Спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища

Номер патенту: 101066

Опубліковано: 25.02.2013

Автори: де Надаї Аксель, Кюе Фредерік

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища, який містить:

a) виділення забруднюючих речовин, присутніх в цьому твердому середовищі, в електроліт, головним чином неорганічний гель, причому це виділення здійснюють шляхом пропускання електричного струму між двома електродами, розташованими на поверхні і/або усередині твердого середовища, причому контакт між принаймні одним з цих електродів і вказаним твердим середовищем забезпечує шар вказаного гелю,

b) висихання гелю, що містить виділені таким чином забруднюючі речовини, до отримання ломкого сухого залишку, і

c) видалення отриманого таким чином сухого залишку твердого середовища.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електролітичний гель містить від 10 до 40 мас.% неорганічного або мінерального модифікатора в'язкості у вигляді дисперсії в 60-90 мас.% водної фази з основним рН.

3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що неорганічним модифікатором в'язкості є глинозем або суміш глинозему і кремнезему.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що неорганічним модифікатором в'язкості є пірогенний глинозем або суміш пірогенного глинозему і пірогенного кремнезему.

5. Спосіб за будь-яким з пп. 2-4, який відрізняється тим, що модифікатор в'язкості складає не більше 30 мас.% гелю.

6. Спосіб за будь-яким з пп. 2-5, який відрізняється тим, що водна фаза є розчином неорганічної основи, вибираної серед їдкого натру, поташу, гідроксиду кальцію, карбонату калію, карбонату натрію та їх сумішей.

7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що неорганічна основа є їдким натром або поташем.

8. Спосіб за п. 6 або п. 7, який відрізняється тим, що концентрація неорганічної основи у водній фазі складає принаймні 3 моль/л.

9. Спосіб за будь-яким з пп. 2-8, який відрізняється тим, що гель додатково містить надабсорбуючий полімер і/або поверхнево-активну речовину.

10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що, коли тверде порувате середовище містить електропровідну внутрішню арматуру, один з електродів утворений цією арматурою або частиною цієї арматури, тоді як інший електрод утворений електропровідним елементом, який притискують до поверхні твердого поруватого середовища або упроваджують в це середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує тільки контакт цього елемента з вказаним середовищем.

11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що обидва електроди утворено електропровідними елементами, які притискують до двох різних поверхонь твердого поруватого середовища, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем.

12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що обидва електроди утворено двома електропровідними елементами, які вводять в тверде порувате середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем.

13. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що шар або шари гелю мають товщину від 0,5 до 2 см.

14. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що тверде порувате середовище є цементним матричним матеріалом.

15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що забруднюючі речовини є радіоактивними елементами.

