называется среднезернистый песок, почва с размером частиц от 850 мкм до 2 мм называется крупнозернистый песок, и почва с размером частиц 2 мм или больше называется гранула. Твердофазный материал с высокой концентрацией органического вещества предпочтительно следует заблаговременно нагревать при температуре 600°С или выше для разложения органического вещества.

Кроме того, предпочтительно проводить ультразвуковую обработку первой и/или второй технологической жидкости (соответственно называемых также первым элюатом и вторым элюатом).

Настоящее изобретение также представляет установку для дезактивации твердофазного материала, загрязненного радиоактивным цезием, включающую устройство для введения твердофазного материала, чтобы подавать твердофазный материал, содержащий радиоактивный цезий, устройство для введения фторида, чтобы подавать фторид в твердофазный материал, первый технологический резервуар для формирования первого элюата, содержащего твердофазный материал, и вымывания иона цезия из твердофазного материала в жидкую фазу, и первое твердофазно-жидкостное разделительное устройство для разделения первого элюата из первого технологического резервуара на твердый материал и жидкость.

Предпочтительно она дополнительно включает первую цезий-адсорбционную колонну для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной в первом твердофазно-жидкостном разделительном устройстве, и первый циркуляционный трубопровод для регенерированного раствора, чтобы возвращать первый регенерированный раствор, образованный при адсорбировании и удалении цезия в первой цезий-адсорбционной колонне, в первый технологический резервуар.

Предпочтительно, дезактивационная установка согласно настоящему изобретению дополнительно включает второй технологический резервуар для формирования второго элюата приведением обработанного твердого материала, полученного в первом твердофазно-жидкостном разделительном устройстве, в контакт со второй технологической жидкостью, содержащей кислотный материал, устройство для введения второй технологической жидкости, чтобы подавать вторую технологическую жидкость во второй технологический резервуар, второе твердофазно-жидкостное разделительное устройство для разделения второго элюата из второго технологического резервуара на твердый материал и жидкость, и вторую цезий-адсорбционную колонну для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной во втором твердофазно-жидкостном разделительном устройстве. Предпочтительно, она дополнительно включает вторую цезий-адсорбционную колонну для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной во втором твердофазно-жидкостном разделительном устройстве, и второй циркуляционный трубопровод для регенерированного раствора, чтобы возвращать второй регенерированный раствор, образованный при адсорбировании и удалении цезия во второй цезий-адсорбционной колонне, во второй технологический резервуар.

В качестве устройства для введения твердофазного материала надлежащим образом могут быть использованы ленточные конвейеры, шламовые транспортеры, шламовые насосы, экскаваторы типа обратной лопаты, самосвалы.

Устройство для введения фторида и устройство для введения второй технологической жидкости не являются в особенности ограниченными, но предпочтительно могут быть применены баки для подачи химических реагентов и бункеры-дозаторы.

Предпочтительным является применение первого и второго технологических резервуаров, в которых контактирующая с жидкостью поверхность облицована или покрыта полимером, резиной или тефлоном (Тейоп™) для предотвращения коррозии фторидом. Если фторид представляет собой водный раствор, то контейнер не обязательно должен быть оснащен крышкой, и может быть использовано стандартное изделие, такое как квадратный контейнер. Технологический резервуар предпочтительно должен быть обогреваемым. Более быстрая обработка возможна при повышении температуры элюата приблизительно до 60°С. Кроме того, первый и второй технологические резервуары могут быть надлежащим образом оснащены перемешивающим устройством, таким как мешалка для непосредственного перемешивания, скрепер, циркуляционно-смесительный трубопровод и шламовый циркуляционный насос, аэрационное устройство, и экскаватор типа обратной лопаты, в зависимости от габаритов установки. При обработке крупнозернистой фракции в качестве первого и второго технологических резервуаров могут быть применены гидравлический резервуар Нитсапе, сетчатый мешок (йатте1), барабанная моечная машина, спиральный сепаратор, вертикальный сетчатый сепаратор и тому подобные. Если количество обрабатываемого материала не является огромным, в качестве технологического резервуара может быть использована бетономешалка. Бетономешалка с автономным приводом для вращения упрощает работу на малоразмерной строительной площадке. Для улучшения контакта на технологическом устройстве может быть дополнительно предусмотрен пьезоэлектрический элемент, вибратор или ультразвуковой генератор.

Первое и второе твердофазно-жидкостные разделительные устройства не являются в особенности ограниченными, и может быть использовано обычно используемое твердофазно-жидкостное раздели- 4 028711 тельное устройство. Например, в плане скорости и эффективности обработки, твердофазно-жидкостное отделение мелкозернистой фракции предпочтительно следует выполнять с использованием центробежного сепаратора. С другой стороны, твердофазно-жидкостное отделение крупнозернистой фракции следует выполнять с помощью устройства, выбранного надлежащим образом соответственно размеру частиц. Как правило, для сбора гравия с размером частиц 80 мм или больше пригоден вибрационный грохот, для гранул с размером частиц 2 мм или выше пригодна орошаемая сетка, для гранул с размером частиц 2 мм или выше, а также для отделения плавающих посторонних примесей, пригодно шнековое устройство с сетчатым корпусом, подобно орошаемой сетке, и для песка с размером частиц 75 мкм или больше пригоден вертикальный сетчатый сепаратор.

Первая и вторая цезий-адсорбционные колонны предпочтительно должны быть заполнены адсорбентами, такими как цеолит и берлинская лазурь.

Дезактивационная установка согласно настоящему изобретению предпочтительно должна быть облицована или покрыта полимером, таким как тефлон (Тейои™), для предотвращения коррозии под действием фторидов, по меньшей мере в области контакта с жидкостью, но такие облицовка или покрытие не обязательны для кратковременного применения.

