RU2664893C1 - Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов - Google Patents
Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664893C1 RU2664893C1 RU2017129764A RU2017129764A RU2664893C1 RU 2664893 C1 RU2664893 C1 RU 2664893C1 RU 2017129764 A RU2017129764 A RU 2017129764A RU 2017129764 A RU2017129764 A RU 2017129764A RU 2664893 C1 RU2664893 C1 RU 2664893C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radionuclides
- zeolite
- precipitate
- material based
- dried
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/16—Alumino-silicates
- B01J20/165—Natural alumino-silicates, e.g. zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3021—Milling, crushing or grinding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам получения сорбирующих матричных материалов для иммобилизации радионуклидов щелочноземельных и редкоземельных элементов из отработанного ядерного топлива. Способ получения материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов заключается в следующем. Водную суспензию цеолитсодержащих пород нагревают на водяной бане, подвергают обработке ультразвуком при частоте преобразования 20±2 кГц в течение 30-60 мин, отделяют осадок, сушат, пропаривают над кипящей водой в течение 30-90 мин и повторно сушат. Изобретение позволяет повысить суммарную сорбционную емкость сорбирующего материала и снизить скорость выщелачивания из него радионуклидов. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам получения сорбирующих матричных материалов для иммобилизации радионуклидов щелочноземельных и редкоземельных элементов из отработанного ядерного топлива.
Одной из главных задач человечества в рамках концепции устойчивого развития является проблема защиты окружающей среды от техногенного воздействия. Загрязнение окружающей среды отходами промышленности достигло критического уровня.
Одним из компонентов, опасных для биосферы отходов техногенеза, являются радионуклиды (РН), продукты ядерной промышленности, активно развивающейся в последние 50-60 лет. Радионуклиды по своему составу подразделяются на актиниды, осколочные и конструкционные радионуклиды. Актиниды образуются по реакциям нейтронного захвата в процессе эксплуатации ядерных реакторов. Осколочные радионуклиды - это продукты деления ядер урана и плутония. Конструкционные радионуклиды - это материалы конструкций ядерных реакторов, долгое время проработавшие в сильных полях α-, β-, γ-, а также нейтронного излучений. Такие материалы, в основном, нержавеющие стали и специальные сплавы, становятся радиоактивными (за счет искусственных радиоизотопов).
Для утилизации загрязненных радионуклидами материалов после выдержки в специальных бассейнах отработанные тепловыделяющие сборки измельчаются и растворяются в смеси кислот. Полученный кислотный раствор содержит радионуклиды, которые по специальной технологии связываются в алюмофосфатные (в России) или в боросиликатные (за рубежом) стекольные матрицы. Стекла разливают в специальные контейнеры из нержавеющей стали для последующего хранения в специальных хранилищах. Размещение этих стекол в геологических объектах проблематично из-за их термодинамической нестабильности, так как алюмофосфатные и боросиликатные стекла являются метастабильными переохлажденными жидкостями, в условиях земной коры склонные к перекристаллизации, что приводит к выносу радионуклидов в окружающую среду.
В связи с этим существует необходимость создания новых матричных материалов, устойчивых к воздействию радионуклидов при условии их размещения в породах земной коры в течение длительного времени.
Такими матричными материалами могут служить некоторые природные минералы и их твердые растворы.
Как правило, в этих целях применяется бентонит - достаточно дорогостоящий, малораспространенный материал, неустойчивый к воздействию тепла и влаги. Проводимые в последние 15-20 лет исследовательские работы в США, Канаде, Болгарии, Франции, ФРГ, Великобритании, Японии показали, что в качестве матричного материала могут быть использованы природные цеолиты (RU 2154317 С2, 10.08.2000). Цеолиты быстро реагируют с цементом и стеклом, что позволяет использовать их для создания надежных бетонных хранилищ для радиоактивных материалов. Между тем, цеолиты так же, как и бентониты, недостаточно широко распространены. Более распространенным и дешевым сырьем являются цеолитсодержащие породы, которые содержат, помимо 20-30% цеолитов, 20-30% монтмориллонита (глинистую основу бентонитов, отвечающую за их высокие сорбционные свойства) и до 40% опалкристобалитовых пород, основу которых составляет термостойкий рентгеноаморфный кремнезем.