Текст

Реферат: Об'єктом даного винаходу є спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища, який містить: а) виділення забруднюючих речовин, присутніх в цьому твердому середовищі, в електроліт, що має вигляд в основному неорганічного гелю, причому це виділення здійснюють шляхом пропускання електричного струму між двома електродами, розташованими на поверхні і/або усередині твердого середовища, причому контакт між принаймні одним з цих електродів і вказаним твердим середовищем забезпечує шар вказаного гелю, b) висихання гелю, що містить виділені таким чином забруднюючі речовини, до отримання ламкого сухого залишку, і з) видалення отриманого таким чином сухого залишку вказаного твердого середовища. Застосування: дезактивація цементних матричних матеріалів, зокрема, при демонтажі військових або промислових споруд, зокрема ядерних установок або для обробки споруд, які могли б бути заражені екотоксичними хімічними речовинами або радіоактивними речовинами; знезараження геологічних ґрунтів, відкладень та мулу. UA 101066 C2 (12) UA 101066 C2 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується способу електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища. Цей спосіб, заснований на примусовому переміщенні, - за рахунок застосування електричного поля між двома електродами, розташованими на поверхні середовища і/або встановленими усередині цього середовища, - забруднюючих речовин до одного з цих електродів (до катода для катіонних речовин і для більшості органічних або нейтральних органо-металічних сполук, і до анода для аніонних речовин), дозволяє дуже ефективно видаляти з цементних матричних матеріалів типу бетонів або будівельних розчинів екотоксичні хімічні або радіоактивні речовини (актиніди або лантаніди), присутні в товщі цих матеріалів. Таким чином, його застосування представляє особливий інтерес при демонтажі військових або промислових споруд, зокрема, ядерних установок або для обробки споруд, які могли б бути заражені, враховуючи характер їх діяльності, екотоксичними хімічними речовинами, такими як важкі метали, або радіоактивними речовинами. Разом з тим, спосіб відповідно до даного винаходу можна також застосовувати для очищення інших твердих поруватих середовищ, відмінних від цементних матричних матеріалів, наприклад, таких як геологічні ґрунти, відкладення, такі як відкладення в портах, або мул після обробки землесосними снарядами перед його видаленням в морське середовище. Рівень техніки З урахуванням своєї композитної природи цементні матричні матеріали мають значну поруватість з відкритими порами. Тому цементні матричні матеріали, які були використані при зведенні ядерних об'єктів і входили в контакт з радіоактивними елементами у вигляді розчину (у рідкому або газоподібному вигляді), можуть бути заражені в своїй товщі цими радіоактивними елементами, які розповсюджуються усередині цих матеріалів і можуть знаходитися в декількох сантиметрах від їх поверхні. В цьому випадку поверхнева обробка дезактивації виявляється абсолютно неефективною для видалення цих радіоактивних елементів. У останні десятиліття були розроблені способи витягання хлоридів і повторного підлужування залізобетонів для обмеження корозії внутрішньої арматури цих бетонів від хлоридів, присутніх, зокрема, в морському навколишньому середовищі, і для збільшення терміну служби промислових об'єктів. Вживані в профілактичних або відновних цілях, ці способи полягають у витяганні хлоридів, що розповсюдилися в бетоні, і в підтриманні або відновленні рН розчину впровадження бетону в значенні більше 11 за рахунок дифузії в цьому бетоні лужних речовин. Витягання хлоридів і дифузію лужних речовин в бетоні отримують шляхом пропускання електричного струму між внутрішньою арматурою бетону, яка виконує роль катода, і зовнішнім електродом, який тимчасово встановлюють на поверхні бетону і який виконує роль анода. Електропровідність між зовнішнім електродом і поверхнею бетону забезпечує електроліт, який служить також для відбору іонів, витягуваних з бетону, і для перенесення основ, призначених для дифузії в цьому бетоні. З урахуванням складної конфігурації промислово-технічних споруд цей електроліт зазвичай є вологою пастою органічного походження, описаною, наприклад, в європейській патентній заявці, опублікованій під номером ЕР 0398117, яка є сумішшю целюлозних волокон і основного розчину і яку наносять на поверхню бетону шаром завтовшки 5-10 см. Вимірювання опори між внутрішньою арматурою бетону і зовнішнім електродом дозволяє оцінити ступінь висихання пасти в результаті випаровування води, що міститься в ній, і визначити, з якою частотою слід повторно зволожувати целюлозні волокна основним розчином (в середньому кожні 2-3 дні). Інші способи відновлення залізобетонів полягають в довготривалому нанесенні на поверхню бетону активного ремонтного будівельного розчину, який містить гідравлічне зв'язуюче, заряджене основними іонами, і металевий заповнювач. У способі цього типу, описаному у французькій патентній заявці, опублікованій під номером FR 2770830, гідравлічне зв'язуюче служить електропровідною пастою, тоді як металевий заповнювач виконує роль електродів. Система працює без застосування зовнішнього електричного струму. Дійсно, пара, утворена внутрішньою арматурою бетону і металевим заповнювачем, утворює усередині провідної пасти окислювально-відновлювальну пару, яка створює струм, що спонтанно поляризує цю арматуру і цей заповнювач, і цю поляризацію підтримує відносна вологість пасти за рахунок запасу іонів в будівельному розчині і за рахунок витрачання металевих зарядів. Для повторного зволоження провідної пасти достатньо вологості навколишньої атмосфери. 