RU2036698C1

RU2036698C1 - Absorbing filtering material and method of its production, method of separation of gases from radioactive substances

Info

Publication number: RU2036698C1
Application number: RU93049173A
Authority: RU
Inventors: А.В. Дука; А.Ю. Григорьев; М.Г. Виленский
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа - Научно-производственный комплекс "Матекс"
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: production of absorbing filtering material. SUBSTANCE: impregnating substance is added to form a high-porosity structure with activated surface. Boric acid is added as caking agent after which the compound obtained is left for drying for 1-2 days. Then it is left for drying at 150-200 C for 1-2 hours. The system is then used in separating gases. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg, 6 cl

Description

Изобретение касается процесса высокоэффективной очистки потоков газа от радиоактивного иода и его соединений, а также процесса высокоэффективной очистки от аэрозолей, и может быть использовано, в частности, в системах газоочистки ядерных реакторов и других объектов, эксплуатация которых приводит к загрязнению газовой среды радиоактивными веществами. The invention relates to a process for highly efficient cleaning of gas flows from radioactive iodine and its compounds, as well as a process for highly efficient cleaning from aerosols, and can be used, in particular, in gas cleaning systems of nuclear reactors and other objects, the operation of which leads to gas pollution by radioactive substances.

Эксплутация ядерных реакторов, заводов по переработке и захоронению ядерного топлива и других объектов, работа которых связана с использованием радиоактивных веществ, ставит многочисленные проблемы, обусловленные необходимостью защиты персонала, населения и окружающей среды в целом от радиоактивного заражения. Одна из этих проблем очистка загрязненного радиоактивными элементами воздуха внутри указанных объектов и перед выбросом его в атмосферу в процессе работы вентиляционных систем как в режиме нормальной эксплуатации, так и в аварийных ситуациях. Основными источниками радиоактивного заражения воздуха являются радиоактивные изотопы иода и его соединения (в частности, наиболее трудноуловимое метилиодид), а также радиоактивные аэрозоли. Очистка воздуха от этих элементов необходима для обеспечения экологической безопасности объектов атомной энергетики. The operation of nuclear reactors, nuclear fuel reprocessing and disposal plants, and other facilities that use radioactive substances poses numerous problems due to the need to protect personnel, the public, and the environment as a whole from radioactive contamination. One of these problems is the purification of air contaminated by radioactive elements inside these objects and before it is released into the atmosphere during ventilation systems, both in normal operation and in emergency situations. The main sources of radioactive contamination of the air are the radioactive isotopes of iodine and its compounds (in particular, the most elusive methyl iodide), as well as radioactive aerosols. Air purification from these elements is necessary to ensure environmental safety of nuclear facilities.

Известны различные адсорбирующие фильтрующие материалы с высокой улавливающей способностью радиоактивного иода из потока газа, изготовленные на основе активированного угля, которые для увеличения улавливающей способности и/или снижения воспламеняемости пропитываются различными реагентами (Хозяйственный Патент ГДР N ДД 117865 и Патент ФРГ N ДЕ-OS 2218380). Various adsorbent filter materials with a high trapping ability of radioactive iodine from a gas stream are known, made on the basis of activated carbon, which are impregnated with various reagents to increase the trapping ability and / or reduce flammability (Economic Patent GDR N DD 117865 and FRG Patent N DE-OS 2218380) .

Эти материалы и процессы очистки, организованные на их основе, имеют следующие недостатки. These materials and cleaning processes, organized on their basis, have the following disadvantages.

Основанные на активированном угле адсорбенты, несмотря на пропитку, остаются источниками взрыво- и пожароопасности, поэтому их нельзя использовать при повышенных температурах. В случае повышения относительной влажности очищаемого газа свыше 90% активированные угли плохо улавливают радиоактивный иод и, особенно, органически связанный, а также могут десорбировать уже адсорбированный иод. Кроме того, насыпной слой активированного угля является источником радиоактивных аэрозолей, что приводит к необходимости устанавливать после него аэрозольный фильтр. Также перегрузка насыпного фильтрматериала связана с дополнителными трудозатратами. Adsorbents based on activated carbon, despite impregnation, remain sources of explosion and fire hazard, therefore they cannot be used at elevated temperatures. If the relative humidity of the gas to be purified exceeds 90%, activated carbons do not capture radioactive iodine and, especially, organically bound, and can also desorb already adsorbed iodine. In addition, the bulk layer of activated carbon is a source of radioactive aerosols, which leads to the need to install after it an aerosol filter. Also, overloading of bulk filter material is associated with additional labor costs.

Известны насыпные адсорбирующие фильтрующие материалы на основе неорганических материалов-носителей, содержщих диоксид кремния и оксид алюминия, пропитанные нитратом серебра. Например, фильтрующий насыпной материал, состоящий из гнранулированной смеси оксидов кремния и алюминия с пропиткой 4-18% нитрата серебра (Патент ФРГ N ДЕ-oS 2109146), или поглощающий насыпной материал, состоящий из гранулированной или экструдированной смеси оксидов кремния и алюминия или гранулированного активного оксида алюминия, пропитанных смесью нитрата серебра и вторичного водорастворимого амина (Патент США N 647333). Bulk adsorbent filtering materials based on inorganic carrier materials containing silicon dioxide and alumina impregnated with silver nitrate are known. For example, a filtering bulk material consisting of a granular mixture of silicon and aluminum oxides with an impregnation of 4-18% silver nitrate (German Patent No. DE-oS 2109146), or an absorbing bulk material consisting of a granular or extruded mixture of silicon and aluminum oxides or granular active alumina impregnated with a mixture of silver nitrate and a secondary water-soluble amine (US Patent No. 647333).

