Спосіб дезактивації радіоактивних речовин, ґрунтів, відходів та ліквідації забруднення ними екосистеми

Номер патенту: 42844

Опубліковано: 27.07.2009

Автор: Тузяк Віра Євгенівна

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб дезактивації радіоактивних речовин, ґрунтів, відходів і ліквідації забруднення ними екосистеми, що включає обробку спеціальними розчинами, який відрізняється тим, що для дезактивації довгоживучих радіоактивних ізотопів урану, торію, цезію, стронцію і інших застосовують водний розчин вапняної суміші, що містить окрім вапна суперфосфат, приципітат та тонкомолоті вапняк і доломіт, які будуть переводити ізотопи у стійкі, нерозчинні, мінералоутворюючі кристалічні сполуки урано-торієвих та стронцій-цезійових фосфатів, карбонатів чи гідроксидів кальцію та магнію.

Текст

Спосіб дезактивації радіоактивних речовин, ґрунтів, відходів і ліквідації забруднення ними екосистеми, що включає обробку спеціальними розчинами, який відрізняється тим, що для дезакти 3 Відомі способи дезактивації радіоактивного забруднення поверхонь дорожнього покриття, ґрунтів, при аварійній дезактивації, які здійснюють обробкою водою, спеціальними розчинами, а також шляхом нанесення плівки полімеризуючих речовин, яку потім видаляють разом з захваченою нею радіоактивним забрудненням. [2]. Недоліком такого способу дезактивації є те, що повністю здійснити дезактивацію до допустимих норм радіоактивної безпеки не вдається і тоді уражені ділянки огороджують і припиняють до них доступ на довгі роки, що призводить до великих втрат екосистеми і нанесення їй великої шкоди в оточеному середовищі і у відчуженні великих територій. В основу корисної моделі поставлено задачу дезактивації радіоактивних речовин, що знаходяться в відпрацьованому ядерному паливі, в забруднених радіонуклідами ґрунтах, наприклад, Чорнобильської зони, і які виділяються в наслідок вибуху атомних електростанцій, ядерних реакторів, атомних бомб, з повною ліквідацією наслідків ядерних взривів і пожеж, для припинення і знешкодження радіоактивного випромінювання швидкісних нейтронів, гама-квантів, альфа-і бетачастинок до рівня, нище допустимого, а саме до нульового. Вирішення поставленної задачі досягається тим, що дезактивацію здійснюють шляхом переведення радіоактивних довгоживучих ізотопів урану 235 U, стронцію 90Sr, цезію 137Cs, торію 23290Th, в нерадіоактивні нерозчинні сполуки - в інертні камневидні матеріали, склад яких поглинає іонізуюче радіоактивне випромінювання гама-квантів, швидкісних нейтронів, альфа-і бета-частинок, і припиняє радіоактивне забруднення екології і екосистеми в цілому, що досягається обробкою забруднених радіоактивними речовинами поверхонь, ґрунтів і відпрацьованих відходів водним розчином вапна - гідрата кальцію Са(ОН)2, що містить тонкомолотий вапняк Са(СО3)2, доломіт CaMg(CO3)2 та фосфорні мінеральні добрива: фосфат, суперфосфат, приципітат: Са(Н2РО4)2; Са3РО4; СаНРО4. При обробці радіоактивних речовин, ґрунтів та промислових відходів і відходів від ядерного реактора, водним розчином гідроксиду кальцію і фосфорних мінеральних добрив, в присутності невеликої кількості негашеного вапна, яке додається для підвищення реакційної здатності карбонатів кальцію і магнію, що містяться в вапняку і в доломіті, ізотопи урану стронцію і цезію будуть утворювати нерозчинні, нерадіоактивні, камневидні сполуки типу: Ca(UO2)4[PO4]2(OH)4·7Н2О CaU(PO4)2·H2O в яких групи РО4 і шестивалентний уран U6+ в октаедричному оточенні іонів