Cпособ фиксации радионуклидов цезия

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОСОБ ФИКСАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ(71) Заявитель Институт радиоэкологических проблем НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт радиоэкологических проблем НАН Беларуси(57) Способ фиксации радионуклидов цезия сорбцией на сорбентах, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют природный минерал - трепел фракции 0,1-0,25 мм с сорбционной емкостью 0,9-1,2 мгэкв/г сорбента, а сорбцию осуществляют при рН 2,0-10. Изобретение относится к проблемам охраны окружающей среды - радиоэкологии, а именно к реабилитации загрязненных радионуклидами объектов окружающей среды и предотвращения вторичного загрязнения грунтовых вод продуктами дезактивации. Изобретение может быть использовано в ядерной технике на предприятиях ядерно-промышленного комплекса при очистке воды и сточных вод от радионуклидов цезия. Наиболее близким к заявляемому является способ фиксации радионуклидов цезия сорбцией на неорганическом сорбенте, включающем ферроцианид - сорбция на ферро- и феррицианидах тяжелых металлов 1. Фиксация цезия в этом случае основана на использовании веществ, образующих с цезием труднорастворимые соединения в основном ферроцианидов , , , ,и др. Однако данный способ требует использования достаточно дорогих и редких реагентов (например, ферроцианида кобальта). Кроме того, ферроцианидные сорбенты могут работать в нейтральных или слабокислых растворах, т.к. растворимость ферроцианида кобальта в присутствии комплексообразующих веществ (фосфат-ионы, оксалат-ионы и др.) по мере увеличения рН раствора увеличивается, а это приводит к снижению эффективности способа фиксации радионуклидов цезия. Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа фиксации радионуклидов цезия для реабилитации загрязненных объектов окружающей среды и повышения экологической безопасности. В результате решения этой задачи достигается новый технический результат, заключающийся в улучшении технологичности процесса и удешевления за счет использования для фиксации радионуклидов цезия природного минерала - трепела, имеющегося в больших количествах в Беларуси. Данный технический результат достигается тем, что радионуклиды цезия фиксируют на сорбентах сорбцией. Отличительной особенностью изобретения является то, что в качестве сорбента используют природный минерал - трепел фракции 0,1-0,25 мм с сорбционной емкостью 0,9-1,2 мг-экв/г сорбента. При этом сорбцию проводят при рН 2,0-10,0. 3819 1 Пример 1. Были поставлены опыты по изучению сорбционного поведения радиоцезия в гетерогенной системе трепел - раствор. Сорбция изучалась в динамическом режиме и в условиях принудительного перемешивания в широком интервале рН среды (рН 2,0-10). Готовили модельный азотнокислый раствор стабильного цезия-133 с концентрацией 4 мг/л и добавляли в качестве метки 137 (удельная активность - 360 Бк/мл). Методика исследования состояла в пропускании радиоактивных растворов со скоростью 5 мл/ч через сорбционную колонку (-250 мл, -12 мм) непрерывного действия с последующим -сканированием. Установка для -сканирования была смонтирована на базе анализатора импульсов(-484 с детектором БДЭГ-2-22). Толщина свинцового коллиматора составляла 5 см, диаметр отверстия - 1 см. Детектор размещался в свинцовом домике и сканирование колонки осуществлялось за счет ее горизонтального перемещения на коллиматоре. Определение содержания радиоцезия проводили методом -спектроскопии путем измерения активности аликвот раствора до и после колонки. Для количественной оценки фиксации радиоцезия на сорбенте рассчитывали долю радионуклида цезия, задерживаемого колонкой с трепелом, по формуле 0100 ,0 где 0,- активность раствора до и после колонки. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 1, 2. Колонка (250 мм, -12 мм) наполнялась природным минералом трепелом ископаемого месторождения Стальное Могилевской области Республики Беларусь. Природный минерал трепел представляет собой композиционную смесь кристаллических компонентов опалкристобалита, кальцита, клиноптилолита и монтмориллонита. Предварительно минерал дробился и просеивался по фракциям (0,1-0,25 мм). Опытным путем были определены оптимальные фильтрующие свойства сорбента трепела, при которых фиксация радиоцезия максимальна сорбционная емкость - 0,9-1,2 мг-экв/г сорбента фракции 0,1-0,25 мм. Размер частиц выбирали из следующих соображений. При размере частиц менее 0,1 мм увеличивается сопротивление сорбционной колонки, а при увеличении размера частиц более 0,25 мм снижается удельная поверхность сорбента и, следовательно, уменьшается эффективность процесса сорбции. Результаты испытаний по сорбции и десорбции радиоцезия в зависимости от рН раствора приведены в табл. 1. Таблица 1 Сорбция-десорбция 137 из модельных и реальных растворов осадков сточных вод (ОСВ) природным минералом трепелом Условия сорбции 137. Время эксперимента 5 ч Модельный раствор, рН 7 Модельный раствор, рН 2 Модельный раствор, рН 10 Отфильтрованные ОСВ, рН 8,6 Из приведенных результатов табл. 1 следует, что в широком интервале рН степень сорбции 137 не меняется и составляет примерно 95,5 . Десорбция радиоцезия из сорбента (трепел) растворами кислот не превышает 3. Этот факт указывает на высокую эффективность природного сорбента для фиксации им 137. Пример 2. В качестве реальных растворов брались отфильтрованные растворы осадков сточных вод (активный ил) местности г. Чечерска, Вятковского, Славгородского районов Гомельской области, загрязнения которых достигали значений уровней радиоактивных отходов - 10-7 Ки/кг и более. Исследование фронтального распределения радиоцезия в процессе его динамической сорбции из суспензий осадков сточных вод (ОСВ) проводили для оценки сорбционных характеристик сорбента - трепела в условиях, имитирующих процесс обезвоживания радиоактивных ОСВ. Готовились радиоактивные гетерогенные системы сточная вода активный ил и сточная вода - активный ил - трепел и изучалось распределение 137 между твердой фазой и раствором. Время активного перемешивания изменяли от 6 до 24 ч. После расслоения фаз водный раствор декантировали, упаривали до определенного объема (50 мл) и анализировали на содержание радиоцезия, как в примере 1, без выделения цезия на счетную мишень. 3819 1 Суспензию активного ила фильтровали через бумажный фильтр, обезвоживали до воздушно-сухого состояния и озоляли при 400 С в течение 6 часов. Фильтрат и твердый осадок анализировался на содержание 137. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Таблица 2 Сорбция-десорбция 137 из реальных растворов сточных вод и их осадков природным минералом трепелом. Условия эксперимента СВ СВ Из табл. 2 следует, что как из реальных сточных вод, так из осадков сточных вод радиоцезий эффективно удерживается на природном сорбенте, при этом степень сорбции достигает величин более 98 , что составляет коэффициент очистки 103. Степень десорбции не превышает 2,5 , что указывает на прочность хемосорбции процесса и, следовательно, на высокую эффективность фиксации радионуклидов цезия. Использование предлагаемого технического решения позволяет удалить радионуклиды цезия из биологического цикла, предотвратить загрязнение окружающей среды и тем самым повысить экологическую безопасность повысить технологические и экономические показатели процесса фиксации радионуклидов цезия за счет использования доступного, дешевого сорбента и эффективного концентрирования изотопов исключить использование дорогостоящих и редких солей металлов для синтеза неорганических сорбентов на основе ферри/ферроцианида сконцентрировать радионуклиды цезия в небольшом объеме и сократить объемы ЖРО. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.