Сорбент для извлечения радионуклидов

 

Сорбент для извлечения радионуклидов содержит синтетический цеолит NaX, KX, CaX, NaA, KA, CaA или Na-морденит (25-50 мас.%), неорганическое связующее - гипс, цемент, каолинитовую глину или кремнезоль (25-33 мас.%) и магнитоактивный компонент - карбонильное железо, сплав железа, молибдена и никеля или магнитный железняк (17-50 мас.%).

Изобретение относится к области сорбции, в частности, к сорбентам для извлечения радионуклидов из объектов в зоне радиоактивного заражения (почва, донные отложения и др.) Известен сорбент для извлечения радионуклидов, содержащий синтетический цеолит /1/.

Недостатком сорбента является трудность удаления его с поверхности объекта после окончания процесса обработки.

Задачей изобретения является облегчение удаления сорбента с поверхности обработанного им объекта.

Указанная задача решается сорбентом, содержащим синтетический цеолит NaX, KX, СaX, NaA, KA, CaA или Na-морденит, неорганическое связующее гипс, цемент, каолинитовую глину или кремнезоль и магнитоактивный компонент - карбонильное железо, сплав железа, молибдена и никеля или магнитный железняк при следующем соотношении компонентов, мас. синтетический цеолит NaX, KX, CaX, NaA, KA, CaA или Na-морденит 25-50; неорганическое связующее гипс, цемент, каолинитовая глина или кремнезоль 25-33; магнитоактивный компонент - карбонильное железо, сплав железа, молибдена и никеля или магнитный железняк 17-50.

В качестве основы композиции использовали синтетические цеолиты, содержащие катионы щелочных или щелочноземельных металлов (натрия, калия или кальция). Применяемые синтетические цеолиты выпускаются промышленностью по ТУ38-10268-85 и представляют собой алюмосиликаты, со строго заданной структурой, в состав которых входит окись кремния, окись алюминия и катионы щелочных металлов. Данные цеолиты предназначаются для применения в реакциях изомеризации, трансалкирования и диспропорционирования ароматических углеводородов, для сушки, очистки и разделения кислых, газообразных и жидких сред, а также в вакуумной и криогенной технике для создания и поддержания глубокого вакуума адсорбционно-криогенным методом и в процессах селективного гидрокрегинга бензиновых фракций в качестве катализатора. Применение других цеолитов, как например, эрионита, пентасила, не привело к желаемым результатам: механическая прочность не превышала 0,4 кг/мм², водостойкость 82% Как нами экспериментально установлено, вышеназванные синтетические цеолиты обладают достаточными сорбционными свойствами и могут быть использованы для извлечения радионуклидов стронция и цезия. Так, сорбционная емкость цеолита NaX составляет 0,37 мг.экв/г. Однако данные цеолиты не обладают магнитными свойствами и удаление их после взаимодействия с объектом крайне затруднено.

Для придания сорбенту магнитных свойств с целью осуществления его последующего удаления с обработанной поверхности к цеолиту добавлен магнитоактивный компонент, в качестве которого использовали железосодержащее соединение, а именно, карбонильное железо Р-10, выпускаемое в промышленности по ТУ 6-09-300-78 или сплав железо-молибден-никель марки П 250 ТУ 8-15-360-87, или окисел железа магнитный железняк, представляющий собой смесь окиси железа Fe₂O₃ ТУ 6095346 и записи железа FeO ТУ 60914-04-71.

Как показали результаты проведенных экспериментов, добавление именно этих соединений позволило придать сорбенту магнитные свойства. При добавлении других железосодержащих соединений и солей железа (FeCl₃, FeBr₂, Fe₂/SO₄/₃) магнитные свойства сорбента оказались недостаточными, а сорбционная способность ухудшилась.

В качестве неорганического связующего в композиции предлагаемого сорбента использовали: гипс ГОСТ 125-57 с 1 или цемент ПЦ-400 ГОСТ 101 78-85, или глину каолинитовую ГОСТ 39-202-86, или кремнезоль ТУ 38.102188 марки СН-2.

Как показали проведенные эксперименты, применение других веществ в качестве связующих, например, магнезиала вяжущего ГОСТ 1216-41, не дало положительных результатов.

Именно данные вещества позволили создать сорбент, обладающий стабильными механической прочностью и водостойкостью при нахождении во влажной среде.

Сорбент готовили путем смешения компонентов в смесителе при температуре окружающей среды до получения однородной массы. Затем небольшими порциями добавляли воду до получения пастообразной массы, подвергали ее пластификации и формовали на шнековом грануляторе с матрицей диаметром 1-3 мм.

Гранулы подсушивали при температуре 100-120^oC, прокаливали при 530^oC в течение 4 часов.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения при получении композиций предлагаемого сорбента.

Пример 1. Взяли 50 г сухого цеолита NaX-1001, 33 г цемента (марки 100) и 17 г карбонильного железа. Компоненты тщательно перемешали в смесителе СМ-30 до получения однородной массы. Затем добавили воду до получения пастообразной массы, пластифицировали и гранулировали на шнековом грануляторе. Гранулы выдерживали во влажном состоянии в течение 4-5 суток.По окончании этой операции гранулы промывали и высушивали при температуре 120-150^oC в течение 5-10 час.

Получили сорбент следующего состава, мас.

цеолит 50 цемент 33 карбонильное железо 17 Характеристика сорбента.

