Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов



Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов
Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов

 


Владельцы патента RU 2550343:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов и микроэлементов при переработке различных жидких и твердых объектов радиохимических производств. Заявленный способ включает контактирование с сорбентом на основе цианоферрата переходного металла, при этом контактирование осуществляют в среде суспензии, содержащей гуминовую кислоту в количестве 0,15-0,25 г/л по отношению к объему обрабатываемого раствора или 0,15-0,25 г/дм2 по отношению к поверхности обрабатываемого объекта, при соотношении Tсорб:Ж не менее 0,001 кг/л. Техническим результатом является возможность повышения степени очистки от радионуклидов и микроэлементов загрязненных объектов радиохимической промышленности. 1 табл.

 

Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов и микроэлементов при переработке различных жидких и твердых объектов радиохимических производств.

Известен способ извлечения радионуклидов из водных растворов в динамическом режиме с помощью композиционного неорганического сорбента, содержащего немагнитную фракцию продукта переработки металлургического шлака, имеющего следующий состав: силикат кальция Ca2SiO4; оксид железа-лития Li0,28Fe21/34O32; коэзит SiO2; железистый гроссуляр Ca3Al1,332Fe0,668Si3O12; рингвудит Fe2SiO4; алюмосиликат натрия Na14,88Al15,26Si32,74O96; при этом процесс осуществляют при начальном значении pH не менее 2 и конечном значении pH не более 14 (патент RU 2330340, МПК G21F 9/12, 2008 год).

Недостатками известного способа являются недостаточно высокая степень очистки от радионуклидов сбросных водных растворов радиохимических производств, а также недостаточно широкий спектр сорбируемых элементов.

Известен способ очистки от радионуклидов водной технологической среды атомных производств путем фильтрации воды через гранулированную загрузку ферроцианидсодержащего сорбента, содержащего 0,2-2 масс.% гидразина; 35-48 масс.% воды и 20-35 масс.% ферроцианида никеля состава Me(I)4-2x[NixFe(CN)6, где Me(I)-Li+, Na+, K+, NH4+ или их смесь; остальное - гидроксид циркония (патент RU 2399974, МПК G21F 9/12, 2010 год) (прототип).

К недостаткам известного способа относятся возможность его применения только для очистки радионуклидов цезия, а также недостаточно высокая степень очистки (1,9·104-5,8·105).

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ извлечения радионуклидов и микроэлементов как из жидких, так и из твердых объектов радиохимических производств, обеспечивающий широкий спектр извлекаемых элементов наряду с высокой степенью их извлечения.

Поставленная задача решена в способе извлечения радионуклидов и микроэлементов, включающем контактирование с сорбентом на основе цианоферрата переходного металла, в котором контактирование осуществляют в среде суспензии, содержащей гуминовую кислоту в количестве 0,15-0,25 г/л по отношению к объему обрабатываемого раствора или 0,15-0,25 г/дм2 по отношению к поверхности обрабатываемого объекта, при соотношении Tсорб:Ж не менее 0,001 кг/л.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ извлечения радионуклидов и микроэлементов из загрязненных твердых и жидких объектов радиохимических производств с использованием сорбента в среде суспензии, содержащей гуминовую кислоту в количестве 0,15-0,25 г/л, при соотношении Тсорб:Ж не менее 0,001 кг/л.

Проведенные авторами исследования позволили установить, что использование суспензии порошка цианоферрата переходного металла в растворе гуминовой кислоты приводит к одновременному сорбционному извлечению не только ионов цезия и стронция, но также дополнительно большого числа ионов других микроэлементов - часто находящихся в радиоактивных отходах в результате попадания туда продуктов деления и активации (Co, Mn, Fe, Zr, Nb, U, Th, Y, La, РЗМ).

