MATERIAL PARTICULADO CON PROPIEDADES MAGNÉTICAS PARA EL TRATAMIENTO DE RESISUOS LÍQUIDOS Y LA RECUPERACIÓN DE METALES EN DISOLUCIÓN.
La presente invención se encuadra en el campo de los materiales y procedimientos para el tratamiento de residuos líquidos,
especialmente se refiere a una partícula así como a un material constituido por dichas partículas para el tratamiento de aguas residuales industriales con solutos metálicos y/o radiactivos
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900952.
Solicitante: EMPRESA NACIONAL DE RESIDUOS RADIACTIVOS, S.A.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: SUEIRAS ROMERO,JESUS EDUARDO, SALLA CABAU,ISABEL, CORNADO MUSTE,DAVID, MEDINA CABELLO,FRANCISCO.
Fecha de Solicitud: 7 de Abril de 2009.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 29 de Agosto de 2011.
Clasificación PCT:
- B03C1/01 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B03 SEPARACION DE SOLIDOS POR UTILIZACION DE LIQUIDOS O POR UTILIZACION DE MESAS O CRIBAS DE PISTON NEUMATICO; SEPARACION MAGNETICA O ELECTROSTATICA DE MATERIALES SOLIDOS A PARTIR DE MATERIALES SOLIDOS O DE FLUIDOS; SEPARACION POR CAMPOS ELECTRICOS DE ALTA TENSION. › B03C SEPARACION MAGNETICA O ELECTROSTATICA DE MATERIALES SOLIDOS A PARTIR DE MATERIALES SOLIDOS O DE FLUIDOS; SEPARACION POR CAMPOS ELECTRICOS DE ALTA TENSION (filtros que utilizan la electricidad o el magnetismo B01D 35/06; separación de isótopos B01D 59/00; separación en que se combinan los procedimientos magnéticos o electrostáticos con los otros medios de separación de sólidos B03B, B07B; separación de hojas amontonadas B65H 3/00; imanes o bobinas magnéticas en sí H01F). › B03C 1/00 Separación magnética. › por adición de agentes magnéticos.
- C02F1/48 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › por medio de campos magnéticos o eléctricos (C02F 1/46 tiene prioridad).
- G21F9/12 FISICA. › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21F PROTECCION CONTRA LOS RAYOS X, RAYOS GAMMA, RADIACIONES CORPUSCULARES O BOMBARDEOS DE PARTICULAS; TRATAMIENTO DE MATERIALES CONTAMINADOS POR LA RADIACTIVIDAD; DISPOSICIONES PARA LA DESCONTAMINACION (protección contra las radiaciones por medios farmacéuticos A61K 8/00, A61Q 17/04; en los vehículos espaciales B64G 1/54; asociada con un reactor G21C 11/00; asociada con un tubo de rayos X H01J 35/16; asociada con un aparato de rayos X H05G 1/02). › G21F 9/00 Tratamiento de materiales contaminados por la radiactividad; Disposiciones a este efecto para la descontaminación. › por absorción; por adsorción; por intercambio de iones.
PDF original: ES-2351751_B2.pdf
Fragmento de la descripción:
Material particulado con propiedades magnéticas para el tratamiento de residuos líquidos y la recuperación de metales en disolución.
Campo de la invención
La presente invención se encuadra en el campo de los materiales y procedimientos para el tratamiento de residuos líquidos, especialmente se refiere a una partícula así como a un material constituido por dichas partículas para el tratamiento de aguas residuales industriales con solutos metálicos y/o radiactivos.
Antecedentes de la invención
El tratamiento adecuado de las aguas residuales industriales, permite su posterior descontaminación y vertido seguro, contribuyendo a un consumo sostenible de los recursos hídricos. Los tratamientos deben garantizar un nivel igual o inferior al contenido máximo aceptable de un contaminante determinado, de manera que se puedan reutilizar sin riesgos los efluentes industriales.
Dependiendo de la naturaleza del contaminante, los tratamientos pueden ser mecánicos, químicos o biológicos. Los efluentes industriales, tales como las aguas de refrigeración de las centrales nucleares, contienen contaminantes en disolución. Para eliminarlos, se han utilizado ampliamente las resinas de intercambio iónico, capaces de retener en su superficie los iones disueltos en el agua y liberarlos en una segunda solución, regenerando así la resina. Aquí la relación superficie/volumen es critica ya que la cantidad del contaminante eliminado es directamente proporcional a esta. La adsorción a este tipo de resinas se considera un proceso de refinamiento y su viabilidad depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración de la resina, una vez saturada su capacidad de adsorción. Entre los adsorbentes más ampliamente utilizados se encuentran el carbón activo, las arcillas y las zeolitas. El proceso habitual para eliminar los elementos radioactivos de las aguas de refrigeración de las centrales nucleares consiste en un proceso de filtración seguido de un proceso de concentración mediante ósmosis inversa o de evaporación del agua, la elección de uno u otro dependerá básicamente del contenido en sólidos de las aguas a tratar. Ambas etapas tienen algunos inconvenientes, por ejemplo la filtración por intercambio supone la generación de una cantidad de residuo muy elevada que debe ser tratada posteriormente. Por otra parte, la evaporación térmica resulta un proceso económicamente costoso y presenta también problemas de corrosión superficial en los materiales.
