Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОСТРОНЦИЯ

Изобретение относится к области сорбционной очистки вод от радиоактивных загрязнений.

Простейшим методом очистки вод от радиоактивных загрязнений является использование природных минеральных сорбентов, большинство из которых имеет силикатную структуру [1]. Причем экономически наиболее оправданным является использование для очистки вод в регионах минералов местных месторождений.

Так известен способ очистки вод от радиоактивных загрязнений с использованием в качестве сорбента кембрийской глины Ленинградской области. Так как глина в воде разбухает, то для использования ее в сорбционных колоннах, через которые пропускается очищаемая вода, глину подвергают термообработке при температуре 750-850°С. Причем в случае обжига при температуре более 900°С сорбционная способность глины значительно снижается [2].

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

Известен способ очистки от радиостронция на кембрийской глине, обожженной при 750-850°С, в смеси с доломитом и фосфорсодержащим ингредиентом [3].

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

Известен способ очистки воды от радиостронция на известняковых породах, например кальците (СаСО₃) [4].

Основным недостатком данного способа является то, что высокая эффективность по очистке от радиостронция в этом случае достигается только при содержании в очищаемых водах анионов, образующих со стронцием новую кристаллическую поверхность (например, РО₄ ^3-), что в природных водах практически не встречается.

Известен также способ очистки от радиостронция на доломитовых породах, (MgCO₃·СаСО₃). Значительную роль в сорбции на доломитовых породах играют и силикатные (глинистые) примеси, обеспечивающие очистку и от радиоцезия. Причем для повышения эффективности очистки от стронция проводят обжиг доломита до температуры 720-750°С, тогда как обжиг при температуре более 1000°С эту эффективность снижает [5].

Основным недостатком данного способа является то, что в отсутствии в воде анионов, образующих труднорастворимые соединения с Mg²⁺ и Са²⁺ (например, РО₄ ^3-), эффективность очистки от радиостронция не очень высока.

Известен также способ очистки от радионуклидов с использованием природного алюминиевого минерала - гиббсита (Al(ОН)₃), являющегося основой бокситовых пород. Для повышения сорбционной способности бокситов по радиостронцию рекомендуют проводить его обработку при температуре выше 150°С [5]. Данный способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Основным недостатком данного способа является то, что в отсутствии в воде анионов, образующих труднорастворимые соединения с Mg²⁺ и Са²⁺ (например, PO₄ ^3-), эффективность очистки от радиостронция не очень высока. Кроме того, при использовании исходной бокситовой руды эффективность очистки во многом зависит от количества в ней примесей известняков и доломитов.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в создании эффективного способа очистки воды от радиостронция, позволяющего значительно сократить объем отработанных сорбентов, подлежащих захоронению.

Техническим результатом использования способа является повышение эффективности удаления радиостронция при использовании исходной бокситовой руды без снижения эффективности очистки от радиоцезия.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки воды от радиостронция, включающем обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO₃·MgCO₃) и натриевой содой (Na₂СО₃) при температуре не ниже 1200°С и затем промывают водой от растворимых натриевых соединений.

Обжиг при температуре свыше 1200°С приводит к разложению карбонатов и образованию алюминатов, промывка которых формирует пористую структуру. Наибольший выход продукта обеспечивается при массовом соотношении бокситовой руды, извести и соды 1:0,55-0,60:0,055-0,060.

Способ осуществляется следующим образом.

Бокситовый шлам получают при производстве глинозема путем обжига (спекания) бокситовой руды с известняком и содой при температуре не ниже 1200°С и последующем выщелачивании (вымывании) алюминатов из обожженной (спеченной) смеси.

Бокситовую руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO₃·MgCO₃) и натриевой содой (Na₂СО₃) при температуре выше 1200°С, а затем промывают водой от растворимых натриевых соединений. Полученным обожженным продуктом обрабатывают радиоактивно загрязненные воды для сорбции на нем радиостронция.

По сравнению с известными способами очистки воды от радионуклидов на бокситовых сорбентах предлагаемый способ, включающий обработку воды сорбентом на основе обожженной бокситовой руды, причем руду обжигают совместно с кальциево-магниевой известью (CaCO₃·MgCO₃) и натриевой содой (Na₂СО₃) при температуре не ниже 1200°С и затем промывают водой от растворимых натриевых соединений, обеспечивает не только повышение в 4-6 раз степени очистки от радиостронция, но и сохранение высокой степени очистки от радиоцезия после обжига свыше 1000°С, что не следует явным образом из уровня техники (глинистые минералы, обеспечивающие очистку от радиоцезия [2], и доломиты (MgCO₃) с известняками (СаСО₃), обеспечивающие очистку от радиостронция [5], при температуре свыше 1000°С значительно снижают сорбционную способность), т.е. соответствует критерию изобретательского уровня.