Преимущественный эффект изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает удаление радиоактивного цезия с большей стабильностью, чем в прототипе, путем приведения почвы, шлама в системах водоснабжения и канализации ν. золы от его сожжения, осадочных отложений в реках, озерах, дренажных системах, водостоках, каналах, заливах, и илистых осадков, которые загрязнены радиоактивным цезием, в контакт с ионом фтора, и более предпочтительно, с ионом фтора и по меньшей мере одним из иона калия, иона аммония, иона натрия и иона водорода. В частности, загрязненная радиоактивным цезием почва может быть приведена в контакт с комбинацией иона фтора и по меньшей мере одного из иона калия, иона аммония, иона натрия и иона водорода, для достижения степени удаления радиоактивного цезия 60% или больше. Кроме того, 70% или более радиоактивного цезия могут быть удалены при первом приведении загрязненной радиоактивным цезием почвы в контакт с комбинацией иона фтора и по меньшей мере одного из иона калия, иона аммония, иона натрия и иона водорода, и затем с кислотой. Дополнительно, дальнейшее снижение концентрации радиоактивного цезия возможно путем удаления радиоактивного цезия из мелкозернистой почвы, полученной из процесса промывания/сортировки почвы, что позволяет сократить большие объемы радиоактивных отходов.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет иллюстративное изображение механизма адсорбции цезия на слоистом глинистом минерале.

Фиг. 2 представляет схематический вид, показывающий вариант исполнения установки для дезактивации твердофазного материала, загрязненного цезием, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 представляет график, показывающий взаимосвязь между количеством соли, добавленной к 1 г почвы (ммоль/г почвы), и степенью удаления радиоактивного цезия, полученную в примере 17.

Описание вариантов исполнения

Настоящее изобретение разъясняется ниже с привлечением сопроводительных чертежей, но изобретение этим не ограничивается.

Фиг. 2 представляет схематический вид, показывающий вариант исполнения установки для дезактивации твердофазного материала, содержащего цезий в качестве загрязнителя, относящийся к настоящему изобретению, который является предпочтительным для обработки мелкозернистой фракции.

Установка для дезактивации твердофазного материала, содержащего цезий в качестве загрязнителя, показанная в фиг. 2, включает (1) первую обрабатывающую секцию, оснащенную ленточным конвейером 12, который представляет собой устройство для введения твердофазного материала, чтобы подавать твердофазный материал, содержащий радиоактивный цезий; баком 14 для подачи химического реагента, который представляет собой устройство для введения фторида, чтобы подавать фторид; первым технологическим резервуаром 13 для формирования первого элюата приведением твердофазного материала в контакт с первой технологической жидкостью; центробежным сепаратором 16, который представляет собой первое твердофазно-жидкостное разделительное устройство, для разделения первого элюата из первого технологического резервуара 13 на твердый материал и жидкость; первой цезий-адсорбционной колонной 17 для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной в первом твердофазножидкостном разделительном устройстве 16; и первым циркуляционным трубопроводом 18 для регенерированного раствора, чтобы возвращать первый регенерированный раствор, полученный после адсорбирования и удаления цезия в первой цезий-адсорбционной колонне, в первый технологический резервуар 13; и (2) вторую обрабатывающую секцию, оснащенную вторым технологическим резервуаром 23 для формирования второго элюата приведением обработанного твердого материала, полученного из первого твердофазно-жидкостного разделительного устройства 16, в контакт со вторым технологическим раствором, содержащим кислотный материал; вторым баком 24 для подачи химического реагента, который представляет собой второе устройство для введения технологической жидкости, чтобы подавать вторую технологическую жидкость во второй технологический резервуар 23; центробежным сепаратором 26,

- 5 028711 который представляет собой твердофазно-жидкостное разделительное устройство для разделения второго элюата из второго технологического резервуара 23 на твердый материал и жидкость; второй цезийадсорбционной колонной 27 для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной во втором твердофазно-жидкостном разделительном устройстве 26; и вторым циркуляционным трубопроводом 28 для регенерированного раствора, чтобы возвращать второй регенерированный раствор, полученный после адсорбирования и удаления цезия во второй цезий-адсорбционной колонне 27, во второй технологический резервуар 23. Однако дезактивационная установка согласно настоящему изобретению может состоять только из первой обрабатывающей секции. В приведенном в чертеже варианте исполнения первый технологический резервуар 13 и второй технологический резервуар 23 соответственно оснащены перемешивающими устройствами 13а и 23а.

Далее, ниже разъясняется способ дезактивации твердофазного материала, содержащего цезий в качестве загрязнителя, с использованием установки согласно фиг. 2.

Твердофазный материал, содержащий радиоактивный цезий, измельчают в месильной/дробильной машине 11 перед его подачей в дезактивационную установку согласно настоящему изобретению. Раздробленный загрязненный материал подают в первый технологический резервуар 13 с использованием ленточного конвейера 12. В первый технологический резервуар 13 из бака 14 для подачи химического реагента подают в надлежащем количестве первую технологическую жидкость, содержащую фторид. В первом технологическом резервуаре 13 твердофазный материал приводят в контакт с первой технологической жидкостью с образованием первого элюата в состоянии суспензии, для вымывания иона цезия из твердофазного материала 1 в жидкую фазу. Затем первый элюат выводят из первого технологического резервуара 13 и с помощью шламового насоса направляют в первый центробежный сепаратор 16 для твердофазно-жидкостного разделения. Надосадочную жидкость, полученную при твердофазножидкостном разделении с использованием первого центробежного сепаратора 16, вводят в первую цезий-адсорбционную колонну 17. В первой цезий-адсорбционной колонне 17 ион цезия адсорбируется на адсорбенте для цезия. После удаления иона цезия регенерированный раствор перетекает обратно в первый технологический резервуар 13 через первый циркуляционный трубопровод 18 для регенерированного раствора. При этом обработанный твердый материал, который обезвожен в первом центробежном сепараторе 16, может быть подвергнут захоронению на мусорной свалке после того, как он промыт водой, нейтрализован и обезвожен, если измеренная концентрация радиоактивного вещества составляет величину ниже целевого значения.