1 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вищезазначені способи не можуть бути перенесені на дезактивацію цементних матричних матеріалів, що входять до складу споруд ядерних об'єктів. Дійсно, використання електроліту органічного походження, описане в посиланні ЕР 0398117, привело б до накопичення забруднюючих речовин в органічному середовищі, що абсолютно не сумісно з установками для обробки ядерних відходів, в яких пороги концентрації органічних речовин є виключно низькими. Що стосується використання активного ремонтного будівельного розчину, описаного в посиланні FR 2770830, то в цьому випадку для видалення забруднюючих речовин потрібно було б застосовувати технології зняття кірки, які в ядерному секторі представляють складність і можуть привести до надмірного збільшення кількості відходів. Автори винаходу поставили перед собою завдання запропонувати спосіб, ідеально адаптований для дезактивації цементних матричних матеріалів, що входять до складу споруд ядерних об'єктів, зокрема, що дозволяє, окрім дуже ефективного виділення з цих матеріалів забруднюючих речовин і, зокрема, радіоактивних елементів, легко збирати ці забруднюючі речовини, причому у вигляді відходів, які можна направляти в одну з установок обробки і упаковки цих ядерних відходів. Автори винаходу поставили перед собою завдання запропонувати також спосіб, який є простим в застосуванні, незалежно від конфігурації і розташування призначених для дезактивації матеріалів, і який приводить до отримання мінімального об'єму відходів. Розкриття винаходу У зв'язку з вищесказаним, об'єктом даного винаходу є спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища, який містить: a) виділення забруднюючих речовин, присутніх в цьому твердому середовищі, в електроліт, що має вигляд в основному неорганічного гелю, причому це виділення здійснюють шляхом пропускання електричного струму між двома електродами, розташованими на поверхні і/або усередині твердого середовища, причому контакт між, принаймні, одним з цих електродів і вказаним твердим середовищем забезпечує шар вказаного гелю; b) сушку гелю, що містить виділені таким чином забруднюючі речовини, до отримання ломкого сухого залишку, і c) видалення отриманого таким чином сухого залишку твердого середовища. Надалі під терміном "в основному неорганічний (мінеральний) гель" слід розуміти гель, який містить не більше 10 мас. %, переважно не більше 5 мас. % і в ідеалі не більше 3 мас. % органічної речовини або органічних речовин. Згідно винаходу, цей гель містить від 10 до 40 мас. % неорганічного або мінерального модифікатора в'язкості у вигляді дисперсії в 60-90 мас. % водної фази з основним рН. Неорганічним модифікатором в'язкості, який повинен дозволяти гелю, з одного боку, зчіплюватися з поверхнею, незалежно від її конфігурації і розташування, та, з іншого боку, утворити при висиханні ломкий сухий залишок, який легко відділяється від цієї поверхні, переважно є глинозем або суміш глинозему і кремнезему, при цьому перевагою присутності кремнезему в гелі є пониження швидкості висихання цього гелю в порівнянні з швидкістю його висихання у відсутність кремнезему за ідентичних умов температури і вологості. Глиноземом, який можна застосовувати в рамках даного винаходу, є, зокрема, прожарений глинозем, подрібнений прожарений глинозем і пірогенні глинозем, наприклад, глинозем, що випускається компанією DEGUSSA AG під назвами Aeroxyl® (Alu C, Alu 65, Alu 130.), і глинозем, що випускається компанією САВОТ під назвами SpectrAl® (51, 81 або 100). Проте найбільш переважним серед них є пірогенний глинозем і, зокрема, глинозем Aeroxyl® 2 Alu C, що має питому поверхню BET 100 м /г. Що стосується кремнеземів, то вони можуть бути як гідрофільними, гідрофобними, обкладеними, наприклад, такими як кремнеземи серії Tixosil® (38, 73) компанії RODHIA, так і пірогенними, наприклад, такими як кремнеземи, що випускаються компанією DEGUSSA AG під назвами Aerosil®, і кремнеземи, що випускаються компанією САВОТ під назвами Cab-O-Sil® (М5, Н5, ЕН5). Проте серед цих кремнеземів найбільш переважними є пірогенні кремнеземи і, зокрема, 2 кремнезем Aerosil® 380, який має питому поверхню BET 380 м /г. Згідно винаходу, модифікатор в'язкості переважно складає не більше 30 мас. % гелю, що забезпечує цьому гелю відносний великий час висихання, тобто на практиці декілька днів при температурі від 20 до 30 °C і при відносній вологості від 20 до 70 %, незалежно від того, містить він кремнезем чи ні. Якщо гель містить кремнезем, то цей кремнезем переважно складає не більше 5 мас. % і ще переважніше - не більше 1 мас. % модифікатора в'язкості. 