ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРБЦИОННО-РЕАГЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к комплексу оборудования, предназначенного для получения селективных сорбционных материалов, эффективных для извлечения долгоживущих радионуклидов, в частности, цезия и стронция, из высокосоленых растворов, в частности, морской воды.
Известно устройство для получения активированных углеродных волокнистых материалов, содержащее камеру активирования, средство подачи углеродного материала в камеру активирования, средство удаления из нее активированного материала и дополнительно - средство для пропитки материала раствором добавки, выполненное, например, в виде емкости для пропитывающего состава, расположенной со стороны подвода материала в камеру активирования и сообщающейся с камерой активирования (пат. РФ №2070436, опубл.20.12.1996 г.). Получаемые активированные углеродные материалы могут быть использованы в качестве сорбентов для выделения нежелательных примесей из жидких и/или газовых сред в процессах очистки питьевой воды и сточных промышленных вод.
Данное устройство решает конкретную задачу получения сорбентов путем непрерывного активирования углеродных материалов, что и определяет особенности его компоновки и расположения составляющих его узлов.
Известно также устройство для получения на основе природного известняка сорбента, предназначенного для очистки воды от радионуклидов, пестицидов и других распространенных техногенных загрязнителей. Устройство включает гидробарокамеру, снабженную входным каналом для подачи исходного материала; размещаемые внутри гидробарокамеры ультразвуковой излучатель и электромагнитную катушку; расположенные вне корпуса гидробарокамеры компрессор, соединенный через штуцер с гидробарокамерой, генератор возбуждения ультразвукового излучателя с гермовводами для подачи сигнала возбуждения от генератора на электромагнитную катушку, являющуюся одновременно катушкой возбуждения ультразвукового излучателя, а также соединенную с выходным каналом гидробарокамеры с помощью трубопровода
центрифугу для сепарации целевого продукта, сушильную камеру и накопительный бункер. Помещенную в гидробарокамеру водную взвесь мелкодисперсного природного известняка подвергают комплексной электрофизической обработке, предусматривающей одновременное воздействие гидростатического давления, ультразвука и электромагнитного поля на частоте электрофизического резонанса природного известняка, что приводит к образованию в материале дополнительных активных центров и, соответственно, повышению сорбционной емкости получаемых сорбентов и их универсальности (пат. РФ №2034647, опубл.10.05.1995 г.).
Таким образом, известное устройство фактически представляет собой комплекс специального оборудования, состав и особенности которого определяются спецификой реализуемого в нем способа получения сорбента.
Производимые промышленностью селективные сорбенты, используемые для извлечения из водных растворов долгоживущих радионуклидов цезия, стронция, кобальта и альфа-излучателей, не являются эффективными для очистки высокоминерализованных растворов. Вместе с тем, создание эффективных сорбционных материалов для очистки высокосоленых растворов, в частности, жидких радиоактивных отходов (ЖРО), является весьма актуальной задачей.
На решение данной задачи направлены предназначенные для очистки высокосоленых водных растворов от радионуклида стронция известные сорбционно-реагентные материалы (СРМ), содержащие обменные катионы бария, например, аморфный силикат бария, аморфный титанат бария, аморфный цирконат бария (пат. РФ №2185671, опубл.20.07.2002 г.). Однако, технология производства указанных сорбционно-реагентных материалов, основанная на химическом взаимодействии исходных реагентов, один из которых содержит катион бария (далее - катионсодержащий реагент), а другой - анион силиката или титаната или цирконата (далее - анионсодержащий реагент), пока не получила требуемого конструктивного оформления.
Задачей полезной модели является разработка технологического комплекса для реализации способа получения селективных сорбционно-реагентных материалов, содержащих обменные катионы бария, методом химического взаимодействия исходных реагентов.
Поставленная задача решается технологическим комплексом для производства сорбционно-реагентных материалов, включающим соединенные трубопроводами с запорными и регулирующими клапанами в соответствии с последовательностью осуществления технологического процесса: реакторы с мешалками для приготовления растворов исходных реагентов с заданными параметрами, по крайней мере один насос для перекачки растворов исходных реагентов в реактор с мешалкой, предназначенный для синтезирования из исходных анионсодержащего и катионсодержащего реагентов сорбционно-реагентных материалов, пульповый насос для подачи синтезированных СРМ в сгуститель, реактор с мешалкой для обработки полученных СРМ раствором исходного катионсодержащего реагента, по крайней мере один сушильный шкаф для высушивания СРМ и его последующей прокалки, устройство для мокрого размола сорбционно-реагентных материалов и устройство для их рассева.
В оптимальном варианте выполнения комплекс дополнительно включает емкость для суспензии с мелкой, некондиционной, фракцией сорбционного материала, возвращаемой в технологический процесс.
Кроме того, с целью оптимизации организации производства СРМ технологический комплекс дополнительно включает расходные емкости для исходных реагентов, которые могут быть размещены в складских помещениях, а также склад готовой продукции.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена аппаратурная схема технологического комплекса для производства сорбционно-реагентных материалов, содержащих обменные катионы бария.