В основе предлагаемого технического решения лежит обнаруженное авторами усиление сорбционной специфичности (сродства) цианоферратов переходных металлов к катионам s-, p-, d- и f-элементов на уровне микроконцентраций под действием гуминовой кислоты. Это объясняется тем, что в присутствии гуминовой кислоты коэффициент распределения Kd (мг/г) указанных микроэлементов по отношению к цианоферратам переходных металлов возрастает на 1-3 порядка по величине вследствие того, что микроэлементы сорбируются не в виде простых аква-ионов, а в виде комплексов с гуминовой кислотой. Причем сама гуминовая кислота практически не сорбируется цианоферратом переходного металла. Здесь проявляется особенность гуминовой кислоты как представителя природных органических многофункциональных соединений: являясь комплексообразователем для всех ионов химических элементов в водных растворах, гуминовая кислота тем не менее не подавляет (как большинство известных лигандов), а усиливает сорбционное сродство образуемых комплексов с цианоферратами.

Экспериментальным путем авторами установлены количественные пределы содержания гуминовой кислоты, обеспечивающие увеличение коэффициента распределения. Так, при снижении содержания гуминовой кислоты менее 0,15 г/л наблюдается снижение коэффициента распределения, что обусловлено подавлением комплексообразования микроэлементов с гуминовой кислотой и, как следствие, подавлением их сорбции. При повышении содержания гуминовой кислоты более 0,25 г/л также наблюдается снижение коэффициента распределения, что обусловлено образованием особопрочных комплексов микроэлементов с димерной формой гуминовой кислоты, что подавляет их сорбцию.

На фиг.1 отображена зависимость коэффициента распределения (Kd) при сорбции микроэлементов Mg, Al, Si, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Sr, Zr, Cs, Ce, Nd, Th, U из пробы речной воды Белоярского водохранилища (Свердловская область) порошком берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3 со средним размером частиц 200 мкм в зависимости от концентрации гуминовой кислоты в воде (pH=7,6; 23°C; масса сорбента - 0,20 г; объем раствора - 300 мл).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Готовят суспензию путем добавления в раствор гуминовой кислоты с концентрацией 0,15-0,25 г/л по отношению к объему обрабатываемого раствора или 0,15-0,25 г/дм2 по отношению к поверхности обрабатываемого объекта цианоферрата переходного металла в количестве, обеспечивающем соотношение Тсорб:Ж не менее 0,001 кг/л. Затем приводят в контакт с обрабатываемым объектом: выливают в обрабатываемый раствор или приводят в контакт с поверхностью обрабатываемого объекта. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в замкнутом объеме (статика сорбции в реакторе) или в проточной системе (динамика сорбции в фильтрационной колонке). В первом случае в реактор с очищаемым раствором вносят суспензию предлагаемого состава, после перемешивания дают выдержку для осаждения осадка, очищенный раствор с остатками гуминовой кислоты сливают для дальнейшей переработки или сброса в почву или речную систему. Осадок, сконцентрировавший целевые радионуклиды и микроэлементы, направляют на сушку и кондиционирование для последующего захоронения.

Во втором случае в трубопровод с очищаемым раствором подают суспензию, содержащую гуминовую кислоту и цианоферрат переходного металла. Раствор, перемешиваемый с суспензией, подают на вход колонки с фильтром из порошка того же самого цианоферрата переходного металла. В результате пропускания через фильтр раствора фильтрат с остатками гуминовой кислоты сливают для дальнейшей переработки или сброса в почву или речную систему. Осадок с фильтра колонки направляют на сушку и кондиционирование для последующего захоронения.

Предлагаемый способ может быть использован для десорбции радионуклидов и микроэлементов с поверхности твердых объектов, например, со стен реактора. В этом случае очищаемую поверхность приводят в контакт с суспензией, содержащей гуминовую кислоту и цианоферрат переходного металла. После обработки поверхности суспензию сливают и пропускают через колонку с фильтрующим дном. Фильтрат с остатками гуминовой кислоты сливают для дальнейшей переработки, сброса в почву или речную систему. Осадок, сконцентрировавший целевые радионуклиды и микроэлементы, направляют на сушку и кондиционирование для последующего захоронения.