2 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Як було вказано вище, водна фаза гелю є основною, і присутність основи в гелі сприяє підвищенню електропровідності цього гелю і у разі певних твердих поруватих середовищ, наприклад, таких як цементні матричні матеріали, дозволяє підтримувати і/або відновлювати рН частини цих середовищ, яка знаходиться у контакті з гелем, і уникати появи на етапі а) кислотно-основних реакцій, що порушують цілісність гелю і, отже, що знижують ефективність дезактивації. Переважно ця водна фаза є розчином неорганічної основи, і в цьому випадку основу переважно вибирають серед їдкого натра, поташу, гідроксида кальцію, карбонату калію, карбонату натрію і їх сумішей, при цьому переважнішими є їдкі натр і поташ, які по своєму гігроскопічному характеру сприяють також пониженню швидкості висихання гелю. Незалежно від використовуваної основи, його концентрація у водній фазі переважно складає, принаймні, 3 моль/л і ще переважніше - принаймні, 5 моль/л водної фази, при цьому найбільш сприятливими виявилися значення концентрації від 5 до 10 моль/г. Згідно винаходу, гель може також містити надабсорбуючий полімер, що полегшує повторне зволоження цього гелю під час етапу а). Переважно цей полімер, який можна вибрати серед надабсорбуючих полімерів, що випускаються компанією ARKEMA під назвами Aquakeep® і Norsocryl®, і сумішей цих полімерів, складає не більше 1 мас. % гелю. Гель може також містити поверхнево-активну речовину, переважно неіонну ПАВ, що додає йому такі реологічні властивості, при яких його можна легко розпилювати, наприклад, за допомогою пульверизатора на вертикальних поверхнях типу стін або колон і навіть на горизонтальних поверхнях типу стель, не побоюючись його розтікання. Присутність ПАВ в гелі дозволяє також контролювати зчеплення сухого залишку, отриманого на етапі b), з поверхнею, на якій він знаходиться, а також контролювати розмір фрагментів, що отримуються при дробленні гелю. Це поверхнево-активна речовина, яку можна, зокрема, вибрати серед блок-співполімерів, що випускаються компанією IFRACHIMIE під назвами Ifralan® і компанією BASF під назвами Pluronic®, і сумішей цих сополімерів, переважно складає не більше 5 мас. % і ще краще - не більше 2 мас. % гелю. Згідно першого варіанту виконання способу відповідно до даного винаходу, оскільки тверде порувате середовище містить електропровідну внутрішню арматуру, один з електродів утворений цією арматурою або частиною цієї арматури, тоді як інший електрод утворений електропровідним елементом, який притискують до поверхні твердого поруватого середовища або упроваджують в це середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує тільки контакт цього елементу з вказаним середовищем. Згідно іншого варіанту виконання способу відповідно до даного винаходу, обидва електроди утворено електропровідними елементами, які притискують до двох різних поверхонь твердого поруватого середовища, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем. Згідно ще одного варіанту виконання способу відповідно до даного винаходу, обидва електроди утворено двома електропровідними елементами, які упроваджують в тверде порувате середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем. У всіх випадках переважно шар або шари гелю мають товщину від 0,5 до 2 см і ще переважно - від 1 до 2 см, що теж знижує швидкість висихання гелю, причому, дійсно, випробування показали, що гель висихає швидше, якщо його наносять тоншими шарами, при однакових температурних і гігрометричних умовах. Крім того, їх нанесення на електроди і/або на тверде порувате середовище можна здійснювати шляхом напилення, наприклад, за допомогою пульверизатора або шляхом нанесення за допомогою пензлика або шпателя. Оскільки висихання гелю виражається в зниженні його електропровідності, етап а) може містити одну або декілька операцій повторного зволоження гелю електролітичним розчином, що переважно має склад, ідентичний з складом водної фази цього гелю, щоб довести електропровідність цього гелю до її початкового значення. Разом з тим, склад гелю переважно вибирають так, щоб уникати цих операцій або, принаймні, обмежити їх число. Висихання гелю, передбачене на етапі b), може бути природним, тобто відбуватися в результаті випаровування водної фази цього гелю при контакті з навколишнім повітрям, або примусовим, тобто за рахунок додавання теплового джерела без наддуву типу інфрачервоного випромінювання. У всіх випадках це висихання призводить до отримання ломкого сухого залишку, який дроблять на крихти зазвичай розміром міліметрового порядку. 