專(zhuān)利名稱(chēng)：含危險(xiǎn)物質(zhì)土壤的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤的凈化方法，更具體地講，涉及通過(guò)使殘留土壤物再生的方法，實(shí)現(xiàn)含核廢料土壤、含金屬汞土壤和混合廢物污染的土壤的凈化。
發(fā)明的背景由于包括核裝置爆炸在內(nèi)的軍事演習(xí)，在美國(guó)和其它國(guó)家，環(huán)境、尤其是試驗(yàn)區(qū)的大面積土壤被核廢料污料。在一些情形下，如核裝置的爆炸未能達(dá)到放射性組分所要求的臨界質(zhì)量，則導(dǎo)致相當(dāng)大量的富集鈾和钚散布于大面積試驗(yàn)基地。除了核試驗(yàn)，放射性物質(zhì)對(duì)土壤的污染還泄漏和釋放到環(huán)境中，發(fā)生在核武器制造地如華盛頓的Hanford、科羅拉多的Rocky Flats、喬治亞的Savanman River、田納西的Oak Ridge和其它地方。
由于大量的土壤需要處理和/或貯存，成功地凈化這些場(chǎng)所的努力證明這是非常困難的且花費(fèi)極大。如果污染的土壤被挖掘并轉(zhuǎn)移到其它地方貯藏起來(lái)，則凈化意味著一個(gè)漫長(zhǎng)且昂貴的過(guò)程。廢棄的鹽礦和山上的巖洞曾被建議作為核廢料的貯藏室，但后來(lái)由于技術(shù)的和/或政治的原因被否決了。因?yàn)橘A存核廢料的空間有限，所以污染場(chǎng)所再生的進(jìn)度是緩慢的。
在緩解核廢料貯存危機(jī)的嘗試中，曾建議使用減少需要貯存的污染土壤整體量的體系，在該體系中，放射性組分被濃縮于固體部分。例如，一個(gè)體系使用了水溶液清洗過(guò)程，該過(guò)程需要使用固體清洗藥品、多個(gè)分離步驟、水處理等等。盡管將放射性組分濃縮于土壤的淤泥和粘土部分是非常有效的，但每噸土壤處理的資本和操作費(fèi)用從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度上看是沒(méi)有吸引力的。因此濃縮核廢料的方法大多未被廣泛接受。
與核廢料類(lèi)似，被汞污染了的土壤也嚴(yán)重危害人類(lèi)的健康，嚴(yán)重危害野生動(dòng)物且長(zhǎng)期存在會(huì)對(duì)環(huán)境造成威脅。汞對(duì)環(huán)境污染的例子已有充分的記載。汞污染的一個(gè)代表性來(lái)源是氯氣和苛性小蘇打的合成中汞電解池的使用。該汞電池使用汞作陰極，以使在陰極產(chǎn)生的金屬鈉與汞迅速反應(yīng)生成汞齊(NaHg)，從而和其它產(chǎn)品分開(kāi)。以后用水將汞齊轉(zhuǎn)化為苛性小蘇打、氫氣和金屬汞，后者可循環(huán)進(jìn)一步使用。因?yàn)楣瘜?duì)環(huán)境有污染，這種類(lèi)型的電解池在工業(yè)生產(chǎn)上已被逐漸取消。除了作為電極，汞的其它應(yīng)用包括攝影、電閘、控制裝置、催化劑等等。它們都會(huì)對(duì)湖泊、海洋和土壤造成污染。對(duì)金屬汞環(huán)境的凈化和它的回收已成了一個(gè)主要問(wèn)題。
其它相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題是對(duì)“混合廢物”污染的土壤的處理。“混合廢物”指包括兩種或多種不同種類(lèi)的需要從環(huán)境中消滅或除去的污染物的廢物。混合廢物污染的土壤的一個(gè)代表性例子是被PCB污染的材料，如已被汞污染又有絕緣流體排放到其中的土壤。兩者共同產(chǎn)生了用常規(guī)技術(shù)處理特別困難的問(wèn)題。含汞土壤可進(jìn)行填埋，而PCB類(lèi)的存在使填埋除了在PCB許可的垃圾填埋場(chǎng)外不可能在其它場(chǎng)所填埋。因此，垃圾填埋通常是不允許的。相反地，PCB污染的土壤可以焚燒，但汞的存在使這種選擇成為不可能，因?yàn)樵诜贌猩傻难趸尫诺酱髿庵惺欠浅ＮｋU(xiǎn)的。這種兩難的處境導(dǎo)致混合廢物歷史性地要求相當(dāng)保險(xiǎn)的處理。
