Способ извлечения радионуклида стронция из водных растворов (варианты)
Использование: изобретение относится к сорбционным методам очистки растворов от радиоактивного стронция и может быть использовано для извлечения радионуклидов стронция из растворов с высоким содержанием солей жесткости и жидких радиоактивных отходов сложного химического состава. Сущность изобретения: способ заключается в совместном проведении процессов сорбции и соосаждения стронция на сорбционно-реагентном материале (СРМ). СРМ формируется непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы. Данное взаимодействие приводит к образованию нерастворимого сульфата бария в матрице сорбционно-реагентного материала. В качестве СРМ используют аморфный силикат бария, или аморфный титанат бария, или аморфный цирконат бария. Содержание бария в матрице указанных материалов составляет соответственно в г/г материала: 0,005-0,250; 0,005-0,300; 0,005-0,200. Используемые в способе сорбционно-реагентные материалы имеют объем пор от 0,50 до 0,400 см3/г материала и эффективные радиусы пор от 2 до 30 нм. Концентрация сульфат-ионов в очищаемом растворе составляет не менее 310-3 М/дм3. Технический результат: обеспечение высокого коэффициента очистки высокосоленых растворов от радионуклида стронция за счет достижения высоких коэффициентов селективности стронций-кальций и уменьшения влияния органических веществ на извлечение стронция. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 ил.
Изобретение относится к сорбционным методам очистки растворов от радиоактивного стронция и может быть использовано для извлечения радиоактивного стронция из растворов с высоким содержанием солей жесткости и жидких радиоактивных отходов (ЖРО) сложного химического состава.
Использование сорбционных процессов для извлечения радиоактивного стронция из растворов является достаточно технологичным с точки зрения возможности уменьшения объемов радиоактивных отходов, передаваемых на длительное захоронение, и повышения надежности их хранения. Вместе с тем, сорбционные технологии очистки ЖРО характеризуются существенным недостатком - сильной зависимостью эффективности извлечения радионуклидов от химического состава растворов. Эта зависимость связана главным образом с недостаточной селективностью используемых сорбентов по отношению к отдельным радионуклидам. В полной мере это относится и к стронцию-90, одному из важнейших долгоживущих радионуклидов. Известен способ очистки слабосолевых растворов типа морской воды от стронция и других радионуклидов (пат. РФ 2101234, опубл. 10.01.98 г.), включающий контактирование очищаемого раствора с неорганическим сорбентом на основе ферроцианида переходного металла, например меди или никеля, последующее введение химического реагента, осаждающего сульфат-ионы, в качестве которого используют хлорид бария, отделение радиоактивного осадка и его хранение. Мольное отношение бария и сульфат-иона составляет (1,0-1,1):1,0. В способе используют неорганический сорбент на основе ферроцианидов меди или никеля и пористого неорганического носителя марки НЖА или МЖА-М. Вместе с тем, реализуя данный способ, трудно получить высокие коэффициенты очистки от радионуклидов стронция, так как эффективность очистки в неподвижном слое сорбента значительно выше, чем при сорбции и соосаждении в емкостях, а также достигнуть высоких отношений очищаемых ЖРО к образующимся ТРО из-за большого объема осадка сульфата бария и низкой селективности соосаждения стронция на сульфате бария. Кроме того, описанный способ требует большего количества технологического оборудования, чем обычный способ очистки путем фильтрации через селективный сорбент, т.к. помимо блока сорбционной очистки требуются дополнительные технологические емкости для очистки растворов соосаждением. Известные к настоящему времени наиболее селективные сорбенты на основе силикотитанатов (типа IE-911, UOP, США) и диоксида марганца (типа ДМТ, Институт физической химии АН РФ) позволяют эффективно очищать растворы от стронция-90 только в случае невысокого содержания в них солей жесткости и отсутствия комплексообразователей (J. Lehto, R.Harjula Selective Separation of Radionuclides from Nuclear Waste Solutions with Inorganic Ion Exchangers. Radiochim. Acta v.86, pp.65-70, 1999). Наиболее близким к заявляемому является способ сорбционного извлечения стронция-90 из природных незасоленных вод, который может быть отнесен к так называемым сорбционно-реагентным методам (Рыженьков А.П., Егоров Ю.