Предлагаемый способ относится к "зеленой химии", поскольку гуминовые кислоты являются природно-совместимыми химическими веществами, способными к включению в естественные биохимические реакции в почвах и гидрологических системах. Именно поэтому фильтраты с остатками гуминовой кислоты можно перемещать непосредственно в окружающую среду, например, выливать в грунт или речную воду.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут пробу речной воды объемом 300 мл. Для контроля за содержанием ионов цезия вводят в пробу воды дополнительно раствор хлорида цезия в количестве, чтобы начальная концентрация цезия была 0,83 г/л. Затем готовят суспензию с использованием 45 мл раствора гуминовой кислоты, отобранного из подземной скважины №36 - РЭ г. Салехарда Тюменской области, с содержанием гуминовой кислоты 0,99 г/л. Разбавление этого объема в пробе соответствует концентрации 0,15 г/л гуминовой кислоты при добавлении раствора к пробе речной воды. В раствор гуминовой кислоты добавляют 0,20 г цианоферрата (II) железа (III), что соответствует отношению Тсорб:Ж=4,4:1 (кг/л). Суспензию добавляют к пробе речной воды и выдерживают до установления эмпирического равновесия при 22°C. Разделяют осадок и раствор фильтрацией через фильтр "синяя лента". После отделения осадка от раствора определяют концентрацию цезия и других элементов в осадке по анализу состава отделенного раствора методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе Elan 9000 (Perkin Elmer) в количественном режиме. По результатам измерений вычисляют коэффициент распределения Kd (мг/г), характеризующий сродство сорбента к ионам цезия и других элементов по формуле (1):

,

где Co и C - начальная и равновесная (после сорбции) концентрации микроэлементов в растворе; V - 300 мл, m - 0,200 г.

Пример 2. Берут пробу речной воды объемом 300 мл. Для контроля за содержанием ионов цезия вводят в пробу воды дополнительно раствор хлорида цезия в количестве, чтобы начальная концентрация цезия была 0,83 г/л. Затем готовят суспензию с использованием 75 мл раствора гуминовой кислоты, отобранного из подземной скважины №36 - РЭ г. Салехарда Тюменской области, с содержанием гуминовой кислоты 0,99 г/л. Вводят этот объем гуминовой кислоты в пробу речной воды, что соответствует концентрации 0,25 г/л гуминовой кислоты при добавлении раствора к пробе речной воды. В раствор гуминовой кислоты добавляют 0,20 г цианоферрата (II) железа (III), что соответствует отношению Tсорб:Ж=2,7:1 (кг/л). Суспензию добавляют к пробе речной воды и выдерживают до установления эмпирического равновесия при 22°C. Разделяют осадок и раствор фильтрацией через фильтр "синяя лента". После отделения осадка от раствора определяют концентрацию цезия и других элементов в осадке методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе Elan 9000 (Perkin Elmer) в количественном режиме. По результатам измерений вычисляют коэффициент распределения Kd (мг/г), характеризующий сродство сорбента к ионам цезия и других элементов по формуле (1):

,

где Co и C - начальная и равновесная (после сорбции) концентрации микроэлементов в растворе; V - 300 мл, m - 0,200 г.

В таблице представлены сравнительные коэффициенты распределения Kd, полученные при использовании предлагаемого способа и способа-прототипа.

