CC BY
48
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)
УДК 621.039.7
А.И. Тучкова, Е.А. Тюпина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ПОДБОР ПАРАМЕТРОВ КИСЛОТНОЙ АКТИВАЦИИ БЕНТОНИТА С ЦЕЛЬЮ ОЧИСТКИ ВАКУУМНОГО МАСЛА ОТ Cs - 137
The optimal parameters of the process of bentonite sulfuric acid activation corresponding to the maximal degree of vacuum oil cleaning from Cs -137: the concentration - H2S04 of 20% and the ratio of the phases B1: H2S04 -1:3.
Определены оптимальные параметры проведения процесса сернокислотной активации бентонита соответствующие максимальной степени очистки вакуумного масла от Cs -137: концентрация H2S04 20 % и соотношение фаз Б1: H2S04 -1:3.
При разработке методов очистки жидких органических отходов (ЖОО) наметилась тенденция использования дешевых природных адсорбентов, например, природных алюмосиликатов, а также адсорбентов, полученных при использовании отходов других производств. Таким образом, их стоимость оказывается значительно ниже стоимости синтетических коллекторов радиоактивности, тогда как достигаемая степень очистки находится на том же уровне или даже превышает его.
Как известно из литературных данных [1] одними из лучших природных адсорбентов для извлечения Cs-137 из радиоактивных отходов (РАО) являются бентониты.
Для использования бентонитов в промышленности они обычно подвергаются переработке. Чаще всего это сушка, измельчение и различные способы активации.
В настоящее время существует ряд эффективных методов химического и геометрического модифицирования поверхности минералов [2]. К ним можно отнести катионный обмен, термическую и химическую обработку поверхности, изменение степени обводненности, величины удельной поверхности и порового пространства.
При проведении предварительных экспериментов, из целого ряда опробованных адсорбентов был выбран кислотноактивированный бентонит. Поэтому целью настоящей работы являлся подбор условий проведения кислотной активации бентонита Б1.
Для изучения адсорбции цезийсодержащих продуктов использовали реальное отработанное масло с начальной активностью 15000 Бк/кг, основным загрязнителем которого являлся Cs-137. Предварительно масло было очищено от водной фазы и механических загрязнений. Измерения активности проводили на полупроводниковом гамма-рентгеновском спектрометре на основе детектора из особо чистого германия (ОЧГ-2000).
Первоначально проведен подбор концентрации активирующего раствора серной кислоты и получены зависимости остаточной активности масла и коэффициента вспучивания (Кв) от концентрации H2SO4.
9
С 11 6 X и в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N0 7 (112)
Коэффициент вспучивания определяли по отношению величины объемного веса природного материала уп (кг/м3) к величине объемного веса вспученного бентонита ув (кг/м3):
Гв
Активацию проводили добавлением Б1 в предварительно разогретый до 100 °С раствор НгБС^ различной концентрации при соотношении фаз бентонита и кислоты 1:3 и перемешивали при 100 °С в течение 5 мин с последующим высушиванием образцов в сушильном шкафу при 100 °С.
Адсорбцию проводили при температуре 80 °С по следующей методике: в масло с известной начальной активностью по С8-137 вносили навеску бентонита при соотношении твердой и жидкой фаз 1:40. После перемешивания в течение 30 мин и центрифугирования 60 мин при 4500 об/мин измеряли остаточную активность масла. Результаты эксперимента представлены на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость Кв бентонита и остаточной удельной активности масла от концентрации Н2804 при активации Б1
Как видно из представленных экспериментальных данных, присутствует четкая зависимость, как степени очистки масла, так и Кв самого бентонита от концентрации активирующего раствора серной кислоты. Чем выше концентрация НгБО^ тем выше степень очистки масла и Кв. Таким образом, помимо всех условий проведения процессов адсорбции из масла и активации бентонита на очистку РМ-3 влияет также степень вспучивания Б1к-та, т.к. при этом происходит значительное увеличение поверхности адсорбента. Однако большие концентрации НгБС^ использовать также не целесообразно из-за значительного увеличения времени сушки бентонита. Так как различия в результатах экспериментов при активации 20 и 30 %-ной серной кислотой незначительные, для последующих экспериментов выбрана концентрация Н2804, равная 20 %.
9
С Ib 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)
Кроме того, с помощью рентгенофазового анализа (РФА) и микрофотографий были выявлены различия в структуре неактивированного и активированного 0,1 % и 20 %-ной Н2804 бентонита (рис. 2 а, б). Из данных рис. 2 а видно, что для Б1к-Та (0,1 %) основной фазой, как и для Б1ИСх, является да-толит СаВ8Ю40Н, тогда как для Б1к-Та (20 %) основная кристаллическая фаза представлена СаБС^ и БЮг. На рис. 2 б показано, что с увеличением концентрации Н2804, происходит разрушение крупных частиц, присутствовавших в исходном Б1 и уменьшение среднего размера частиц с 50 мкм (0,1 %) до 20 мкм (20 %), что подтверждено анализом гранулометрического состава на лазерном гранулометре Апа1узейе 22 (БгкзсЬ, Германия).
а б
Рис. 2. Дифрактограммы (а) и микрофотографии (б) для исходного бентонита Б1нсх, бентонита, активированного 0,1 % H2S04 и 20 % H2S04
На следующем этапе исследований получена зависимость адсорбционной очистки масла и Кв бентонита от соотношения фаз Б1 и H2SO4 при проведении активации (рис. 3). Использовались следующие объемные соотношения фаз B1/H2S04: 2:1, 1:1, 1:3, 1:5 и 1:10. Активация и адсорбция проводились по описанным выше методикам. По данным рис. 3 можно говорить об аналогичном влиянии количества добавляемой кислоты на степень очистки и Кв, как и при исследовании концентрационной зависимости H2SO4.
9
С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 7 (112)
Значения удельной активности для соотношений 1:3, 1:5 и 1:10 практически не изменяются, поэтому с целью сокращения расходов реагентов и времени просушивания активированного бентонита выбрано соотношение 1:3.
В результате проделанной работы показано, что увеличение концентрации серной кислоты при активации бентонита приводит к существенным изменениям в его структуре и составе, а также к возрастанию удельной поверхности.
5000
4000
"2 Ш
«в
о 3000 а 2 Л
н
о
5 2000
н
х а
1000
01 23456789 10 11 Отношение количества кислоты к количеству бентонита
а Уд. активность масла, Бк/кг ■ Коэффициент вспучивания
а щ
s
3>
с
о щ
н
X
а>
е> о
Рис. 3. Зависимость Кв бентонита и остаточной удельной активности масла от соотношения фаз Н2804 и Б1 при проведении активации
Таким образом, определены оптимальные параметры проведения процесса сернокислотной активации: концентрация кислоты 20 % и соотношение фаз Б1: Н2804 - 1:3.
Библиографические ссылки
1. Комаров B.C. Адсорбенты: получение, структура, свойства / B.C. Комаров, А.И. Ратько. Минск: Беларус. навука, 2009. 256с.
2. Горюшкин В.В. Технологические свойства бентонитов палеоцена Воронежской антеклизы и возможности их изменения / В.В. Горюшкин. Вестник Воронежского университета. Геология, 2005. №1. С. 166-177.
