способ очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения

Формула изобретения

1. Способ очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, включающий поглощение загрязнений сорбентами на основе железомарганцевых конкреций и последующее удаление отработанных сорбентов, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют измельченные и термически обработанные при 750-850^oС железомарганцевые конкреции, а удаление отработанного сорбента производят путем воздействия магнитным полем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходные железомарганцевые конкреции измельчают до крупности 0,1-3,0 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку железомарганцевых конкреций ведут в течение не менее 0,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки растворов с радиоактивным и токсичным загрязнением с помощью сорбентов и может быть использовано в процессе обработки жидких радиоактивных отходов и при очистке сточных промышленных вод.

Известные способы очистки загрязненных растворов, как правило, включают поглощение (сорбцию) радионуклидов, тяжелых металлов и (или) других токсических веществ (далее используется общий термин ТВ токсические вещества) и удаление отработанных сорбентов с их последующей изоляцией. В качестве сорбентов в известных способах традиционно используют целлюлозу, углеродные сорбенты, двуокись марганца и глины, а также их модификации или комбинированные составы, включающие, например, целлюлозу, уголь и глину либо другую комбинацию сорбентов.

Однако известные сорбенты не обладают рядом свойств, необходимых для эффективной обработки растворов, загрязненных ТВ. Так, отработанные сорбенты на основе целлюлозы и углей не могут быть подвергнуты термообработке с целью остеклования ТВ и их дальнейшего захоронения, а глины имеют недостаточную сорбционную емкость. Двуокись марганца используют в небольших количествах лишь для модификации сорбентов, что требует достаточно сложной и трудоемкой технологии. Кроме того, для ряда практических применений необходимо иметь магнитоуправляемые сорбенты.

Сравнительно новым направлением в разработке способов обработки растворов с ТВ является применение цеолитов и океанических железомарганцевых конкреций (ЖМК). Использование ЖМК-сорбентов и цеолитов позволяет осуществлять высокотемпературную обработку отработанных сорбентов в процессе остеклования с их последующей эффективной изоляцией (захоронением). Однако цеолиты имеют недостаточную сорбционную емкость для эффективной обработки ТВ и требуют модификации солями металлов. ЖМК-сорбенты позволяют повысить сорбционную емкость по отношению к радионуклидам и тяжелым металлам, однако при традиционной технологии применения они не являются магнитными [1,2]

Известный способ [2] очистки растворов от ТВ, принятый за прототип, включает поглощение ТВ сорбентами на основе ЖМК и последующее удаление отработанных сорбентов.

Однако способ-прототип, как и другие известные способы, не позволяет эффективно реализовать потенциально необходимые комплексные свойства сорбентов, включающие как высокую сорбционную способность в отношении ТВ (включая радионуклиды), так и достаточно высокую магнитную восприимчивость.

Сущность изобретения заключается в создании способа очистки растворов от ТВ, обеспечивающего совокупность эффективного поглощения ТВ сорбентом и возможность удаления отработанного сорбента магнитным полем с последующей термообработкой при остекловании.

Изобретение и его преимущества основаны на экспериментально установленных свойствах ЖМК, заключающихся в том, что при термообработке в определенном диапазоне температур ЖМК, обладая максимальной сорбционной емкостью, приобретают ярко выраженные магнитные свойства, что позволяет использовать их в качестве магнитоуправляемых высокоэффективных сорбентов.

Основной технический результат изобретения реализация при способе очистки растворов с ТВ совокупности высокой сорбционной способности сорбента с возможностью его магнитного управления и, как следствие, повышение степени очистки от загрязнения ТВ. При этом отработанные сорбенты могут быть остеклованы для последующей изоляции (захоронения) без разрушения и десорбций.

Технический результат достигается за счет того, что в способе очистки растворов, содержащих радиоактивные и токсичные загрязнения, включающем поглощение сорбентами на основе ЖМК и последующее удаление отработанных сорбентов, в качестве сорбента используют измельченные и термически обработанные при температуре 750-850^oC ЖМК, а удаление отработанного ЖМК-сорбента производят путем воздействия магнитным полем. При этом исходные ЖМК измельчают до крупности 0,1 3,0 мм, а термообработку ведут в течение не менее 0,5 часа.

Для приготовления сорбентов использовали ЖМК, химический состав которых приведен в таблице 1.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве сорбента использовали ЖМК первой пробы (табл. 1), измельченные до крупности 0,1 3,0 мм и прокаленные при температуре 800^oC в течение интервала времени 5 300 минут. Выход магнитной фракции с удельной магнитной восприимчивостью более 5010^-8 м³/кг, а также сорбционная емкость магнитной и немагнитной фракций приведены в табл. 2.

Полученный магнитный сорбент применяли для обработки растворов, загрязненных радионуклидами и(или) тяжелыми металлами.

Примеры 2-4. В качестве сорбентов использовали ЖМК 2-й, 3-й и 4-й проб (табл.1), приготовленные по технологии примера 1.

Характеристики сорбентов и степень очистки растворов от ТВ по примерам 1-4 в сравнении с прототипом приведены в табл.3.

Примеры 5-8. Сорбенты по примерам 1-4 и сорбент-прототип помещали в технологический раствор, содержащий естественные радионуклиды. После завершения сорбции сорбенты извлекали из раствора магнитным полем. Извлечение сорбентов магнитным полем составило соответственно пример 5 92% пример 6 - 94% пример 7 96% пример 8 97% прототип 4%

Примеры 9-12. Отработанные сорбенты по примерам 5-8 подвергались десорбции морской водой и 1 М раствором соляной кислоты. Значения десорбции радионуклидов из сорбентов представлены в табл.4.

Пример 13. Отработанные сорбенты по примерам 5-8 подвергали термообработке при 1200^oС в течение 4 часов. Сорбенты сплавлялись (спекались) по всему объему при отсутствии десорбции, при этом удельная магнитная восприимчивость сплавленной массы составляла 150 - 32010^-8 м³/кг.

Таким образом, как следует из таблиц 2-4, предложенный способ очистки растворов, содержащих ТВ, позволяет реализовать совокупность высокой сорбционной емкости сорбента с возможностью его магнитного управления. При этом удельная магнитная восприимчивость предложенных ЖМК-сорбентов в среднем в три раза (табл.3) выше соответствующих значений прототипа, сорбционная емкость в кислых средах выше, а десорбция отработанных ЖМК-сорбентов практически отсутствует, что позволяет достичь значительного технического результата при обработке жидких радиоактивных отходов и очистке сточных промышленных вод. ТТТ1 ТТТ2