相應(yīng)地，需要一個(gè)新穎的成本有效的方法來(lái)凈化含核廢料例如產(chǎn)生在核武器工廠、核試驗(yàn)場(chǎng)所的核廢料的土壤，并要求處理相當(dāng)體積的被放射性物質(zhì)污染的土壤。該方法應(yīng)能減少空間，也就是要求通過(guò)將未處理的土壤濃縮于土壤的一小部分來(lái)貯存，并同時(shí)也允許這些場(chǎng)所的再生。同樣，也需要一個(gè)裝置使單質(zhì)汞、含汞的混合廢物和其它污染物例如有機(jī)物如農(nóng)藥、雙氧素類(lèi)(dioxins)、PCB類(lèi)和/或核廢料如放射性核素，能易于與土壤分離以進(jìn)一步回收并作適當(dāng)處理。
發(fā)明的概述因此，本發(fā)明的主要目的是提供改進(jìn)的更經(jīng)濟(jì)的方法將放射性組分從污染的土壤中分離出來(lái)，其中處理過(guò)的土壤基本上不含有潛在毒性的放射性組分以使土壤再生。術(shù)語(yǔ)“基本上不含”是指根據(jù)本發(fā)明處理的土壤應(yīng)(i)差不多除去了所有的不需要的放射性同位素(放射性核素)，或(ii)含有低數(shù)量級(jí)的殘留放射性同位素，可使處理的土壤再生，或(iii)含有低數(shù)量級(jí)的放射性同位素，該放射性同位素可用惰性材料充分稀釋以降低其活性至可接受的水平。
在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中所引用的如“核廢料”和“放射性廢料”等術(shù)語(yǔ)也指被具有不穩(wěn)定核的元素的同位素污染的土壤。該同位素通常以α粒子，β粒子和γ射線(xiàn)的形式蛻變和輻射能量。這些廢料主要包括核裂變的產(chǎn)物或副產(chǎn)物，或核裝置中末反應(yīng)的產(chǎn)物。這種放射性核素的代表性的例子包括Cs137；Co60；K40；pu236；U235；U238；Ru103；Te；Sr；Rb；Y；Re；Rh；Pd；Tc；Np和Am。
本發(fā)明的方法提供了從土壤部分、尤其是從體積小、表面積大的顆粒如土壤細(xì)粒和粘土的淤泥部分回收核廢料，以便以后的貯存或進(jìn)一步處理。例如，通過(guò)將核廢料濃縮于土壤細(xì)粒和粘土淤泥中，每噸被處理的土壤的貯存空間會(huì)顯著減小，可能比未處理的土壤所需貯存空間減少了百分之九十。
本發(fā)明的方法包括步驟(a)將氨性液體和核廢料污染的土壤在密閉容器中混合，形成氨性液體-含核廢料土壤的分散體系或淤漿；(b)使土壤顆粒從步驟(a)的淤漿或分散體系中選擇性地沉淀，形成下層土壤顆粒相，同時(shí)也形成土壤細(xì)粒分散于氨性液體之中的上層液-固相；(c)將上層液-固相與下層土壤顆粒相分開(kāi)，上層液-固相的細(xì)粒中含有大量的核廢料，也就是說(shuō)，下層基本上不含核廢料，使土壤顆粒再生，和(d)將氨性液體與含核廢料的土壤細(xì)粒分開(kāi)，以進(jìn)行細(xì)粒的處置或進(jìn)一步處理。
術(shù)語(yǔ)“處置”包括含核廢料的土壤細(xì)粒的貯存。術(shù)語(yǔ)“進(jìn)一步處理”包括改變核廢料潛在毒性的任何過(guò)程，例如將放射性核素材料轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘院蛯?duì)環(huán)境的影響減小了的物質(zhì)，或轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺鳛橛杏玫母碑a(chǎn)物回收的材料?？梢岳斫?，濃縮的核廢料的貯存和進(jìn)一步處理都不構(gòu)成本發(fā)明的組成部分。這些方法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。
