Сорбционно-реагентный метод извлечения стронция из растворов

• Автор: Сокольницкая, Татьяна Аркадьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 167 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Проблема ЖРО и технологические способы её решения
1.1.1. Типы ЖРО
1.1.2. Технологии очистки ЖРО
1.2. Селективная сорбция и селективные сорбенты
1.2.1. Селективность сорбента
1.2.2. Селективные сорбенты для извлечения радионуклидов стронция
1.3. Ионный обмен с химической реакцией (ШЕХ)
1.3.1. Теория ионообмена с химической реакцией
1.3.2. Реакции, сопутствующие ионному обмену
1.3.3. Примеры и перспективные направления применения ШЕХ. 44 ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Эксперименты по синтезу сорбентов
2.2. Эксперименты по определению сорбционных характеристик сорбентов
2.3. Эксперименты по определению сорбции в статических условиях
2.4. Эксперименты по динамике сорбции
2.5. Используемые методы анализа
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Общая схема и принципиальные особенности сорбции для силикатов двухвалентных металлов
3.2. Сульфатная сорбционно-реагентная система на основе силиката бария
3.2.1 Образование осадка и соосаждение на осадке
3.2.2. Факторы, влияющие на образование осадка
3.2.3. Ионный обмен и соосаждение
3.2.4. Гидролиз и другие процессы
3.2.5. Модель сорбции стронция на силикате бария
3.3. Другие сорбционно-реагентные системы
3.3.1. Бариевые сорбенты на основе других неорганических соединений (титанаты, цирконаты)
3.3.2. Сорбенты на основе силикатов других двухвалентных металлов (сульфидные, карбонатные, оксалатные системы)
3.3.3. Силикат железа (II) / перманганат калия - RedOx система
3.4. Динамика сорбции в сорбционно-реагентных системах
3.5. Практическое применение сорбционно-реагентного метода извлечения стронция в технологиях очистки ЖРО
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Сорбенты, имеющие высокую селективность к различным ионам и радионуклидам, широко применяются на практике. Технологии, использующие селективные сорбенты, нашли применение в очистке сбросовых вод от тяжелых металлов, таких как ртуть, кадмий, хром и др. Одним из наиболее перспективных направлений применения селективных сорбентов является очистка жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от долгоживущих радионуклидов.
Одним из факторов, приводящих к экологическим проблемам при эксплуатации объектов атомной энергетики, является большой объем жидких радиоактивных отходов. Долгоживущие радионуклиды, содержащиеся в ЖРО, могут намного легче мигрировать в окружающую среду, чем радионуклиды, содержащиеся в твердых радиоактивных отходах (ТРО). Использование для их отверждения надежных приемов, таких как стеклование и включение в керамические матрицы по экономическим соображениям требует сокращения объемов низкоактивных ЖРО в тысячи и десятки тысяч раз. Создание технологий переработки ЖРО, позволяющих максимально сокращать объем низкоактивных ЖРО и обеспечивать надежную фиксацию радионуклидов в твердой фазе является необходимым условием повышения безопасности эксплуатации объектов атомной энергетики.
В настоящее время при очистке жидких радиоактивных отходов на предприятиях атомной промышленности образуется большое количество высокосоленых отходов, обращение с которыми требует новых технологических подходов - в результате которых будет уменьшен общий объем радиоактивных отходов (РАО), подлежащих захоронению. Одним из таких подходов является сорбционная очистка высокосоленых рассолов, при которой образуется небольшое количество твердых отходов, содержащих

свободной энергии для различных ионообменных равновесий. Было
обнаружено поглощение 1 или чаще нескольких килокаллорий на моль
обмененого вещества [103]. Величину изменения энергии Гиббса, можно приблизительно рассчитать согласно простой модели селективности Гляептап [104]. В ионообменной реакции
А8 + В[ <-> А1 + В
Ав в/Аобщ. = ( Ав в. - ЛОА3 ) + (АО в ! - ДСА1 ) = - КТ 1п Кв/Л
где Кв/А - коэффициент селективности.
В большинстве случаев ДО классического обмена соизмерима с величиной энергии гидратации [105]. И что более важно, свободная энергия ионного обмена мала по сравнению с величиной свободной энергии
самопроизвольных реакции, таких как образование хелатных комплексов. Это различие в энергиях можно использовать, применяя химические реакции для достижения ионообменного равновесия и даже полностью изменять последовательности селективности. Проблема разделения двух ионов А и В реакционным ионообменом может таким образом рассматриваться как подбор подходящей химической реакции(й), которая даст отрицательную ДО В/А0бщ., достаточной величины. Таким образом
дВ/А __ др В/А . у др В/А
А^О общ. АЛО обмен ‘ " АДО реакция
А поскольку обычно | ДО | реакция » | АО 10бмен , следовательно
др В/А ^ др В/А
общ. ~ АДчЛ реакция
Оценка АО В/А0бщ., в свою очередь, поможет предсказать эффективность разделения веществ.
Однако простого рассмотрения свободных энергий реакций обычно недостаточно, имеет значение также кинетический аспект. Имеются фундаментальные различия между разными типами реакций, и, часто, между двумя различными ионообменными процессами тоже. Так в [106] наблюдалось, что лимитирующей стадией при обмене серебра является медленная