Модифікування карбонатовмісних глин Західного регіону України з метою синтезу сорбентів широкого призначення К.В. Степова, М.А. Петрова, Т.В. Шимчук, І.М. Кріп Національний університет „Львівська політехніка” Львів, Україна
Для синтезу сорбційних матеріалів нами використано глинисту сировину — відвали карбонатовмісних бентонітових глин Західного регіону України в районах видобутку сірки відкритим способом
Запаси даної сировини понад 1 млрд тон Основним компонентом цих глин є монтморилоніт
Як модифікатори використовувалися відходи гальванічних виробництв та хімічної промисловості — кислі розчини хлоридів заліза (III), міді (II) та їх суміші
Схема взаємодії карбонатовмісної глини з хлоридом заліза (ІІІ)
FeCl 3 + 2 H 2 O ↔ FeCl 3 + 2 HCl CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 ↑ + H 2O О ОH HО Si + + О ОH О Al О
+
Fe Cl
ОH
-H2O -HCl
О О
Si
О О
О Al О О
Fe+ ОH О
Схема взаємодії карбонатовмісної глини з хлоридом міді (ІІ) +2H2O
Cu(OH)2 + 2HCl
CuCl2 +H2O
CuOHCl + HCl
CaCO3 (MgCO3 ) + 2HCl → CaCl 2 (MgCl2 ) + CO2 ↑ + H 2 O О
О О Si
+
ОH О Al О
HO
ОH
О
+
Cu
О Si
OH -2H2O
HO
Cu
OH
О О Al О
О
Cu
Cu+ OH О
OH
Модифікування дозволяє суттєво впливати на сорбційні властивості природного глинистого мінералу та синтезувати сорбційні матеріали на глинистій матриці, зокрема, сорбенти для сорбції: cірководню випарів ртуті радіонуклідів цезію та стронцію
Схема синтезу сорбційних матеріалів Підготовка глинистої маси
Модифікування відходами виробництв, що містять іони заліза (ІІІ) та міді (ІІ) одержання металоформ глини Одержання фероціанідів заліза (ІІІ) та міді (ІІ) на поверхні глинистих мінералів
Сорбент для сорбції Sr90 та Cs137
Підготовка модифікатора
Сорбент для сорбції H 2S
Сорбент для сорбції парів ртуті
Сорбент для сорбції сірководню та ртуті Процес знешкодження сірководню такими сорбентами відбувається аналогічно процесу знешкодження гідроксидом заліза:
2 Fe(OH )3 + 3H 2 S → Fe2 S 3 + 6 H 2O. Встановлено, що при однократному пропусканні сорбційна ємність по сірководню складає близько 35,9 см3/г модифікованої глини
Сорбент здатний до саморегенерації на повітрі:
Fe S + 3 2O + 3H O → 2Fe OH 3 + 3S 2 3
2
2
При використанні сорбенту для знешкодження сірководню в низькоконцентрованих вентиляційних викидах процеси сорбції та регенерації проходять одночасно. Cірковмісний сорбент проявляє активність в процесах поглинання випарів ртуті, причому сорбційна здатність із збільшенням вмісту сірки зростає:
Hg + S → HgS
ДР = 10-53
2Hg + S → Hg 2S
ДР = 10-47
Сорбент для сорбції Sr90 та Cs137 Синтетичні неорганічні матеріали на основі фероціанідів металів є найбільш ефективними сорбентами для сорбції радіоізотопів цезію та стронцію, які є основним джерелом забруднення в зоні ЧАЕС. Структуру синтезованих зобразити так:
О О О О
О Cu+ О Cu+
сорбентів
+
+
Fe
[Fe(CN)6] +
+
Cu О + Cu О
схематично
О Fe
О
4+
Fe
[Fe(CN)6]4-
можна
О Fe
О
О Cu+ О Cu+
K2[Fe(CN)6]2-
Апробація фероціанідних сорбентів Об’єкти досліджень: ”блочні води” об'єкту “Укриття” рідкі відходи, одержані на установці дезактивації піщаних грунтів Проведення процесу сорбційного очищення в статичних умовах
Поточний контроль процесу здійснювали за допомогою b-радіометра КРК-1
Проведення поточного вимірювання зміни активності радіоактивного розчину на приладі КРК-1