Эти материалы и процессы очистки, организованных на их основе имеют следующие недостатки. These materials and cleaning processes organized on their basis have the following disadvantages.

Общая для всех насыпных фильтров опасность образования неравномерных каналов, резко снижающих эффективность очистки, что приводит к необходимости значительно увеличивать толщину фильтрующего слоя и соответственно габариты установки. Насыпные материалы неудобны в эксплутации, т.к. требуют использования специального оборудования для загрузки и выгрузки и вызывают проблемы, обусловленные сложностью их герметизации по краям насыпного слоя. Кроме того, насыпные материалы сложно качественно пропитать импрегнантом из-за наличия мельчайших пор, закрываемых раствором импрегнанта при погружении в него материала, что приводит к скоплению воздуха внутри пор и снижению качества пропитки. Наконец, также, как активированные угли, насыпные неорганические материалы являются источниками аэрозолей, особенно, при наличии в ходе эксплуатации вибронагрузок. A common risk for all bulk filters is the formation of uneven channels that sharply reduce the cleaning efficiency, which leads to the need to significantly increase the thickness of the filter layer and, accordingly, the dimensions of the installation. Bulk materials are inconvenient in operation, because require the use of special equipment for loading and unloading and cause problems due to the complexity of their sealing along the edges of the bulk layer. In addition, bulk materials are difficult to qualitatively impregnate with an impregnant due to the presence of minute pores that are closed by an impregnant solution when the material is immersed in it, which leads to air accumulation inside the pores and a decrease in the quality of impregnation. Finally, as well as activated carbons, bulk inorganic materials are aerosol sources, especially when there are vibroloads during operation.

Известен адсорбционный фильтрующий материал, состоящий из смеси измельченного волокнистого материала и гранулированного материала-носителя, импрегнированного солью металла (Авторское свидетельство СССР N 952289, кл, В 01 D 39/00, 1978 г.). Known adsorption filter material consisting of a mixture of crushed fibrous material and granular carrier material impregnated with a metal salt (USSR Author's Certificate N 952289, cl, B 01 D 39/00, 1978).

Этот материал и процесс очистки, организованный на его основе имеет следующие недостатки. This material and the cleaning process organized on its basis has the following disadvantages.

Гранулированный материал-носитель, как указывалось выше, сложно качественно пропитать солью металла. Смешивание волокон с гранулами и их импрегнирование производится одновременно в растворе соли металла, что приводит к его повышенному расходу или к необходимости организовать очистку отработанного раствора для его повторного использования. Внесение соли металла в материал одновременно с его формованием не позволяет проводить высокотемпературную термообработку, обеспечивающую прочность материала, т.к. при этом соль будет разлагаться, а также уменьшается активная поверхность материала из-за сплавления гранул и из-за того, что продукты разложения соли металла выносятся на поверхность гранул, выключая из работы их внутренний объем. Кроме того, наличие внутри волокнистой структуры гранул материала-носителя увеличивает сопротивление материала потоку очищаемого газа. The granular carrier material, as mentioned above, is difficult to qualitatively impregnate with a metal salt. The mixing of fibers with granules and their impregnation is carried out simultaneously in a solution of a metal salt, which leads to its increased consumption or to the need to organize the cleaning of the spent solution for its reuse. The introduction of a metal salt into the material simultaneously with its formation does not allow high-temperature heat treatment to ensure the strength of the material, since in this case, the salt will decompose, and the active surface of the material also decreases due to the fusion of the granules and due to the fact that the decomposition products of the metal salt are carried to the surface of the granules, turning their internal volume out of operation. In addition, the presence of granules of the carrier material inside the fibrous structure increases the resistance of the material to the flow of the gas to be cleaned.

Известен способ изготовления волокнистого материала путем обезвоживания водных волокнистых суспензий из разичных волокон с добавлением смолы (Авторское свидетельство СССР N 422814, кл. D 21 h 3/62, 1972 г.). A known method of manufacturing a fibrous material by dehydration of aqueous fibrous suspensions of various fibers with the addition of resin (USSR Author's Certificate N 422814, CL D 21 h 3/62, 1972).

Этот способ имеет следующие недостатки. This method has the following disadvantages.

Способ относится к изготовлению бумаги и картона, отсутствие в нем спекающих добавок не позволяет получить объемный материал, имеющий достаточную собственную прочность. В то же время, малая толщина бумаги и картона приводит к сложности и некачественности импрегнирования, а также к недостаточному времени контакта очищаемого газа с материалом, что не позволяет использовать его в качестве надежного и высокоэффективного иодного фильтра. The method relates to the manufacture of paper and cardboard, the absence of sintering additives in it does not allow to obtain bulk material having sufficient intrinsic strength. At the same time, the small thickness of paper and cardboard leads to the complexity and poor quality of impregnation, as well as to insufficient contact time of the gas to be cleaned with the material, which does not allow it to be used as a reliable and highly efficient iodine filter.

