UA65567C2

UA65567C2 - Спосіб капсулювання небезпечних відходів (варіанти)

Info

Publication number: UA65567C2
Application number: UA99116417A
Authority: UA
Inventors: Діно Рекікі
Original assignee: Доломатрікс Інтернешнл Лімітед
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2004-04-15
Also published as: PL337224A1; JP2001527465A; KR100560637B1; CA2291244C; AU7630898A; US6399848B1; CN1105693C; UA65567A; PL189796B1; KR20010013174A; WO1998054107A1; AU736813B2; JP4307566B2; CN1258269A; CA2291244A1

Abstract

Спосіб капсулювання небезпечних відходів, що містять важкі метали, такі як миш'як, ртуть, залишки нікелю та хрому, а також радіоактивні матеріали, полягає в додаванні небезпечних відходів до здатної тужавіти композиції, утворенні розчину та наданні розчину можливості затужавіти та капсулювати відходи. Здатна тужавіти композиція являє собою порошкоподібну сипучу цементну композицію, яка містить карбонат кальцію, каустичний оксид магнію та домішку, якою є органічна кислота, яку вибирають з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти та інших карбонових кислот. Випробування капсульованого матеріалу показують, що практично жоден з небезпечних відходів не вилуговується із затужавілої композиції, яка має вигляд бетону.

Description

Даний винахід стосується здатних тужавіти композицій, за допомогою яких можна капсулювати небезпечні відходи, л зокрема (хоча і не тільки) способу капсулювання небезпечних відходів, що включають важкі метали, наприклад миш'як, нікель, залишки хрому та ртуть, а також радіоактивні матеріали.

Миштяк та композиції, що містять миш'як, широко використовували в Австралії в розчинах для знищення паразитів овець та крупної рогатої худоби, а також в пестицидах. В Австралії та в інших країнах також широко застосовували ртуть та композиції, що містять ртуть. З поступовим припиненням використання сполук миш'яку та ртуті (через їх токсичність) залишились великі запаси відходів, що містять миш'якові та ртутні компоненти.

В Австралії та інших країнах використовують композиції, що містять органонікель і хром, та композиції, що містять нікель і хром. Такі сполуки застосовують в процесах металізації та анодування, в результаті яких утворюються досить концентровані залишки відпрацьованих нікелю та хрому, які зберігають в барабанах.

Залишки є небезпечними і токсичними і існують великі запаси відходів, що містять нікелеві і хромові компоненти.

Згадані вище небезпечні відходи і токсичні компоненти розміщують в барабанах, які мають обмежений термін служби. Компоненти в барабані перебувають, як правило, у вигляді забрудненої рідини або гущі, які майже неможливо надійно капсулювати. Гуща містить велику кількість забруднювачів, таких як іржа від барабана, сторонні частинки та різні рідини.

Радіоактивні матеріали та компоненти також являють собою небезпечні речовини. Крім використання як пального для ядерних реакторів їх використовують також в медицині та в промисловості. Наприклад, радіоіїзотопи використовують в медицині для діагностики та лікування багатьох захворювань. В деяких галузях промисловості, наприклад в гірничій, в деяких типах приладів для вимірювання, наприклад товщини матеріалів, використовують радіоактивний випромінювач. Однак існують певні проблеми, пов'язані з використанням радіоактивних матеріалів, і одна з них - знайти соціально та екологічно прийнятний спосіб розміщення радіоактивних відходів. Було висунуто багато пропозицій щодо пакування або капсулювання радіоактивних матеріалів, які потім можна безпечно захороните в ненаселених районах Землі.

Спроби капсулювати небезпечні відходи в бетоні не мали великого успіху, оскільки бетон і цемент за наявності забруднення добре не зв'язуються. Однак вироби з бетону та бетоноподібного матеріалу є ідеальними для капсулювання, оскільки бетон твердий, має довгий термін служби і його можна формувати перед тужавінням.

Даний винахід стосується способу, за яким небезпечні відходи або їх компоненти можна капсулювати, навіть якщо ці матеріали забруднені.

Першим аспектом винаходу є спосіб капсулювання небезпечних відходів або їх компонентів, який полягає в додаванні небезпечних відходів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, утворенні розчину та наданні суспензії можливості затужавіти (тут і далі мається на увазі розчин типу будівельного).

Іншим аспектом винаходу є спосіб капсулювання миш'якового компонента, вибраного з групи, що складається з миш'яку, миш'яковистокислого натрію, миш'яковистого ангідриду або миш'якового ангідриду.

Цей спосіб полягає в додаванні до миш'якового компонента сульфату, хлориду заліза та/або лужного агента та води для утворення розчину, змішуванні розчину зі здатною тужавіти композицією, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, та наданні композиції можливості затужавіти.

Виявлено, що при капсулюванні таким способом із затужавілої композиції вилуговується дуже мало миш'яку і вона виглядає як бетон.