Размер гранул 2 мм Общая объемная емкость* по Sr²⁺ Удельная емкость** по Sr²⁺ Магнитная активность*** Ma 1,3 м/с²
Коэффициент десорбции**** =0,22
Механическая прочность начальная***** P_н 1,5 кг/мм²
Механическая прочность после нахождения в течение 2-х суток на влажной почве P₁ 1,5 кг/мм²
Механическая прочность после нахождения в течение 10 суток на влажной почве P₂ 1,5 кг/мм²
Водостойкость****** B_н 99,5%
Водостойкость после нахождения в течение 2-х суток на влажной почве B₁ 99,5%
Водостойкость после нахождения в течение 10 суток на влажной почве В₂ 99,5%
*Общая объемная емкость по стронцию А в мгэкв/г сорбента определялась по количеству стронция, сорбированного из раствора 0,01 N NaCl в течение двух суток и вычислялась по формуле:

где С_Sr0 исходная концентрация раствора стронция, равная 0,01 N (0,01 N SrCl₂;
C_{Sr ост} остаточная концентрация стронция в растворе;
m_c масса сорбента, г.

**Удельная объемная емкость по рассчитывалась по формуле:

где m_к масса цеолита в сорбенте.

***Магнитная активность (Ма) характеризуется ускорением а м/с² в магнитном поле 10 эрст и определялась по градуировочным кривым в координатах а (m/c²) n (n состав композиции сорбента).

****Коэффициент десорбции отношение количества стронция, извлеченного из сорбента, при обработке его растворами с рН 1-6 к первоначальному количеству стронция.

*****Механическая прочность сорбента в кг/мм² определялась на приборе ПР-1 с помощью набора гирь, как средняя величина из 20 однородных гранул.

****** Водостойкость устойчивость цеолита к воздействию на него воды - определялась по формуле:

где B массовая доля водостойкости,
c₁ навеска цеолита в дегидратированном состоянии, г;
с₂ вес крошки после прокалки при 800^oC, г.

Пример 2. Взяли 48 г сухого цеолита СаХ 1001, 26 г гипса, 26 г карбонильного железа, далее по примеру 1. Получили сорбент следующего состава, мас.

цеолит СаХ 48
гипс 26
карбонильное железо 26
Характеристика сорбента.

d 2,3 мм


Ма 1,2 м/с²
0,20
Р_н 1,4 кг/см²
Р₁ 1,4 кг/см²
В₁ 99,3%
В₂ 99,3%
Пример 3. Взяли 25 г сухого цеолита КА 997, 25 г глины каолинитовой, 50 г карбонильного железа, далее по примеру 1, за исключением режима сушки. Режим сушки: t 550^oC, t 2 час.

Получили сорбент следующего состава, мас.

цеолит КА 25
глина каолитовая 25
карбонильное железо 50
Характеристика сорбента.

d 2 мм


Ma 2 м/с²
0,13
P_н 1,35 кг/мм²
Р₁ 1,35 кг/мм²
P₂ 1,35 кг/мм²
В₁ 99,8%
В₂ 99,8%
Пример 4. Взяли 34 г сухого цеолита NaM-872, 32 г кремнезоля, 34 г сплава железо-молибден-никель, далее по примеру 1. Получили сорбент следующего состава, мас.

NaM-872 34
кремнезоль 32
сплав железо-молибден-никель 34
Характеристика сорбента.

d 2 мм


Ma 2,3 м/с²
0,14
Р_н 1,45 кг/мм²
Р₁ 1,45 кг/мм²
Р₂ 1,45 кг/мм²
В_н 99,8%
B₁ 99,8%
B₂ 99,8%
Пример 5. Взяли 50 г сухого цеолита КХ-1001, 33 г цемента (марки 100) и 17 г магнитного железняка, далее по примеру 1. Получили сорбент следующего состава, мас.

цеолит КХ-1001 50
цемент 33
магнитный железняк 17
Характеристика сорбента.

Размер гранул 2 мм


Ма 1,3 м/с²
0,22
Р 1,5 кг/мм²
Р₁ 1,5 кг/мм²
В_н 99,5%
B₁ 99,5%
B₂ 99,5%
Проведенные эксперименты показали, что выбранные соотношения компонентов обеспечивают оптимальные свойства композиций сорбентов. Цеолит содержится в композиции в количестве от 25 до 50 мас. Именно в этом интервале наблюдается оптимальная величина общей объемной емкости сорбента. Неорганическое связующее содержится в композиции от 25 до 33 мас. Уменьшение количества неорганического связующего приводит к уменьшению прочности сорбента, увеличение его содержания более 33% к снижению сорбционных свойств.

Магнитоактивный компонент содержится в композиции сорбента в интервале от 17 до 50 мас. Содержание магнитоактивного компонента менее 17 мас. приводит к уменьшению магнитной активности сорбента, а более 50 мас. нецелесообразно, так как не вызывает дальнейшего роста его магнитных свойств.

Формула изобретения

Сорбент для извлечения радионуклидов, содержащий синтетический цеолит, отличающийся тем, что он содержит синтетический цеолит NaX, КХ, СaX, NaA, КА, СаА или Na-морденит и дополнительно содержит неорганическое связующее гипс, цемент, каолинитовую глину или кремнезоль и магнитоактивный компонент
карбонильное железо, сплав железа, молибдена и никеля или магнитный железняк при следующем соотношении компонентов, мас.

Cинтетический цеолит NaX, КХ, СaX, NaA, КА, СаА или Na-морденит 25-50
Неорганическое связующее гипс, цемент, каолинитовая глина или кремнезоль 25-33
Магнитоактивный компонент карбонильное железо, сплав железа, молибдена и никеля или магнитный железняк 17-50