Известен способ очистки газовых и жидких сред путем их пропускания через фильтрующий слой, состоящий из коалиновой ваты (Авторское свидетельство СССР N 1039053 А, кл. В 01 D 39/00, 1981 г.). A known method of purification of gas and liquid media by passing them through a filter layer consisting of koolin wool (USSR Author's Certificate N 1039053 A, class B 01 D 39/00, 1981).

Каолиновая вата, как таковая, не имеет собственной прочности, поэтому ей присущи те же недостатки, что и насыпным метариалам возможность образования каналов и прорывов, неравномерность фильтрующего слоя, образование аэрозолей под действием вибрации, сложность герметизации и аппаратурного оформления, невозможность осуществления равномерной пропитки импрегнантом. Поэтому данный способ применим только для грубой очистки от аэрозолей и не позволяет производить очистку от иода и его соединений. Kaolin wool, as such, does not have its own strength, therefore it has the same drawbacks as bulk materials, the possibility of channel formation and breakthroughs, unevenness of the filter layer, the formation of aerosols under the influence of vibration, the complexity of sealing and instrumentation, the impossibility of uniform impregnation with impregnation. Therefore, this method is applicable only for rough cleaning from aerosols and does not allow cleaning of iodine and its compounds.

Известны адсорбирующий радиоактивный иод и иодид материал, способ его получения, а также его применение для удаления радиоактивного иода и иодидов из потока отработанных газов, по акцептованной заявке ФРГ N 2508544, МКИ G 21 F 9/02, B 01 D 53/02, 1976 г. принятый в качестве прототипа. Known adsorbing radioactive iodine and iodide material, a method for its preparation, as well as its use for removing radioactive iodine and iodides from the exhaust gas stream, according to the accepted application of Germany N 2508544, MKI G 21 F 9/02, B 01 D 53/02, 1976 adopted as a prototype.

Адсорбирующий материал состоит из каолинового волокнистого покрытия или керамических гранул из группы двуокись кремния окись алюминия с удельной поверхностью порядка 5-250 м²/г, в особенности 10-250 м²/г, пропитанных солью металла.The absorbent material consists of a kaolin fiber coating or ceramic granules from the group of silicon dioxide alumina with a specific surface of the order of 5-250 m ² / g, in particular 10-250 m ² / g, impregnated with a metal salt.

Данный материал имеет следующие недостатки. This material has the following disadvantages.

Составляющие материал элементы не образуют в пространстве жесткоспеченную структуру, его прочность обеспечивается только силами сцепления между волокнами или гранулами, что возможно только при их большой объемной доле. В результате материал оказывает потоку газа очень большое сопротивление до 3,87 кг/см² и для достижения высоких степеней очистки требует предварительного разогрева газового потока до температуры около 130^оС.The elements making up the material do not form a hard-sintered structure in space; its strength is ensured only by the adhesion forces between the fibers or granules, which is possible only with their large volume fraction. As a result, the material exhibits a very high resistance to gas flow up to 3.87 kg / cm ² and to achieve high degrees of purification requires preliminary heating of the gas stream to a temperature of about 130 ^about C.

Способ получения адсорбирующего материала заключается в том, что из керамического материала удаляют газы при температуре 150-175^оС и давлении 4-5 мм рт.ст. в течение 3-4 ч, затем его импрегнируют путем погружения заранее определенного количества керамического материала в раствор соли металла установленной концентрации при 20-25^оС в течение 1-2 ч и сушат при температуре 75-250^оС примерно в течение 4-18 ч. Предпочтительно сушку ведут в два этапа, причем первый этап проводят при температуре порядка 75-100^оС в течение 6-12 ч, а второй этап при температуре порядка 150-250^oС в течение 4-6 ч.The method for producing the absorbent material is that the ceramic material is removed gases at a temperature of 150-175 ^C and a pressure of 4-5 mmHg for 3-4 hours, then it was impregnated by immersing a predetermined amount of ceramic material in a metal salt solution of a prescribed concentration at 20-25 ^{° C} for 1-2 hours and dried at a temperature of ^about 75-250 C for about 4-18 h. Preferably the drying is carried out in two stages, the first stage is carried out at a temperature of about 75-100 ° ^C for 6-12 hours and the second stage at a temperature of about 150-250 ^o C for 4-6 hours.

Этот способ получения адсорбционного фильтрматериала имеет следующие недостатки. This method of obtaining adsorption filter material has the following disadvantages.

В части удаления газов и пропитки солью металла данный способ имеет большую продолжительность, а также осложнен необходимостью создания при удалении газов повышенной темпертуры и вакуумирования до очень низкого давления. In terms of gas removal and impregnation with a metal salt, this method has a longer duration, and is also complicated by the need to create an elevated temperature and vacuum to a very low pressure when removing gases.

Радиоактивный иод и иодид удаляют из потока отработанного газа, пропуская через подложечный слой адсорбционного материала с удельной поверхность порядка 5-250 м²/г, причем этот адсорбционный материал прпопитан солью металла.Radioactive iodine and iodide are removed from the exhaust gas stream by passing through a substrate layer of adsorption material with a specific surface of the order of 5-250 m ² / g, this adsorption material being impregnated with a metal salt.

