Спосіб іммобілізації шкідливих відходів на основі фосфогіпсу

Реферат: Спосіб іммобілізації шкідливих відходів, які містять або не містять важкі метали, радіоактивні або нерадіоактивні, або їх солі в кристалічному стані, що включає ізоляцію шкідливих речовин в тверду матрицю, яка є в'яжучим матеріалом. Як тверда матриця вибране активоване гіпсове в'яжуче, отримане з фосфогіпсу, а шкідливими відходами є кислі розчини. UA 75038 U (54) СПОСІБ ІММОБІЛІЗАЦІЇ ШКІДЛИВИХ ВІДХОДІВ НА ОСНОВІ ФОСФОГІПСУ UA 75038 U UA 75038 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до сфери нейтралізації рідких та твердих хімічних відходів. Відомо, що у випадку розливу кислот або кислих відходів виробництв (наприклад гальванічні відходи, що містять метали Cu, Ni, солі стронцію та інших металів) можуть виникнути проблеми їх утилізації. Найчастіше такі проблеми розв'язують шляхом нейтралізації за допомогою лужних речовин та розбавленням водою. З праці (Аманкулов Е. Иммобилизация и инкапсуляция радиоактивных и токсичных отходов в полимерсерных композитах: автореф. дис. на соискание уч. степени д.т. н.: - Алматы, 2007. 29 с. [1] (аналог)), відомий спосіб іммобілізації і інкапсуляції радіоактивних, токсичних і небезпечних відходів гірничодобувних і переробляючих підприємств в полімерсірчані композитні матеріали. Недоліком способу є великі енерговитрати при виробництві полімерсірчаних композитних матеріалів та неможливість застосування такого способу для іммобілізації кислих рідких відходів. Також відомий спосіб іммобілізації радіоактивних відходів за допомогою в'яжучого з цементу (Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами. Международное агентство по атомной энергии, - Вена, 2005. - 230 с. [2] (прототип)), де згадується, що процес ведеться при водоцементному відношенні 0,31 - 0,5; ступінь наповнення складає 6 - 10 %. Повідомляється, що в результаті процесу цементування отримують гомогенні суміші, що твердіють за 48 годин. Недоліком способу є те, що кислі розчини не можливо іммобілізувати таким способом, бо це веде до руйнування в'яжучого з цементу. Великий час твердіння також є суттєвим недоліком у випадку практичного використання. Також існує проблема утилізації накопичень твердих відходів, зокрема проблема накопичення фосфогіпсу є однією з найактуальніших [3]. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомий спосіб таким чином: замість цементної матриці використовувати тверду матрицю з активованого гіпсового в'яжучого, отриманого з фосфогіпсу. Застосування гіпсового в'яжучого дозволяє іммобілізувати, як рідкі відходи з кислою реакцією середовища, так і тверді. При застосуванні активованого гіпсового в'яжучого час утворення суміші з розчинами кислот до 15 хв., а з нейтралізованими відходами до 20 хв. за нормальних умов (на відміну від прототипу - 48 годин). З цією метою нами було проведено ряд дослідів, проводилася іммобілізація кислих розчинів різної концентрації (таблиця 1 та 2). Приклад: Розчин кислоти в кількості 40 г заливали в форму і додавали сухе в'яжуче в кількості 50 г. Давали розчину відстоятися. Через декілька хвилин спостерігали видалення рідини в масу гіпсового в'яжучого. Визначення термінів тужавлення в'яжучого проводили відповідно до ДСТУ Б В.2.7-82-99. Результати випробувань зразків композицій, які утворилися в результаті застосування активованого фосфогіпсу як іммобілізуючої матриці, та кислих розчинів наведені в таблицях 1-3. 40 Таблиця 1 Залежність часу тужавлення зразків від концентрації розчину сульфатної (H2SO4) кислоти Номер зразка Зразок №1 (за межами способу) Зразок №2 Зразок №3 Зразок №4 Зразок №5 Концентрації розчину, % Час тужавлення, сек./хв. Відсутність рідкої фази Температура процесу,°К 0 1380/23 Повна 298±3 5 10 15 20 464/7,7 390/6,5 339/5,7 256/4,3 Повна Повна Повна Повна 298±3 298±3 298±3 298±3 Таким чином, ми спостерігаємо, що зразки № 2 - 5, які виготовлені за способом тужавіють за значно менший час (до 8 хв.), ніж зразок виготовлений без додавання кислих розчинів. 