Mazur等人在美國(guó)專(zhuān)利第5,110,364中公開(kāi)了氨用于從土壤中解吸有機(jī)化合物尤其是象PCB類(lèi)的鹵代有機(jī)化合物的預(yù)處理，隨后通過(guò)化合物的化學(xué)破壞，即通過(guò)溶劑化電子的化學(xué)還原機(jī)理進(jìn)行去鹵代作用。然而，Mazur等人沒(méi)有教導(dǎo)或提議使用氨作為將土壤分割成部分的手段，即將粒大、表面積小的顆粒從含有粒小、表面積大的土壤細(xì)粒的低密度固相中分離出來(lái)。相反，Mazur等人的方法提供了在鹵代碳化物污染物的還原中處理“整體”土壤，而不是首先將顆粒從含高濃度污物的淤漿中分離出來(lái)。
偶然地發(fā)現(xiàn)放射性核素表現(xiàn)出對(duì)顆粒較小的、表面積較大的土壤粘土和沙子的細(xì)粒和淤泥具有優(yōu)先親合力。因此，通過(guò)分離細(xì)粒和淤泥顆粒、尤其是相對(duì)于從氨-固分散體系中沉淀出來(lái)的顆粒來(lái)說(shuō)具有較大表面積的較小顆粒，將核廢料有選擇地濃縮于天然固體載體材料的最小體積，從而有效地減少需要貯存或進(jìn)一步處理的材料的噸體積。相應(yīng)地，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的、更經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)將相當(dāng)部分的核廢料濃縮于還原的土壤部分以便更有效地進(jìn)行包括大量土壤在內(nèi)的土壤凈化，從而使得先前污染的土壤的大量再生。
本發(fā)明的另一目的是選擇性地包括回收和再循環(huán)步驟以重新使用從前述方法步驟(d)得到的氨，該回收和再循環(huán)通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法完成。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，象“液氨”和“氨性液體”等本文所用的術(shù)語(yǔ)是指液氨如無(wú)水液氨、含氨溶液如氨的水溶液等等。對(duì)于下面詳細(xì)討論的要求溶劑化電子的實(shí)施方案，無(wú)水液體堿如無(wú)水液氨是優(yōu)選的，所述溶劑化電子是通過(guò)溶解金屬與液氨或其它含氮堿反應(yīng)制備。
本發(fā)明的另一目的是提供另一種實(shí)施方案，通過(guò)下列步驟凈化含核廢料的土壤(a)將液氨或氨性液體和核廢料污染的土壤在密閉容器中混合，形成氨-含核廢料土壤的分散體系或淤漿；(b)通過(guò)與活潑金屬接觸用溶劑化電子處理步驟(a)的分散體系或淤漿；(c)使土壤顆粒從步驟(b)的分散體系或淤漿中選擇性地沉淀出來(lái)，形成土壤顆粒的下層相，同時(shí)也形成包含土壤細(xì)粒(懸浮于液氨或氨性液體)的上層液-固相；(d)將上層液-固相與下層土壤顆粒相分開(kāi)，下層土壤顆粒相基本上不含核廢料，和(e)將液氨或氨性液體與土壤細(xì)粒分開(kāi)，以進(jìn)行細(xì)粒的處置或進(jìn)一步處理。
在本發(fā)明人觀察到氨在與土壤混合時(shí)具有形成非常細(xì)小的淤漿的獨(dú)特能力的同時(shí)，也觀察到當(dāng)由溶解金屬和氨反應(yīng)生成的溶劑化電子存在時(shí)，通過(guò)某些不十分清楚的機(jī)理，土壤的分散度表現(xiàn)出進(jìn)一步的變化。也就是說(shuō)，通過(guò)使氨化的土壤分散體系和堿金屬或堿土金屬接觸，在混合物中生成了溶劑化電子。在某些情形，該溶劑化電子對(duì)較小的土壤細(xì)粒分離最佳。在顆粒的橫截面大于所要求的一些情況下，在液氨中的溶劑化電子對(duì)本文公開(kāi)的含有污染材料的較小細(xì)粒表現(xiàn)出更好的劃分和分離，使這些污染的較小細(xì)粒與淤漿的其它顆粒分開(kāi)。
如同本發(fā)明的第一實(shí)施方案，前述本發(fā)明的第二實(shí)施方案考慮到回收和再循環(huán)步驟(e)得到的液氨以重新使用之。同樣地，步驟(d)沉淀的殘留固體土壤顆粒“基本上不含”放射性同位素，可允許大量土壤再生。