Недостатком данного способа очистки является то, что он требует создания температуры потока 130^оС и давления 3,87 кг.см², кроме того высока степень очистки достигается только при толщине фильтрующего слоя более 5 см, причем очистка ведется только от соединений иода, не затрагивая радиоактивные аэрозоли.A disadvantage of this purification method is that it requires the creation of 130 ^C and a pressure of the flow temperature 3.87 kg.sm ² further high degree of purification is achieved only when the thickness of the filter layer more than 5 cm, the cleaning is conducted only on the iodine compounds are not affecting radioactive aerosols.

В настоящее время на атомных электростанциях очистку загрязненного радиоактивными веществами воздуха ведут раздельно от аэрозолей и иода и его соединений. Аэрозоли улавливают, в основном, бумажными фильтрами, а иод фильтрами на основе импрегнированного активированного угля. Таким образом, система высокоэффективной очистки состоит из трех блоков: высокоэффективный аэрозольный фильтр, угольный адсорбер и еще один высокоэффективный аэрозольный фильтр для улавливания частиц, источником которых является активированный уголь. Кроме того, угольный адсорбер оснащается дополнительным оборудованием, обеспечивающим перегрузку угля, которое обычно занимает еще один этаж над фильтроустановкой. Уголь является источником пожаро- и взрывоопасности, поэтому требует принятия соответствующих мер безопасности и не может эксплуатироваться в тех режимах работы АЭС, когда очищаемый газ имеет повышенную температуру. Реализация предлагаемого изобретения позволяет организовать систему одновременной высокоэффективной очистки воздуха от иода и от аэрозолей, состоящую только из одного блока, без дополнительного оборудования, пожаро-взрывобезопасную, работающую во всех режимах работы АЭС (включая высокие температуру и влажность), удобную в эксплуатации и с меньшими габаритами. At present, at nuclear power plants, the air polluted by radioactive substances is cleaned separately from aerosols and iodine and its compounds. Aerosols are collected mainly by paper filters, and iodine filters based on impregnated activated carbon. Thus, a high-performance cleaning system consists of three blocks: a high-performance aerosol filter, a carbon adsorber, and another high-performance aerosol filter to trap particles emitted from activated carbon. In addition, the coal adsorber is equipped with additional equipment for overloading coal, which usually occupies another floor above the filter plant. Coal is a source of fire and explosion hazard, therefore it requires the adoption of appropriate safety measures and cannot be operated in those operating modes of nuclear power plants when the gas being purified has an elevated temperature. The implementation of the invention allows to organize a system of simultaneous highly efficient air purification from iodine and aerosols, consisting of only one unit, without additional equipment, fire and explosion-proof, operating in all operating modes of nuclear power plants (including high temperature and humidity), convenient to operate and with less dimensions.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Предлагаемый в настоящем изобретении адсорбирующий фильтрующий, содержащий импрегнант материал представляет собой систему хаотически распределенных в пространстве жесткоскрепленных между собой в точках контактов стержневидных элементов, чем обусловлено наличие у материала собственной прочности и высокой пористости. Это обеспечивает возможность проведения наиболее качественной пропитки материала раствором импрегнанта за счет постепенного вытеснения воздуха из объема материала. Жесткоспеченная структура увеличивает надежность работы материала, т. к. она препятствует образованию каналов (прорывов) и позволяет использовать материал одновременно для очистки потоков газа от иода, его соединений и от аэрозолей. Кроме того, собственная прочность материала позволяет изготавливать из него фильтрующие блоки, позволяющие упростить перегрузку и герметизацию, что обеспечивает удобство эксплуатации материала и уменьшение занимаемых фильтрационной установкой в целом строительных объемов. The adsorbent filtering material containing the impregnant proposed in the present invention is a system of randomly distributed in space rigidly bonded to each other at the contact points of the rod-shaped elements, which is due to the presence of the material's own strength and high porosity. This makes it possible to carry out the highest quality impregnation of the material with an impregnant solution due to the gradual displacement of air from the volume of the material. The hard-sintered structure increases the reliability of the material, because it prevents the formation of channels (breakthroughs) and allows you to use the material at the same time to clean the gas flows from iodine, its compounds and aerosols. In addition, the material’s own strength makes it possible to produce filtering blocks from it, which simplify overloading and sealing, which ensures ease of use of the material and a decrease in the construction volumes occupied by the filtration unit as a whole.

Высокопористая структура с кажущейся плотностью 200-600 кг/м³, организованная на основе хаотически распределенных в пространстве стержневидных элементов, позволяет обеспечить сочетание достаточно высоких прочности, пористости и емкости, с низкими плотностью и аэродинамическим сопротивлением материала.A highly porous structure with an apparent density of 200-600 kg / m ³ , organized on the basis of rod-like elements randomly distributed in space, allows a combination of sufficiently high strength, porosity and capacity, with low density and aerodynamic resistance of the material.

Использование в качестве стержневидных элементов дискретных керамических волокон в сочетании с термообработанным кремнийорганическим связующим позволяет значительно расширить температурный диапазон применения материала и обеспечить его негорючесть и пожаробезопасность. В качестве керамических волокон могут применяться, например, каолиновые волокна состава: SiO₂ 45-55% Al₂O₃ 45-55% диаметром 2-6 мкм. При этом достигаются особенно высокие фильтрационные характеристики материала.The use of discrete ceramic fibers as rod-shaped elements in combination with a heat-treated organosilicon binder can significantly expand the temperature range of the material and ensure its incombustibility and fire safety. As ceramic fibers, for example, kaolin fibers of the composition: SiO ₂ 45-55% Al ₂ O ₃ 45-55% with a diameter of 2-6 μm can be used. In this case, particularly high filtration characteristics of the material are achieved.

