[發(fā)明專利]用于被放射性銫污染的固體狀材料的去污染方法和設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210507039.3
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103137231B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)根智一;下村達(dá)夫;三甘崇博;坂下大地;二見賢一
• 申請（專利權(quán)）人: 荏原工業(yè)洗凈株式會社;水翼株式會社
• 主分類號: G21F9/30
• 分類號: G21F9/30
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于由從核電廠等釋放的放射性銫污染的固體狀材料的去污染技術(shù)，具體地涉及用于通過將固體狀材料與水溶液接觸并將銫溶出至液相而從固體狀材料中分離和除去銫的去污染方法和去污染設(shè)備。

背景技術(shù)

將被放射性銫污染的固體狀材料尤其是土壤清潔并恢復(fù)的一個(gè)方式是通過使用氯化鈣溶液將包含碳酸鹽的地層或海床中發(fā)現(xiàn)的銫穩(wěn)定從而防止銫通過地下水而重新流動(dòng)(專利文獻(xiàn)1)。其他提議的方法包括在增加的壓力和熱下使用酸萃取銫的方法(非專利文獻(xiàn)1)、通過在用水蒸氣通風(fēng)下將其加熱至800℃蒸發(fā)氣相中的銫的方法(非專利文獻(xiàn)2)、使用碳酸水萃取銫的方法(非專利文獻(xiàn)3)和使用草酸萃取銫的方法(非專利文獻(xiàn)4)。

專利文獻(xiàn)1的方法為使銫不溶解的技術(shù)，而不是除去技術(shù)。銫的除去技術(shù)的非專利文獻(xiàn)1-4的方法中，非專利文獻(xiàn)1和2的方法需要高溫和高壓或者在高溫下蒸/焙燒，迫使使用大量能量用于處理大量土壤。另外，非專利文獻(xiàn)3和4未具體公開處理?xiàng)l件，并且本發(fā)明人使用實(shí)際污染的土壤(細(xì)粒部分)在一般條件下再試驗(yàn)該方法，從而發(fā)現(xiàn)輻射量的減少維持在10-33%左右(參考比較例)。

認(rèn)為根據(jù)處理被重金屬污染的固體狀材料的方法使用洗滌/分級的方法，和直接再次埋藏認(rèn)為是具有相對低比表面積和相對低污染濃度的粗粒部分(砂礫、砂)，被放射性銫污染的土壤體積減少是可行的；但是，該方法留下作為污染集中的土壤的細(xì)粒部分(淤泥、粘土)。對于大規(guī)模移除土壤，細(xì)粒部分土壤也必須進(jìn)行銫脫附和去污染。此外，2012年2月在福島縣在采石場發(fā)現(xiàn)被高濃度放射性銫(即，最大214,000貝克勒爾/kg)污染的破碎的石頭推廣了以下認(rèn)識：在洗滌土壤之后獲得的粗粒部分也必須進(jìn)行銫吸附和去污染。

在洗滌/分級處理之后獲得的粗粒部分(砂礫、砂)包括硅酸鹽礦物如閃石、安山巖、長石、方解石；無定形礦物；以及通過部分風(fēng)化前述礦物的表面而形成的淤泥和粘土礦物。這些中，認(rèn)為是銫吸附中主要試劑的礦物為向砂、砂礫表面發(fā)展或附著至其表面的粘土礦物。細(xì)粒部分(淤泥、粘土)由諸如石英、方英石、長石、方解石的礦物和諸如無定形礦物和云母類、綠土、蛭石的層狀粘土的礦物組成。這些中，認(rèn)為是銫吸附中主要試劑的礦物為層狀粘土礦物，如無定形礦物和云母類、綠土和蛭石(非專利文獻(xiàn)5)。

據(jù)報(bào)道土壤中70%的銫以強(qiáng)固著的狀態(tài)吸附至粘土礦物，其20%吸附至有機(jī)材料，和剩下的10%以離子交換狀態(tài)存在(非專利文獻(xiàn)6)。

涉及銫吸附的層狀粘土礦物是指2:1的層狀硅酸鹽；其包括在彼此頂部堆疊的薄片狀層；并且其具有負(fù)電荷。陽離子，如氫離子、鉀離子和鈉離子插入層之間以取消負(fù)電荷，以及銫離子以離子交換的狀態(tài)吸附至層之間的端面部分或者層的外表面(層表面區(qū)域)(圖1)。問題是在層狀硅酸鹽片中氧化硅(SiO₄)的四面體排列用適合尺寸(吸附位點(diǎn))的連續(xù)開口來構(gòu)造以捕獲銫離子或銨離子。當(dāng)此類離子進(jìn)入層之間的端面部分時(shí)，它們逐漸變得脫水(其中離子周圍的水分子脫離的現(xiàn)象)并且進(jìn)入上述吸附位點(diǎn)(非專利文獻(xiàn)7)。當(dāng)包含水合離子時(shí)，脫水使片從約1.5nm變平為約1nm的單位片厚度(即，一片和層之間的空隙的總厚度，其根據(jù)層間的空隙而變化)，并且抑制水合離子物理進(jìn)入該片。這就是銫如何以固著狀態(tài)吸附至粘土礦物，即使當(dāng)供給高濃度的氫離子(酸)和鈉離子(堿)時(shí)也防止上述70%銫被萃取，因?yàn)樵撾x子是水合離子。這就是為什么在通過水、酸或堿的常規(guī)洗滌之后銫從土壤中的除去比保持約10-30%的主要原因，并且尚未發(fā)現(xiàn)對于該問題的有效解決方案。

此外，吸附銫的土壤尤其是上述具有75μm以下的極小粒徑的細(xì)粒部分通過自然原因如風(fēng)和雨或人為原因如去污染作業(yè)而趨于分散或擴(kuò)散。此類土壤流入排水溝、下水道和河流從而被帶入過濾工廠或污水處理工廠，并且終止在從工廠排出的淤泥中，其中其變?yōu)橛倌嗉捌浠覡a的主要放射性污染物。此外，土壤聚集在河流、湖和海港的底部(尤其是在河口周圍濃度高)，其中其變?yōu)槌练e物(流態(tài)軟泥(hedoro))的主要放射性污染物。

在供水和下水道系統(tǒng)中的淤泥及其灰燼，河流、湖、排水系統(tǒng)、水路、運(yùn)河和海港等中的沉積物以及流態(tài)軟泥的主要污染物質(zhì)是與土壤中相同的，或者來源于土壤。因此，當(dāng)將上述淤泥、沉積物和流態(tài)軟泥進(jìn)行通過水、酸或堿的常規(guī)洗滌時(shí)，銫的除去比保持在約10-30%。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本未審查專利申請H6-039055

非專利文獻(xiàn)