кисню складають шари, що зв'язуються катіонами кальцію, а також в присутності гідроксиду кальцію і карбонатів магнію і кальцію утворюють не розчинні камневидні мінерали, стронцій, цезій вмісткі: (Sr, Са, Mg)3Ce4(CO3)7(OH)4·3Н2О; (Са, Sr) (СО3)2; Cs(OH)4; CsCO3 42844 4 А завдяки тому, що розмір іонного радіуса чотирьохвалентного урану рівний 1,05Ǻ, торію Th4+ 1,10Ǻ, які сумірні з розміром іону Са2+ 1,09Ǻ то з суперфосфатом і фосфатом ці елементи будуть утворювати нерозчинну не радіоактивну сполуку ураноторієвий фосфат кальцію: (U, Са, Th) [PO4]4·6H2O де іон кальцію буде заміщатися на іони чотирьохвалентного урану, торію, В присутності карбонату СаСО3 та доломіту CaMg(CO3)2 і гідроксиду кальцію Са(ОН)2, радіоактивні елементи будуть утворювати стійкі нерозчинні нерадіоактивні мінерали - карбонати: (UO2)CO3; SrCO3; (UO2)6(CO3)5(OH)2·6Н2О Mg2(UO2)(CO3)3·18H2O CaMg(UO2)(CO3)3·12Н2О Завдяки тому, що кальцій утворює шість стійких ізотопа: Са40, Са42, Са43, Са44, Са46 і Са48, для утворення яких кальцій здатен поглинати швидкісні нейтрони, він понижує радіоактивне випромінювання ізотопів. Фосфор, що знаходиться в фосфатах кальцію у п'ятій валентності має здатність поглинати γпромені та β-частинки, переходити у валентність +3, +2, +1, 0, -3. Причому, в нульовій валентності фтор утворює короткоживучий радіоактивний ізотоп 30 P , який є нестійкий, з періодом напіврозпа15 ду 3хв. 15сек і розпадається з утворенням стійкого ядра кремнію Si: 30 30 + 15 P®14 Si + e , передаючи позитрон, фосфору з мінусовою валентністю. Дезактивацію забрудненої радіоактивними речовинами поверхні, ґрунтів здійснюють наступним чином. З допомогою дозиметра визначають рівень радіоактивного забруднення. Після того відміряють межі забрудненої ділянки поверхні, ґрунту. Готують водний розчин сметаноподібної консистенції, здатного перекачуватися насосом до місця ураження, з вмістом гідроксида кальцію Са(ОН)2 в кількості 50-60%, тонкомолотого вапняку і доломіту в кількості 10-20%, фосфату кальцію у вигляді суперфосфату, або/і приципітату в кількості 4030%. Таким спеціальним вапняно-фосфатним розчином обробляють поверхню заражену радіоактивними речовинами, радіоактивні ґрунти. Дезактивацію проводять до тих пір, поки рівень забруднення не стане нижче допустимого рівня, і рівним нулю, тобто до повного позбавлення радіоактивного випромінення, повної дезактивації, що дає здійснити цей спосіб. Кількість компонентів в розчині можна змінювати в будь-якому діапазоні що не впливає на ефективність дезактивації вказаним складом сполук кальцію - гідроксиду, карбонату, фосфату, магнію - вапна, вапняку, доломіту і суперфосфату, чи приципітану. Для дезактивації великих об'ємів рідин, що утворюються, наприклад при роботі атомних станцій, необхідно використовувати сухе вапно СаО, подаючи у рідину малими порціями поступово, яке, при гідратації у Са(ОН)2+2Н2О буде поглинати 5 42844 надлишок води і коагулювати утворені продукти дезактивації у твердий залишок. Під час дезактивації вапном відбувається його гасіння з виділенням тепла, тому дезактивацію радіоактивної води необхідно здійснювати при її охолодженні нижче 10°С. При дезактивації відходів ядерного палива, перед його захороненням обробку здійснюють розчином вапна в процесі їх коагуляції, дистиляції, з послідуючою обробкою розчином суперфосфату до повного зниження кількості радіоактивних ізотопів і переводу цих ізотопів у нерозчинні карбонатно-фосфатні кальцієво-магнієві сполуки, додаючи до розчину вапна