Комплекс включает расходные емкости для исходных реагентов: 1 - для анионсодержащего реагента, 2 - для катионсодержащего реагента, емкости 3, 4, 5, соответственно, для кислоты, полиэлектролита и щелочи, используемых для установления требуемого значения рН реакционной смеси; реакторы с мешалками для приготовления водных растворов исходных реагентов заданной концентрации: 6 - для катионсодержащего реагента, 7 - для раствора кислоты, 8 -для раствора полиэлектролита, 9 - для раствора щелочи; насос 10 для перекачки анионсодержащего реагента из расходной емкости 1, насос 11 для перекачки растворов катионсодержащего реагента, кислоты и полиэлектролита из емкостей 6, 7, и 8, соответственно, насос 12 для перекачки раствора щелочи в реактор 13 с
мешалкой, в котором происходит взаимодействие катионсодержащего и анионсодержащего реагентов; пульповый насос 14 для подачи синтезированного в реакторе 13 сорбционного материала в сгуститель 15; реактор 16 с мешалкой для обработки полученного материала раствором исходного катионсодержащего реагента; сушильный шкаф 17 для высушивания сорбционно-реагентного материалов и сушильный шкаф 18 для более глубокой их термообработки -прокалки, устройство 19 для мокрого размола сорбционно-реагентных материалов, устройство 20 для их рассева, емкость 21 для суспензии с мелкой фракцией сорбционного материала и склад 22 готовой продукции (мешалки на схеме не показаны).
Получение сорбционно-реагентных материалов в описанном комплексе демонстрируется на примере получения аморфного силиката бария.
3
3
3
Непосредственно синтез силиката бария происходит в реакторе периодического действия 13 с мешалкой, в который насосом 10 заливают из расходной емкости 1 силикат натрия (жидкое стекло) в количестве 30 кг, разбавленный водой в количестве 60 дм. Регулировка рН исходного жидкого стекла производится до значения рН 6,5 добавлением в реактор 13 хлористоводородной кислоты из реактора 7, полиэлектролита из реактора 8 или гидроксида натрия из реактора 9 с помощью насосов 11 и 12. Затем к раствору жидкого стекла в реактор 13 добавляют из реактора 6 с помощью насоса 11 со скоростью 0,5 дм/мин 10%-ый раствор хлорида бария в количестве 40 дм. В результате взаимодействия хлорида бария и силиката натрия образуется гидрогель силиката бария, который для завершения реакции выдерживают в реакторе 13 при перемешивании в течение 1 часа, после чего направляют пульповым насосом 14 на фильтрацию в фильтр-сгуститель 15. Отфильтрованный гель силиката бария промывают водой в количестве 200 дм и перегружают из фильтра-сгустителя 15 в реактор 16 с мешалкой, где силикат бария выдерживают при перемешивании в растворе хлорида бария, добавляемого в количестве 40 дм из реактора 6. После завершения обработки гидрогеля его перекачивают пульповым насосом 14 в сгуститель 15, в котором гидрогель силиката бария обрабатывают раствором полиэлектролита, подаваемым из реактора 8, и затем производят окончательную фильтрацию гидрогеля. Отфильтрованный гидрогель силиката бария перегружают в поддоны (не показаны) и направляют на сушку,
которую осуществляют в сушильном шкафу 17 в течение 24 часов при температуре 90°С. Высушенный гель направляют на прокалку в сушильный шкаф 18, где его подвергают термообработке в течение 24 часов при температуре 130°С, в результате чего гидрогель силиката бария превращается в ксерогель. После прокалки ксерогеля силиката бария его выгружают из поддонов и направляют на размол и рассев. Размол ксерогеля, имеющего весьма малую прочность, осуществляют в устройстве 19 мокрого размола, представляющем собой, например, вибрационные сита, при постоянной подаче воды на устройство. При этом одновременно на виброситах осуществляется отсев необходимой фракции. Мелкие фракции пульповым насосом 14 направляются в емкость 21, из которой после отстаивания пульпа направляется в сгуститель 15 на стадию окончательной фильтрации геля после выдержки в растворе хлорида бария. Целевой продукт требуемой фракции подсушивают в сушильном шкафу и тарируют в полиэтиленовые мешки. В результате получено 10 кг силиката бария.
Полученный сорбционно-реагентный материал проявляет селективность при извлечении радионуклидов стронция из высокосоленых растворов и характеризуется следующими физико-химическими свойствами:
размер частиц - 0,5-2,0 мм;
механическая прочность по ГОСТ 6217-74 в %. - 20-30%;
2
удельная поверхность по адсорбции метиленового голубого м/г 200 - 400;
3
насыпная плотность для частиц 0,5-2,0 мм (г/см) - 0,50-0,70;
коэффициент распределения стронция в морской воде - 1000-5000;
коэффициент очистки морской воды от радионуклидов стронция при скорости потока 5 колоночных объемов в час и высоте фильтрующего слоя 0,7 м -10000-100000.
Таким образом, разработанный технологический комплекс обеспечивает возможность получения селективных сорбционно-реагентных материалов, содержащих обменные катионы бария, что и является техническим результатом предлагаемой полезной модели.