Дійсно, швидкості вилуговування є нижчими за допустиму швидкість вилуговування миш'яку - 5,00 частин на мільйон. Краще, щоб сульфатом, який додають до суспензії, був сульфат алюмінію. Лужним агентом, якому віддається перевага, є карбонат, наприклад карбонат кальцію. Хлоридом заліза може виступати хлорид заліза(!).

Для здійснення способу компоненти можуть бути взяті в такому співвідношенні:

Миш'яковий компонент - 100 масових одиниць (наприклад, грамів);

Сульфат - 10-80 масових одиниць, краще приблизно 50 масових одиниць;

Лужний агент (наприклад, карбонат кальцію) - 10-80 масових одиниць;

Хлорид заліза!) (якщо є) - 5-50 масових одиниць.

Щоб утворити суспензію, можна додати 100-500 масових одиниць води на 100 масових одиниць миш'якового компонента.

Ще одним аспектом винаходу є спосіб капсулювання ртуті або її компонентів, який полягає в додаванні ртуті або її компонентів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, утворенні розчину і наданні розчину можливості затужавіти.

Виявлено, що при капсулюванні таким способом із затужавілої композиції вилуговується дуже мало ртуті і композиція виглядає як бетон. Дійсно, швидкості вилуговування є нижчими за допустиму швидкість вилуговування ртуті - 5,00 частин на мільйон.

Ртутні відходи, як правило, зберігають у вигляді гущі. Одним джерелом ртутних відходів є гуща з флокулятора або гуща з розсолу. Така гуща містить 100-200мг ртуті на кілограм гущі, а також воду, пил/грунт та інші забруднення, які роблять капсулювання в бетоні незадовільним.

Гуща, що містить ртуть 1000г;

Композиція, здатна тужавіти 1000г;

Вода 217Омл;

Домішки 100г.

Ще одним аспектом винаходу є спосіб капсулювання нікелю та хрому або їх компонентів, який полягає в додаванні нікелю та хрому або їх компонентів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, утворенні розчину і наданні розчину можливості затужавіти.

Виявлено, що при капсулюванні таким способом із затужавілої композиції вилуговується дуже мало нікелю та хрому і вона виглядає як бетон. Дійсно, швидкості вилуговування є нижчими за допустиму швидкість вилуговування нікелю та хрому - 0,2 частини на мільйон.

Нікелеві та хромові відходи, як правило, зберігають у вигляді насиченої рідини або гущі. Одним з джерел нікелевих та хромових відходів є промисловість, в якій застосовуються методи металізації та анодування.

Згадана рідина може містити 10-28000мг нікелю та 10-200000мг хрому на кілограм рідини, а також воду, пил/грунт та інші забруднення, що робить незадовільним капсулювання в бетоні. При необхідності можна застосувати наповнювач. Наповнювачем може бути зола, але передбачені й інші наповнювачі. Такий наповнювач може складати 10-9095 затужавілої композиції, краще 40-6095.

Для здійснення способу компоненти можуть бути взяті у такому співвідношенні:

Рідина, що містить нікель та хром 150мл;

Композиція, здатна тужавіти Зо0г;

Вода АООмл;

Домішки 100г.

Ще одним аспектом винаходу є спосіб капсулювання радіоактивних матеріалів, який полягає в додаванні радіоактивних матеріалів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, утворенні суспензії і наданні суспензії можливості затужавіти.

Виявлено, що при капсулюванні таким способом радіоактивний матеріал фактично зовсім не вилуговується із затужавілої композиції, яка має вигляд бетону. Більш того, рівні радіоактивності вилуженого матеріалу значно нижчі за рівень фонової радіації.

Спосіб капсулювання згідно з винаходом особливо підходить для радіоактивних матеріалів з низьким та середнім рівнями радіоактивності, наприклад монациту. Радіоактивний матеріал краще добавляти в композицію, здатну тужавіти, у вигляді порошку. Радіоактивний матеріал або його компоненти краще подрібнювати до розміру частинок 0,01мкм-5,0мм, ще краще 0,1їмкм-1,0мм.

У варіанті, якому віддається перевага, здатна тужавіти композиція додатково включає свинець або сполуку свинцю, наприклад оксид свинцю. Вважають, що свинець в такій композиції приймає участь у вбиранні радіації з радіоактивного матеріалу.

Радіоактивний матеріал 1о000г;

Композиція, здатна тужавіти 700-2200Гг;

Оксид свинцю 300-1500Гг;

Вода 500-900мл;

Домішки 250-375г.

Під терміном "каустичний оксид магнію" розуміють магнієву композицію, яка включає карбонат магнію та декарбонізований магній. Цей термін також охоплює карбонат магнію, який обробили, наприклад, нагріванням, щоб вивільнити діоксид вуглецю, утворюючи таким чином частково пропечену композицію. Точний склад такої композиції та каустичного оксиду магнію - невідомі, але цей термін буде застосовуватись, щоб визначати склад, отриманий в результаті нагрівання карбонату магнію, щоб частково декарбонізуватиїії його, зокрема в температурному діапазоні, що описується.