Після завершення процесу сорбції (24 год) суспензії відстоювали, відділяли декантацією рідку фазу, фільтрували через паперовий фільтр, затарювали в пластмасові пляшки і передавали на аналіз
Динаміка дезактивації „блочних” вод об’єкту „Укриття”
Динаміка сорбції радіонуклідів з технологічного розчину дезактивації піщаних грунтів
Результати апробації сорбентів Ступінь вилучення радіоізотопів фероціанідними сорбентами з рідких відходів, одержаних на установці дезактивації піщаних грунтів
Ступінь вилучення радіоізотопів фероціанідними сорбентами з „блочних” вод об’єкту „Укриття” 100,00
100,00
90,00
90,00
80,00
80,00
70,00
70,00
60,00
60,00
50,00
50,00
40,00
40,00
30,00
30,00
20,00
20,00
10,00
10,00
0,00
0,00
24
23
23
90
13
1A
8P
9+
Sr
7C
4C
1A
m
u
u
u
0P
0P
24
s
s
m
u
s
s
24
8P
9+
Sr
7C
4C
13
24
23
23
90
13
13
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом заліза Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом міді Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом міді-калію
Коефіцієнти розподілу для радіонуклідів „блочної” води об’єкту „Укриття” в процесах очищення глинистими фероціанідними сорбційними матеріалами
Проба
Коефіцієнт розподілу Kd , мл/г 134Cs
137Cs
90Sr
239+240Pu
238Pu
241Am
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом заліза
3,6⋅⋅104
3,6⋅⋅104
8,4⋅⋅102
3,8⋅⋅102
2,3⋅⋅102
4,0⋅⋅102
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом міді
4,6⋅⋅104
5,1⋅⋅104
5,2⋅⋅102
-
-
-
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом міді-калію
8,4⋅⋅104
106
5,2⋅⋅102
103
6,7⋅⋅102
103
Коефіцієнти розподілу для радіонуклідів відпрацьованого технологічного розчину установки для дезактивації піщаних грунтів в процесах очищення глинистими фероціанідними сорбційними матеріалами Коефіцієнт розподілу Kd , мл/г
Проба 134Cs
137Cs
90Sr
239+240Pu
238Pu
241Am
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом заліза
3,0⋅⋅104
2,9⋅⋅103
3,2⋅⋅102
2,8⋅⋅104
3,0⋅⋅104
2,8⋅⋅104
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом міді
24
1,1⋅⋅102
2,4⋅⋅102
4,3⋅⋅103
4,8⋅⋅103
4,3⋅⋅103
Після очищення глинистим сорбентом з нанесеним фероціанідом мідікалію
2,4⋅⋅104
2,4⋅⋅104
2,6⋅⋅102
3,8⋅⋅103
3,7⋅⋅103
3,7⋅⋅103
Вартість синтезованих сорбентів Оскільки сировиною для синтезу є глинисті відвали та рідкі екологічно небезпечні металовмісні відходи вартість сорбентів на основі фероціанідів заліза (ІІІ) та міді (ІІ), нанесених на глинисту матрицю, є значно нижчою, ніж вартість наявних на ринку синтетичних фероціанідних сорбентів (на основі целюлози та силікагелю)
Найбільш ефективні області застосування фероціанідних сорбентів
Вологі консистентні пасти дезактивація рідких радіоактивних відходів в статичних умовах створення інженерних бар’єрних конструкцій для запобігання міграції радіонуклідів дезактивація активних розчинів, що утворюються при обробці радіоактивно забруднених піщаних ґрунтів, з метою зменшення об’ємів води та повторного її використання в технологічному процесі
Гранульовані продукти Неорганічні іонообмінники для виділення і концентрування радіонуклідів з метою зменшення об'ємів захоронення радіоактивних відходів
Утилізація відпрацьованих сорбентів Відпрацьовані фероціанідні сорбційні матеріали
шляхом відпалу переводяться в стан керамічних або склоподібних мас
з наступним захороненням у стаціонарних сховищах твердих радіоактивних відходів
Дякую за увагу