CC BY
43
дн = ДИягз ■-Чу (3)
г ж ап
где АН - удерживающая способность насадочного слоя, м3/м3; Мж -молярная масса жидкости, г/моль; г - мольное отношение, моль BF3/ моль анизола; рж - плотность жидкости, г/см3; Ули - объем насадочного слоя, см3.
Результаты расчетов удерживающей способности насадочного слоя представлены в таблице. При расчетах для узлов обращения потоков использовалась среднеинтегральная температура по аппарату, вычисляемая по формуле (4): _f*T(.k)dhf
Тч>= !н (4)
где T(h) - температурный профиль по высоте аппарата; Н - длина насадочного слоя.
Сопоставление полученных значений удерживающей способности спирально-призматической насадки с размером элемента 2,5x2,5x0,2 мм в горизонтальной роторной колонне для системы газообразный трифторид бора - комплексное соединение трифторида бора с анизолом показывает, что в рамках отдельного эксперимента значение АН в пределах погрешности измерений совпадает с аналогичным значением для классических вертикальных колонн.
Библиографические ссылки
1. Разделение изотопов биогенных элементов в двухфазных системах. / Б. М. Андреев, Э. П. Магомедбеков, М. Б. Розенкевич [и др.]; [ред. Андреев Б. М.]; М.: ИздАТ, 2003. 376 с.
2. Боресков Г.К., Катальников С.Г. Технология процессов химического изотопного обмена./МХТИ; М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1974. 205 с.
УДК 621.039.7 + 504.064.47
Е Мьинт Лат, В.Б. Тимеркаев, И.Л. Растунова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
КИНЕТИКА ВЫДЕЛЕНИЯ ТРИТИЙСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ ИЗ МАТРИЦ ФОСФАТНОЙ КЕРАМИКИ
The searching results of tritium containing water vapour emission rate from the surface of blocks made of phosphate ceramics during the contact with vapour-gaseous phase are presented. The date of the structural analysis of matrix and dependence of rate of tritium emission from matrix on gas flow and gas humidity are shown.
7 4
Представлены результаты исследования скорости выделения тритийсодержащих паров воды с поверхности блоков из фосфатной керамики при контакте с парогазовой средой. Представлены данные структурного анализа образцов и зависимости скорости выделения трития из матрицы от потока воздуха и влагосодержания воздуха.
Развитие ядерной энергетики связано с необходимостью решения экологических проблем, в частности, улавливания и переработки радиоактивных отходов (РАО), образующихся на предприятиях ядерной индустрии. Особое место среди РАО занимает тритий - радиоактивный изотоп водорода, мягкий (3-излучатель с периодом полураспада тт = 12,35 года, который, занимает особое место среди низкоэнергетических излучателей. Повышенная опасность трития обусловлена тем, что он, являясь изотопом водорода, способен обмениваться с водородом воды и других соединений, входящих в состав организма (в частности, может быть усвоен молекулами ДНК) [1]. В настоящее время на предприятиях ЯТЦ накоплены значительные количества низкоактивных тритийсодержащих водных отходов, которые необходимо перевести в безопасные формы для долговременного хранения. Одним из традиционных способов переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) является их отверждение путем включения в твердую матрицу [2]. В настоящей работе исследована возможность использования для локализации тритийсодержащей воды матриц из фосфатной керамики (ФК).
Файл - 8160311.dat; Съемка -16.03.11 14:14:02; Анод-Си;
Рис. 1. Дифрактограмма образца фосфатной керамики
В работе испытывали блоки, изготовленные в ГУЛ МосНПО «Радон» с использованием тритийсодержащей воды с концентрацией трития 1,42-106
Бк/кг. Блоки имели цилиндрическую форму диаметром 30 мм и высотой
*-* 2
~112 мм, и их геометрическая поверхность принималась равной 120 см . Результаты рентгенофазового анализа, проведенного на рентгеновском ди-
фрактометре ДРОН-ЗМ, показали, что исследуемые блоки имеют в своем составе КМ^РО^бНгО, БЮг (кварц) и Са(ОН)2 (см. рис. 1).