Композицію, що складається з карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, можна отримати в результаті обробки доломіту. Доломіт - це карбонат кальцію і магнію, що зустрічається у природі. Справжній доломіт включає 5495 карбонату кальцію та 4395 карбонату магнію. Природні доломіти містять різного виду забруднення, які можуть включати оксид алюмінію, залізо та двооксид кремнію.

Процентний вміст карбонату кальцію та карбонату магнію в доломітах може бути різним. Наприклад, доломіт, що містить 6595 карбонату кальцію та 3095 карбонату магнію, називають доломітом з низьким вмістом магнію. І навпаки, доломіт, що містить 60905 карбонату магнію та 3095 карбонату кальцію, називають доломітом з високим вмістом магнію

Виявлено, що нагрівання доломіту змушує діоксид вуглецю виділятися у вільному стані, і швидкість виділення діоксиду вуглецю можна контролювати і змінювати, щоб отримувати повністю або частково пропечені доломіти Якщо доломіт нагрівають до 15007С, весь карбонат виділяється у вигляді діоксиду вуглецю, а суміш оксиду кальцію та оксиду магнію залишається. Ці оксиди добре відомі і застосовуються у вогнетривких матеріалах, але вони не підходять для застосування в цементуючих матеріалах.

Якщо доломіт нагрівають до більш низької температури, не весь карбонат розкладається, щоб вивільнити діоксид вуглецю. Дійсно, помітили, що нагрівання можна регулювати так, що карбонат магнію виділяє діоксид вуглецю більшою мірою порівняно з карбонатом кальцію.

Таким чином, нагрівання в температурному діапазоні 5007-800"С призведе до вибіркового розкладу карбонату магнію.

Регулюючи вибірковий розклад, доломіт можна обробити так, щоб за його допомогою отримати здатну тужавіти композицію, яка включає каустичний оксид магнію.

Вибірковий розклад доломіту можна підсилити домішками, наприклад неорганічними солями. Прийнятною сіллю є сульфат металу, наприклад сульфат алюмінію або сульфат магнію, які можна додати в кількості 0,1- 595 перед нагріванням. Виявляється, що така сіль суттєво знижує температуру декарбонізації МоСОз без значного впливу на більш високу температуру декарбонізації СаСОз. Згадана сіль може підвищити різницеву температуру від 100"С до 200270.

Відповідно, каустичний оксид магнію містить 0,1-5095 діоксиду вуглецю, збереженого в карбонаті магнію, в кращому варіанті 23-2895.

Хоча молекулярну структуру важко уявити, вона може включати суміш карбонату кальцію, оксиду магнію та карбонату магнію. Кількість діоксиду вуглецю, збереженого в цій композиції впливає на різні характеристики, наприклад на твердість та швидкість тужавіння. 20-3095-ний вміст збереженого діоксиду вуглецю дає швидкість тужавіння, придатну для багатьох видів застосування. Збільшення кількості діоксиду вуглецю зменшує швидкість тужавіння, а зменшення кількості діоксиду вуглецю збільшує цю швидкість.

Згадану композицію також можна отримати штучно, змішуючи карбонат кальцію з наперед приготованим каустичним оксидом магнію. В цьому варіанті каустичний оксид магнію можна приготувати, нагріваючи його, щоб частково видалити діоксид вуглецю, доки не буде досягнутий необхідний рівень пропікання.

В ще одному варіанті природний доломіт можна нагріти описаним вище способом, щоб отримати композицію, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію і, якщо в природному доломіті недостатньо магнію (наприклад, якщо це доломіт з низьким вмістом магнію), можна додати до суміші додаткову кількість каустичного оксиду магнію.

Наприклад, руду доломіту з низьким вмістом магнію, яка містить 65905 карбонату кальцію та 3095 карбонату магнію, а також забруднення, можна пропусти так, що магній перетворюється на частково пропечений каустичний оксид магнію, але в якому 2-2095 спочатку вивільненого діоксиду знову в ньому утримується.

Завдяки можливості додавання каустичного оксиду магнію та карбонату кальцію та можливості змінювати суміш згаданих двох сполук можна отримувати композиції, які можна використовувати як цемент і які мають будь-які задані, наперед визначені масу або процентний вміст змішаних матеріалів.

Розмір частинок композиції при необхідності можна змінювати. Композицію з розміром частинок 50-70мкм, 9095 яких проходять через сито з розміром чарунки бОмкм, можна використовувати для багатьох цілей.

Композицію можна, при необхідності, подрібнити до заданого розміру частинок, і це можна зробити перед обробкою або після неї. Передбачені також й інші розміри частинок, наприклад 10-1000мкм.

Можна використати 10-9095 каустичного оксиду магнію та 90-1095 карбонату кальцію, при цьому перевага віддається суміші, яка містить 60-7095 каустичного оксиду магнію та 39-4095 карбонату кальцію.