і суперфосфату тонкомолоті вапняк і доломіт до утворення затверділої маси, в до повного припинення нею виділення радіоактивних випромінювань. Для високоактивних відходів ядерного палива з потужним гама-випроміненням для дезактивізації застосовують більшу кількість фосфатів кальцію, так як фосфор має здатність поглинати гамапромені. При дезактивації відходів, що дають потужне виділення швидкісних нейтронів застосовують більшу кількість розчину вапна, вапняку та доломіту, але в комплексі з фосфатами кальцію. Обробка радіоактивних відходів ядерного палива запропонованим спеціальним складом розчину на основі вапна і його сполук: карбонату та фосфатів, дозволить перевести радіоактивний матеріал у безпечну сировину - не радіоактивні 6 ураново-торієво-стронцієво-цезієві руди, для одержання з них повноцінного якісного ядерного палива шляхом його регенерації. Дезактивація з допомогою розчину вапна, суперфосфату з тонкомолотим доломітом і вапняком радіоактивних ґрунтів дозволить здійснити їх подальшу рекультивацію і зробити їх придатними для використання під вирощування сільськогосподарських культур, так як, радіоактивні ізотопи урану, торію, стронцію, цезію у вигляді гідроксидів, карбонатів і фосфатів з кальцієм переходять у нерозчинні кристали урановмістких гідрокарбонатів кальцію і магнію, які поглинають гама-, бета-, альфа- промені і швидкісні нейтрони, утворюючи кристалічні структури стійких ізотопів кальцію і вуглецю, для якого теж характерні окрім двох стійких ізотопа С12 і С13, ще чотири інших ізотопа С10, С11, С14 і С15, які в карбонатному аніоні (СО3)2- знаходяться в третій координації по відношенню до атомів кисню, а їх групи CO3 ізольовані між собою катіонами або додатковими аніонами, що поглинаються їх структурою, їх головними катіонами можуть бути: Mg, Ca, Th, U, Fe, Al, Ba, Sr, Bi, Cs і т.д. А уран у водних розчинах гідроксилу кальцію переходить у шестивалентний і чотирьохвалентні іони U6+, U4+, які дисоціюють з утворенням іонів (UO2)2+ та U4+ гідро-аква-формування загального типу (по теорії Гаррелса) [3]: (UO2 ) OH 2 × 2H2O « UO2 (OH)2 × H2O « UO2 (OH)2 + H2O « (UO2 )2 + + 2(OH) + 2H2O ( ) ¯ ¯ , UO3 + H2O які є стійкими при відповідних значеннях рН і утворюють цілий ряд ізоморфнозаміщенні кристали мінералів: кальцію, магнію, стронція, цезія з карбонатами, фосфатами та гідроксидами в присутності суперфосфату, вапна, вапняку і доломіту. Література: Комп’ютерна верстка О. Рябко 1). Своллоу А. Радиоционная химия. Пер. с англ, - М., 1976. 2). Ядерная химия и радиохимия. Пер. с англ. - М, 1967р. 3). Минералогия. Пер. с анг. - М., 1971. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for deactivation of radioactive substances, earths, wastes and for liquidation of pollution of ecosystem with those

Автори англійською

Tuziak Vira Yevhenivna

Назва патенту російською

Способ дезактивации радиоактивных веществ, грунтов, отходов и ликвидации загрязнения ими экосистемы

Автори російською

Тузяк Вера Евгеньевна

МПК / Мітки

МПК: G21F 9/28, B09C 1/00

Мітки: ними, ліквідації, радіоактивних, екосистеми, речовин, ґрунтів, дезактивації, спосіб, відходів, забруднення

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/3-42844-sposib-dezaktivaci-radioaktivnikh-rechovin-runtiv-vidkhodiv-ta-likvidaci-zabrudnennya-nimi-ekosistemi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб дезактивації радіоактивних речовин, ґрунтів, відходів та ліквідації забруднення ними екосистеми</a>

Подібні патенти