根據(jù)涉及含危險(xiǎn)物質(zhì)土壤凈化的本發(fā)明，改進(jìn)的方法通過(guò)下列步驟進(jìn)行含液體汞金屬土壤的凈化(i)在密閉容器中將氨性液體如無(wú)水液氨和含珠狀汞液滴的污染土壤混合，形成氨-汞-土壤分散體系或淤漿；(ii)使土壤顆粒和汞從步驟(i)的氨-汞-土壤分散體系或淤漿中沉淀出來(lái)，形成下層含汞滴的土壤顆粒相和土壤細(xì)粒分散于液氨中的上層液-固相，和(iii)使汞滴在下層土壤顆粒相中聚結(jié)并分離以便收集。
由于汞的高密度(差不多是水的14倍)，可以便利地把它與土壤分開(kāi)并收集。聚結(jié)的液汞易于從混合物中沉淀出來(lái)并在容器底部收集，經(jīng)底部排放閥順利排出。
和先前描述的本發(fā)明的其它實(shí)施方案一樣，用氨性液體凈化土壤的方法優(yōu)選包括從土壤細(xì)粒中分離氨性液體、回收和再循環(huán)氨性液體的步驟。應(yīng)包括用蒸餾方式從土壤細(xì)粒中分離氨。也可以用本領(lǐng)域已知的方法和設(shè)備通過(guò)蒸發(fā)和通過(guò)氨壓縮機(jī)的再次液化將氨與上層土壤細(xì)粒分開(kāi)。
本發(fā)明的另一方面是提供含“混合廢物”的土壤的處理，其中優(yōu)選用無(wú)水液氨生成污染土壤的淤漿或分散體系以便分離和回收污染物。除了液態(tài)汞滴，土壤也可以被由放射性核素或放射性同位素金屬構(gòu)成的核廢料污料。該金屬通常指錒系金屬如鈾、钚、釷及其混合物。含有土壤細(xì)粒淤漿的上層液-固相包含絕大多數(shù)的核廢料。下層固相的土壤顆粒包含高密度汞滴，所述汞滴聚集以便分離和回收。
其它混合廢物包括有機(jī)化合物、非鹵代化合物和尤其是鹵代有機(jī)化合物如PCB類(lèi)、雙氧素類(lèi)(dioxins)、農(nóng)藥類(lèi)包括殺蟲(chóng)劑類(lèi)、除草劑類(lèi)等等。因此，除了汞金屬的污染，本發(fā)明也考慮到被化合物以及被可降解的或可用其它方法還原為毒性降低的簡(jiǎn)單物質(zhì)的化合物污染的土壤的處理。
上述步驟(i)的含有氨性液-汞-有機(jī)化合物的土壤分散體系用活潑金屬如堿金屬、堿土金屬和鋁處理，原地生成溶劑化電子。在混合廢物污染的土壤中溶劑化電子還原或降解有機(jī)化合物，同時(shí)汞滴沉淀到土壤顆粒的下層固相并聚結(jié)從而在密閉容器的底部排出。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明為了進(jìn)一步理解本發(fā)明和其特征，應(yīng)參照附圖，其中

圖1是根據(jù)下面的實(shí)施例I實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的示意圖；圖2是根據(jù)實(shí)施例II的方法處理汞污染的土壤的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)器的圖示，和圖3是根據(jù)實(shí)施例III的方法用于凈化被汞污染的土壤的實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器的圖示。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明涉及將不需要的核廢料、尤其是以前公開(kāi)的放射性核素(通過(guò)使之濃縮于土壤或粘土的非常小的顆?；蚣?xì)料中)從土壤中分離出來(lái)的改進(jìn)的方法。這種濃縮的含放射性核素的細(xì)粒允許更有效的處置如貯存或進(jìn)一步處理，以改變放射性核素使之成為毒性較少且對(duì)環(huán)境更有益的物質(zhì)。