Наприклад, одна тонна доломіту буде містити 650кг карбонату кальцію (СасСоОз) та ЗбОкг карбонату магнію (МоаСоОз), а також 595 домішок. Карбонат магнію буде містити 156:57кг СО». Якщо 9595 цього СО» видалити, втрати маси становитимуть 148:74кг. Маса пропеченого доломіту тепер буде становити 851:26кг і буде включати 650кг карбонату кальцію плюс 143:З3кг оксиду магнію та 50кг домішок. (650кг СаСоз/143:43

М9О7:8285кгі5Окг домішок-851:26)/

Приклад 1000кг доломіту-650кг СаСОз перед пропіканням З00кг МаСОзж5Окг домішок

Після пропікання-б5Окг СаСОз 151:258кг каустичного (МаО--7:80О2) я задана маса вибраного каустичного оксиду магнію - 5Окг домішок.

Цю композицію можна охарактеризувати як сухий дрібнозернистий порошок (аналогічний порошку портланд-цементу).

Ще одним джерелом такої композиції можуть бути пропечені магнезити та доломіти, що надходять безпосередньо від промисловості по переробці магнію. Вони являють собою переважно оксид магнію (як правило, більше 9095) з оксидом кальцію (3-1890) та містять малу кількість (0-595) діоксиду вуглецю. Такий промисловий тип каустичного оксиду магнію може містити навіть перепалений оксид кальцію або перепалений магній, але все ще є придатним для процесу капсулювання, хоча його спеціально не пропікають для капсулювання.

До такої композиції можна додавати різні домішки. Домішка або домішки можуть прискорювати утворення агентів, що сприяють міцному зв'язуванню, і можуть приймати участь в рекристалізації композиції, змушуючи її тужавіти. В процесі тужавіння матриця може схоплювати різні введені наповнювачі (які можуть включати органічні і неорганічні наповнювачі, тверді та рідкі наповнювачі, радіоактивні наповнювачі, токсичні наповнювачі тощо).

Однією з домішок може бути сульфат, який можна додавати в кількості 0,01-2095, краще 0,01-10965.

Відповідний сульфат може включати сірчану кислоту або сульфат металу, наприклад сульфат магнію або сульфат алюмінію.

Іншою бажаною домішкою є домішка, яка служить джерелом карбонізації в композиції і приймає участь в процесі тужавіння. Перевага віддається карбонату, який може розкладатися або вступати в реакцію і вивільняти діоксид вуглецю. Прийнятною домішкою може бути карбонат металу, наприклад карбонат натрію.

Інша прийнятна домішка може включати карбонову кислоту або багатоосновну карбонову кислоту, яка може вступати в реакцію та вивільняти діоксид вуглецю. Інша перевага використання карбонату натрію полягає в тому, що він буде карбонізувати будь-які повністю оксидовані наповнювачі, які можуть бути застосовані (наприклад, кам'яновугільна зола).

Інші домішки можуть включати лимону кислоту, оцтову кислоту, глікольову кислоту, щавлеву кислоту, інші двоосновні або багатоосновні карбонові кислоти або інші підкислюючі агенти. Можливі замінники лимонної кислоти включають винну кислоту, саліцилову кислоту, етилендіамінтетраоцтову Кислоту або інші чотириосновні кислоти. Такі домішки можна додавати в кількості 0,01-10956, краще 0,01-595. Якщо домішки (наприклад, лимонна кислота) тверді, їх відповідно наперед подрібнюють та перетворюють на порошок, щоб вони могли ефективно змішуватись із залишком композиції. Прийнятний розмір частинок становить менше 250 меш. Сульфатом алюмінію може бути комерційно доступний сульфат алюмінію з числом гідратації 14.

Звичайно, можна також використовувати більш або менш гідратовані сульфати алюмінію при відповідному регулюванні маси.

Інший підкислюючий агент може включати сірчану кислоту і його можна додавати до водяної суміші у кількості до 5мас.9о.

У варіанті, якому віддається перевага, згадані домішки включають сульфат алюмінію та лимонну кислоту (або еквівалентну кислоту, наприклад глікольову або оцтову). Додатково можна використати сіль, наприклад хлорид натрію.

Описані домішки можна наперед змішати та додати до композиції. Кількість попередньо змішаної суміші, яку додають, може мінятися, наприклад від 395 до 1095 або більше. Виявляється, що при використанні наповнювачів з малим розміром частинок (наприклад, менше 7Омкм), кількість попередньо змішаної суміші,

що додають, повинна бути більшою (приблизно 1095), тоді як наповнювачі з більшим розміром частинок дозволяють додавати меншу кількість попередньо змішаної суміші (наприклад, 3-79).

Якщо попередньо змішана суміш включає: а) сульфат алюмінію, б) органічну кислоту та в) сіль, краще, щоб кількість сульфату алюмінію становила 40-8095, органічної кислоти -10-6095 та солі - 1-2095.

Якщо не зв'язуватись теорією, інгредієнт "а)" (тобто сульфат алюмінію), очевидно, забезпечує швидке зміцнення затужавілої композиції і, можливо, приймає участь в утворенні бруситу (МО(ОН)») та гелеподібного полімеру гідроокису алюмінію, які обидва допомагають початковому зв'язуванню композиції. Можливо, також, що сульфат алюмінію забезпечує водонепроникність.