Исследование скорости выделения тритийсодержащих паров воды из блоков проводилось на экспериментальном стенде [3], основным элементом которого является термостатируемая колонна с внутренним диаметром 34 мм и высотой 250 мм, в которую помещается образец. В нижнюю часть колонны подается поток воздуха, предварительно насыщенного парами воды природного изотопного состава в термостатируемой колонне высотой 30 мм и внутренним диаметром 25 мм, заполненной спирально-призматической насадкой диаметром 2x2x0,2 мм. На выходе из колонны парогазовая смесь попадает в холодильник-сепаратор, где происходит конденсация паров воды. Далее поток воздуха осушается в ловушке с силикагелем и сбрасывается в окружающую среду. Изотопный анализ проб конденсата из сепаратора проводился методом жидкостной сцинтилляции на приборе РЖС-05.
С использованием результатов анализа по уравнениям (1, 2) рассчитывали количество трития, выделившееся из блока за промежуток времени между отборами проб А{ (А0гЛЬ Бк) и удельную скорость выделения трития (Ууд, Бк/ч-см2).
^обм - &н20 ' ^пр ' ^ (1)
Ап
Руд =-^77 (2)
-^обм
аШ
где Сизо - поток пара в пересчета на конденсированное состояние (л/ч); Апр - активность пробы (Бк/л); А/ - промежуток времени между отборами проб (ч); площадь блока, см2.
Все эксперименты данной серии проводились при температуре 37±0,5°С в течение 6 часов.
Исследование влияния влажности воздуха проводили при потоке воздуха 720 нл/ч с использованием образцов ФКЗ-1 (ШбЛока=149,8 г, АИСх=72846 Бк) и ФКЗ-2 (Шблока=122,1 г, АИсх=58608 Бк). Результаты представлены на рис. 2.
Из представленных данных видно, что зависимость удельной скорости выделения трития от времени эксперимента носит нелинейный характер. При этом влагосодержание паровоздушной среды оказывает слабое влияние на выделение трития из матрицы. Так, за 6 часов эксперимента снижение активности блока составило 2,5% при влажности 69,4% и 2,8% - при 98%.
На следующем этапе было проведено исследование влияния скорости потока воздуха на на скорость выделения трития. Эксперименты проводились при влажности воздуха, равной 97-98%. В работе использовали блоки ФКЗ-2 при потоке воздуха 720 нл/ч и ФКЗ-З (ШбЛОка=116,1 г, АИСх=55728 Бк) при потоке 360 нл/ч. Результаты представлены на рис. 3.
Из рисунка видно, что уменьшение потока влажного воздуха приводит к увеличению скорости выделения трития из блоков, что может быть
обусловлено увеличением времени контакта паровоздушной смеси с материалом матрицы фосфатной керамики. При этом, за первые 6 часов эксперимента из образцов, испытанных при потоке 720 нл/ч выделилось 2,8%, а при 360 нл/ч - 3,3% трития, содержащегося в исходном материале.
Рис. 2. Зависимость удельной скорости выделения трития из блоков ФК от влажности потока газа.
Также следует отметить, что зависимость логарифма удельной скорости выделения трития от времени контакта образцов с паровоздушной смесью хорошо описывается двумя прямыми линиями с точкой излома, лежащей в 1,5 часах от начала эксперимента. При этом выделяется «высокоскоростная» и «низкоскоростная» области с соответствующими значениями тангенса угла наклона прямых, описывающих данную зависимость, что хорошо согласуется с данными, полученными ранее для матриц портландцемента [3].
Следует отметить, что с уменьшением потока паровоздушной смеси зависимость логарифма скорости выделения трития становится более пологой, однако выделение трития в низкоскоростной области происходит более интенсивно. Так, были получены значения тангенса угла наклона при потоках 720 и 360 нл/ч соответственно: в «высокоскоростной» области (-0,572+ 0,020) и (-0,249+0,009), а в «низкоскоростной» - (-0,076+0,030) и (-0,033+
0,005). При этом за первые 1,5 часа («высокоскоростная» область) из блоков ФКЗ-2 и ФКЗ-З соответственно выделилось 1,2% и 1,1% от исходной активности, а за последующие 4,5 часа («низкоскоростная» область) еще 1,7% и 2,2%.