3 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Отриманий таким чином сухий залишок можна легко видалити, наприклад, за допомогою щітки і/або всмоктуванням. Спосіб відповідно до даного винаходу має цілий ряд переваг. Зокрема: - він дозволяє дуже ефективно виділяти з твердого поруватого середовища забруднюючі речовини, які знаходяться в глибині цього середовища; - він дозволяє дуже легко збирати ці забруднюючі речовини; - він є простим в застосуванні, зокрема, використовує електроліт, який можна, з одного боку, легко приготувати з хімічних речовин, присутніх на ринку, і, з іншого боку, можна легко використовувати незалежно від конфігурації і розташування призначених для обробки твердих поруватих середовищ; - нарешті, враховуючи невеликий об'єм і мінеральне походження, відходи способу можна направляти в одну з установок обробки і упаковки ядерних відходів, причому без якої-небудь попередньої обробки. Таким чином, спосіб представляє особливий інтерес для дезактивації, зокрема, видалення радіоактивних елементів (актинидів і лантанидів), таких як цезій, з цементних матричних матеріалів, що входять до складу споруд ядерних об'єктів. Інші переваги і відмітні ознаки даного винаходу будуть очевидніші з нижченаведеного опису, представленого з посиланнями на креслення, що додаються. Зрозуміло, ці креслення, що додаються, тільки ілюструють об'єкт винаходу і не можуть розглядатися як обмеження цього об'єкту. Короткий опис фігур Фіг. 1 - схема першого варіанту здійснення етапу а) способу відповідно до даного винаходу. Фіг. 2 - схема другого варіанту здійснення етапу а) способу відповідно до даного винаходу. Фіг. 3 - схема третього варіанту здійснення етапу а) способу відповідно до даного винаходу. Фіг. 4 - графік, що показує вплив присутності їдкого натру або поташу у водній фазі гелю на кінетику висихання цього гелю. Фіг. 5 - графік, що показує зміну в часі електричного опору і маси гелю, водна фаза якого містить поташ, коли цей гель піддають сушці під дією електричного поля. Фіг. 6 - графік, що показує вплив рН гелю на кінетику висихання цього гелю. Фіг. 7 - графік, що показує вплив присутності кремнезему в гелі на кінетику висихання цього гелю. Фіг. 8 - графік, що показує вплив товщини шару гелю на кінетику висихання цього гелю. Фіг. 9 - графік, що показує зміну в часі змісту цезію в гелі, спостережуване, коли цей гель використовують як електроліт для дезактивації будівельного розчину. Докладне розкриття варіантів здійснення способу Перш за все, розглянемо Фіг. 1-3, на яких схематично представлені три різних варіанти реалізації етапу а) способу відповідно до даного винаходу. Перший з цих варіантів, показаний на Фіг. 1, можна застосовувати для дезактивації твердого поруватого середовища 10, що містить електропровідну внутрішню арматуру 11, яка може виконувати роль електроду і частину якої зробили доступною, і вільну поверхню 12, по суті паралельну цій арматурі. Таким середовищем є, наприклад, залізобетонний блок або блок армованого будівельного розчину. В цьому випадку шар 13 гелю, як було вказано вище, завтовшки від 0,5 до 2 см наносять на поверхню 12, наприклад, шляхом напилення або нанесення за допомогою пензлика або шпателя. Потім шар 13 закривають електропровідним елементом 14, який теж може виконувати роль електроду. У робочих умовах шар 13 гелю виконує подвійну функцію: з одного боку, він забезпечує електропровідність між поверхнею 12 твердого поруватого середовища 10 і електропровідним елементом 14 і, з іншого боку, збирає і захоплює забруднюючі речовини, які під дією електричного струму, що пропускається між внутрішньою арматурою 11 і електропровідним елементом 14, переміщаються у напрямі цього елементу. Як показано на Фіг. 1, електропровідний елемент 14 переважно містить отвори 15, що забезпечують операторові візуальний доступ до шару 13 гелю і що дозволяють йому, у разі потреби, легко зволожувати цей гель в робочих умовах, наприклад, за допомогою розпилювання через ці отвори електролітичного розчину, що зазвичай має той же склад, що і водна фаза гелю. Як правило, електропровідний елемент 14 виконують у вигляді металевої ажурної пластинки, наприклад, з неіржавіючої сталі, платини, титану або аналогічного металу. 4 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Здійснення етапу а) згідно варіанту виконання, показаному на Фіг. 1, забезпечує дуже легку дезактивацію твердого поруватого середовища. Дійсно, досить підключити внутрішню арматуру 11 і електропровідний елемент 14 до джерела 16 електричного живлення, щоб поляризувати цю арматуру і цей елемент, які виконують роль відповідно анода і катода, щоб почати обробку електрокінетичної дезактивації. Зрозуміло, цю поляризацію слід вибирати відповідним чином залежно від забруднюючих речовин, які необхідно витягувати з твердого поруватого середовища 10. Так, якщо витягувані з твердого поруватого середовища 10 забруднюючих речовин є катіонними речовинами (зарядженими позитивно), що має місце, наприклад, у разі важких металів і радіоактивних елементів, то внутрішню арматуру 11 поляризують як