Інгредієнт "б)", наприклад, лимонна кислота, очевидно, бере участь в карбонізації МОО та МО(ОН)», щоб рекристалізувати композицію в затужавілий матеріал. Кислота, можливо, також діє як ліганд, щоб утворювати комплекси навколо наповнювачів (наприклад, іони металів), допомагаючи схопити їх матрицею, що тужавіє або вже затужавіла. Процес карбонізації може тривати довго, що може забезпечити довготривалу міцність затужавілому матеріалу. Інгредієнт "в)", тобто сіль, очевидно, бере участь в швидкому зміцненні композиції.

Варіанти здійснення даного винаходу далі будуть описані на прикладах.

Миш'як

Приклад 1

З 100г миш'яковистокислого натрію, 50г сульфату алюмінію, 20г хлориду заліза), 50г карбонату кальцію та Зб0омл води утворили розчин і дали йому постояти 10 хвилин, впродовж яких відбулося виділення металу та спостерігали утворення пластівців. Цей розчин додали до композиції, здатної тужавіти, яка містила 400г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, 400г наповнювача (золи, щоб вбирати надлишкову воду) і 160г суміші із 50г сульфату алюмінію, 100г лимонної кислоти та 10г кальцинованої соди. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію, яка б мала величину усадки 80- 120мм (тобто приблизно таку, яку має цементний розчин). Всю суміш розлили у форми і дали їй можливість затужавіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування миш'яку становить 2,1 частин на мільйон, це значно менше за допустиму межу - 5,0 частин на мільйон.

Приклад 2

З 100г миш'яку, 50г сульфату алюмінію, 20г хлориду заліза), 50г карбонату кальцію у вигляді порошків і

ЗбОмл утворили розчин і дали йому постояти 10 хвилин, впродовж яких відбулося виділення металу та спостерігали утворення пластівців. Цей розчин додали до композиції, здатної тужавіти, яка містила 400г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, 400г наповнювача (золи, щоб вбирати надлишкову воду) та 160г суміші із 50г сульфату алюмінію, 100г лимонної кислоти та 10г кальцинованої соди. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію, яка б мала величину осадки 80- 120мм (тобто приблизно таку, яку має цементний розчин). Всю суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування миш'яку становить 4,1 частин на мільйон, це значно менше за допустиму межу - 5,0 частин на мільйон.

Приклад З

З 100г миш'яковистого ангідриду, 50г сульфату алюмінію, 20г хлориду заліза(!), 50г карбонату кальцію та

ЗбОмл води утворили розчин і дали йому постояти 10 хвилин, впродовж яких відбулося виділення металу та спостерігали утворення пластівців. Цей розчин додали до композиції, здатної тужавіти, яка містила 400г карбонату кальцію і каустичного оксиду магнію, 400г наповнювача (золи, щоб вбирати надлишкову воду) та 160г суміші із 50г сульфату алюмінію, 100г лимонної кислоти та 10г кальцинованої соди. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію, яка б мала величину осадки 80- 120мм (тобто приблизно таку, яку має цементний розчин). Всю суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування миш'яку становить 4,1 частин на мільйон, це значно нижче за допустиму межу - 5,0 частин на мільйон.

Приклад 4

З 100г миш'якового ангідриду, 50г сульфату алюмінію, 20г хлориду заліза(І!), 50г карбонату кальцію та

ЗбОмл води утворили розчин і дали йому постояти 10 хвилин, впродовж яких відбулося виділення металу та спостерігали утворення пластівців. Цей розчин додали до композиції, здатної тужавіти, яка містила 400г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, 400г наповнювача (золи, щоб вбирати надлишкову воду) та 160г суміші із 50г сульфату алюмінію, 100г лимонної кислоти та 10г кальцинованої соди. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію, яка б мала величину осадки 80- 120мм (тобто приблизно таку, яку має цементний розчин). Всю суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування миш'яку становить 1,0 частину на мільйон, що значно менше за допустиму межу, 5,0 частин на мільйон.

Приклад 5

З 100г порошкоподібного миш'яку, 50г сульфату алюмінію, 20г карбонату кальцію та 150мл води утворили розчин і дали йому постояти 10 хвилин, впродовж яких відбулося виділення металу та спостерігали утворення пластівців. Цей розчин додали до композиції, здатної тужавіти, яка містила 200г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, 400г наповнювача (золи, щоб вбирати надлишкову воду) та 100г суміші із Зог сульфату алюмінію, бог лимонної кислоти та 10г кальцинованої соди. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію, яка б мала величину осадки 80-120мм (тобто приблизно таку, яку має цементний розчин). Всю суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування миш'яку становить 1,0 частину на мільйон, це значно менше за допустиму межу - 5,0 частин на мільйон.

Ртуть

Приклад 6

Ртуть, яка міститься у гущі, капсулюють таким способом. Один кілограм гущі містить 100-200 мг ртуті.

