способ получения сорбента для очистки воды от радиоактивного стронция

Формула изобретения

Способ получения сорбента для очистки воды от радионуклидов стронция, включающий обжиг гранул кембрийской глины при 750-850°С, отличающийся тем, что после обжига глину сначала обрабатывают раствором соли железа до насыщения, промывают водой, затем обрабатывают раствором солей ортофосфорной кислоты до насыщения с образованием на поверхности глины слоя фосфата железа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения сорбентов для очистки радиоактивно загрязненных вод.

Простейшим методом очистки воды от радионуклидов является использование природных селективных алюмосиликатных сорбентов на основе различных глин, наиболее эффективными из которых являются бентониты [Султанов А.С., Радюк Р.И., Ташбулатов Дж. и др. Очистка слабоактивных вод от долгоживущих изотопов природными сорбентами // Радиохимия, 1976, т.18, № 4, с.672-675]. Известно также использование для очистки воды легкоплавкой кембрийской глины Ленинградской области, которая по сорбции радионуклидов даже превосходит бентониты [Доильницын В.А., Климов Н.И., Епимахов В.Н. и др. Экспериментальное изучение удержания радионуклидов материалами на основе природного сырья Ленобласти и продуктов его переработки. // Сборник IV Междунар. конгр. «Неделя химических технологий в Санкт-Петербурге», СПб, 2003, с.46].

Недостатком способа с использованием для очистки воды природных глин является способность сырых глин разбухать в воде, что делает их пластичными и непригодными для использования в динамической фильтрации и ограничивает их применение коагуляционной (статической) очисткой.

Известен способ получения сорбента для очистки воды от радионуклидов на основе кембрийской глины, предварительно высушенной при 100-120°С и обожженной при быстром подъеме температуры до 750-850°С (предпочтительно 800°С). Такая термическая обработка обеспечивает потерю набухаемости и пластичности кембрийской глины при сохранении сорбционных свойств обожженных продуктов. Обожженный продукт измельчают до необходимой крупности и используют для сорбционной очистки воды как в статических, так и в динамических условиях [Патент РФ № 2082235, Бюл. № 17, 1997].

Основным недостатком данного способа является его низкая эффективность по очистке от радиостронция.

Известен способ получения сорбента для очистки воды от радионуклидов на основе дробленой или гранулированной кембрийской глины, обработанной доломитом (карбонатом магния) и фосфорсодержащим ингредиентом (например, фосфатной солью), а затем высушенной при медленном нагреве до 180-400°С с последующим быстрым нагревом до 750-850°С и получением смеси обожженной глины с фосфатом магния [Патент РФ № 2146403, Бюл. № 7, 2000]. Данный способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Основным недостатком данного способа является сложность приготовления многокомпонентного сорбента и его недостаточная эффективность по очистке от радиостронция.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в упрощении технологии приготовления сорбента и повышении эффективности удаления радиостронция при использовании сорбентов на основе обожженной кембрийской глины, содержащей фосфатные соли.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии приготовления сорбента и повышение его сорбционной способности.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения сорбента для очистки воды от радионуклидов стронция, включающем обжиг гранул кембрийской глины при температуре 750-850°С, согласно изобретению после обжига глину сначала обрабатывают раствором соли железа до насыщения, промывают водой, затем обрабатывают раствором солей ортофосфорной кислоты до насыщения, с образованием на поверхности глины слоя фосфата железа.

Способ осуществляется следующим образом.