Таблица
Элементы Kd (предлагаемый способ) Kd (способ- прототип) Kd (предлагаемый способ)
Kd(прототип) отн. едн.
Li 80 <1 >80
Be 4500 <1 >4500
Mg 2200 300 7
Al 11000 370 30
Si 2500 <1 >2500
Ca 2400 500 5
Sc 1900 <1 >1900
Ti 4000 <1 >4000
V 38000 <1 >38000
Cr 11000 <1 >11000
Mn 19000 7000 3
Co 4100 120 34
Ni 7700 100 77
Sr 4700 <60 >70
Y 4500 <1 >4500
Zr 5200 <1 >5200
Cs 4200000 5800000 0,7
Ba 29100 <10 >2900
Ce 30000 <10 >3000
Nd 30500 <10 >3000
Th 31000 <10 >3100
U 7700 1500 5

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно увеличить степень очистки от радионуклидов и микроэлементов загрязненные объекты радиохимической промышленности.

Способ извлечения радионуклидов и микроэлементов, включающий контактирование с сорбентом на основе цианоферрата переходного металла, отличающийся тем, что контактирование осуществляют в среде суспензии, содержащей гуминовую кислоту в количестве 0,15-0,25 г/л по отношению к объему обрабатываемого раствора или 0,15-0,25 г/дм2 по отношению к поверхности обрабатываемого объекта, при соотношении Tсорб:Ж не менее 0,001 кг/л.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам морской радиоэкологии и биогеохимии. Способ определения концентрации тория-234 в морских донных отложениях состоит в том, что в качестве трассера радиохимического выхода используют естественный долгоживущий α-излучающий изотоп 232Th, исходную активность которого определяют в части пробы по γ-излучению свинца-212 при соблюдении условия радиоактивного равновесия между Th и Pb, а другую часть пробы, отделив торий от сопутствующих элементов методом оксалатного осаждения, используют для жидкостно-сцинтилляционного (ЖС) спектрометрического анализа активности 234Th и 232Th по и β- и α-излучению, после чего рассчитывают радиохимический выход тория (R) и исходную концентрацию тория-234 (234Thисх, Бк/кг) по приведенным формулам.

Изобретение касается области радиационной экологии и биогеохимии и предназначено для концентрирования Th из морской воды и определения его содержания, которое может быть использовано для измерения скорости седиментационных процессов в морских водоемах.

Заявленное изобретение относится к системе для очистки потока отходов, преимущественно жидких или водных радиоактивных отходов, для их безопасной утилизации и превращения их в одну или две формы, включая водную форму для безопасного сброса в окружающую среду и отверждаемую форму для безопасной утилизации.

Изобретение относится к области переработки радиоактивных растворов. Состав экстракционно-хроматографического материала для селективного выделения U(VI), Th(IV), Np(IV) и Pu(IV) из азотнокислых растворов содержит три компонента.

Изобретение относится к области радиоаналитической химии и может быть использовано для контроля содержания радионуклидов в пресной и морской воде, в моче людей, пострадавших от радиационных инцидентов и в пробах различных технологических растворов.
Изобретение относится к технологии сорбционного извлечения радионуклидов цезия из водных растворов. Способ извлечения радионуклидов цезия включает фильтрацию водного раствора через селективный сорбент, представляющий собой ферроцианид железа-калия на носителе, десорбцию цезия из сорбента щелочным раствором, содержащим Трилон Б и оксалат калия.

Изобретение относится к сорбентам, полученным на основе микросфер зол-уноса тепловых электростанций, и может быть использовано для очистки жидких отходов от радионуклидов.
Изобретение относится к области аналитической радиохимии и обеспечения безопасности эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Контроль содержания урана в технологических средах ЯЭУ осуществляют следующим образом: отбирают пробу технологической среды, подщелачивают ее до рН 9-11 добавлением аммиака, фильтруют через ацетатцеллюлозную мембрану со свежеосажденной двуокисью марганца, растворяют мембрану с двуокисью марганца в соляной кислоте при кипении, восстанавлливают уран аскорбиновой кислотой и металлическим цинком до степени окисления IV, а затем определяют содержание урана в растворе фотометрическим методом с использованием арсеназо III в солянокислой среде.
Изобретение относится к удалению радионуклидов стронция, рубидия, цезия, урана и некоторых токсичных ионов металлов из водных потоков. Радионуклиды и токсичные ионы металлов удаляют из воды сорбентами, в качестве которых используется крошка опок диаметром от 20 до 50 мм.