Когда же обработанный твердый материал не проявляет снижения концентрации радиоактивного компонента до целевого значения, твердый материал вводят во второй технологический резервуар 23. Во второй технологический резервуар 23 из бака 24 для подачи химического реагента подают вторую технологическую жидкость, содержащую кислотный материал. Во втором технологическом резервуаре 23 обработанный твердый материал смешивают со второй технологической жидкостью с образованием второго элюата. Второй элюат выводят из второго технологического резервуара 23, направляют во второй центробежный сепаратор 26 с помощью шламового насоса, и подвергают опять твердофазножидкостному разделению с образованием обработанного твердого материала и надосадочной жидкости. Надосадочную жидкость направляют во вторую цезий-адсорбционную колонну 27, и в колонне ион цезия адсорбируется на адсорбенте для цезия. Регенерированный раствор после удаления иона цезия возвращают во второй технологический резервуар 23 по второму циркуляционному трубопроводу 28 для регенерированного раствора. При этом обработанный твердый материал, который был обезвожен во втором центробежном сепараторе 26, при сниженной концентрации радиоактивного компонента подвергают захоронению на мусорной свалке после того, как он промыт водой, нейтрализован и обезвожен.

Концентрация иона фтора в первом элюате, образованном в первом технологическом резервуаре 13, определяется содержанием органического вещества и количеством глинистого минерала, присутствующего в твердофазном материале, и концентрация в исходной жидкой фазе предпочтительно должна составлять приблизительно от 0,1 до 110 г/л. Концентрация шлама в первом элюате надлежащим образом определяется согласно способу перемешивания, способу переноса и длительности времени реакции, например, когда шлам сжимают и транспортируют с использованием шламового насоса, желательная концентрация шлама составляет приблизительно от 5 до 200 г/л.

Концентрация кислотного материала, добавляемого во второй технологической жидкости, вводимой во второй технологический резервуар 23, определяется щелочностью подвергаемого обработке твердого материала и количеством присутствующего в нем глинистого минерала, и концентрация в исходной жидкой фазе предпочтительно должна составлять приблизительно от 0,01 до 1 моль/л. Желательная концентрация шлама во втором элюате составляет приблизительно от 5 до 200 г/л при транспортировании с использованием шламового насоса, когда шлам подвергнут сжатию и транспортируется с использованием шламового насоса, подобно первому элюату.

В вышеуказанном способе предпочтительно, чтобы в первом элюате присутствовал по меньшей мере один из иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода. Ион калия, ион аммония, ион натрия или ион водорода может быть добавлен в составе соли в первую технологическую жидкость или в первый элюат.

- 6 028711

Обработанный твердый материал может быть промыт водой перед введением его во второй технологический резервуар 23 для снижения концентрации иона фтора. Сточные воды после промывания могут быть сконцентрированы с использованием модульного устройства с мембраной обратного осмоса для введения в первую цезий-адсорбционную колонну 17 и повторно использованы в качестве регенерированного раствора.

Ион фтора или кислотный материал, оставшиеся в регенерированном растворе, а также любой присутствующий ион калия, ион аммония или ион натрия, могут быть повторно использованы при возвращении регенерированного раствора, который был отделен в первой или второй цезий-адсорбционной колонне, соответственно в первый или второй реакционный резервуар.

Примеры

Настоящее изобретение ниже подробно разъясняется с использованием Примеров и Сравнительных Примеров.

<Образец 1>

Поверхностную вулканическую почву, собранную в сентябре 2011 года в месте с высокой концентрацией загрязнителя (горячей точке) в городе Фукусима, использовали в качестве образца почвы, загрязненной радиоактивным цезием. Загрязненную почву, которая была собрана, подвергли мокрой сортировке с использованием сита с размером ячеек 88 мкм, с получением мелкозернистой фракции с величиной частиц 0,088 мм или мельче. Были использованы образец сухой почвы, образованный высушиванием полученной мелкозернистой фракции в сушильном шкафу при температуре 60°С, и образец прокаленной почвы, образованный нагреванием образца сухой почвы при температуре 850°С в течение одного часа в муфельной печи.

<Образец 2>

В качестве образца почвы, загрязненной радиоактивным цезием, использовали поверхностную вулканическую почву, собранную в ноябре 2011 года в месте с высокой концентрацией загрязнителя (горячей точке) в городе Фукусима. Загрязненную почву, которая была собрана, подвергли мокрой сортировке с использованием сита с размером ячеек 7 5 мкм, с получением крупнозернистой фракции с величиной частиц от 0,075 до 0,86 мм (мелкозернистый песок, среднезернистый песок). Использовали образец сухой почвы, образованный высушиванием полученной крупнозернистой фракции в сушильном шкафу при температуре 60°С.

<Образец 3>

Золу от сожжения шлама в канализационной системе, собранного в октябре 2011 года, высушили в сушильном шкафу при температуре 60°С для использования в качестве образца золы от сожжения загрязненного радиоактивным цезием шлама в сточных водах.