Примеры конкретного исполнения (1-8 по известным способам, 9-10 по предложенному способу).

Пример 1. В качестве очищаемой воды использовали воду хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержащую 100 мг/л НСО₃ ^-, 90 мг/л SO₄ ², 10 мг/л Cl^-, 5 мг/л NO₃ ^-, 60 мг/л Са⁺², 15 мг/л Mg⁺², 15 мг/л Na⁺, 10 мг/л К⁺, 0,2 мг/л Fe⁺³ (pH=6,5-7,5) с объемной активностью 1,4 МБк/л (2·10^-5 Ки/л). В качестве сорбента для очистки воды в статических условиях использовали мелкую фракцию (менее 0,1 мм) кембрийской глины. Навеску сорбента массой 0.5 г помещали в 100-миллилитровую коническую колбу, приливали 50 мл исходного радиоактивного раствора и взмучивали раствор с последующим отстаиванием в течение суток. Коэффициент очистки К_оч определяли как отношение концентрации радионуклидов в исходной и в очищенной воде. К_оч по ⁹⁰Sт составлял около 2.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что кембрийскую глину предварительно обжигали при 750°С. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 3.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали известняк. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 2.

Пример 4. Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали доломит. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 5.

Пример 5. Отличается от примера 4 тем, что доломит предварительно обжигали при 750°С. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 10.

Пример 6. Отличается от примера 2 тем, что кембрийскую глину обжигали при 750°С в смеси с доломитом и Na₃PO₄ в массовом соотношении 1:0,1:0,1. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 12.

Пример 7 (прототип). Отличается от примера 1 тем, что в качестве сорбента использовали боксит с примесями глины, доломита и известняка (бокситовую руду Радынского месторождения Ленинградской обл.). К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 2, а К_оч по ¹³⁷Cs составлял около 4.

Пример 8 (прототип). Отличается от примера 7 тем, что боксит предварительно обжигали при 750°С. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 6, а К_оч по ¹³⁷Cs составлял около 6.

Пример 9 (заявляемый). Отличается от примера 8 тем, что боксит в смеси с кальциево-магниевой известью (CaCO₃·MgCO₃) и натриевой содой (Na₂СО₃) в массовом соотношении 1:0,57:0,057 обжигали при температуре 1250°С, а затем промывали водой от растворимых натриевых соединений. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 25, а К_оч по ¹³⁷Cs составлял около 7.

Пример 10. Отличается от примера 7 тем, что в качестве сорбента использовали промышленный отход производства алюминия из боксита (бокситовой руды Радынского месторождения Ленинградской обл.), полученный при его обжиге с известковой породой и содой в массовом соотношении 1:0,57:0,057 при температуре 1250°С совместно с известняком и содой (в массовом соотношении 3,0:1,7:0,17) и последующем вымывании из обожженной смеси растворимых алюминатов. Полученный продукт содержал 15,6-19,2 мас.% SiO₂; 16,5-19,1 мас.% Fe₂O₃; 9,3-10,6 мас.% Al₂О₃; 2,3-2,4 мас.% TiO₂; 25,0-28.5 мас.% СаО; 0,6-1,1 мас.% MgO; 1,8-2,1 мас.% Na₂O+K₂O; 0,7-0,77 мас.% So₃. К_оч по ⁹⁰Sr составлял около 24, а К_оч по ¹³⁷Cs составлял около 8.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность очистки от радиостронция в 4-6 раз без снижения эффективности очистки от радиоцезия. При этом в качестве сорбента могут использоваться и дешевые отходы производства (пример 10).

Бокситовые месторождения широко разрабатываются в России, а предлагаемый способ может осуществляться на том же отечественном оборудовании, что и прототип (смесители и отстойники при статической сорбции или фильтрационные колонны при динамической сорбции), т.е. промышленно применим. Использование данного способа позволяет в 4-6 раз сократить расход сорбента (т.е. уменьшить объем отработанных сорбентов, подлежащих захоронению), а при динамической сорбции в 4-6 раз продлить срок эксплуатации фильтров с одной засыпкой.

Источники информации

1. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.209-213.

2. Патент РФ №2082235, бюл. №17, 1997.

3. Патент РФ №2146403, бюл. №7, 2000.

4. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.240.

5. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.227-229.

6. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М., Атомиздат, 1974, с.242-243.