該方法是在觀察到氨性液體、尤其是無(wú)水液氨具有將土壤破碎成非常細(xì)的漿的獨(dú)特能力的基礎(chǔ)上得出的。還發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)為極細(xì)土壤顆粒的懸濁液可通過(guò)與氨混合制得。在該方法中，例如核廢料污染的土壤優(yōu)選與無(wú)水液氨混合，形成細(xì)分散的懸濁液或淤漿。由于氨相對(duì)于水的密度較低，發(fā)現(xiàn)絕大部分較小的土壤顆粒留在溶液中，另外，這些懸浮在水中的顆粒易于從分散體系中沉淀出來(lái)。由較大沉淀顆粒組成的大部分土壤基本上不含放射性核素或其它污染物，從而允許對(duì)大體積的處理土壤進(jìn)行再生和再循環(huán)。
核廢料的處理是將大量污染物濃縮于氨-土壤淤漿的上層液-固相中的較小土壤細(xì)粒中，與之不同，在處理金屬汞污染的土壤時(shí)，金屬汞液滴易于和較大土壤顆粒從溶液中沉淀出來(lái)并聚結(jié)在容器的底部。由于汞的密度極高，在容器的最低部位收集液滴以便回收和再使用。和核廢料污染的土壤的情形一樣，認(rèn)為液氨對(duì)把土壤破碎成細(xì)微分散淤漿起重要作用，從而有利于細(xì)微分散了汞滴的土壤的分離和凈化。
有利地，混合廢料污染的土壤，即含有至少兩種不同類(lèi)型污物、尤其是單質(zhì)汞和放射性廢物的土壤，特別適于根據(jù)本發(fā)明的凈化。大量放射性廢料分離到淤漿的上層液-固相的較小土壤細(xì)粒中，而汞污物易于與較大土壤顆粒從淤漿中沉淀到容器的底部，在此回收聚結(jié)的液態(tài)金屬。含有氨、土壤細(xì)粒和放射性廢料的上層液-固相自容器中排出，其中氨被蒸發(fā)，較小的土壤細(xì)粒和核廢料被貯存或進(jìn)一步處理。大量的土壤就此再生。
被含汞混合廢料和有機(jī)化合物如鹵代碳化合物和尤其是聚鹵代有機(jī)化合物(例如PCB類(lèi))污染的土壤可被處理生成化學(xué)改性的物質(zhì)且使之基本無(wú)毒。汞-有機(jī)化合物污染的土壤同樣地在密閉容器中成漿。無(wú)水液氨有助于破碎土壤和將有毒的鹵代有機(jī)化合物從土壤顆粒上解吸下來(lái)。另外，在含氨土壤淤漿的處理過(guò)程中，堿金屬如鈉、鉀和鋰或堿土金屬如鈣、鎂等在溶解金屬反應(yīng)中溶劑化。淤漿應(yīng)含足夠濃度的溶劑化電子以將聚合鹵代有機(jī)化合物污物還原成對(duì)環(huán)境無(wú)害的物質(zhì)。典型地，電子濃度為約0.1-約2.0摩爾。在每個(gè)例子中所需金屬的量是產(chǎn)生足夠的電子來(lái)反應(yīng)和化學(xué)還原鹵代污物所需的量。溶劑化電子的形成和用途在美國(guó)專(zhuān)利第5,110,364中有描述，其內(nèi)容引入本文作參考。
有利的是，有毒有機(jī)化合物不需要從土壤中分離出來(lái)；含金屬汞和有機(jī)化合物的土壤可用液氨有效地預(yù)處理，汞滴可以分離出來(lái)，而且先前公開(kāi)過(guò)，用活潑金屬處理土壤-含有機(jī)化合物的氨性淤漿，在漿化的土壤中生成有用的溶劑化電子。
下面具體實(shí)施例證實(shí)了本發(fā)明，但應(yīng)明白，其目的只是用來(lái)說(shuō)明，而不是對(duì)條件和范圍的完全限定。
實(shí)施例I
本發(fā)明的方法可以通過(guò)如圖1所示的體系實(shí)施。用一密閉反應(yīng)器10作為位于容器底部的核廢料污染的土壤14的混合容器。術(shù)語(yǔ)“土壤”具有其通常所理解的含義，且包括一種或多種不同性質(zhì)的組分如粘土、石塊、碎石?；蛏匙印⒂袡C(jī)物和不同量的水等等。很明顯，土壤組合物可依據(jù)其來(lái)源和產(chǎn)地有很大范圍的不同。例如，來(lái)自沙漠或其它干旱地區(qū)的土壤主要為帶有少量有機(jī)物的含沙組合物。發(fā)現(xiàn)來(lái)自俄亥俄州的稱(chēng)為俄亥俄土(Ohio Loam)的代表性的土壤具有35％的砂、32％的淤泥、33％的粘土和4.1％的有機(jī)物，其pH為7.7。相反，來(lái)自田納西州DakRidge的土壤只包含1％的砂，26％的淤泥，73％的粘土，不含有機(jī)物，其pH為5.2。總之，本發(fā)明用的術(shù)語(yǔ)“土壤”具有寬的組成范圍，包括不同范圍的粘土、碎石/沙粒、有機(jī)物、淤泥細(xì)粒、水分等等。包括主要由粘土或沙子構(gòu)成的土壤。