В способе получения адсорбирующего фильтрующего материала новым является: приготовление макрооднородной суспензии керамических волокон в насыщенном растворе спекающей добавки с введением в нее мелкодисперсного порошка спекающей добавки и эмульсии спиртового раствора кремнийорганического связующего в насыщенном растворе спекающей добавки; термообработка отформованной из суспензии заготовки до температуры превышающей температуру размягчения материала волокон не более, чем на 60^оС; пропитка термообработанной заготовки раствором импрегнанта путем погружения в него одной поверхности заготовки и выдержки (в течение нескольких секунд) до появления раствора на противоположной поверхности сушка материала при комнатной температуре в течение не более 1-2 сут с последующей дополнительной термообработкой при 150-200^оС в течение 1-2 ч.In the method for producing an absorbent filter material, the new one is: preparation of a macro-uniform suspension of ceramic fibers in a saturated solution of a sintering additive with the introduction of fine powder of a sintering additive and an emulsion of an alcoholic solution of an organosilicon binder in a saturated solution of a sintering additive; heat treating the molded preform from the slurry to a temperature exceeding the softening temperature of the material of the fibers is not more than ⁶⁰ ° C; impregnation of impregnant solution heat treated workpiece by immersing it in a surface of the workpiece and exposure (a few seconds) until the solution on the opposite surface drying of the material at room temperature for no more than 1-2 days followed by an additional thermal treatment at 150-200 ^C. within 1-2 hours

Приготовление суспензии в насыщенном растворе спекающей добавки, например борной кислоты, препятствует растворению порошка борной кислоты и обеспечивает его высаживание на волокна в процессе формования заготовки, причем в наиболее мелкодисперсной форме. При обжиге борная кислота разлагается с образованием, в конечном итоге, оксида бора, который при размягчении волокон внедряется в их поверхностный слой, увеличивая его текучесть, что обеспечивает свариваемость волокон между собой и, соответственно, повышение прочности материала. Причем внутренняя часть волокон по прежнему обладает малой текучестью, поэтому волокна и материал в целом не подвергаются сильной усадке, а также сохраняют высокую термостойкость. Кроме того наличие мелкодисперсных частиц оксида бора на поверхности волокон приводит к ее развертыванию и, как следствие, к увеличению адсорбирующей способности материала. The preparation of a suspension in a saturated solution of a sintering additive, for example boric acid, prevents the dissolution of boric acid powder and ensures its precipitation on the fibers during the formation of the preform, and in the finest form. During firing, boric acid decomposes with the formation, ultimately, of boron oxide, which when softened, the fibers are embedded in their surface layer, increasing its fluidity, which ensures the weldability of the fibers between themselves and, accordingly, increasing the strength of the material. Moreover, the inner part of the fibers still has low fluidity, so the fibers and the material as a whole are not subject to strong shrinkage, and also maintain high heat resistance. In addition, the presence of fine particles of boron oxide on the surface of the fibers leads to its deployment and, as a result, to an increase in the adsorption capacity of the material.

Введение в материал кремнийорганического связующего в виде мелкодисперсной эмульсии приводит к тому, что капли связующего втягиваются капиллярными силами в места контактов волокон, обеспечивая, тем самым, максимальную прочность материала, при сохранении его малой плотности и большой пористости. The introduction of an organosilicon binder in the form of a finely dispersed emulsion leads to the fact that droplets of the binder are drawn by capillary forces to the fiber contact points, thereby ensuring maximum material strength, while maintaining its low density and high porosity.

При постепенном нагреве до температуры не более, чем на 60^оС, превышающей температуру размягчения волокон, происходит разложение борной кислоты и кремнийорганического связующего, размягчение и сваривание волокон, окончательное формирование жесткоспеченной волокнистой структуры и придание ей необходимой для эксплуатации прочности.With gradual heating to a temperature of not more than 60 ^C higher than the softening temperature of the fibers, the decomposition of boric acid, and organic silicon binder, softening and welding fibers zhestkospechennoy final formation of the fibrous structure and making it necessary for the operation of safety.

Полученная после формования и термообработки заготовка материала является гидрофильной и за счет капиллярных сил возникающих в порах втягивает в себя раствор соли металла через погруженную в него поверхность, что обеспечивает постепенное вытеснение воздуха из материала и, следовательно, наиболее равномерную его пропитку. The material blank obtained after molding and heat treatment is hydrophilic and, due to the capillary forces arising in the pores, draws in a metal salt solution through the surface immersed in it, which ensures gradual displacement of air from the material and, therefore, its most uniform impregnation.

При сушке любого пористого материала испарение жидкости идет с его поверхности, что приводит к выносу на поверхность растворенного в испаряемой жидкости вещества. Для того, чтобы снизить влияние этого процесса и, тем самым, обеспечить наиболее равномерное распределение соли по объему материала, сушка проводится в замедленном режиме при комнатной температуре, и только после практически полного высыхания удаляется остаток воды из наиболее мелких пор путем нагрева до 150-200^оС.When drying any porous material, the liquid evaporates from its surface, which leads to the removal of the substance dissolved in the evaporated liquid to the surface. In order to reduce the influence of this process and, thereby, ensure the most uniform salt distribution over the volume of the material, drying is carried out in a slow mode at room temperature, and only after almost complete drying, the remaining water is removed from the smallest pores by heating to 150-200 ^about S.