Гуща також містить 10-2995 карбонату кальцію, 1-995 гідроокису магнію, 10-2995 хлориду натрію, 1-995 грунту/пилу та 30-6095 води. Гуща - це відходи, утворені в результаті очистки розсолу. Ця гуща не має запаху, має коричневий колір, нерозчинна у воді. Водневий показник такої гущі становить 11,6, а питома маса - 1,29.

У змішувачі змішали кг гущі, 900г композиції, здатної тужавіти, 270г води, 50г сульфату алюмінію та 50г лимонної кислоти. При необхідності додавали воду, щоб утворити здатну формуватися композицію. Цю суміш розлили в форми і дали їй можливість затвердіти.

Аналіз швидкості вилуговування показав, що вилуговування ртуті становить менше ніж 0,01 частини на мільйон, це робить капсульовану композицію безпечною для зберігання навалом в необлицьованому сховищі.

Нікель і хром

Приклад 7 150мл нерозбавленого, повністю концентрованого залишку, який містить ЗбОмг/л хрому та 28000мг/л нікелю, 400мл води, 150г карбонату кальцію та 40г сульфату алюмінію змішали щоб утворити розчин. До цього розчину додали З00г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, б0г сульфату алюмінію, 3З4г лимонної кислоти, бг кальцинованої соди, їкг наповнювача (золи з електростанції) та додатково 50мл води. Густину суміші регулювали за допомогою води, утворюючи здатну формуватися композицію. Суміш розлили у форми і залишили тужавіти для визначення показника токсичності вилуговування. Після 30 днів випробувань швидкість вилуговування становила менше 0,2 частини на мільйон, що свідчило про те, що капсульований продукт придатний для зберігання у необлицьованому сховищі.

Приклад 8 150мл нерозбавленого, повністю концентрованого залишку, який містить З,їмг/л хрому та 110Омг/л нікелю, 400мл води, 150г карбонату кальцію та 40г сульфату алюмінію змішали для утворення розчину. До цього розчину додали З00г карбонату кальцію та каустичного оксиду магнію, бОг сульфату алюмінію, З4г лимонної кислоти та бг кальцинованої соди, 1їкг наповнювача (золи з електростанції) та додатково 50мл води.

Гущину суміші регулювали за допомогою води, утворюючи здатну формуватися композицію. Суміш розлили у форми та залишили тужавіти для визначення показника токсичності вилуговування. Після 30 днів випробувань швидкість вилуговування становила менше 0,2 частини на мільйон, що свідчило про те, що капсульований продукт придатний для зберігання в необлицьованому сховищі.

Радіоактивний монацит

Випробування проводили, використовуючи порошкоподібну пробу мінерального монациту. Монацит - це моноклінний фосфат рідкісноземельних елементів, що містять групи церію (Се, Іа, М, ТИ) РО», а також певну кількість урану і торію. Монацит відносно розповсюджений у морському піску і є одним з головних джерел рідкісноземельних мінералів і торію. Торій використовують як джерело радіоактивного випромінювання в наукових приладах. Рідкісноземельні сполуки використовують в різноманітних технологічних процесах, наприклад при виготовленні скла та деяких металів.

Аналіз монациту, використаного у випробуваннях, показав, що він містив 246 беккерелів на грам (Бк/г) торію-232 та 28Бк/г урану-238. Період піврозпаду торію, що містився в даному монациті, складає приблизно 4,5 мільярдів років (4,5х109). Розмір частинок монациту може бути від розміру пилинки (приблизно 0,1мкм) до частинок розміром приблизно 1,0мм, в ідеальному випадку. Включення свинцю, каустичний оксид магнію та карбонат кальцію були попередньо подрібнені до розміру частинок приблизно 110мкм, тобто 9095 їх пройшло через сито з чарунками розміром 150мкм.

Приклад 9

З00г монациту з радіоактивністю 246Бк/г торію та 28,1Бк/г урану, 400г каустичного оксиду магнію та суміш, що складається з 480г свинцевих хвостів та 320г карбонату кальцію добре змішали в сухому стані з 100г сульфату алюмінію та 25г лимонної кислоти. До цього добавили З00мл води, щоб утворити густу пасту, що швидко тужавіє. Густину суміші регулювали додаванням води, утворюючи здатну формуватися композицію.

Всю суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Визначили, що радіоактивність капсульованої монацитової суміші становила 44,60--0,20Бк/г торію та 5,06--0,21Бк/г урану.

Аналіз швидкості вилуговування (визначення показника токсичності вилуговування) проводили на 14-й день та на 28-й день, щоб визначити рівень вилуговування урану і торію. На 14-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила менш, ніж 0,05 мікрограмів на літр, а торію - 0,25 мікрограмів на літр. На 28-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила 0,05 мікрограмів на літр, а торію -0,45-0,50 мікрограмів на літр.