Степень удаления радиоактивного цезия из образца почвы и образца золы от сожжения была оценена по степени сокращения отсчетов поверхностного загрязнения (СРМ, числа отсчетов в минуту), обусловленных β-излучением и γ-излучением, по показаниям радиометра. Основываясь на сообщении, что почти весь радиационный фон от загрязненной почвы и золы от сожжения шлама в Японии в сентябре 2011 года был обусловлен радиоактивным цезием (Ск-134 (период полураспада: 2,07 года) и 08-137 (период полураспада: 30,1 года) почти на равных уровнях), представляется, что число отсчетов поверхностного загрязнения и концентрация радиоактивного цезия являются прямо пропорциональными.

Концентрация радиоактивного цезия в загрязненной почве в префектуре Фукусима в сентябре 2011 года оценена на уровне приблизительно 0,1 мкг/кг или ниже на многих участках. Столь низкую концентрацию цезия нельзя измерить, даже если использовать метод ΙδΡ-Μδ (масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой) или тому подобный, так что в исследовании использовали нерадиоактивный цезий с высокой концентрацией приблизительно 1 мг/кг. Однако известно, что коэффициент распределения цезия в системе почва/жидкость увеличивается по мере снижения концентрации цезия, и когда авторы настоящего изобретения провели предварительное испытание, испытание с использованием нерадиоактивного цезия с высокой концентрацией ясно показало высокую степень удаления, нежели тест с использованием реальной почвы, загрязненной радиоактивным цезием с низкой концентрацией. Поэтому непосредственное сравнение результата испытания на дезактивацию загрязненной почвы при высокой концентрации нерадиоактивного цезия и результата испытания реальной почвы, загрязненной радиоактивным цезием с низкой концентрацией, является некорректным. <Измерение Отсчетов Поверхностного Загрязнения> В Примерах и Сравнительных Примерах общее количество обрабатываемой почвы было профильтровано с использованием фильтра класса ОР/В (производства фирмы ΑΌνΑΝΤΕΟ Со.) с диаметром 55 мм и созданием всасывающего разрежения, достаточного для формирования фильтрационного осадка, причем фильтрационный осадок был затем высушен при температуре 105°С в течение одного часа в сушильном шкафу и подвергнут измерению числа отсчетов поверхностного загрязнения.

Для измерения числа отсчетов поверхностного загрязнения (СРМ, числа отсчетов в минуту) от βизлучения и γ-излучения использовали радиометр Гейгера-Мюллера (ОМ) δυΜ-ΑΌ8, производимый фирмой Кткеи Кшкт Со., Ый., с нанесением пластиковой пленки на измеряемый образец и прижатием измерительного окошка к пленке. После того, как образец твердофазного материала, загрязненного ра- 7 028711 диоактивным цезием, был диспергирован в деминерализованной ионным обменом воде, он был подобным образом подвергнут фильтрованию с отсасыванием при разрежении, достаточном для формирования фильтрационного ссадка, причем фильтрационный осадок был затем высушен при температуре 105°С и использован в качестве контрольного образца. Величину сокращения числа отсчетов поверхностного загрязнения (СРМ) для обработанного образца относительно числа отсчетов поверхностного загрязнения (СРМ) для контрольного образца использовали для оценки степени удаления цезия. Контрольный образец измеряли в каждом Примере и Сравнительном Примере. Измеренное значение контрольного образца имело диапазон отклонения не более 9%. Таким образом, следует отметить, что степень удаления, показанная в данных Примерах, представлена как среднее значение измеренных значений с диапазоном отклонений приблизительно ±4,5%. Также следует отметить, что в качестве результата измерения числа отсчетов поверхностного загрязнения, обусловленных β-излучением и γ-излучением в настоящем изобретении, дозиметрическая величина в значительной мере варьирует в зависимости от содержания воды в измеряемом образце. Измеряемый образец после фильтрования с отсасыванием проявляет меньшее число отсчетов поверхностного загрязнения, обусловленных β-излучением, вследствие эффекта экранирования водой во влажной почве. Фактически значение для измеряемого образца после высушивания при температуре 105°С возрастает приблизительно на 25%.

Пример 1. Процесс дезактивации с использованием гидрофторида аммония+(серная кислота+КС1) в образце почвы, высушенном при температуре 60°С.

Образец почвы, высушенной при температуре 60°С (Образец 1) Е количестве 3 г диспергировали в 100 мл раствора гидрофторида аммония с концентрацией 10 г/л, и поместили в ванну для ультразвуковой очистки νδ-100ΙΙΙ производства фирмы Αδ ΟΝΕ Сотрапу, и диспергировали в течение 30 мин при частоте облучения 28 кГц. Полученный продукт дважды промыли деминерализованной ионным обменом водой и подвергли фильтрованию с отсасыванием после обработки в центробежном сепараторе.

Затем образец на фильтре серии ОЕ/В диспергировали в 100 мл раствора, полученного смешением раствора серной кислоты с концентрацией 1 моль/л и раствора КС1 с концентрацией 20 г/л, затем поместили в ванну для ультразвуковой очистки для диспергирования в течение 30 мин при частоте облучения 28 кГц. Полученный продукт подвергли фильтрованию с отсасыванием и затем высушили в течение 1 ч в сушильном шкафу при температуре 105°С, чтобы подвергнуть измерению дозы ионизирующего излучения. Результат показан в табл.1.

Таблица 1. Результат испытания на дезактивацию почвы, высушенной при температуре 60°С, с предварительной обработкой с использованием гидрофторида аммония+(серная кислота+КС1)

; Испыта- ί тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обработки (минут)	Темпе- ратура обработки <°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 1	Техноло- гическая жидкость 1	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л	Ультра- звуковая обработка	30	От 20 (комнатная температура) до ~4 0	73
Техноло- гическая жидкость 2	1 моль/л Н₂ЗО₄, 20 г/л КС1	Ультра- звуковая обработка	30

Сравнительные Примеры 1-10.