Измельченную влажную кембрийскую глину формуют в гранулы необходимых размеров (предпочтительно 1-4 мм). Полученные гранулы высушивают при медленном подъеме температуры до 100-120°С для предотвращения появления трещин, а затем обжигают при быстром подъеме температуры до 750-850°С для полной дегидратации и получения максимальной пористости с последующим медленным охлаждением. При этом кембрийская глина утрачивает набухаемость и пластичность при сохранении сорбционных свойств. Гранулы обожженной кембрийской глины обрабатывают раствором солей железа (например, FeCl₃) до насыщения, отмывают дистиллированной водой, а затем обрабатывают раствором солей фосфатов (например, Na₃PO₄) до насыщения, отмывают дистиллированной водой и просушивают при температуре до 100-120°С. Полученные при этом гранулы, активированные с поверхности слоем фосфата железа (FePO₄), используют для сорбции радиоцезия из радиоактивно загрязненных вод.

По сравнению с известными способами очистки воды от радиостронция с использованием в качестве сорбента обожженной кембрийской глины с минеральными добавками использование сорбента, полученного путем последовательной обработки обожженной глины растворами солей железа и фосфатов, обеспечивает более эффективную сорбцию радиостронция, что не следует явным образом из уровня техники, так как фосфат магния в способе-прототипе менее растворим, чем фосфат железа, и, следовательно, заявляемый способ соответствует критерию изобретательского уровня.

Характеризующие сорбционную способность равновесные коэффициенты распределения радионуклидов между раствором и сорбентом [Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений - М., Атомиздат, 1974, с.206-207] определяются по формуле:

K_d=[(А_исх-А_ост)/А _ост]·V/m,

где А_исх - активность пробы, Бк; А_ост - активность пробы после сорбции, Бк; V - объем воды, мл; m - масса сорбента, г.

Примеры конкретного исполнения

Пример 1. (Аналог) В 40 мл пресной воды (солесодержание гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов около 300 мг/л), загрязненной стронцием-90 до удельной активности 3,7·10⁵ Бк/кг, добавляли 1 г дробленой (размеры частиц около 2 мм) кембрийской глины (Чекаловское месторождение Ленинградской области), предварительно высушенной при температуре 120°С и обожженной с быстрым подъемом температуры до 800°С и медленным охлаждением. После выдержки в течение суток коэффициент распределения радистронция между раствором и сорбентом составил 31.

Пример 2. (Прототип) Отличается от примера 1 тем, что измельченную влажную глину обрабатывали измельченным доломитом и Na₃PO₄ в массовом соотношении 1:0,1:0,1 до получения однородной пластичной массы, которую формовали методом прессования в гранулы размером 2 мм и сначала высушивали при медленном нагреве до 180°С, а затем обжигали при быстром нагреве до 800°С. Коэффициент распределения радистронция между раствором и сорбентом составил 540.

Пример 3. (Заявляемый) Отличается от примера 1 тем, что обожженную глину при температуре 800°С обрабатывали раствором FeCl ₃ до насыщения, отмывали дистиллированной водой, а затем обрабатывали раствором Na₃PO₄ до насыщения, отмывали дистиллированной водой и просушивали при температуре до 120°С. Коэффициент распределения радистронция между раствором и сорбентом составил 1940.

Таким образом, последовательная обработка обожженной кембрийской глины растворами солей железа и фосфатов обеспечивает повышение сорбционной способности сорбентов по радиостронцию по сравнению со способом-аналогом более чем в 60 раза, а по сравнению с совместным обжигом глины с доломитом и фосфатами (способом-прототипом) - почти в 4 раза.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает упрощение приготовления сорбента, так как обжигу подлежит чистая кембрийская глина без минеральных добавок, а реагентная обработка проводится водными растворами. Повышение сорбционной способности по радиоактивному стронцию сокращает объем отработанного радиоактивного сорбента, поступающего на захоронение.

Кембрийские глины имеют практически неограниченные залежи в Ленинградской области и являются дешевым промышленным сырьем, поставляемым в виде глинопорошка грубого (до 5 мм) помола (ТУ 751003-03987647-98) для строительных целей. Оборудование для формования и обжига глины широко применяется в производстве керамических материалов. Соли железа и фосфатов для химических нужд выпускаются в промышленных масштабах. Таким образом, предлагаемый способ является промышленно применимым.