На 14-й та 28-й дні провели гамма-спектроскопію розчинів, які аналізували на токсичність вилуговування, щоб визначити рівні радіоактивності урану і торію. На 14-й день радіоактивність вилужнюваного урану була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 1 частини на мільйон, а радіоактивність торію становила 0,034-4--0,007Бк/г. На 28-й день радіоактивність урану, що вилуговувався, була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 1 частини на мільйон, і радіоактивність торію, що вилуговувався, була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 2 частин на мільйон.

Приклад 10 500г монациту з радіоактивністю 246Бк/г торію та 28,1Бк/г урану, 450г каустичного оксиду магнію та суміш, що складалася з 360г свинцевих хвостів та 240г карбонату кальцію добре змішали в сухому стані з 100г сульфату алюмінію та 25г лимонної кислоти. До цього добавили З1Омл води, щоб утворити густу пасту, що швидко тужавіє. Густину суміші регулювати додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію.

Суміш розлили в форми і дали їй можливість затужавіти.

Визначили, що радіоактивність капсульованої монацитової суміші становила 70,20-4--0,30Бк/г торію та 8,01--0,931Бк/г урану.

Аналіз швидкості вилуговування (визначення показника токсичності вилуговування) проводили на 14-й день та на 28-й день, щоб визначити рівень вилуговування урану і торію. На 14-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила менше, ніж 0,05 мікрограмів на літр, а торію - 0,15 мікрограмів на літр. На 28-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила 0,05 мікрограмів на літр, а торію -0,15-0,45 мікрограмів на літр.

На 14-й та 28-й дні провели гамма-спектроскопію розчинів для визначення токсичності вилуговування, щоб визначити рівні радіоактивності урану і торію. На 14-й день радіоактивність урану, що вилуговувався, була нижчою за рівні що піддаються визначенню, або становила менше 1 частини на мільйон, а радіоактивність торію була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 2 частин на мільйон. На 28-й день радіоактивність урану, що вилуговувався, була меншою за рівні, що піддаються вилуговуванню, або становила менше 1 частини на мільйон, а радіоактивність торію була 0,038---0,007Бк/г.

Приклад 11 800г монациту з радіоактивністю 246Бк/г торію та 28,1Бк/г урану, 400г каустичного оксиду магнію та суміш, що складалася з 3З00г свинцевих хвостів та 200г карбонату кальцію добре змішали в сухому стані з 100г сульфату алюмінію та 25г лимонної кислоти. До цього додали 400мл води, щоб утворити густу пасту, що швидко тужавіє. Густину суміші регулювали додаванням води, щоб утворити здатну формуватися композицію.

Суміш розлили в форми і дали їй можливість затвердіти.

Визначили, що радіоактивність капсульованої монацитової суміші становила 104,0-4--0,41Бк/г торію і 12,0ч- 0,42Бк/г урану.

Аналіз швидкості вилуговування (визначення показника токсичності вилуговування) проводили на 14-й день та на 28-й день, щоб визначити рівень вилуговування урану і торію. На 14-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила 0,05 мікрограмів на літр, а концентрація торію - 0,25 мікрограмів на літр. На 28-й день концентрація урану, що вилуговувався, становила 0,10 мікрограмів на літр і торію 1,10-1,40 мікрограмів на літр.

На 14-й та 28-й дні провели гамма-спектроскопію розчинів для визначення токсичності вилуговування, щоб визначити рівні радіоактивності урану і торію. На 14-й день радіоактивність урану, що вилуговувався, була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 1 частини на мільйон, і радіоактивність торію була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 2 частин на мільйон. На 28-й день радіоактивність урану, що вилуговувався, була нижчою за рівні, що піддаються визначенню, або становила менше 1 частини на мільйон, а радіоактивність торію становила 0,038--0,007Бк/г.

В кожному із згаданих вище прикладів 9-11 всі розчини для визначення токсичності вилуговування містили менше ніж 10 частин на мільйон торію і урану, що свідчило про успішне капсулювання радіоактивного матеріалу.

Claims

1. Спосіб капсулювання небезпечних відходів або їх компонентів, який включає: розміщення небезпечних відходів у здатній тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію, каустичний оксид магнію і домішку, якою є органічна кислота, вибрана з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти, щавлевої кислоти, інших двохосновних або багатоосновних карбонових кислот, винної кислоти, саліцилової кислоти, етилендіамінтетраоцтової кислоти і інших чотирьохосновних кислот, причому ця домішка здатна прискорювати утворення сильних в'яжучих агентів і сприяти рекристалізації композиції для її тужавіння, утворення розчину і надання йому можливості затужавіти для капсулювання небезпечних відходів або їх компонентів.

2. Спосіб за п. 1, в якому домішка складає 0,01-10 95 від маси композиції.

3. Спосіб за п. 2, в якому домішка приймає участь в карбонізації каустичного оксиду магнію для рекристалізації композиції в затужавілий матеріал.

4. Спосіб за п. 3, в якому домішка діє як ліганд для утворення навколо небезпечних відходів або їх компонентів комплексів, допомагаючи схоплювати їх матеріалом, що затужавів.

5. Спосіб за п. 1, в якому здатна тужавіти композиція додатково включає неорганічну сіль.