Адсорбирующий фильтрующий керамический материал изготавливают по предлагаемому способу со следующим количеством ингредиентов на соответствующих этапах:
1. Приготовление суспензии:
керамические волокна 6-15%
насыщенный раствор борной кислоты 75-93%
порошок борной кислоты 1-10%
2. Приготовление эмульсии в количество 10-20% от массы суспензии:
кремнийорганическое сваязующее 10-20%
поверхностно активное вещество 1-2%
спирт 20-30%
насыщенный раствор борной кислоты 49-68%
3. Импрегнирование отформованной и термообработанной заготовки:
соль металла 3,1-17,6% от массы заготовки. Например, при использовании каолиновых волокон и нитрата серебра материал имеет следующий состав:
Al₂O₃ 30-37% SiO₂ 35-50% B₂O₃ 5-25% AgNo₃ 3-15%
Сущность предлагаемого в настоящем изобретении способа высокоэффективной очистки газа от радиоактивных веществ, а более конкретно от иода, его соединений и от аэрозолей заключается в приведении во взаимодействие подлежащего очистке газа с активизированной импрегнантом поверхностью системы пространственно распределенных жесткоскрепленных между собой в местах контактов волокон. На этой поверхности осуществляется одновременно селективная хемосорбция молекулярных включений и осаждение аэрозолей любого состава. Высокоэффективная (до 99,99%) очистка проводится при температуре газового потока 20-250^оС, его относительной влажности до 98% и скорости до 5 см/с. При этом аэродинамическое сопротивление потоку газа выраженное в отношении перепада давления на материале к скорости потока не превышает 50 Па/(см/с). За счет того, что газ очищается на внутренней поверхности материала имеющего жесткоспеченную структуру и собственную прочность, в процессе эксплуатации гарантированно невозможно образование прорывов и каналов, что уменьшает размеры фильтрующих установок и количество используемых материалов, кроме того, одновременно с очисткой от иода и его соединений достигается высокая эффективность очистки газа от содержащихся в нем аэрозолей, т.к. материал, улавливая последние, не является их источником даже при действии вибрации.Adsorbent filtering ceramic material is made according to the proposed method with the following number of ingredients at the appropriate stages:
1. Preparation of the suspension:
ceramic fibers 6-15%
saturated boric acid solution 75-93%
boric acid powder 1-10%
2. Preparation of the emulsion in an amount of 10-20% by weight of the suspension:
silicone bonding agent 10-20%
surfactant 1-2%
alcohol 20-30%
saturated boric acid solution 49-68%
3. Impregnation of molded and heat-treated billets:
metal salt 3.1-17.6% by weight of the workpiece. For example, when using kaolin fibers and silver nitrate, the material has the following composition:
Al ₂ O ₃ 30-37% SiO ₂ 35-50% B ₂ O ₃ 5-25% AgNo ₃ 3-15%
The essence of the method of highly effective gas purification from radioactive substances proposed in the present invention, and more specifically from iodine, its compounds and aerosols, consists in bringing the gas to be cleaned into interaction with the surface of the system of spatially distributed fibers that are rigidly bonded to each other at the points of contact. On this surface, selective chemisorption of molecular inclusions and deposition of aerosols of any composition are simultaneously carried out. Highly effective (up to 99.99%) cleaning is carried out at a gas flow temperature of 20-250 ^о С, its relative humidity up to 98% and speed up to 5 cm / s. Moreover, the aerodynamic resistance to gas flow expressed in relation to the pressure drop across the material to the flow velocity does not exceed 50 Pa / (cm / s). Due to the fact that the gas is cleaned on the inner surface of the material having a rigidly sintered structure and its own strength, it is guaranteed that breakthroughs and channels cannot be formed during operation, which reduces the size of the filter units and the amount of materials used, in addition, at the same time as cleaning from iodine and its compounds is achieved high efficiency of gas purification from aerosols contained in it, as material, capturing the latter, is not their source even under the influence of vibration.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами. The invention is confirmed by the following examples.

П р и м е р 1. В трех литрах насыщенного раствора борной кислоты распускают 360 г каолинового волокна, туда же добавляют 200 г порошка борной кислоты. Смесь перемешивают осесмещенной пропеллерной мешалкой со скоростью вращения 1500 об/мин до образования однородной суспензии. EXAMPLE 1. 360 g of kaolin fiber are dissolved in three liters of a saturated solution of boric acid, 200 g of boric acid powder are added thereto. The mixture is stirred with a displaced propeller stirrer at a speed of 1500 rpm until a homogeneous suspension is formed.

В отдельном сосуде в 300 мл насыщенного раствора борной кислоты растворяют 3 г поверхностно активного вещества марки ОП-10, затем туда же вливают 225 мл 30%-ного раствора полиэтоксисилоксановой смолы в бутиловом спирте и перемешивают пропеллерной мешалкой до образования устойчивой эмульсии, которую вливают в заранее приготовленную волокнистую суспензию. Проводят дополнительное перемешивание в течение 2 мин. In a separate vessel, 3 g of an OP-10 grade surfactant are dissolved in 300 ml of a saturated solution of boric acid, then 225 ml of a 30% solution of polyethoxysiloxane resin in butyl alcohol are poured into the same and mixed with a propeller stirrer until a stable emulsion is formed, which is poured in advance prepared fibrous suspension. Spend additional stirring for 2 minutes.