1 UA 75038 U Таблиця 2 Залежність часу тужавлення зразків від концентрації розчину нітратної (HNO3) кислоти Концентрації розчину, % Зразок №1 межами способу) Зразок №2 Зразок №3 Зразок №4 Зразок №5 5 (за Час тужавлення, сек./хв. 0 1380/23 Повна 298±3 5 10 15 20 Номер зразка Відсутність рідкої Температура фази процесу,°К 630/10,5 620/620 612/10,3 583/9,7 Повна Повна Повна Повна 298±3 298±3 298±3 298±3 У випадку з використанням HNO3 в межах 0 - 20 % спостерігали також зменшення часу тужавлення та утворення твердої композиції на основі в'яжучого з фосфогіпсу та іммобілізованої в матрицю HNO3. Таблиця 3 Залежність часу тужавлення зразків від виду іону металу Номер зразка Зразок №1 Зразок №2 Зразок №3 Час тужавлення, сек./хв. 1200/20 1200/20 1200/20 Відсутність рідкої фази Повна Повна Повна 2+ 10 15 20 25 30 35 Температура процесу,°К 298±3 298±3 298±3 Зразок №1 - кислий розчин, що містить іон Сu в кількості 1 мг/мл. 2+ Зразок №2 - кислий розчин, що містить іон Ni в кількості 1 мг/мл. 2+ Зразок №3 - кислий розчин, що містить іон Sr в кількості 1 мг/мл. Основний компонент фосфогіпсу (CaSO4*2H2O) може бути активовано для виготовлення гіпсового в'яжучого згідно з технологією [4 Стр. 81-92]. Як сировина для отримання твердої матриці для активованого гіпсового в'яжучого в дослідженнях використовувалися відходи виробництва фосфатних добрив ВАТ «Сумихимпром». За досліджуваний матеріал були взяті усереднені проби відвального фосфогіпсу ВАТ «Сумихимпром». За складом активоване в'яжуче відповідає ДСТУ Б В.2.7-1-93. Фосфогіпс рядовий. Технічні умови. Нами запропоновано спосіб, що дозволяє оперативно, ефективно та безпечно іммобілізувати кислі розчини, які містять (або не містять) важкі метали (радіоактивні або нерадіоактивні) або їх солі в кристалічному стані. Даний спосіб можна використовувати для іммобілізації кислот, якщо виникає їх розлив при транспортуванні, чи розлив на підприємстві, та в лабораторних умовах. При розливі необхідно приблизно оцінити його масштаби, тобто кількість кислоти, що була розлита, та, виходячи із співвідношення рідка фаза до сухої, як 1 до (1 - 1,4), засипати в'яжучим. І вже через декілька хвилин рідка фаза повністю зникає, та незабаром (до 20 хв.) кислота іммобілізується з утворенням твердої композиції, яка готова до прибирання механічним шляхом, а головне, що при цьому відсутнє розбризкування, розтікання та випаровування кислоти. Приклад: Беруть (розливають) 400 мл 20-ти відсоткового розчину нітратної (HNO3) кислоти та засипають його гіпсовим в'яжучим в кількості 400 - 520 г. Через деякий час (4 - 5 хвилин) отримана тверда композиція готова для прибирання. При змочуванні твердої композиції водою, протягом 24 годин значення рН змочувача не змінюється, що свідчить про те, що кислота повністю іммобілізувалася в тверду матрицю з гіпсового в'яжучого. Використання в'яжучих складів на основі фосфогіпсу і їх використання як твердої матриці для іммобілізації кислих розчинів, з одночасною утилізацією накопичень фосфогіпсу та рідких шкідливих відходів відкриває шлях комплексного вирішення існуючих екологічних проблем. 2 UA 75038 U 5 10 Джерела інформації: 1. Аманкулов Е. Иммобилизация и инкапсуляция радиоактивных и токсичных отходов в полимерсерных композитах: автореф. дис. на соискание уч. степени д.т. н.: спец. 25.00.36 «Геоэкология» / Е. Аманкулов. - Алматы, 2007. - 29 с. 2. Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами. Международное агентство по атомной энергии, - Вена, 2005. - 230 с. 3. Ахмедов М. А. Фосфогипс. Исследование и применение / М. А. Ахмедов, Т. А. Атакузиев. Ташкент: Фан, 1980. - 174 с. 4. Балдин. В. П. Производство гипсовых вяжущих веществ / В. П. Балдин. - М.: Высшая школа, 1983, - 81-92 С. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб іммобілізації шкідливих відходів, які містять (або не містять) важкі метали (радіоактивні або нерадіоактивні) або їх солі в кристалічному стані, що включає ізоляцію шкідливих речовин в тверду матрицю, яка є в'яжучим матеріалом, який відрізняється тим, що як тверда матриця вибране активоване гіпсове в'яжуче, отримане з фосфогіпсу, а шкідливими відходами є кислі розчини. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3