無(wú)水液氨16或含少量水的液氨溶液由氨貯存器18注入密閉反應(yīng)器10，一經(jīng)注滿(mǎn)，液氨通過(guò)位于輸出管22的循環(huán)泵20從反應(yīng)器10低于液面排出。液氨流由三通分流閥24-25控制，該分流閥通向旁路26或含活潑金屬床30的溶劑化器28，所述活潑金屬例如為堿金屬、堿土金屬或其混合物。適合的代表性的金屬包括鈉、鉀、鋰、鈣和鎂。鋁也是適合的活潑金屬。通過(guò)使氨16循環(huán)經(jīng)過(guò)反應(yīng)器28的金屬床，在回路(in-line)生成溶劑化電子。這避免了直接向容器10插入金屬棒或其它金屬源。相應(yīng)地，本發(fā)明的方法考慮選擇性地用氨和在氨中溶劑化的電子增強(qiáng)土壤和粘土中放射性組分的劃分和分離。
不論使氨循環(huán)經(jīng)過(guò)旁路26還是溶劑化器28，使溶液通過(guò)閥門(mén)32再循環(huán)到反應(yīng)器10的底部，在反應(yīng)器中調(diào)整流體化流型。這樣產(chǎn)生土壤和氨性溶液和/或溶劑化電子的混合從而形成淤漿。一旦土壤在氨中形成均勻分散，泵20不再工作使分散體系進(jìn)行相分離，即形成下層固相和上層液--固相分離。分散體系的較大顆粒在反應(yīng)器10底部以固相34的形式沉淀出來(lái)，且基本上不含放射性核素污物，后者濃縮于由細(xì)粒或淤泥組成的較小土壤部分，所述細(xì)?；蛴倌嗔７稚⒂诎比芤撼蔀樯蠈右?固相36。
懸浮了顆粒細(xì)粒的淤漿形成的上層液-固相36從反應(yīng)器10中排出，通過(guò)打開(kāi)的閥42經(jīng)管40進(jìn)入蒸發(fā)容器38。氨43被蒸發(fā)使其與放射性細(xì)粒44分離。如果需要再循環(huán)氨使之在凈化步驟中進(jìn)一步使用，也可選擇將氨經(jīng)管48轉(zhuǎn)移到壓縮器46再液化。液化的氨接著通過(guò)管50轉(zhuǎn)移到氨貯存器18。
因此，本發(fā)明公開(kāi)的方法的優(yōu)點(diǎn)在于提供了通過(guò)較小顆粒分離核廢料而不依賴(lài)于使用基于水溶液的體系；允許氨的再循環(huán)而不是依賴(lài)造價(jià)高的清洗化學(xué)品；提供了易于將細(xì)粒從液氨中分離的方法；消除了將水運(yùn)輸并貯存到荒蕪地區(qū)，并且提供了附加的用溶劑化電子將顆粒大小控制在預(yù)定范圍內(nèi)的方法。
實(shí)施例II為了說(shuō)明汞從土壤中的分離，將100克涂有近20,000ppm(約2％)單質(zhì)汞的土壤樣品置于具有圖2構(gòu)造的實(shí)驗(yàn)室壓縮容器中。
向壓縮容器中加入無(wú)水液氨，使土壤流體化產(chǎn)生土壤和氨的淤漿。然后開(kāi)動(dòng)混合器將土壤和氨混合兩分鐘。在這期間，氨開(kāi)始逸出(V)，在容器中產(chǎn)生渦流，混合器停止，渦流還將繼續(xù)。
混合器一停即加熱位于最低層的汞收集嘴區(qū)域，使反應(yīng)器的底部起泡從而引起較小土壤顆粒的分離并使汞落于收集嘴區(qū)域。加熱持續(xù)15分鐘，之后將反應(yīng)器靜置過(guò)夜，此時(shí)殘余的氨已煮沸逸出。
次日凌晨，通過(guò)首先打開(kāi)收集嘴排出已沉淀到最底部的土壤打開(kāi)反應(yīng)器，即可觀察到汞的銀色液滴。同樣地，從反應(yīng)器取出土壤上層的土壤樣品進(jìn)行精密檢測(cè)，未觀察到汞的銀色液滴。
實(shí)施例III在另一試驗(yàn)中，將100克涂汞土壤引入如圖3所示的具有篩網(wǎng)和再循環(huán)泵的壓縮容器中。
接著向反應(yīng)器引入無(wú)水液氨，開(kāi)動(dòng)泵使產(chǎn)生渦流。泵工作近20分鐘使氨循環(huán)，之后關(guān)閉。氨在夜間從反應(yīng)器中逸出(V)。