Полученную смесь переливают в формовочную установку, в которой происходит удаление из суспензии основного количества жидкости через перфорированное дно, под которым создается разряжение -0,6 атм, и формирование заготовки материала. Вакуумирование прекращают после того, как высота заготовки достигнет 75 мм. The resulting mixture is poured into a molding unit, in which the bulk of the liquid is removed from the suspension through a perforated bottom, under which a -0.6 atm vacuum is created, and the formation of a material blank. Evacuation is stopped after the height of the workpiece reaches 75 mm.

Извлеченную из формовочной установки заготовку помещают в сушильный шкаф, нагретый до температуры 350^оС, и вывдерживают 8 часов. Высушенную заготовку помещают в печь, нагревают до температуры 1300^оС со скоростью 200^оС/ч, выдерживают при этой температуре 30 мин и охлаждают вместе с печью.Fitting extracted from the molding preform is placed in an oven heated to a temperature of 350 ^{° C} and vyvderzhivayut 8 hours. The dried preform was placed in an oven heated to a temperature of ¹³⁰⁰ C at a rate ^of 200 C / h, held at this temperature for 30 minutes and cooled together with the furnace.

Из полученной заготовки вырезают пластину размером 50 х 50 х 10 мм³ и опускают в заранее приготовленный 4%-ный раствор нитрата серебра. В раствор погружают только одну поверхность пластины и ведут пропитку до тех пор, пока раствор не выступит на противоположной поверхности. Пропитанную пластину выдерживают на воздухе при комнатной температуре в течение 2-х сут, а затем при 150^оС 1 ч.A plate measuring 50 x 50 x 10 mm ³ is cut from the obtained preform and immersed in a pre-prepared 4% silver nitrate solution. Only one surface of the plate is immersed in the solution and impregnated until the solution protrudes on the opposite surface. The impregnated plate is kept in air at room temperature for 2 days, and then at 150 ^about 1 hour.

Плотность полученного материала составляет 440 кг/см³, прочность на изгиб 28 кг.см².The density of the material obtained is 440 kg / cm ³ , the bending strength of 28 kg.cm ² .

Пластину материала устанавливают в фильтродержатель и в течение 5 ч пропускают через нее поток воздуха, содержащего 5,5 мг/м³ меченного радиоактивными молекулами метилиодида со скоростью 3,5 см/с. Температура газа 22^оС, относительная влажность 98% Констатируют, что улавливание метилиодида из потока газа составляет более 99,99% (верхний предел измерений ограничен существованием радиоактивного фона).A plate of material is installed in a filter holder and an air stream containing 5.5 mg / m ³ labeled with radioactive molecules of methyl iodide is passed through it for 5 hours at a speed of 3.5 cm / s. Gas temperature 22 ^° C, relative humidity 98%. It is noted that the capture of methyl iodide from the gas stream is more than 99.99% (the upper limit of measurements is limited by the existence of a radioactive background).

Путем замера с помощью лазерного счетчика количества аэрозольных частиц в газе до и после прокачивания его через материал определяют эффективность последнего по аэрозолям, которая составляет 99,95%
Сопротивление материала потоку газа составляет 25 Па/(см/с).By measuring the amount of aerosol particles in the gas using a laser counter, before and after pumping it through the material, the aerosol efficiency is determined, which is 99.95%
The resistance of the material to the gas flow is 25 Pa / (cm / s).

П р и м е р 2. Процесс изготовления материала ведут по примеру 1, но количество порошка борной кислоты 80 г. При этом плотность материала 400 кг/м³, прочность на изгиб 16 кг/см². Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность очистки от радиоактивного метилиодида более 99,95% от аэрозолей 99,93% сопротивление материала потоку газа 23 Па/(см/с).PRI me R 2. The manufacturing process of the material is carried out as in example 1, but the amount of boric acid powder is 80 g. The density of the material is 400 kg / m ³ , the bending strength is 16 kg / cm ² . The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The cleaning efficiency of radioactive methyl iodide is more than 99.95% of aerosols 99.93% of the material resistance to gas flow 23 Pa / (cm / s).

П р и м е р 3. Процесс изготовления материала ведут по примеру 1, но количество волокна 240 г, количество порошка борной кислоты 130 г, количество раствора смолы 150 мл. При этом плотность материала 250 кг/м³, прочность на изгиб 8 кг/см². Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность очистки от радиоактивного метилиодида 99,9% от аэрозолей 97,5% сопротивление материала потоку газа 15 Па/(см/с).PRI me R 3. The manufacturing process of the material is carried out as in example 1, but the amount of fiber is 240 g, the amount of boric acid powder is 130 g, the amount of resin solution is 150 ml. The density of the material is 250 kg / m ³ , the bending strength of 8 kg / cm ² . The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The cleaning efficiency of radioactive methyl iodide 99.9% of aerosols 97.5% of the material resistance to gas flow 15 Pa / (cm / s).