Основными требованиями, предъявляемыми к матричным материалам, являются высокая суммарная сорбционная емкость и низкая скорость выщелачивания радионуклидов. Для повышения указанных эксплуатационных параметров цеолитсодержащие породы подвергают обработке.
Известен способ ультразвуковой обработки цеолитсодержащей породы в процессе, обогащения цеолитсодержащего сырья, включающем измельчение сырья, разделение по классам крупности, обесшламливание, электромагнитную сепарацию, электростатическую сепарацию, разделение в тяжелых жидкостях. Перед электромагнитной сепарацией проводят ультразвуковую обработку сырья при частоте 20-22 кГц в течение 5-7 мин (RU 2229342 С2, 27.05.2004). Предварительная ультразвуковая обработка суспензии цеолитового сырья приводит к интенсификации процесса отделения цеолита (клиноптилолита) от минералов примесей (полевого шпата, монтмориллонита, кварца, плагиоклаза и др.) вследствие кавитационных процессов, обуславливающих звукокапиллярный и диспергирующий эффекты.
Наиболее близким к предложенному способу является способ получения сорбирующего материала на основе природного цеолита для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод и технологических жидкостей, заключающийся в том, что природные материалы опоку и цеолит диспергируют с получением суспензии с соотношением воды и сорбента Т:Ж = 1:10, воздействуют на нее ультразвуком с частотой 22 кГц в течение 5 мин, полученную суспензию высушивают при 105°С до получения пасты и формируют из нее гранулы (Шарапова А.В., Обезвреживание сточных вод от тяжелых металлов под действием ультразвука и утилизация противообледенительных жидкостей с применением природных сорбентов. Дисс. на соиск. уч. степени канд. хим. Наук, 2015, Ульяновск, глава 2.1.2).
Техническая проблема, решаемая предложенным изобретением, заключается в увеличении сорбционной емкости природного цеолита при его использовании для иммобилизации радионуклидов и в снижении скорости выщелачивания из него радионуклидов.
Техническая проблема решается способом получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов, заключающимся в том, что водную суспензию цеолитсодержащих пород подвергают обработке ультразвуком при частоте преобразования 20±2 кГц, отделяют осадок, сушат его, при этом, согласно изобретению, обработку ультразвуком ведут в течение 30-60 мин, а после сушки осадка его пропаривают водяным паром на сите на водяной бане в течение 30-90 мин после закипания воды, после чего повторно сушат.
Кроме того, соотношение масс твердой и жидкой фаз в суспензии предпочтительно выбирают от 1:3 до 1:10.
Кроме того, сушку отделенного осадка и сушку пропаренного осадка проводят при температуре от 21 до 120°С.
С целью увеличения сорбционной емкости радионуклидов, цеолитсодержащие породы подвергают ультразвуковой обработке. Ультразвуковая обработка способствует увеличению изностойкости и микротвердости сорбента. Ультразвуковая обработка - эффективный метод воздействия на сорбенты для оптимизации их структурных и прочностных свойств. Очистка ультразвуком поверхности сорбента от механических примесей обеспечивает более высокое, чем другие способы, качество - остается не более 0,5% загрязнений, учитывая, что частицы цеолита в составе сорбента на основе цеолитсодержащих пород имеет каркасно-полостную структуру, полости которых можно очистить только ультразвуковой обработкой. Также использование малой (обычно ниже порога кавитации) интенсивности ультразвука позволяет эффективно очистить каркас цеолита от воды и газовых включений.
С целью снижения скорости выщелачивания радиоактивных веществ из сорбента, обработанные ультразвуком цеолитсодержащие породы подвергают деалюминированию. Особенно подходящим для регулирования соотношения алюминия вне решетки и в решетке является так называемое пропаривание цеолитсодержащих пород, то есть гидротермальная обработка при помощи пропускания водяного пара при повышенных температурах.
Для получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов согласно предложенному изобретению цеолитсодержащие породы подвергают обработке ультразвуком при частоте преобразования 20±2 кГц в течение 30-60 мин, а затем пропариванию в течение 30-90 мин. При этом достигается следующий технический результат: повышение суммарной сорбционной емкости и снижение скорости выщелачивания радионуклидов.