次日，打開(kāi)反應(yīng)器取出土壤檢測(cè)。令人驚奇的是，汞已從土壤中分離并集結(jié)在100目的篩網(wǎng)上(而不是通過(guò)并收集在汞收集嘴區(qū)域)。汞收集在篩網(wǎng)上的事實(shí)證實(shí)了液氨在從土壤中分離汞的有效性。
本發(fā)明結(jié)合多個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行了描述，這只是用來(lái)說(shuō)明的。相應(yīng)地，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)前面的詳細(xì)描述，很多改變、修改和變化是顯而易見(jiàn)的。因此這些變化和修改落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.含核廢料土壤的凈化方法，其特征在于步驟(a)將氨性液體和被核廢料污染的土壤在密閉容器中混合，形成氨性液體-含核廢料土壤的分散體系或淤漿；(b)使土壤顆粒從步驟(a)的分散體系或淤漿中選擇性地沉淀，形成土壤顆粒的下層相，同時(shí)也形成土壤細(xì)粒分散于所述氨性液體中的上層液-固相；(c)將所述上層液-固相與所述土壤顆粒的下層相分開(kāi)，該下層相基本上不含所述核廢料，和(d)將氨性液體與含核廢料的土壤細(xì)粒分開(kāi)，以進(jìn)行所述細(xì)粒的處置或進(jìn)一步處理。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于回收和再循環(huán)得自步驟(d)的氨性液體的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(a)的氨性液體是無(wú)水液氨或含氨溶液。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于核廢料含有至少一種放射性核素，土壤至少含有選自粘土、碎石和有機(jī)物的一種。
5.權(quán)利要求3的方法，其特征在于核廢料污染的土壤主要含有沙子。
6.權(quán)利要求4的方法，其特征在于步驟(a)的土壤含有選自鈾、钚及其混合物的放射性核素。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述沙子含有選自鈾、钚及其混合物的放射性核素。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過(guò)蒸餾方式將步驟(d)的土壤細(xì)粒與氨性液體分開(kāi)的步驟。
9.含核廢料土壤的凈化方法，其特征在于步驟(a)將氨性液體和被核廢料污染的土壤在密閉容器中混合，形成氨性液體-含核廢料土壤的分散體系或淤漿；(b)通過(guò)與活潑金屬接觸，用溶劑化電子處理步驟(a)的分散體系或淤漿；(c)使土壤顆粒從步驟(b)的分散體系或淤漿中選擇性地沉淀，形成土壤顆粒的下層相，同時(shí)也形成土壤細(xì)粒分散于所述氨性液體中的上層液-固相；(d)將所述上層液-固相與所述土壤顆粒的下層相分開(kāi)，該下層相基本上不含所述核廢料，和(e)將氨性液體與含核廢料的土壤細(xì)粒分開(kāi)，以進(jìn)行所述細(xì)粒的處置或進(jìn)一步處理。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于回收和再循環(huán)得自步驟(e)的氨性液體的進(jìn)一步的步驟。
11.權(quán)利要求9的方法，其特征在于氨性液體是無(wú)水液氨，活潑金屬選自堿金屬和堿土金屬。
12.權(quán)利要求11的方法，其特征在于步驟(b)如下完成使至少一部分的含無(wú)水液氨的淤漿循環(huán)通過(guò)含有活潑金屬的旁路，活潑金屬在該旁路中溶解，將淤漿再循環(huán)至密閉容器中，用溶劑化電子處理剩余的淤漿。
13.權(quán)利要求9的方法，其特征在于步驟(a)的氨性液體是無(wú)水液氨。
14.權(quán)利要求13的方法，其特征在于核廢料含有至少一種放射性核素，土壤至少含有選自粘土、碎石和有機(jī)物的一種。
