RU2465663C1 - Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов - Google Patents

Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов Download PDF

Info

Publication number
RU2465663C1
RU2465663C1 RU2011117962/07A RU2011117962A RU2465663C1 RU 2465663 C1 RU2465663 C1 RU 2465663C1 RU 2011117962/07 A RU2011117962/07 A RU 2011117962/07A RU 2011117962 A RU2011117962 A RU 2011117962A RU 2465663 C1 RU2465663 C1 RU 2465663C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sorbent
magnetically controlled
neutron absorbers
gadolinium
neutrons
Prior art date
Application number
RU2011117962/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Александрович Миргород (RU)
Юрий Александрович Миргород
Сергей Геннадьевич Емельянов (RU)
Сергей Геннадьевич Емельянов
Сергей Сергеевич Хотынюк (RU)
Сергей Сергеевич Хотынюк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2011117962/07A priority Critical patent/RU2465663C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2465663C1 publication Critical patent/RU2465663C1/ru

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области ядерной энергетики. В частности, оно может применяться для ликвидации последствий аварий на ядерных реакторах. Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов содержит концентрат железной руды 70-99,9% и поглотители нейтронов 30-0,1%. Поглотителей нейтронов выбирают из группы: борная кислота, оксид гадолиния, борат гадолиния. Изобретение позволяет создать магнитоуправляемый сорбент, способный поглощать тепловые нейтроны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики. В частности, оно может применяться для ликвидации последствий аварий на ядерных реакторах, очистки труб высоколегированной хромоникелевой стали демонтированного контура охлаждения ядерного реактора, в фильтрах после очистки воздуха от твердых примесей, которые установлены на трактах газоочистки из печи сжигания отходов, содержащих уран. Кроме того, сорбент может применяться для захоронения ядерного реактора.
После взрыва и разгерметизации ядерного реактора, особенно с повреждением тепловыделяющих элементов, необходима быстрая подача поглотителей тепла и тепловых нейтронов в зону разгерметизации. Такими веществами могут быть соединения гадолиния и бора (Поглощающие материалы для регулирования ядерных реакторов. Под ред. Б.Г.Арабея, В.В.Чепкунова, М.: Атомиздат, 1965). Gd-157 имеет наибольшее сечение захвата нейтронов 259000 барн по сравнению с другими поглотителями. В смеси изотопов Gd-157 содержится 16,65%. Изотоп Gd-157 является одним из важнейших выгорающих изотопов гадолиния. Выгорая, он превращается в стабильный изотоп Gd-158. Бор-10 имеет сечение захвата нейтронов 3820 барн. Борная кислота как поглотитель нейтронов привлекает своей дешевизной. Так, стоимость 1 кг H3BO3 - 215 руб., a Gd2O3 - 7200 руб.
Кроме свойства поглощать тепловые нейтроны, сорбент должен поглощать радиоактивные загрязнения, тепло и легко удаляться из зоны аварии (охлаждения). К решению такой задачи могут быть привлечены магнитные порошки на основе оксидов железа. Известен порошкообразный магнитоуправляемый сорбент для нефти, масел и других углеводородов (патент РФ №2088534). В качестве магнитоуправляемого сорбента в известном способе предлагаются оксиды железа, которые оседают на фильтрах тонкой очистки доменных газов. Смесь сорбента с нефтью становится магнитной и легко удаляется с поверхности воды воздействием магнитного или электромагнитного поля. Известный сорбент может управлять удаляемым веществом (нефтью) только в жидком состоянии, т.е магнитное поле влияет только на жидкую смесь. Кроме того, отходы, полученные из доменных газов, имеют разный состав и не могут применяться для составления композиции с определенными магнитными, тепловыми и поглощающими нейтроны свойствами. Известный сорбент на основе только оксидов железа не обладает способностью к захвату тепловых нейтронов.
Технической задачей изобретения является создание магнитоуправляемого сорбента, обладающего свойствами поглощать тепловые нейтроны.
Решение технической задачи заключается в том, что магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов на основе оксидов железа согласно изобретению отличается тем, что содержит концентрат железной руды и поглотители нейтронов в следующем массовом соотношении:
Концентрат железной руды 70-99,9%
Поглотители нейтронов 30-0,1%
Существенным отличием применения ферромагнетков железной руды, как доказано авторами, является тот факт, что порошок чистого магнетита Fe3O4 имеет удельную намагниченность насыщения 92 emu/g, а в концентрате, содержащем 63,7% Fe3O4, 3,9% Fe2O3 и 32,4% SiO2, 150 emu/g. В руде магнитные свойства магнетита увеличены. Концентрат представляет собой черный порошок с широким 0,1-10 мкм распределением частиц по размерам.
На рис 1. представлено распределение частиц концентрата руды по размерам.