анод, тоді як електропровідний елемент 14 поляризують як катод. Якщо ж призначені для виділення з твердого поруватого середовища 10 забруднюючих речовин є аніонними речовинами (зарядженими негативно), наприклад, у разі іонів хлоридів, фторидів і сульфідів, то внутрішню арматуру 11 поляризують як катод, тоді як електропровідний елемент 14 поляризують як анод. Електричний струм, що подається на внутрішню арматуру 11 і на електропровідний елемент 14, може бути постійним або пульсуючим. Переважно щільність струму не повинна 2 перевищувати 5 А/м внутрішньої арматури, щоб уникнути погіршення якості матеріалу. Висихання гелю можна оцінювати не тільки візуально через отвори 15 електропровідного елементу 14, але також шляхом відстежування опору, вимірюваного на контактах двох електродів (внутрішня арматура 11/ електропровідний елемент 14). Істотне підвищення цього опору відображає висихання гелю і, отже, його недостатню електропровідність. Розпилювання електролітичного розчину через отвори 15 дозволяє відновити електропровідність гелю в її первинному значенні. Коли вимоги дезактивації виявляються виконаними або коли гель виявляється насиченим забруднюючими речовинами, шар 13 піддають сушці, яка може бути природною (за рахунок простого випаровування водної фази гелю при контакті з навколишнім повітрям) або примусовою (шляхом додавання теплового джерела типу інфрачервоного випромінювання), до отримання ломкого сухого залишку, який дроблять на крихти, зазвичай розміром міліметрового порядку. Після видалення електропровідного елементу 14 цей залишок можна легко зняти з поверхні 12, наприклад, шляхом обробки цієї поверхні щіткою і/або за допомогою всмоктування. Наприклад, щоб дезактивувати від радіоактивних елементів залізобетонний блок, внутрішньою арматурою якого є грати з осередками розміром від 3,5 до 4 см, виконана із залізних прутків діаметром 8 мм, зв'язаних між собою на рівні кожного вузла залізним дротом, можна використовувати: - внутрішню арматуру цього блоку як анод; - шар гелю завтовшки 2 мм, що містять 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu С, 1 мас. % кремнезему Aerosil ® 380 і розчин поташу 5 М як електроліт; - титанову пластину з круглими отворами діаметром 8 мм, віддаленими один від одного на 3 мм, як катод, і 2 - середню щільність електричного струму 2 А/м внутрішньої арматури. Далі розглянемо Фіг. 2, на якій схематично представлений другий варіант здійснення етапу а) способу відповідно до даного винаходу, який відрізняється від попереднього тільки тим, що обидва електроди, необхідні для пропускання електричного струму в тверде порувате середовище, встановлюють на цьому середовищі. Цей другий варіант зазвичай використовують для дезактивації твердого поруватого середовища 20, яке не містить електропровідної внутрішньої арматури, але яке містить дві протилежні вільні поверхні, відповідно 21 і 22, на яких можна встановити два електропровідні елементи, призначених для виконання ролі електродів. Таким середовищем є, наприклад, блок не армованого бетону або будівельного розчину. В цьому випадку на кожну з поверхонь 21 і 22 наносять шар описаного вище гелю, відповідно 23 і 24, потім кожен з цих шарів закривають електропровідним елементом, відповідно 25 і 26. В даному випадку ці електропровідні елементи теж містять отвори 27 для тих же цілей, що були вказані раніше для електропровідного елементу 14, показаного на Фіг. 1. Дезактивацію твердого поруватого середовища із здійсненням етапу а) згідно цього варіанту виконання проводять за таким же принципом, що і варіант виконання, показаний на Фіг. 1, за винятком того, що доступність цих двох електропровідних елементів дозволяє поляризувати їх 5 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 по вибору, один як анод і інший як катод, незалежно від заряду забруднюючих речовин, які необхідно витягувати з цього середовища. На Фіг. 3 схематично представлений третій варіант здійснення етапу а) способу відповідно до даного винаходу. Цей третій варіант зазвичай використовують для дезактивації: - або твердого поруватого середовища 30, яка не тільки не містить електропровідної внутрішньої арматури, але і не містить двох вільних поверхонь для закріплення електропровідних елементів, наприклад, такий як геологічний ґрунт; - або суто локальної зони твердого поруватого середовища 30, наприклад, після випадкового зараження, причому це середовище може містити або не містити електропровідну внутрішню арматуру; - або зони твердого поруватого середовища 30, яка містить електропровідну внутрішню арматуру, але в якій глибина зараження перевищує глибину обмазки цієї арматури. У всіх випадках два електроди у вигляді свічок, відповідно 31 і 32, вводять в тверде порувате середовище 30, у разі потреби, в гнізда, заздалегідь виконані з цією метою, наприклад, шляхом каротажу, розміщуючи їх по обидві сторони від призначеної для дезактивації зони вказаного середовища. Електропровідність між електродами 31 і 32 і що оточує їх твердим