Пример
Водную суспензию цеолитсодержащих пород Татарско-Шатрашанского месторождения (соотношение Т:Ж = 1:5) подвергали ультразвуковому воздействию. Для этого суспензию нагревали на водяной бане в течение 1 часа, после чего на установке «Молот» 2В при частоте преобразования 20±2 кГц подвергали действию ультразвука в течение 45 мин. Полученную суспензию отмучивали на центрифуге. Осадок высушивали до постоянного веса при температуре 105°С (для удаления физической влаги). Затем пересыпали его на сито 325 меш по Тайлеру, на предварительно размещенный в нем вырезанный по размеру сита круг пористой фильтровальной бумаги, высота слоя - 1 см. Помещали сито на водяную баню, нагревали и пропаривали цеолитсодержащую породу в течение 30, 60, 90 мин после закипания воды. Затем вынимали сито и просушивали в сушильном шкафу при 105°С. Образец из сита пересыпали в чистый, сухой бюкс и подвергали испытанию. Суммарная сорбционная емкость образца составила 110,6 мг-экв/100 г сорбента (норма - 93 мг-экв/100 г сорбента). Скорость выщелачивания оказалась равной 0 (норма - 0,001 мг/см2*сут).
Проводились также эксперименты при других соотношениях масс Т:Ж в суспензии при 1:3, 1:7, 1:10. Сушку отделенного осадка и сушку пропаренного осадка проводили как при комнатной температуре 21-25°С и при повышенной температуре 60°С, 120°С. При этом суммарная сорбционная емкость образцов также была выше нормы, а скорость выщелачивания - 0.
Claims (4)
1. Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов, включающий обработку водной суспензии цеолитсодержащих пород ультразвуком при частоте преобразования 20±2 кГц, отделение осадка, его сушку, отличающийся тем, что обработку ультразвуком ведут в течение 30-60 мин, после сушки осадка его пропаривают водяным паром на сите на водяной бане в течение 30-90 мин после закипания воды, затем повторно сушат.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение масс твердой и жидкой фаз в суспензии выбирают от 1:3 до 1:10.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку отделенного осадка проводят при температуре от 21 до 120°С.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку пропаренного осадка проводят при температуре от 21 до 120°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129764A RU2664893C1 (ru) | 2017-08-22 | 2017-08-22 | Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129764A RU2664893C1 (ru) | 2017-08-22 | 2017-08-22 | Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2664893C1 true RU2664893C1 (ru) | 2018-08-23 |
Family
ID=63286776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017129764A RU2664893C1 (ru) | 2017-08-22 | 2017-08-22 | Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2664893C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735279C1 (ru) * | 2019-07-22 | 2020-10-29 | Общество с ограниченной ответственностью "СТАЛКЕР" | Способ направленной обработки природного цеолита с целью получения сорбента |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU668697A1 (ru) * | 1976-08-03 | 1979-06-25 | Институт Химии Нефти И Природных Солей Ан Казахской Сср | Способ известковани природного сорбента |
SU947044A1 (ru) * | 1980-07-23 | 1982-07-30 | Кавказский Институт Минерального Сырья Им.А.А.Твалчрелидзе | Способ получени активированного сорбента |
RU2154317C2 (ru) * | 1998-06-17 | 2000-08-10 | Государственный научный центр Физико-энергетический институт им.акад.А.И.Лейпунского | Способ переработки жидких радиоактивных отходов |
RU2620809C1 (ru) * | 2016-01-26 | 2017-05-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (УлГТУ) | Способ модифицирования природных сорбентов |
-
2017
- 2017-08-22 RU RU2017129764A patent/RU2664893C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU668697A1 (ru) * | 1976-08-03 | 1979-06-25 | Институт Химии Нефти И Природных Солей Ан Казахской Сср | Способ известковани природного сорбента |