П р и м е р 4. Процесс изготовления материала ведут по примеру 3, но пластину материала вырезают толщиной 20 мм. Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность оочистки от радиоактивного метилиодида более 99,98% от аэрозолей 99,96% сопротивление материала потоку газа 30 Па/(см/с). PRI me R 4. The manufacturing process of the material is carried out as in example 3, but the material plate is cut out with a thickness of 20 mm The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The efficiency of purification from radioactive methyl iodide is more than 99.98% of aerosols 99.96% of the material resistance to gas flow 30 Pa / (cm / s).

П р и м е р 5. Процесс изготовления материала ведут по примеру 1, но импрегнирование осуществляют путем пропитки заготовки 2%-ным раствором нитрата серебра. При этом плотность материала 430 кг/м³, прочность на изгиб 28 кг/см². Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность очистки от радиоактивного метилиодида 98,9% от аэрозолей 99,95% сопротивление материала потоку газа 24 Па/(см/с).PRI me R 5. The manufacturing process of the material is carried out as in example 1, but the impregnation is carried out by impregnation of the workpiece with a 2% solution of silver nitrate. The density of the material 430 kg / m ³ the bending strength of 28 kg / cm ² . The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The cleaning efficiency of radioactive methyl iodide 98.9% of aerosols 99.95% of the material resistance to gas flow 24 Pa / (cm / s).

П р и м е р 6. Процесс изготовления материала ведут по примеру 5, после чего осуществляют еще один цикл импрегнирования заготовки 2%-ным раствором нитрата серебра с последующей сушкой и термообработкой. При этом плотность материала 445 кг/м³, прочность на изгиб 29 кг/см². Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность очистки от радиоактивного метилиодида более 99,98% от аэрозолей 99,96% сопротивление материала потоку газа 27 Па(cм/с).PRI me R 6. The manufacturing process of the material is carried out as in example 5, after which carry out another cycle of impregnation of the workpiece with a 2% solution of silver nitrate, followed by drying and heat treatment. The density of the material is 445 kg / m ³ , the bending strength is 29 kg / cm ² . The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The cleaning efficiency of radioactive methyl iodide is more than 99.98% of aerosols 99.96% of the material resistance to gas flow 27 Pa (cm / s).

П р и м е р 7. Процесс изготовления материала ведут по примеру 1, но количество волокна 120 г, количество порошка борной кислоты 30 г, количество раствора смолы 75 мл. При этом плотность материала 160 кг/м³, прочность на изгиб 2,1 кг/см². Процесс очистки проводят с параметрами по примеру 1. Эффективность очистки от радиоактивного метилиодида 99,1% от аэрозолей 87,7% сопротивление материала потоку газа 9 Па/(см/с).PRI me R 7. The manufacturing process of the material is carried out as in example 1, but the amount of fiber is 120 g, the amount of boric acid powder is 30 g, the amount of resin solution is 75 ml. The density of the material is 160 kg / m ³ , the bending strength of 2.1 kg / cm ² . The cleaning process is carried out with the parameters of example 1. The cleaning efficiency of radioactive methyl iodide 99.1% of aerosols 87.7% of the material resistance to gas flow 9 Pa / (cm / s).

Claims

1. An adsorbing filter material consisting of structural elements and an impregnating additive, characterized in that the structural elements are randomly distributed in space and rigidly bonded to each other at the points of contact and combined into a single system having its own strength, this system in conjunction with an impregnating additive forms a voluminous highly porous structure with an activated surface.

2. The material according to claim 1, characterized in that rod-like elements, for example kaolin, and / or quartz, and / or basalt, and / or glass fibers with an average diameter of 0.25 to 6 μm, are used as structural elements.

3. The material according to claim 1, characterized in that it has an apparent density of 200,600 kg / m ³ .

4. The material according to claim 1, characterized in that silver nitrate is used as an impregnating additive.

5. A method of obtaining an absorbent filter material, including the use of structural elements and an impregnating additive, characterized in that they form a high-porous volume structure consisting of a system randomly distributed in space and rigidly bonded to each other at the contact points of structural elements on the surface of which an impregnating additive is applied, why a sintering additive and an emulsion of a binder solution are applied to the surface of structural elements, provide interdiffusion of kturnyh elements at their points of contact by heat treatment at a temperature above the softening point of the structural elements of the temperature of not more than 60 ^o C, to give said system, carried it sided impregnation solution, the impregnation additive until this solution on the opposite side of the system, and drying at room temperature for more than 1 2 days and then at 150 200 ^o With 1 2 hours

6. The method according to claim 5, characterized in that the surface of the structural elements is coated with a sintering additive by preparing their suspension in a supersaturated solution of the latter.

7. The method according to claim 5, characterized in that as a sintering additive, boric acid is used in an amount of 20-60% by weight of the structural elements.

8. The method according to p. 5, characterized in that as the emulsion of the binder solution use an emulsion of an alcohol solution of organosilicon, for example polyethoxysiloxane resin in a saturated solution of sintering additive.

9. The method of purification of gases from radioactive substances, which consists in pumping gases through an absorbent filter material with an impregnating additive, characterized in that as an adsorbing filter material using a system of randomly distributed in space rigidly bonded to each other at points of contact of structural elements coated with an impregnating additive, together forming a highly porous volume structure with an activated surface, and when bringing it into interaction gas stream is performed selective chemisorption molecular inclusions and any deposition of aerosol composition.