Концентрат выпускается Михайловским и Лебединским ГОКами в больших количествах и свойства порошка стандартизованы.
Поглотители нейтронов выбирают из группы борной кислоты, оксида гадолиния, бората гадолиния. Последние из перечисленных поглотители нейтронов обладают еще и магнитными свойствами, улучшая управление сорбентом. Борная кислота имеет плотность 1,435 г/см3, температуру плавления 170,9°С, растворимость в воде при 25°С 5,74 г/100 мл. Оксид гадолиния Ge2O3 представляет собой белые кристаллы, не растворимые в воде. Плотность 7,618 г/см3. Получают, как правило, разложением Gd2(C2O4)3, Gd(NO3)3 или других соединений на воздухе, обычно при 800-1000°С. Окись гадолиния поглощает углекислоту из воздуха, а при нагревании в воде темнеет, но восстановления не обнаруживает; она гигроскопична и хорошо растворяется в кислотах. При действии аммиака из растворов солей осаждается желатинообразный гидрат гадолиния. Оксид Gd2O3 обладает основными свойствами, ему отвечает основание Gd(ОН)3. О свойствах бората гадолиния известно меньше. Только он объединяет в себе магнитные свойства и свойства поглощать нейтроны. Если реактор требуется охладить или необходимо убрать радиоактивное вещество, то сорбент применяют с меньшим содержанием поглотителей нейтронов. При разгерметизации тепловыделяющих элементов используют сорбент с большим содержанием поглотителей нейтронов. Содержание поглотителей нейтронов, с одной стороны, ограничено их ценой, а с другой - применением для конкретного объекта. Ниже приводятся примеры приготовления и применения магнитоуправляемого сорбента.
Пример 1. Готовят сорбент из 30 г оксида гадолиния и 70 г порошка концентрата руды Михайловского ГОК. Смесь тщательно перемешивают, чтобы она полностью прилипала к магниту, покрытому полиэтиленовым пакетом. Перемешивают смесь не магнитными материалами - стеклянной, деревянной, керамической палочкой. К магнитным материалам сорбент прилипает и с трудом отмывается.
Пример 2. Готовят сорбент из 99,9 г порошка концентрата Михайловского ГОКа и 0,1 г порошка борной кислоты. Смесь перемешивают и проверяют на магнитоуправляемость, как в примере 1.
Пример 3. Готовят сорбент из 20 г порошка бората гадолиния и 80 г порошка концентрата руды Михайловского ГОКа. Смесь перемешивают и проверяют на магнитоуправляемость, как в примере 1.
Пример 4. Моделирование удаления Sr-90 с поверхности. Простые манипуляции смешения и переноса радиоактивных загрязнений в реальных условиях передаются роботам или специально защищенным операторам. На струганную доску насыпают 1 г хлорида стронция и смешивают с 10 г адсорбента (99,9% концентрата руды и 0,1% борной кислоты). Перемешивают деревянной палочкой два порошка. Подносят бытовой магнит, покрытый полиэтиленовым пакетом. Весь порошок в результате действия пондеромоторных сил переносится на поверхность полиэтиленового пакета. Пакет с загрязнением снимается в месте захоронения. На очищенной поверхности отсутствуют ионы стронция по реакции с сульфат ионом.
Пример 5. Моделирование удаления радиоактивных органических соединений. Смешивают, как в первом примере, 2 г крахмала и 8 г сорбента и удаляют загрязненный крахмал. Йодная проба на оставшийся крахмал показывает отрицательный результат.
Пример 6. Моделирование удаления радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер. Скрученную свинцовую пластинку 12 г засыпают со всех сторон 50 г адсорбента, содержащего 30% борной кислоты. Нагревают до 180°С, т.е. больше температуры плавления борной кислоты. Свинцовый контейнер остается внутри расправленной, а затем сцементированной смеси. К полученному «кокону» подносят магнит и переносят контейнер в нужное место.
Пример 7. Моделирование очистки труб водяного охлаждения ядерного реактора. В нержавеющую трубу помещали смесь веществ, остающихся после отработки труб в ядерном реакторе. 10 г смеси содержали 4,8 г оксида алюминия, 2 г оксида железа(III),1,5 г оксида кальция, 1,4 г оксида кремния, 0,1 г оксида хрома(IV), 0,2 г оксида никеля (II). Добавляли в трубу 90 г сорбента, содержащего 30% бората калия. Содержимое трубы перемешивали железным ершом, имитируя чистку трубы. Все ссыпают на пластмассовый поднос и удаляют, как в примере 1.
Пример 8. Моделирование охлаждения ядерного реактора с поврежденным ТВЭлом. 10 г сорбента с 20% Gd2O3, остальное - концентрат руды нагревают на электрической плитке до 100°С, подносят магнит, покрытый стальным кожухом из тонкого листа. Удаляют нагретый сорбент в другое место. Нагревают новую порцию, пропуская один и тот же сорбент через процесс охлаждения-нагревания 5 раз.
Как видно из примеров, манипуляции с сорбентом не требуют сложных процессов управления и могут выполняться простыми роботами. Процессы нагревания и поглощения нейтронов чистыми веществами известного строения могут быть заранее предсказаны простыми инженерными расчетами.

