Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Экология атомной отрасли»

Все доклады секции


ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОРБЕНТА МАРКИ Т-5 В ПРОЦЕССАХ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЖРО НИЗКОГО УРОВНЯ АКТИВНОСТИ

Мысливец Т.С., Бетенеков Н.Д., Дунина А.А.

Уральский государственный технический университет — УПИ

В соответствии с современной концепцией обращения с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) на ФГУП «Производственное объединение «Маяк», проведены полупромышленные испытания технологии очистки реальных ЖРО баромембранными методами (микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос) [1]. При ее применении фильтраты представляют собой слабощелочные обессоленные растворы (Na+ – 0,13-0,48 ммоль/л, Ca2+ – 0,085-0,18 ммоль/л), удельная активность которых по стронцию-90 лежит в диапазоне 390-2060 Бк/л, что существенно выше нормативов, приводимых в НРБ-99.

На кафедре радиохимии УГТУ-УПИ проведены лабораторные эксперименты по исследованию возможности очистки слабощелочных обессоленных растворов от радионуклидов стронция с помощью сорбента марки Т-5 разного гранулометрического состава и температуры обработки, промышленное производство которого освоено ЗАО ПНФ «Термоксид», по золь-гель технологии [2] . Сорбент марки Т-5 представляет собой гидратированный оксид титана (IV) с добавкой 5 мол.% оксида циркония (IV) сферической грануляции и обладает высокой удельной поверхностью, механической, химической и радиационной устойчивостью.

Методика экспериментов по изучению кислотно-основных свойств сорбента марки Т-5, статики, кинетики и динамики сорбции и десорбции стронция, основные результаты и их обработка представлены в работах [3 – 5]. В настоящей работе дано обобщение полученных данных с целью оценки перспектив применения сорбента марки Т-5 для дезактивации ЖРО низкого уровня активности (см. таблицу).

Таблица. Обобщенные данные экспериментов по исследованию сорбционных характеристик сорбента марки Т-5 по отношению к стронцию, рН=9,18 (0,01М боратный буферный раствор), температура 20±3 ОС

t, oС

d, мм

k, час-1

D, м2

kd, мг/г

ПОЕ, ммоль/г

СОЕ, ммоль/г

100

0,2-0,4

1,65±0,06

4,6х10-11

(1,3±0,3)х104

0,8

3,3

0,4-1,0

0,96±0,02

1,4х10-10

(2,6±0,4)х104

-

 

400

0,2-0,4

0,9±0,09

1,9х10-10

(8,7±1,8)х103

0,5

1,1

В таблице приняты следующие обозначения: t, ОС – температура обработки сорбента; d, мм – диаметр гранул сорбента; k, час-1 – кажущаяся константа скорости сорбции; D, м2/с – коэффициент диффузии стронция в жидкости порового пространства гранулы сорбента; kd, мл/г – коэффициент распределения стронция в области выполнения закона Генри; ПОЕ, ммоль/г – потенциометрическая емкость сорбента при рН=9; СОЕ, ммоль/г – статическая обменная емкость сорбента по отношению
к стронцию.

Представленные в таблице данные, а также результаты экспериментов в динамических условиях показывают, что сорбционно-кинетические характеристики сорбента марки Т-5 позволяют охарактеризовать его как высоко специфичный коллектор для радионуклидов стронция, способный обеспечить глубокую дезактивацию десятков тысяч колоночных объемов слабосоленых ЖРО. При этом показано [5], что концентрация кальция в диапазоне 0,085-0,18 ммоль/л практически не влияет на величину коэффициента распределения стронция. Из таблицы также видно, что статическая обменная емкость сорбента марки Т-5 по отношению к стронцию существенно превышает его потенциометрическую емкость и приближается к емкости ионообменных смол.

Кроме радионуклида стронция-90 в составе ЖРО так же присутствует Cs-137. Сорбент марки Т-5 практически не извлекает цезий из солевых растворов, однако в силу своих кислотно-основных и сорбционных свойств он легко поддается методам химического модифицирования для придания селективности к цезию и другим элементам. Так в работе [6] показано, что после осаждения в поровом пространстве гранулы сорбента марки Т-5 смешанного ферроцианида никеля-калия химически модифицированный сорбент приобрел способность сорбировать цезий с коэффициентами распределения 104-105 мл/г, практически не теряя специфичности к стронцию.

По результатам проведенных исследований сорбент марки Т-5 и продукты его химического модифицирования могут быть рекомендованы для использования в процессах дезактивации ЖРО как самостоятельно, так и в сочетании с баромембранными технологиями.

Литература

1.              Слюнчев О.М. Разработка и опытно-промышленные испытания технологии переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности ФГУП «ПО «Маяк» с их последующей иммобилизацией. Автореферат диссертации
на соискание учёной степени кандидата технических наук. Озерск. 2004. 27 с.

2.              Шарыгин Л.М. Золь-гель метод получения сферогранулированных сорбентов на основе гидратированных оксидов титана, олова и циркония. // Уральская конференция по радиохимии. Сборник материалов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001. с.76 – 90.

3.              Бетенеков Н.Д., Мысливец Т.С., Шарыгин Л.М.. Исследование сорбции стронция гидроксидными сорбентами марки «Термоксид»/Вестник УГТУ-УПИ №17(47). Радиохимия Труды II Уральской конференции. Сборник научных трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2004. 216 с.

4.              Бетенеков Н.Д. и др. Сорбция стронция гидроксидными сорбентами марки «Термоксид». Третья молодежная научно-практическая конференция «Ядерно-промышленный комплекс Урала: проблемы и перспективы»: Тезисы докладов – Озерск: ЦЗЛ ФГУП «Маяк», 2005. 208 с.

5.              Бетенеков Н.Д., Мысливец Т.С., Дунина А.А.. Влияние концентрации кальция на сорбцию стронция гидроксидным сорбентом марки «Термоксид-5». Вестник УГТУ-УПИ № 15(67). Актуальные проблемы физической химии твердого тела. Сборник научных трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2005. 249 с.

6.              Ноговицына Е.В. и др. Получение комплексного сорбента для сорбции цезия и стронция на основе сорбента Т-5 марки «Термоксид». Проблемы энергосбережения и экологии промышленного региона: Материалы региональной научно-технической конференции. – Нижний Тагил: НТИ (ф) «УГТУ-УПИ», 2005.-158 с.