6. Спосіб за п. 5, в якому неорганічна сіль вибрана з групи солей металів, що включає сульфат алюмінію, сульфат магнію та хлорид натрію.

7. Спосіб за п. 6, в якому неорганічна сіль становить 0,1-5 95 від маси композиції.

8. Спосіб за п. 1, в якому небезпечні відходи або їх компоненти мають вигляд порошку з середнім розміром частинок 0,01-5,0 мм.

9. Спосіб за п. 8, в якому середній розмір частинок становить 0,1-1,0 мм.

10. Спосіб за п. 1, в якому каустичний оксид магнію здатної тужавіти композиції являє собою: а) магнієву композицію, яка включає карбонат магнію та декарбонізований магній; б) карбонат магнію, який термооброблений, щоб вивільнити діоксид вуглецю і таким чином утворити частково пропечену композицію; в) синтетичну суміш, отриману в результаті змішування карбонату кальцію з попередньо приготованим каустичним оксидом магнію, отриманим нагріванням карбонату магнію для часткового видалення діоксиду вуглецю до досягнення заданого рівня пропікання; або г) доломіт з низьким вмістом магнію, нагрітий з метою утворення композиції, яка включає карбонат кальцію та каустичний оксид магнію, і до якого додатково доданий каустичний оксид магнію.

11. Спосіб за п. 10, в якому каустичний оксид магнію містить 2-50 90 діоксиду вуглецю, що зберігся в карбонаті магнію.

12. Спосіб за п. 1, в якому здатна тужавіти композиція додатково містить сульфатну домішку, що складає 0,01-20 95 від маси композиції, причому сульфат вибрано з групи, що складається з сірчаної кислоти, сульфату металу, сульфату магнію і сульфату алюмінію.

13. Спосіб капсулювання миш'яку або його компонентів, який включає: додавання до миш'яку або до його компонентів сульфату, хлориду заліза та/"або лужного агента та води для утворення розчину, змішування розчину зі здатною тужавіти композицією, яка включає карбонат кальцію, каустичний оксид магнію і домішку, якою є органічна кислота, вибрана з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти, щавлевої кислоти, інших двохосновних або багатоосновних карбонових кислот, винної кислоти, саліцилової кислоти, етилендіамінтетраоцтової кислоти і інших чотирьохосновних кислот, причому ця домішка здатна прискорювати утворення сильних в'яжучих агентів і сприяти рекристалізації композиції для її тужавіння, і надання композиції можливості затужавіти для капсулювання миш'яку або його компонентів.

14. Спосіб за п. 13, в якому сульфатом, що додають до миш'яку або його компонентів, є сульфат алюмінію.

15. Спосіб за п. 13, в якому лужним агентом, що додають до миш'яку або його компонентів, є карбонат.

16. Спосіб за п. 15, в якому хлоридом заліза, що додають до миш'яку або його компонентів, є хлорид заліза (11).

17. Спосіб капсулювання ртуті або її компонентів, який включає: додавання ртуті або її компонентів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію, каустичний оксид магнію і домішку, якою є органічна кислота, вибрана з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти, щавлевої кислоти, інших двохосновних або багатоосновних карбонових кислот, винної кислоти, саліцилової кислоти, етилендіамінтетраоцтової кислоти і інших чотирьохосновних кислот, причому ця домішка здатна прискорювати утворення сильних в'яжучих агентів і сприяти рекристалізації композиції для її тужавіння, утворення розчину і надання композиції можливості затужавіти для капсулювання ртуті або її компонентів.

18. Спосіб капсулювання нікелю і хрому або їх компонентів, який включає: додавання нікелю і хрому або їх компонентів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію, каустичний оксид магнію і домішку, якою є органічна кислота, вибрана з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти, щавлевої кислоти, інших двохосновних або багатоосновних карбонових кислот, винної кислоти, саліцилової кислоти, етилендіамінтетраоцтової кислоти і інших чотирьохосновних кислот, причому ця домішка здатна прискорювати утворення сильних в'яжучих агентів і сприяти рекристалізації композиції для її тужавіння, утворення розчину і надання композиції можливості затужавіти для капсулювання нікелю і хрому або їх компонентів.

19. Спосіб капсулювання радіоактивних матеріалів, який включає: додавання радіоактивних матеріалів до здатної тужавіти композиції, яка включає карбонат кальцію, каустичний оксид магнію і домішку, якою є органічна кислота, вибрана з групи, що складається з лимонної кислоти, оцтової кислоти, гліколевої кислоти, щавлевої кислоти, інших двохосновних або багатоосновних карбонових кислот, винної кислоти,

саліцилової кислоти, етилендіамінтетраоцтової кислоти і інших чотирьохосновних кислот, причому ця домішка здатна прискорювати утворення сильних в'яжучих агентів і сприяти рекристалізації композиції для її тужавіння, утворення розчину і надання композиції можливості затужавіти для капсулювання радіоактивних матеріалів.

20. Спосіб за п. 19, в якому здатна тужавіти композиція додатково включає свинець або його сполуку.