В. Сорбция стронция-90 из пресных вод в процессе сульфатного модифицирования манганита бария. Радиохимия, 1995, т. 37, вып.6, с. 549-553). Используемый в способе сорбционно-реагентный материал (СРМ) представляет собой тонкослойный неорганический сорбент - нанесенный на древесно-целлюлозный гранулированный носитель манганит бария с содержанием бария 0,120-0,180 г/г сорбента. Согласно данному способу в воду, подлежащую очистке, дополнительно вводят реагенты, содержащие сульфат-анионы, которые взаимодействуют с катионами бария сорбционно-реагентного материала с образованием нерастворимого сульфата бария. Такое взаимодействие сорбционно-реагентного материала с компонентами раствора, содержащего извлекаемое вещество, приводит к заметному повышению эффективности извлечения стронция за счет его дополнительного адсорбционного соосаждения на новой сорбционной сульфатной фазе. Оптимальная концентрация сульфата натрия в растворе составляет (5-10)х10-3 моль/дм3. Процесс осуществляют в статических условиях. Недостатками способа являются его низкая эффективность для очистки растворов с высоким содержанием солей жесткости по причинам невысокой селективности в системе стронций-кальций и чувствительности сорбента к содержанию органических веществ из-за восстановления манганитов бария. Задачей изобретения является обеспечение высокого коэффициента очистки высокосоленых растворов от радионуклида стронция за счет достижения высоких значений коэффициентов селективности стронций-кальций и уменьшения влияния органических веществ на извлечение стронция. Поставленная задача решается предлагаемым сорбционно-реагентным способом извлечения радионуклида стронция из водных растворов, реализуемым в трех вариантах. Способ извлечения радионуклида стронция из водных растворов сорбционно-реагентным методом по первому варианту заключается в совместном протекании процессов сорбции и соосаждения стронция на сорбционно-реагентном материале, получаемом непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы, в результате чего в матрице сорбционно-реагентного материала образуется нерастворимый сульфат бария, при этом сорбционно-реагентный материал представляет собой аморфный силикат бария, а содержание бария в матрице материала составляет от 0,005 до 0,250 г/г материала. Способ извлечения радионуклида стронция из водных растворов сорбционно-реагентным методом по второму варианту заключается в совместном протекании процессов сорбции и соосаждения стронция на сорбционно-реагентном материале, получаемом непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы, в результате чего в матрице сорбционно-реагентного материала образуется нерастворимый сульфат бария, при этом сорбционно-реагентный материал представляет собой аморфный титанат бария, а содержание бария в матрице материала составляет от 0,005 до 0,300 г/г материала. Способ извлечения радионуклида стронция из водных растворов сорбционно-реагентным методом по третьему варианту заключается в совместном протекании процессов сорбции и соосаждения стронция на сорбционно-реагентном материале, получаемом непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы, в результате чего в матрице сорбционно-реагентного материала образуется нерастворимый сульфат бария, при этом сорбционно-реагентный материал представляет собой аморфный цирконат бария, а содержание бария в матрице материала составляет от 0,005 до 0,200 г/г материала. Концентрация сульфат-ионов в растворе при осуществлении способа во всех вариантах составляет не менее 3



Формула изобретения
1. Способ извлечения радионуклида стронция из водных растворов сорбционно-реагентным методом, заключающийся в совместном протекании процессов сорбции и соосаждения стронция на сорбционно-реагентном материале, получаемом непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы, приводящего к образованию нерастворимого сульфата бария в матрице сорбционно-реагентного материала, отличающийся тем, что сорбционно-реагентный материал представляет собой аморфный силикат бария, а содержание бария в матрице материала составляет от 0,005 до 0,250 г на грамм материала. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционно-реагентный материал имеет объем пор от 0,050 до 0,400 см3/г материала. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционно-реагентный материал имеет эффективные радиусы пор от 2 до 30 нм. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация сульфат-ионов в растворе составляет не менее 3


РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6