Изобретение относится к способу дезактивации жидких радиоактивных отходов. Способ дезактивации жидких отходов, содержащих один или несколько предназначенных для удаления радиоактивных химических элементов, содержащий следующие стадии: - стадию введения в контакт в первом реакторе жидких отходов с твердыми частицами; - стадию отстаивания суспензии во втором реакторе, в результате чего получают твердую фазу и жидкую фазу; - стадию разделения указанной твердой фазы и указанной жидкой фазы, часть указанной твердой фазы, полученной после стадии отстаивания, повторно направляют в первый реактор для осуществления стадии введения в контакт.

Группа изобретений относится к сорбентам и их применению. Сорбент анионов сурьмы содержит частицы или гранулы оксида циркония и характеризуется коэффициентом распределения анионов сурьмы, по меньшей мере, 10000 мл/г при рН в диапазоне от 2 до 10, причем указанные частицы имеют средний размер от 10 нм до 100 мкм, для которых скорость потока составляет от 100 до 10000 объемов слоя в час и указанные гранулы имеют средний размер от 0,1 до 2 мм, для которых скорость потока составляет от 10 до 50 объемов слоя в час. Также предложен способ получения нового сорбента, а также способы удаления сурьмы и, возможно, технеция из водных растворов, в частности из жидких ядерных отходов. Достаточно высокий коэффициент распределения делает этот материал привлекательным для применения в промышленности. Способ получения прост и сорбент может быть получен из легкодоступных веществ при умеренных условиях. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль. Заявлен также способ дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, с применением указанных средств. Технический результат - заявленное вещество связывает радиоактивные элементы, снижает содержание их водорастворимых форм, продолжительно действует на структуру почв и урожайность, упрощает процесс дезактивации земель, зараженных радиоактивными элементами. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 табл., 6 пр.

Изобретение относится к способам очистки жидких радиоактивных отходов от комплексонов, представляющих собой органические соединения, содержащие атомы N, S и/или Р, способные к координации ионов металлов. В заявленном способе предусмотрена очистка жидких радиоактивных отходов от комплексонов путем их каталитического окисления пероксидом водорода при низких температурах (20-90°С) в присутствии гетерогенных катализаторов в виде порошка, гранул или нанесенного цеолита на пористые носители, на основе железосодержащих цеолитов. Техническим результатом является возможность очистки жидких радиоактивных отходов от комплексонов, таких как этилендиаминтетрауксусная, оксиэтилидендифосфоновая, нитрилтриметиленфосфоновая кислоты, цитраты, оксалаты, иминодиацетаты, нитрилтриацетаты со степенью превращения органического соединения до неорганических веществ в предлагаемом методе не менее 40%. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 пр., 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способам удаления радиоактивного иода, присутствующего в жидкости и/или твердом теле, образующегося в атомной электростанции или в установке для переработки отработанного ядерного топлива. Предложен способ удаления радиоактивного иода с помощью гидрофильной смолы, которая адсорбирует радиоактивный иод, где гидрофильная смола представляет собой по меньшей мере одну, выбранную из группы, состоящей из гидрофильной полиуретановой смолы, гидрофильной полимочевинной смолы и гидрофильной полиуретан-полимочевинной смолы, и имеет гидрофильный сегмент в количестве 30-80 % мас. и в главной цепи и/или боковой цепи своей структуры третичную аминогруппу в количестве 0,1-50 экв./кг. Предложены также варианты способа и варианты используемой в способе гидрофильной смолы. Технический результат - предложенный способ удаления радиоактивного иода является простым и недорогим, не требует источника энергии, такого как электричество, может захватывать и стабильно иммобилизировать удаленный радиоактивный иод в виде твердого вещества и соответственно уменьшать объем радиоактивных отходов. 6 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 15 табл., 9 пр.