Claims (2)

1. Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов на основе оксидов железа, отличающийся тем, что сорбент содержит концентрат железной руды и поглотители нейтронов в следующем массовом соотношении, %:
Концентрат железной руды 70-99,9 Поглотители нейтронов 30-0,1
2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что поглотители нейтронов выбирают из группы: борная кислота, оксид гадолиния, борат гадолиния.
RU2011117962/07A 2011-05-04 2011-05-04 Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов RU2465663C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117962/07A RU2465663C1 (ru) 2011-05-04 2011-05-04 Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117962/07A RU2465663C1 (ru) 2011-05-04 2011-05-04 Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465663C1 true RU2465663C1 (ru) 2012-10-27

Family

ID=47147611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011117962/07A RU2465663C1 (ru) 2011-05-04 2011-05-04 Магнитоуправляемый сорбент для удаления радиоактивных загрязнений и тепловых нейтронов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465663C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230805A (en) * 1963-05-28 1966-01-25 Patewag Ets Machine for producing uniform incisions or cuts in fur skins or pelts
RU2156224C2 (ru) * 1999-04-05 2000-09-20 Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАДИОАКТИВНОГО Сs-137
RU2313147C1 (ru) * 2006-03-29 2007-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Способ переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3230805A (en) * 1963-05-28 1966-01-25 Patewag Ets Machine for producing uniform incisions or cuts in fur skins or pelts
RU2156224C2 (ru) * 1999-04-05 2000-09-20 Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАДИОАКТИВНОГО Сs-137
RU2313147C1 (ru) * 2006-03-29 2007-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Способ переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Palamarchuk et al. Decontamination of spent ion-exchangers contaminated with cesium radionuclides using resorcinol-formaldehyde resins
Zhao et al. Effect of coal blending on arsenic and fine particles emission during coal combustion
Fungaro et al. Uranium removal from aqueous solution by zeolite from fly ash-iron oxide magnetic nanocomposite
Zhou et al. Elemental mercury capture from flue gas by magnetic recyclable Fe6Mn1-xCexOy sorbent. Part 1. Performance evaluation and regeneration
Liu et al. Calcium-intercalated zirconium phosphate by granulation: a strategy for enhancing adsorption selectivity of strontium and cesium from liquid radioactive waste
Nenadović et al. Natural diatomite (Rudovci, Serbia) as adsorbent for removal Cs from radioactive waste liquids
CN106318400A (zh) 修复含As固废和As污染土壤的稳定化药剂及方法
Godelitsas et al. Uranium sorption from aqueous solutions on sodium-form of HEU-type zeolite crystals
Watson et al. The removal of the pertechnetate ion and actinides from radioactive waste streams at Hanford, Washington, USA and Sellafield, Cumbria, UK: the role of iron-sulfide-containing adsorbent materials
Smičiklas et al. Evaluation study of cobalt (II) and strontium (II) sorption–desorption behavior for selection of soil remediation technology
Kirishima et al. Study on the chemical structure and actinide leaching of MCCI debris
Singh et al. Sorption of homologues of radionuclides by synthetic ion exchanger
Osawa et al. Adsorption behavior of platinum-group metals and Co-existing metal ions from simulated high-level liquid waste using HONTA and Crea impregnated adsorbent
CN113275037A (zh) 一种非均相类芬顿法处理有机溶剂的方法
Osmanlioglu Immobilization of radioactive borate liquid waste using natural diatomite
Ahmad et al. Fast removal of chromium from industrial effluents using a natural mineral mixture
Raj et al. Radioactive waste management in U/Th fuel cycles
Pliatsuk et al. Modeling of innovation research clusters in the field of radioactive waste utilization
Korchagin et al. Improvement of technology for treatment of spent radioactive ion-exchange resins at nuclear power stations
Mukunoki et al. Further development of iodine immobilization technique by low temperature vitrification with BiPbO2I
Sadeghi et al. Synthesis of novel MnCo2O4/NaY zeolite nanocomposite adsorbent and its performance for Sr2+ ions removal from drinking water
Gao et al. High Efficient Mineralization of Cesium in Waste Liquid by Hydrothermal Method
JP2014240791A (ja) 放射能汚染水の浄化処理方法
Vinnitskii et al. Prospects for using weakly dissociated ion exchange resins in special water treatment systems at VVER-based nuclear power plants for reducing the volume of radioactive waste generated
Arafat et al. The application of in situ formed mixed iron oxides in the removal of strontium and actinides from nuclear tank waste

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140505