SU947044A1 (ru) * | 1980-07-23 | 1982-07-30 | Кавказский Институт Минерального Сырья Им.А.А.Твалчрелидзе | Способ получени активированного сорбента |
RU2154317C2 (ru) * | 1998-06-17 | 2000-08-10 | Государственный научный центр Физико-энергетический институт им.акад.А.И.Лейпунского | Способ переработки жидких радиоактивных отходов |
RU2620809C1 (ru) * | 2016-01-26 | 2017-05-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (УлГТУ) | Способ модифицирования природных сорбентов |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Дабижа О.Н. и др. Разработка эффективной методики приведения природных цеолитов в активированную аммонийную форму. Учёные записки Заб.ГУ, 2015, 1 (60), с. 148-154. * |
Дабижа О.Н. и др. Разработка эффективной методики приведения природных цеолитов в активированную аммонийную форму. Учёные записки Заб.ГУ, 2015, 1 (60), с. 148-154. Размахнин К.К. и др. Модификация свойств цеолитов с целью расширения областей их применения. Горный инф.-анал. бюлл., 2011, с. 246-252. * |
Размахнин К.К. и др. Модификация свойств цеолитов с целью расширения областей их применения. Горный инф.-анал. бюлл., 2011, с. 246-252. * |
Шарапова А. В. Обезвреживание сточных вод от тяжелых металлов под действием ультразвука и утилизация противообледенительных жидкостей с применением природных сорбентов. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук, 2015, Ульяновск, главы 2.1.1.-2.1.3, 3.2.1.-3.2.3. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735279C1 (ru) * | 2019-07-22 | 2020-10-29 | Общество с ограниченной ответственностью "СТАЛКЕР" | Способ направленной обработки природного цеолита с целью получения сорбента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vereshchagina et al. | Microsphere zeolite materials derived from coal fly ash cenospheres as precursors to mineral-like aluminosilicate hosts for 135,137 Cs and 90Sr | |
JP2013088391A (ja) | 放射性セシウム及び放射性ストロンチウム含有物質の処理方法 | |
SE452672B (sv) | Forfarande for jonbytesbehandling av porost silikatglas, enligt forfarandet framstellt porost glas samt anvendning av detsamma | |
JP6409235B2 (ja) | 液体放射性廃棄物の処理及びその再利用の方法 | |
JP5684102B2 (ja) | 放射性セシウム含有物質の処理方法及びその処理装置 | |
RU2664893C1 (ru) | Способ получения сорбирующего матричного материала на основе природного цеолита для иммобилизации радионуклидов | |
JP2016117592A (ja) | 磁化ゼオライト及びその製造方法並びにセシウムの選択特異的捕獲方法 | |
CN114746956A (zh) | 处理含氚的放射性废液的方法 | |
JPS6341439B2 (ru) | ||
JP2013174539A (ja) | 土壌の除染方法 | |
JP2014074694A (ja) | 放射性セシウム除去方法 | |
RU2624270C1 (ru) | Способ переработки отходов реакторного графита | |
Omerašević et al. | Removal of Cs ions from aqueous solutions by using matrices of natural clinoptilolite and its safe disposal | |
JP5946044B2 (ja) | 放射性物質汚染土壌の除染方法 | |
RU2189650C2 (ru) | Способ обезвреживания жидких радиоактивных отходов | |
CN108854939A (zh) | 一种改性河沙吸附剂的制备方法及其应用 | |
RU2388085C1 (ru) | Способ очистки песчаных грунтов от радионуклидов | |
RU2091874C1 (ru) | Способ обработки радиоактивных отходов | |
Iucolano et al. | Safe trapping of Cs in heat-treated zeolite matrices. Part 2 | |
JP6213710B2 (ja) | 有害物質で汚染された土壌及び排水の浄化方法 | |
JP5973932B2 (ja) | 生ゴミ及び下水汚泥焼却灰の処理方法及び処理プラント | |
Rashid et al. | Sorption of radiocesium from liquid radioactive waste on clay and immobilization by baking the clay at elevated temperature | |
Shcheklein et al. | Prospects of the application of curable decontamination solutions in problems of impact improving of nuclear power plants | |
JPH0727076B2 (ja) | 放射性使用済イオン交換樹脂の処理方法および設備 | |
RU2575044C1 (ru) | Композиционный гранулированный сорбент на основе силикатов кальция |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190823 |