Образцы почвы, высушенной при температуре 60°С (Образец 1) в количестве 3 г диспергировали в 100 мл различных экстрактов, не содержащих фторида, и экстрагировали. Результат показан в табл.2. Таблица 2. Результат испытания на дезактивацию почвы, высушенной при температуре 60°С, без использования фторида (Сравнительный Пример)

Испыта- тельная система	Экстракт	Условие	Продолжи- тельность экстракции (минут)	Темпера- тура экстракции (°С)	Степень удаления радиоак- тивного цезия (%)
Сравни- тельный Пример 1	1 моль/л Н₂ЗО₄	Ультразвуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	<10

- 8 028711

Сравни- тельный Пример 2	20 г/л КС1	Ультразвуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	<10
Сравни- тельный Пример 3	1 моль/л Н₂ЗО₄, 20 г/л КС1	Сжатие/ нагревание (автоклав)	45	120	36
Сравни- тельный Пример 4	1 моль/л Н₂ЗО₄	Сжатие/ нагревание (автоклав)	45	120	16
Сравни- тельный Пример 5	20 г/л КС1	Сжатие/ нагревание (автоклав)	45	120	28
Сравни- тельный Пример 6	20 г/л НС1	Ультразвуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 40	<10
Сравни- тельный Пример 7	20 г/л КОН	Ультразвуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	<10
Сравни- тельный Пример 8	2 г/л щавелевой кислоты	Нагревание	60	От 95 до 100	33
Сравни- тельный Пример 9	1 моль/л ВаС1₂	Ультразвуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	17
Сравни- тельный Пример 10	Карбонизи- рованная вода	Перемешивание в закрытом контейнере	20 часов	20 (комнат- ная темпе- ратура)	<10

Согласно результатам Примера 1 и Сравнительных Примеров 1-10, Сравнительный Пример 3 (нагревание/сжатие при температуре 120°С в растворе из 1 моль/л Н₂ЗО₄ и 20 г/л КС1) показал степень удаления радиоактивного цезия 36%, которая была наивысшей в испытательных системах без использования фторида, но степень составляла всего лишь половину от степени удаления радиоактивного цезия в Примере 1, достигающей 73%; этот результат демонстрирует преимущественный эффект настоящего изобретения.

Примеры 2-3. Эксперименты были проведены с использованием условий, подобных Примеру 1, иных в том, что продолжительность обработки с использованием гидрофторида аммония была увеличена до 60 минут и 120 минут. Результат показан в табл.3.

Таблица 3. Результат 2 испытания на дезактивацию почвы, высушенной при температуре 60°С, с использованием гидрофторида аммония+(серная кислота+КС1)

- 9 028711

Примеры 1-3 демонстрируют, что увеличение продолжительности обработки с использованием гидрофторида аммония повышает степень удаления радиоактивного цезия от уровня 70% до уровня 80%.

Пример 4. Эксперименты были проведены с использованием условий, подобных примеру 2, иных в том, что использовали технологическую жидкость 1, содержащую гидрофторид аммония и КС1. Результат показан в табл.4.

Таблица 4. Результат испытания на дезактивацию почвы, высушенной при температуре 60°С, с использованием (гидрофторида аммония+КС1)+(серная кислота+КС1)

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель - ность обработки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 4	Техно- логи- ческая жидкость 1	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 20 г/л КС1	Ультра- звуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	81
Техно- логи- ческая жидкость 2	1 моль/л Н₂ЗО₄, 20 г/л КС1	Ультра- звуковая обработка	30

Существенного отличия от результата примера 2 нет.

Пример 5. Эксперименты были проведены с использованием условий, подобных Примеру 4, иных в том, что технологическая жидкость 2 содержала только серную кислоту. Результат показан в табл.5.

Таблица 5. Результат 2 испытания на дезактивацию почвы, высушенной при температуре 60°С, с использованием (гидрофторида аммония+КС1)+серной кислоты

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень Уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 5	Техно- логи- ческая жидкость 1	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 20 г/л КС1	Ультра- звуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	90
Техно- логи- ческая жидкость 2	1 моль/л Н₂ЗО₄	Ультра- звуковая обработка	30
Пример 6	Техно- логи- ческая жидкость 1	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 20 г/л КС1	Ультра- звуковая обработка	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	95
Техно- логи- ческая жидкость 2	1,8 моль/л Н₂ЗО₄	Ультра- звуковая обработка	30

Обработка только серной кислотой после дезактивации технологической жидкостью 1, содержащей гидрофторид аммония и КС1, улучшает степень удаления радиоактивного цезия относительно дезактивации с использованием технологической жидкости 2, содержащей серную кислоту и ион калия (пример 4), и была достигнута предельно высокая степень удаления радиоактивного цезия от 90 до 95%.

Примеры 7-10. Эксперименты были проведены с использованием почвы, прокаленной при температуре 850°С, в условиях, подобных примерам 2-4 и 6. Результат показан в табл.6.