поруватим середовищем забезпечують за допомогою шару гелю, відповідно 33 і 34, який наносять або на поверхню електродів перед їх заглибленням, або на стінки гнізд, в які будуть поміщені ці електроди. Дезактивацію твердого поруватого середовища із здійсненням етапу а) згідно цього варіанту виконання проводять за таким же принципом, що і варіант виконання, показаний на Фіг. 2, за винятком того, що етапи сушки і видалення гелю здійснюють після витягання електродів з цього твердого середовища. Експериментальні результати Всі гелі, використані в нижченаведених прикладах, були приготовані однаковим способом. Згідно цього способу, модифікатор в'язкості (який є або глиноземом Aeroxil® Alu 3, або сумішшю глинозему Aeroxil® Alu C і кремнезему Aerosil® 380) додають у воду або, у разі потреби, в розчин їдкого натра або поташу при механічному перемішуванні з швидкістю від 600 до 800 об/хв, і перемішування отриманої суміші продовжують протягом 2-5 хвилин, щоб отримати однорідний гель. Приклад 1: Цей приклад ілюструє вплив деяких параметрів на кінетику сушки гелю, використовуваного як електроліт в способі відповідно до даного винаходу. * Вплив присутності їдкого натра або поташу у водній фазі гелю: На Фіг. 4 у вигляді кривих представлена кінетика висихання (тобто ступінь втрати маси залежно від часу висихання) трьох гелів, що надалі позначаються А, В і З, зокрема, відповідно: Гель А: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 7 6,3 мас. % води; Гель В: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 7 6,3 мас. % розчину KOH 5 М; Гель 3: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % розчину NaOH 5 М. Цю кінетику висихання отримали для шарів гелю завтовшки 2 мм при температурі 22 °C і 60 % відносній вологості. Як видно з цієї фігури, швидкість висихання гелю істотно знижується у присутності їдкого натра або поташу у водній фазі цього гелю. Дійсно, враховуючи гігроскопічний характер цих основ, протистояння між процесом випаровування водної фази гелю і оборотом вологи, пов'язаним з присутністю їдкого натра або поташу в цій водній фазі, дозволяє стримувати досягнення горизонтальної ділянки на графіку, який відображає повне випаровування вільної води, що містилася в гелі. Отже, гель, водна фаза якого містить поташ або їдкий натр, проводить струм довше, ніж гель, водна фаза якого складається тільки з води. Це було підтверджено, зокрема, при сушці шарів гелю В завтовшки 2 мм під дією електричного поля з силою струму 8 мА при температурі 22 °C і 60 % відносній вологості, шляхом відстежування зміни в часі електричного опору і маси цих шарів. Дійсно, як видно з Фіг. 5, де представлені результати цього досвіду, електричний опір і, отже, електропровідність гелю показали високу стабільність під час його сушки. Це представляє особливий інтерес, оскільки забезпечує рівномірні робочі умови, поки гель повністю не висохне. * Вплив рН гелю: На Фіг. 6 у вигляді кривих представлена кінетика висихання чотирьох гелів, надалі D, що позначаються, Е, F і G, зокрема, відповідно: 6 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Гель D: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % розчину NaOH 1 М; Гель Е: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 7 6,3 мас. % розчину NaOH 5 М; Гель F: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 7 6,3 мас. % розчину NaOH 10 М; Гель G: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % розчину KOH 10 М. Цю кінетику висихання отримали для шарів гелю завтовшки 2 мм при температурі 22 °C і 60 % відносній вологості. З Фіг. 6 видно, що: - з одного боку, при даній основі швидкість висихання гелю тим нижче, чим вище концентрація цієї основи, і - з іншого боку, використовуючи основний характер гелю, можна модулювати швидкість висихання цього гелю і адаптувати цю швидкість до тривалості обробки дезактивації. Таким чином, для дезактивації цементних матричних матеріалів, в яких кінетика виділення складає декілька тижнів (як правило від 2 до 4 тижнів), переважно використовують гель з дуже високою концентрацією їдкого натра або поташу, щоб максимально обмежити число операцій повторного зволоження цього гелю. * Вплив присутності кремнезему в гелі: На Фіг. 7 у вигляді кривих представлена кінетика висихання двох гелів, що надалі позначаються І і J, зокрема, відповідно: Гель І: 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % води; - Гель J: 23,5 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C, 1 мас. % Aerosil® 380 і 75,5 мас. % води. Цю кінетику висихання отримали для шарів гелю завтовшки 2 мм при температурі 22 °C і 60 % відносній вологості. З цієї фігури видно, що присутність кремнезему в гелі теж сприяє пониженню швидкості висихання цього гелю. * Вплив товщини шару гелю: На Фіг. 8 у вигляді кривих представлена кінетика висихання, отримана для гелю, що містить 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % води, після його нанесення шарами від 0,2 см до 1,5 см. Цю кінетику висихання отримали при температурі 22 °C