Изобретение относится к технологии обработки ионообменной смолы. В заявленном изобретении отработанный катионит или смесь катионита и анионита дезактивируют раствором, содержащим ионы натрия в количестве 1-3М и щелочь, при одновременной очистке этого раствора от радионуклидов цезия с применением селективного, устойчивого в щелочных средах катионита на основе резорцинформальдегидной смолы. Техническим результатом является увеличение десорбции радионуклидов цезия с катионита, растворение глинистых отложений с высвобождением радионуклидов и существенным снижением объема радиоактивных отходов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 10 пр.

Изобретение относится к способу разложения щавелевой кислоты из азотнокислых маточных растворов на биметаллическом платино-рутениевом катализаторе. Процесс ведут в динамических условиях в сорбционной колонке, заполненной биметаллическим платино-рутениевым катализатором при соотношении платины к рутению (0,4-0,5):(0,6-0,5). При этом исходный раствор подают в колонку снизу вверх, разложение щавелевой кислоты проходит в колонке с выделением газообразных продуктов, а очищенный раствор свободно перетекает в приемную емкость. Предлагаемый способ позволяет повысить скорость разложения щавелевой кислоты и увеличить степень ее разложения в динамических условиях по сравнению со статическими условиями. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 4 пр.

Группа изобретений относится к удалению радиоактивного йода и цезия, содержащихся в жидком или твердом веществе. Способ удаления радиоактивного цезия заключается в обработке радиоактивной отработанной жидкости и/или твердого вещества с помощью гидрофильной смоляной композиции. Гидрофильная смоляная композиция содержит гидрофильную смолу и соединение ферроцианид металла, одну гидрофильную смолу, выбранную из группы, состоящей из гидрофильной полиуретановой смолы, гидрофильной полимочевинной смолы и гидрофильной полиуретан-полимочевинной смолы, каждая из которых имеет гидрофильный сегмент, соединение ферроцианид металла диспергировано в гидрофильной смоляной композиции в соотношении по меньшей мере от 1 до 200 массовых частей относительно 100 массовых частей гидрофильной смолы. Имеются также варианты осуществления способа. Группа изобретений позволяет захватывать и стабильно удерживать удаленные радиоактивные вещества в твердом теле. 11 н. и ф-лы, 11 з.п. ф-лы, 9 ил., 17 табл.

Группа изобретений относится к переработке израсходованных ядерных топлив. Отделяют америций от других металлических элементов, присутствующих в кислотной водной фазе или в органической фазе, путем образования комплекса америция с водорастворимым производным этилендиамина. Способ селективного извлечения америция из кислотной водной фазы, содержащей америций и другие металлические элементы, включает упомянутое отделение америция. Обеспечивается повышение эффективности отделения америция от других металлических элементов. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил., 8 табл., 3 пр.
Изобретение относится к способу удаления из теплоносителей ядерных энергетических установок (ЯЭУ) потенциально опасных веществ, в частности ртути. Способ удаления ртути из первого контура ЯЭУ с водным теплоносителем включает вывод из контура парогазовой смеси теплоносителя первого контура без расхолаживания реактора при температуре до 300°C с последующей очисткой теплоносителя от ртути на минеральном термостойком сорбенте, модифицированном серебром, без конденсации парогазовой смеси теплоносителя при температуре 200-300°C. Техническим результатом является повышение эффективности очистки теплоносителя и упрощение технологии удаления ртути.

Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов, а именно к способу извлечения микроконцентраций урана из водных растворов. Способ проводят путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество. При этом предварительно в очищаемый раствор вводят комплексон до достижения в воде его концентрации 0,15·10-3 - 0,3·10-3 моль/л при значениях рН от 6 до 8. Изобретение позволяет повысить динамическую обменную емкость (ДОЕ) сорбента по отношению к извлекаемому радионуклиду и увеличить скорость процесса сорбции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Наверх