- 10 028711

Таблица 6. Результат испытания на дезактивацию почвы, прокаленной при температуре 850°С (Соответственно условиям примеров 2-5)

Испыта-	Технологическая жидкость	Условие	Продол-	Темпе-	Степень
тельная				житель-	ратура	УДа-
система				ность	обра-	ления
				обра-	ботки	радио-
				ботки	(°С)	актив-
				(минут)		ного
						цезия
						(%)
	Техно-	Гидрофторид	Ультра-		От 20
	логи-	аммония с	звуковая		(комнат-
	ческая	концентрацией	обработка	60	ная
	жидкость	10 г/л			темпе-
Пример	1				ратура)	50
7	Техно-	1 моль/л Н₂ЗО₄,	Ультра-		до 4 0
	логи-	20 г/л КС1	звуковая
	ческая		обработка	30
	жидкость 2
	Техно-	Гидрофторид	Ультра-		От 20
	логи-	аммония с	звуковая		(комнат-
	ческая	концентрацией	обработка	120	ная
	жидкость	10 г/л			темпе-
Пример	1				ратура)	53
8	Техно-	1 моль/л Н₂ЗС>4,	Ультра-		до 40
	логи-	20 г/л КС1	звуковая
	ческая		обработка	30
	жидкость 2
	Техно-	Гидрофторид	Ультра-		От 20
	логи-	аммония с	звуковая		(комнат-
Пример	ческая	концентрацией	обработка	60	ная
жидкость	10 г/л,			темпе-
9	1	20 г/л КС1			ратура)	69
	Техно-	1 моль/л Н₂ЗО₄,	Ультра-		до 4 0
	логи-	20 г/л КС1	звуковая
	ческая		обработка	30
	жидкость 2
	Техно-	Гидрофторид	Ультра-		От 20
	логи-	аммония с	звуковая		(комнат-
	ческая	концентрацией	обработка	60	ная
Пример	жидкость	10 г/л,			темпе-
10	1	20 г/л КС1			ратура)	77
	Техно-	1,8 моль/л Н₂ЗО₄	Ультра-		до 4 0
	логи-		звуковая
	ческая		обработка	30
	жидкость 2

Во всех системах образцов загрязненной радиоактивным цезием почвы, прокаленной при температуре 850°С, степень удаления для образца была более низкой по сравнению с образцом почвы, высушенной при температуре 60°С. Хотя прокаливание является эффективным для удаления органического вещества, считается, что оно обусловливает негативные эффекты разрушения краевого участка поверхности ионом фтора и ухудшения экстракции цезия.

Пример 11. Образец золы от сожжения (Образец 3) применяли для проведения экспериментов подобно Примеру 10 с использованием технологической жидкости, показанной в табл.7. Обработку проводили не как ультразвуковую обработку, но как механическое перемешивание с использованием магнитной мешалки Н8-50Е-В производства фирмы Αδ Опе Сотрапу. Результат показан в табл. 7.

Таблица 7. Результат испытания на дезактивацию золы от сожжения шлама в сточных водах

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 11	Техно- логи- ческая жидкость 1	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 50 г/л НС1, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	60	20 (комнат- ная темпе- ратура)	70
Техно- логи- ческая жидкость 2	1,8 моль/л Н₂ЗО₄	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	30

- 11 028711

Испытание с использованием образца золы от сожжения, при применении способа согласно настоящему изобретению, также привело к степени удаления радиоактивного цезия на уровне 70%. Полученная степень удаления подобна значению для образцов высушенной почвы, которые были прокалены в Примерах 9, 10, и подразумевало сходные эффекты от процесса нагревания.

Примеры 12-14. Образец почвы (Образец 1) применяли для проведения одностадийного механического перемешивания магнитной мешалкой в течение 10 мин с использованием технологической жидкости, показанной в табл.8.

Концентрацию добавленного образца почвы изменили от 3 г на 100 мл, как в Примерах 1-11, до 15 г на 100 мл, и концентрацию раствора гидрофторида аммония соответственно повысили от 10 г/л в Примерах 1-11 до 50 г/л. Результат показан в табл.8.

Таблица 8. Результат испытания на дезактивацию образца почвы при концентрации 150 г/л, при 1стадийной обработке (ΝΗ₄Τ/ΗΤ+ΚΟ1 или серная кислота или соляная кислота), в течение 10 мин

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 12	Гидрофторид аммония с концентрацией 50 г/л, 100 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	69
Пример 13	Гидрофторид аммония с концентрацией 50 г/л, 54 г/л Н₂ЗО,	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	70
Пример 14	Гидрофторид аммония с концентрацией 50 г/л, 46 г/л НС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	68

Одностадийная обработка, не включающая промывание кислотой в последующей стадии, также дает степень удаления радиоактивного цезия на уровне приблизительно 70% при продолжительности реакции 10 мин.

В Примерах 13 и 14 гидрофторид аммония вносили при совместном присутствии серной кислоты или соляной кислоты, вместо КС1, который применяли в качестве совместно присутствующего материала в технологической жидкости 1 Примеров 4, 5, 6, 9, 10 и 11, и в результате была получена степень удаления радиоактивного цезия, подобная Примеру 12. Было показано, что ион водорода, поставляемый серной кислотой или соляной кислотой, может заменять ион калия, производный от КС1.

Примеры 15-16. Образец почвы (Образец 1) применяли для проведения экспериментов подобно Примеру 12, иных в том, что использовали технологическую жидкость, показанную в табл.9. Результат показан в табл.9.

Таблица 9. Результат испытания на дезактивацию образца почвы при концентрации 150 г/л, при 1стадийной обработке (ΝΗ₄Τ/ΗΤ+ΚΟ по отдельности или в комбинации с КС1 и №С1), в течение 10 мин

ί Испытательная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень Уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 15	Гидрофторид аммония с концентрацией 50 г/л, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	35
Пример 16	Гидрофторид аммония с концентрацией 50 г/л, 20 г/л КС1, 64 г/л ЫаС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	63

Как результат снижения концентрации добавленного КС1 от 100 г/л в примере 12 до 20 г/л в Примере 15, степень удаления радиоактивного цезия снизилась до 35%. Условия Примера 15 соответствовали количеству добавленной соли в совокупности 7,52 ммоль на 1 г почвы, составленных из 5,78 ммоль гидрофторида аммония и 1,7 4 ммоль КС1.