і 60 % відносній вологості. З цієї фігури видно, що товщина шару гелю теж дозволяє знизити швидкість висихання цього гелю. Приклад 2: Випробування по дезактивації будівельного розчину, зараженого цезієм, проводили таким чином: - виділяючи цезій з будівельного розчину згідно варіанту виконання, представленому на Фіг. 1, з використанням: - гелю, що містить 23,7 мас. % глинозему Aeroxil® Alu C і 76,3 мас. % розчину NaOH 5 М, і - наступних параметрів: шар гелю завтовшки 0,5 см; подача на електроди електричного 2 струму щільністю 2 А/м внутрішньої арматури; температура 22 °C; відносна вологість 60 %. Виділення проводили протягом 260 годин. У різні моменти цього виділення здійснювали відбір зразків гелю, потім їх залишали сохнути в природних умовах лабораторії і визначали вміст в них цезію і алюмінію. На Фіг. 9 показана зміна відношення змісту цезію до вмісту алюмінію в сухому гелі залежно від тривалості виділення цезію. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 1. Спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища, який містить: a) виділення забруднюючих речовин, присутніх в цьому твердому середовищі, в електроліт, головним чином неорганічний гель, причому це виділення здійснюють шляхом пропускання електричного струму між двома електродами, розташованими на поверхні і/або усередині твердого середовища, причому контакт між принаймні одним з цих електродів і вказаним твердим середовищем забезпечує шар вказаного гелю, b) висихання гелю, що містить виділені таким чином забруднюючі речовини, до отримання ломкого сухого залишку, і c) видалення отриманого таким чином сухого залишку твердого середовища. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електролітичний гель містить від 10 до 40 мас. % неорганічного або мінерального модифікатора в'язкості у вигляді дисперсії в 60-90 мас. % водної фази з основним рН. 7 UA 101066 C2 5 10 15 20 25 30 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що неорганічним модифікатором в'язкості є глинозем або суміш глинозему і кремнезему. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що неорганічним модифікатором в'язкості є пірогенний глинозем або суміш пірогенного глинозему і пірогенного кремнезему. 5. Спосіб за будь-яким зпп. 2-4, який відрізняється тим, що модифікатор в'язкості складає не більше 30 мас. % гелю. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 2-5, який відрізняється тим, що водна фаза є розчином неорганічної основи, вибираної серед їдкого натру, поташу, гідроксиду кальцію, карбонату калію, карбонату натрію та їх сумішей. 7. Спосіб за п. 6, який відрізняється тим, що неорганічна основа є їдким натром або поташем. 8. Спосіб за п. 6 або п. 7, який відрізняється тим, що концентрація неорганічної основи у водній фазі складає принаймні 3 моль/л. 9. Спосіб за будь-яким з пп. 2-8, який відрізняється тим, що гель додатково містить надабсорбуючий полімер і/або поверхнево-активну речовину. 10. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що, коли тверде порувате середовище містить електропровідну внутрішню арматуру, один з електродів утворений цією арматурою або частиною цієї арматури, тоді як інший електрод утворений електропровідним елементом, який притискують до поверхні твердого поруватого середовища або упроваджують в це середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує тільки контакт цього елемента з вказаним середовищем. 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що обидва електроди утворено електропровідними елементами, які притискують до двох різних поверхонь твердого поруватого середовища, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем. 12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що обидва електроди утворено двома електропровідними елементами, які вводять в тверде порувате середовище, і в цьому випадку шар гелю забезпечує контакт кожного з цих елементів з цим середовищем. 13. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що шар або шари гелю мають товщину від 0,5 до 2 см. 14. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що тверде порувате середовище є цементним матричним матеріалом. 15. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що забруднюючі речовини є радіоактивними елементами. 8 UA 101066 C2 9 UA 101066 C2 10 UA 101066 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for electrokinetic decontamination of solid porous medium

Автори англійською

Cuer, Frederic, de Nadai, Axel

Назва патенту російською

Способ электрокинетической дезактивации твердой пористой среды

Автори російською

Кюе Фредерик, де Надаи Аксель

МПК / Мітки

МПК: C04B 41/72, E04G 23/02, G21F 9/30

Мітки: спосіб, електрокінетичної, твердого, дезактивації, поруватого, середовища

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/13-101066-sposib-elektrokinetichno-dezaktivaci-tverdogo-poruvatogo-seredovishha.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб електрокінетичної дезактивації твердого поруватого середовища</a>

Подібні патенти