Существование двух областей скорости выделения трития позволяет сделать предположение о различном фазовом состоянии воды в матрице фосфатной керамики. По данным изготовителя, содержание воды в матрице
составляет около 34%. Определение состояния воды в матрице ФК проводили методом дифференциально-термического анализа на дериватографе фирмы МОМ. Поскольку гидратация матриц ФК проходила в герметичном объеме, то принималось, что потери массы обусловлены только выделением воды. Было показано, что изменение массы образца в диапазоне температур 20 - 1000 °С составило 29,22%, что соответствует выделению 85,4% воды от исходного содержания.
Рис. 3. Зависимость логарифма удельной скорости выделения трития из блоков ФК
от потока воздуха.
При этом следует отметить, что практически все потери массы (28,7%) проходят при нагревании до 305 °С. Так, на первом участке дерива-тограммы в температурном интервале 20 - 110 °С потери массы образца составили 8,7% (25,4% воды), что соответствует выделению слабосвязанной (адсорбированной и гигроскопической) воды. На втором участке 110 - 550 °С, соответствующем выделению воды за счет дегидратации Са(ОН)г и частичной дегидратации кристаллогидрата, в диапазоне 110 - 305 °С потери составили 20% массы образца (58,5% воды). Потери массы на третьем участке 550 - 1000 °С, соответствующем полной дегидратации гидратов и декарбонизации были незначительны - 0,35% от исходной навески (1,0 % воды).
На основании данного анализа можно сделать вывод о том, что значительная часть воды в матрице фосфатной керамики находится в связанном состоянии. Однако, по-нашему мнению, количество слабосвязанной воды, определенное дифференциально-термическим методом, оказалось заниженным, так как в процессе приготовления пробы за счет измельчения образца происходили потери воды путем интенсивного ее испарения с высокоразвитой поверхности, что не было учтено при обработке результатов. Таким образом, можно сделать вывод, что матрица фосфатной керамики содержит
более 25% подвижной воды, которая может выделяться в окружающую среду при контакте с воздухом.
Возвращаясь к результатам исследования скорости выделения трития из блоков ФК, следует отметить, что наличие «высокоскоростной» и «низкоскоростной» областей кинетики процесса не может объясняться различным фазовым состоянием воды, так как количество выделившейся активности оказалось существенно ниже суммарного содержания слабосвязанной воды. Таким образом, наличие излома на кинетической кривой, вероятнее всего, объясняется диффузией воды из тела матрицы к ее поверхности, обусловленной наличием градиента концентраций тяжелого изотопа в фосфатной керамике и водяным паром.
Авторы выражают благодарность сотруднику Центра коллективного пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева В.Н. Панюшкину за проведение анализов образг/ов.
Работа выполнена в рамках реализаг/ии ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инноваг/ионной России на 2009 - 2013 годы» грант П1583.
Библиографические ссылки
1. Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. М., ИздАТ. 2000. 340 с.
2. Дмитриев С.А., Стефановский С.В. Обращение с радиоактивными отходами: Учеб. пособие /М., РХТУ им Д.И.Менделеева.2000. 125 с.
3. Овчинникова Т.М., Е Мьинт Лат, Прокунин С.В., Растунова И.Л. Выделение трития из цементных матриц при отверждении
тритийсодержащих водных отходов. // Перспективные материалы. 2010. Спец.выпуск № 8. С. 320 - 323.
УДК 66.081.6.
Хейн Тху Аунг, Мью Мин Тунг, А.В. Варежкин
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ МИКРОПРИМЕСЕЙ МЫШЬЯКА МЕТОДОМ ИСПАРЕНИЯ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ
Several preliminary experimental investigations were carried out to separate arsenic from model water by using porous hollow fiber membranes made of PVDF. This membranes used in the process simulated a direct solar membrane pervaporation one. The feed water contained ions both Ca2+ and As5+. For As5+ the permeate quality was within WHO limits for drinking water. A