- 12 028711

В отличие от этого, в Примере 16 в композицию технологической жидкости примера 15 добавили \аС1 для достижения суммарного количества добавленной соли 14,87 ммоль на 1 г почвы, составленного 5,78 ммоль гидрофторида аммония, 3,70 ммоль КС1 и 7,35 ммоль \аС1. Эта концентрация соли почти соответствовала количеству соли, добавленной в Примере 12, в совокупности 14,48 ммоль на 1 г почвы, составленного 5,78 ммоль гидрофторида аммония и 8,70 ммоль КС1. Такое условие добавления соли привело к восстановлению степени удаления до 63% в примере 16. Этот экспериментальный результат показывает, что ион натрия, производный из №С1, может заменять ион калия, производный из КС1, и что степень удаления радиоактивного цезия повышается, когда концентрация соли на 1 г почвы составляет 10 ммоль или выше.

Пример 17. В способе, соответствующем методам испытания Примеров 1-16, образец 2 почвы приводили в контакт с технологической жидкостью, содержащей ион фтора, для проведения испытания на удаление цезия в присутствии по меньшей мере одного из иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода. Испытание проводили выдерживанием добавляемого количества фтора на постоянном уровне (11,6 ммоль/г почвы), и изменением совокупного количества (в ммоль на 1 г почвы) соли или кислоты, добавляемых для введения иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода. Взаимосвязь между количеством добавленной соли на 1 г почвы (в ммоль на 1 г почвы) и степенью удаления, полученная при испытании, показана в фиг. 3.

Как показано в фиг. 3, было найдено, что является предпочтительным увеличение количества соли, добавляемой на 1 г почвы, для повышения степени удаления радиоактивного цезия, и количество добавляемой соли предпочтительно составляет 10 ммоль или более на 1 г почвы, более предпочтительно 20 ммоль или более на 1 г почвы, и наиболее предпочтительно 50 ммоль на 1 г почвы. Результат также показал, что добавление более 50 ммоль солей на 1 г почвы уже никак не повышает степень удаления цезия. При реальной обработке добавление соли или кислоты с высокой концентрацией ведет к осложнениям обработки сточных вод, так что количество добавляемых солей, пригодное для реального производственного процесса, должно определяться сообразно желательной степени удаления.

Пример 18. Образец почвы (Образец 1) применяли для проведения одностадийной обработки с использованием технологического раствора и условия согласно табл.10. Концентрация добавленного образца почвы составляла 3 г на 100 мл, как в Примере 1, и обработку проводили при механическом перемешивании с использованием магнитной мешалки, при продолжительности реакции 60 мин. Результат показан в табл.10.

Таблица 10. Результат испытания на дезактивацию образца почвы при концентрации 30 г/л, при 1стадийной обработке (обработка КР+КС1), в течение 60 мин

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки <°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного ^ттезия (%)
Пример 18	Фторид калия с концентрацией 19 г/л, 50 г/л НС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	60	20 (комнат- ная темпе- ратура)	69

В Примере 18 вместо гидрофторида аммония, применяемого в Примерах 1-16, использовали фторид калия. Ситуация с применением фторида калия также обеспечила степень удаления радиоактивного цезия на уровне 69%.

Удаление радиоактивного цезия в Примере 18 возможно, даже когда ион аммония не присутствует в технологическом растворе.

Примеры 19-22. Образец почвы (Образец 1) применяли для проведения одностадийной обработки с использованием технологической жидкости и условия согласно табл.11.

Концентрация добавленного образца почвы составляла 3 г на 100 мл, как в Примере 1, и обработку проводили при механическом перемешивании с использованием магнитной мешалки, при продолжительности реакции 10 минут. Результат показан в Таблице 11.

- 13 028711

Таблица 11. Результат испытания на дезактивацию образца почвы при концентрации 30 г/л, при 1стадийной обработке (обработка ΚΡ/ΗΡ+ΝΗ₄Ρ/ΗΡ+ΚΟ1), в течение 10 мин

Испыта- тельная система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обра- ботки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример 19	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнатная темпе- ратура)	62
Пример 20	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, гидрофторид калия с концентрацией 15 г/л, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнатная темпе- ратура)	73
Пример 21	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, гидрофторид калия с концентрацией 44 г/л, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнатная темпе- ратура)	84
Пример 22	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, гидрофторид калия с концентрацией 55 г/л, 20 г/л КС1	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	89

В Примерах 20-22 добавляли гидрофторид калия в дополнение к композиции технологической жидкости Примера 19, с постепенным повышением концентрации, и Примеры показывают, что степень удаления радиоактивного цезия непрерывно возрастает от базового значения 62% в Примере 19 до 73%, 84% и 89%.

Результат показал, что гидрофторид калия участвует в удалении радиоактивного цезия.

Примеры 23-24.

Образец почвы (Образец 2: крупнозернистая фракция) в количестве 3 г приводили в контакт со 100 мл раствора гидрофторид аммония+серная кислота, и подвергали его механическому перемешиванию с использованием магнитной мешалки Н8-50Е-В производства фирмы А§ Опе Сотрапу. Полученный продукт дважды промыли деминерализованной ионным обменом водой и подвергли разделению в центробежном сепараторе с последующим фильтрованием с отсасыванием, затем остаток на фильтре высушили в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 1 ч и измерили его дозу ионизирующего излучения. Результат показан в табл.12.