15.權(quán)利要求13的方法，其特征在于核廢料污染的土壤主要含有沙子。
16.權(quán)利要求14的方法，其特征在于步驟(a)的土壤含有選自鈾、钚及其混合物的放射性核素。
17.權(quán)利要求15的方法，其特征在于步驟(a)的沙子含有選自鈾、钚及其混合物的放射性核素。
18.權(quán)利要求9的方法，其特征在于通過(guò)蒸餾方式將步驟(e)的土壤細(xì)粒與氨性液體分開(kāi)的步驟。
19.含汞土壤的凈化方法，其特征在于步驟(i)在密閉容器中混合氨性液體和含汞污染土壤，形成氨性液體-含汞土壤的分散體系或淤漿；(ii)使土壤顆粒和汞從步驟(i)的淤漿或分散體系中沉淀出來(lái)，形成含汞土壤顆粒的下層相和土壤細(xì)粒分散于所述氨性液體中的上層液-固相，和(iii)使所述汞滴聚結(jié)以從所述下層土壤顆粒相中回收。
20.權(quán)利要求19的方法，其特征在于氨性液體是無(wú)水液氨或含氨溶液。
21.權(quán)利要求19的方法，其特征在于進(jìn)一步將土壤細(xì)粒與所述氨性液體分開(kāi)、回收和再循環(huán)所述氨性液體的步驟。
22.權(quán)利要求19的方法，其特征在于步驟(iii)的汞滴收集于密閉容器的底部。
23.權(quán)利要求19的方法，其特征在于步驟(i)的土壤含有混合廢物。
24.權(quán)利要求23的方法，其特征在于通過(guò)與活潑金屬接觸，用溶劑化電子處理含有步驟(i)的混合廢物的氨性液體-含汞土壤分散體系或淤漿。
25.權(quán)利要求24的方法，其特征在于活潑金屬選自堿金屬、堿土金屬和鋁。
26.權(quán)利要求24的方法，其特征在于混合廢物含有汞和有機(jī)化合物。
27.權(quán)利要求26的方法，其特征在于有機(jī)化合物是鹵代有機(jī)化合物。
28.權(quán)利要求27的方法，其特征在于鹵代有機(jī)化合物是農(nóng)藥。
29.權(quán)利要求27的方法，其特征在于鹵代有機(jī)化合物是PCB。
30.權(quán)利要求23的方法，其特征在于混合廢物包含汞和核廢料。
31.權(quán)利要求24的方法，其特征在于混合廢物包含汞、PCB類(lèi)和核廢料。
32.權(quán)利要求30的方法，其特征在于核廢料包含至少一種放射性核素。
33.權(quán)利要求32的方法，其特征在于放射性核素選自鈾、钚及其混合物。
34.權(quán)利要求30的方法，其特征在于核廢料基本上濃縮于上層液-固相的土壤細(xì)粒中。
35.權(quán)利要求24的方法，其特征在于步驟(i)的氨性液體是無(wú)水液氨。
36.權(quán)利要求22的方法，其特征在于步驟(i)的污染土壤至少含有選自粘土、碎石和有機(jī)物的一種。
37.權(quán)利要求21的方法，其特征在于通過(guò)蒸餾的方式將土壤細(xì)粒與氨性液體分開(kāi)的步驟。
全文摘要
被核廢料、單質(zhì)汞或含危險(xiǎn)有機(jī)化合物的混合廢物污染的包含沙子和粘土的土壤，可通過(guò)單獨(dú)用無(wú)水液氨或與溶劑化電子共同處理實(shí)現(xiàn)其凈化。該方法包含將放射性核素如钚和鈾濃縮于土壤和粘土的細(xì)粒中，生成基本不含污染物的剩余土壤產(chǎn)物從而允許再生。通過(guò)將核廢料濃縮于土壤細(xì)粒，未處理土壤所需貯存空間和處理費(fèi)用都會(huì)顯著減少。氨性液體如無(wú)水液氨通過(guò)將土壤破碎成細(xì)微淤漿以釋放汞金屬液滴來(lái)促進(jìn)凈化。汞的高密度使其與較大土壤顆粒共同沉淀并從土壤顆粒中回收出來(lái)。
文檔編號(hào)C22B60/02GK1160365SQ95195009
公開(kāi)日1997年9月24日 申請(qǐng)日期1995年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月12日
發(fā)明者阿爾貝特·E·阿貝爾 申請(qǐng)人:卡莫多應(yīng)用技術(shù)公司