Таблица 12. Результат испытания на дезактивацию почвы (крупнозернистая фракция), высушенной при температуре 60°С, с использованием раствора гидрофторид аммония + серная кислота

. Испытательная : система	Технологическая жидкость	Условие	Продол- житель- ность обработки (минут)	Темпе- ратура обра- ботки (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Пример ! 23	Гидрофторид аммония с концентрацией 10 г/л, 54 г/л Н₂ЗО₄	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнатная темпе- ратура)	75
Пример 24 ί	Гидрофторид аммония с концентрацией 5 г/л, 54 г/л Н₂5О₄	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	10	20 (комнат- ная темпе- ратура)	65

Пример 23 показал, что загрязнение радиоактивным цезием крупнозернистой фракции (мелкозернистый песок, среднезернистый песок) может быть сокращено приблизительно на 75% способом согласно настоящему изобретению. Кроме того, Пример 24 показал, что, даже если количество добавленного гидрофторида аммония снижается до половины исходного количества, может быть получена степень удаления 65%.

- 14 028711

Сравнительный Пример 11. Табл.13 показывает результат приведения 3 г образца почвы (Образец 3: крупнозернистая фракция) в контакт со 100 мл экстракта серной кислоты, который не содержит фторида, для выполнения экстракции, как в Примерах 23 и 24.

Таблица 13. Результат испытания на дезактивацию почвы (крупнозернистая фракция), высушенной при температуре 60°С, без использования гидрофторида аммония (Сравнительный Пример)

Испыта- тельная система	Экстракт	Условие	Продол- житель- ность экстрак- ции (минут)	Темпе- ратура экстрак- ции (°С)	Степень уда- ления радио- актив- ного цезия (%)
Сравни- тельный Пример 11	54 г/л Н₂ЗО₄	Переме- шивание механи- ческой мешалкой	60	От 20 (комнатная температура) до 4 0	30

Результаты Примеров 23, 24 и Сравнительного Примера 11 показывают, что крупнозернистая фракция может быть в достаточной мере дезактивирована от радиоактивного цезия, и что степень удаления радиоактивного цезия в испытательной системе без использования фторида составляет всего 30%.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ дезактивации твердофазного материала, содержащего почву или глинистый минерал, загрязненные радиоактивным цезием, включающий стадию, на которой приводят твердофазный материал, содержащий почву или глинистый минерал, загрязненные радиоактивным цезием, в контакт с технологической жидкостью, содержащей ион фтора, полученный из фторида, выбранного из гидрофторида аммония, гидрофторида калия, фторида калия или гидрофторида натрия, в количестве от 30 ммоль или менее на 1 г твердофазного материала, с тем, чтобы вымыть ион цезия из твердофазного материала в жидкую фазу и предотвратить повторную адсорбцию иона цезия почвой или глинистым минералом в присутствии серной кислоты и по меньшей мере одного из иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода, которые добавляют в составе соли или кислоты в количестве от 10 до 50 ммоль на 1 г твердофазного материала, при этом указанный твердофазный материал загрязнен радиоактивным цезием в количестве 0,1 мкг/кг или меньше.
2. Способ дезактивации по п.1, в котором твердофазный материал представляет собой мелкозернистую фракцию или крупнозернистую фракцию, полученную в процессе промывания и сортировки.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что вначале твердофазный материал, содержащий почву или глинистый минерал, загрязненные радиоактивным цезием, приводят в контакт с первой технологической жидкостью, которая содержит ион фтора, полученный из фторида, выбранного из гидрофторида аммония, гидрофторида калия, фторида калия или гидрофторида натрия, в количестве от 30 ммоль или менее на 1 г твердофазного материала, с тем, чтобы вымыть ион цезия из твердофазного материала в жидкую фазу, а затем приводят обработанный таким образом твердый материал в дальнейший контакт со второй технологической жидкостью, которая содержит серную кислоту, и тем самым вымывают ион цезия, оставшийся в обработанном твердом материале, при этом в указанных первой или второй технологических жидкостях присутствует по меньшей мере один из иона калия, иона аммония, иона натрия или иона водорода, которые добавляют в составе соли или кислоты в количестве от 10 до 50 ммоль на 1 г твердофазного материала.
4. Установка для дезактивации твердофазного материала, загрязненного радиоактивным цезием, для осуществления способа по любому из пп.1-3, включающая средства введения твердофазного материала для подачи твердофазного материала, содержащего радиоактивный цезий;

средства введения фторида для введения фторида в указанный твердофазный материал;

первый технологический резервуар для формирования первого элюата, содержащего твердофазный материал, и для вымывания иона цезия из твердофазного материала в жидкую фазу;

первое твердофазно-жидкостное разделительное устройство для разделения первого элюата из первого технологического резервуара на твердый материал и жидкость;

первую цезий-адсорбционную колонну для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной в первом твердофазно-жидкостном разделительном устройстве;

первый циркуляционный трубопровод для регенерированного раствора для возврата первого регенерированного раствора, образованного при адсорбировании и удалении цезия в первой цезийадсорбционной колонне, в первый технологический резервуар;

второй технологический резервуар для формирования второго элюата путем приведения обработанного твердого материала, полученного в первом твердофазно-жидкостном разделительном устройст- 15 028711 ве, в контакт со второй технологической жидкостью, содержащей кислотный материал;

второе средство введения технологической жидкости, предназначенное для введения второй технологической жидкости во второй технологический резервуар;

второе твердофазно-жидкостное разделительное устройство для разделения второго элюата из второго технологического резервуара на твердый материал и жидкость.
5. Установка для дезактивации по п.4, дополнительно содержащая вторую цезий-адсорбционную колонну для адсорбирования цезия из надосадочной жидкости, образованной во втором твердофазно-жидкостном разделительном устройстве;

второй циркуляционный трубопровод для регенерированного раствора для возврата второго регенерированного раствора, образованного при адсорбировании и удалении цезия во второй цезийадсорбционной колонне, во второй технологический резервуар.