Los materiales y métodos para la eliminación selectiva de metales de aguas residuales, como las aguas de refrigeración de las centrales nucleares, y, en general, de efluentes contaminados con metales, han sido objeto de numerosos esfuerzos destinados a aumentar la selectividad y eficacia de dichos materiales. Con la intención de mejorar estos procedimientos, encontramos una serie estrategias enfocadas a desarrollar nuevos procesos más efectivos, o adsorbentes más selectivos y que por tanto generen un menor volumen de residuos.
Los isótopos radiactivos de Cs+, Sr2+, Ni2+ y Co2+ aparecen como residuos de las aguas de refrigeración de las centrales nucleares. Para su eliminación se han utilizado diferentes adsorbentes que atrapan iones metálicos por intercambio catiónico como las zeolitas, la titanosílicalita y arcillas de tipo esmectita, caolinita y montmorillonita. Algunas aplicaciones, descritas en la patente US 7018542, han consistido en mejorar la selectividad de intercambio iónico de las zeolitas como la clinoptilolita, mediante la modificación de ésta. La capacidad de intercambio dependerá de la relación Si/Al de las zeolitas. El ajuste de la relación Si/Al se hace por tratamiento con una solución básica la cual provoca la desaluminación de las zeolitas, en condiciones controladas, hasta un valor adecuado. Pero el problema con este tipo de adsorbente sigue siendo la falta de especificidad. La adsorción selectiva de los iones Cs+, Sr2+, Ni2+ y Co2+ en disolución se puede conseguir con la combinación de un agente quelante con un polímero orgánico o resina, ya que dicho agente quelante ha de estar unido a una superficie de manera que sea posible separarlo de la solución a descontaminar. Con este objeto se han desarrollado sistemas magnéticos y procedimientos para su utilización en el tratamiento y recuperación de aguas residuales.
La patente EP-5522856 detalla un método de purificación de soluciones acuosas para eliminar de ellas radioisótopos de iones metálicos mediante el tratamiento con partículas magnéticas embebidas en un polímero orgánico que se recubre con adsorbentes específicos para dichos iones. Los limites de este sistema radican en la difícil recuperación y reciclaje del material adsorbente así como en su falta de especificidad. Otros materiales mejor adaptados a este tipo de residuos se han descrito en la solicitud de patente internacional WO-9521011, que se refiere a un material magnético particulado, cuyas partículas presentan un centro de magnetita recubierto por una mezcla de un material fibroso y un agente cohesivo sólido. Estas partículas pueden estar embebidas en una resina polimérica y pueden incluir además agentes quelantes o de intercambio iónico. La solicitud incluye un procedimiento para la producción de un material magnético que adsorbe cesio en una superficie creada por reacción de resorcinol y formaldehído en etanol. El problema de este adsorbente sigue siendo la falta de especificidad y el bajo coeficiente de adsorción de metales alcalinos en disolución. Por otro lado, el documento WO-2004101158, se refiere a un sistema de descontaminación de soluciones acuosas que puede realizarse en continuo o en discontinuo. Utiliza partículas con propiedades magnéticas, formadas por magnetita, ferritina (que es un polímero orgánico) y un agente quelante. Los componentes de estas partículas se distribuyen en capas concéntricas de manera que el núcleo de magnetita está recubierto por ferritina la que a su vez está recubierta por un agente quelante. Entre los agentes quelantes utilizados se encuentran los éteres corona. La inclusión de un agente quelante en la partícula soluciona el problema de la selectividad del material, pero la magnitud del campo magnético que generan es limitada.
Para superar este problema, la presente invención propone una partícula con propiedades magnéticas que es única por su simplicidad y la alta relación superficie/volumen, su mayor campo magnético y especificidad para separar ciertos metales como el cesio, estroncio, níquel y cobalto (en especial sus isótopos radiactivos) de soluciones acuosas.
Breve descripción de las figuras
Figura 1. Panel A, representación esquemática de una partícula de acuerdo con la invención. Panel B una micrografía del material magnético de la presente invención, formado por dichas partículas.
Figura 2. Diagrama de una planta piloto de adsorción de radioisótopos que utiliza el material magnético de la presente invención.
Figura 3. Difractogramas para las partículas de (a) Magnetita, (b) sílica Fumed y (c) sílica + 10% de Magnetita.
Figura 4. (a) Fotografía de la planta piloto donde pueden apreciarse sus elementos. (b) reactor conteniendo el material magnético de la presente invención. (c) filtro magnético.
Figura 5. (a) comparación de la capacidad de adsorción de cesio de algunas combinaciones de los componentes de una partícula de acuerdo con la invención. (b) Capacidad de adsorción de cesio de las partículas de la invención en función de su proporción en magnetita.
Figura 6. Capacidad de adsorción de estroncio de las partículas compuestas por sílica + 5% Magnetita + diciclohexano-18 corona-6.
Figura 7. Comparación entre la capacidad de adsorción del composite y una realización preferida de las partículas de la invención. (a) capacidad de adsorción de cobalto de las partículas compuestas por sílica + 5% Magnetita + EDTA. (b) capacidad de adsorción de níquel de las partículas compuestas por sílica + 5% Magnetita + EDTA.
Figura 8. Comparación de la capacidad de adsorción de cesio entre dos realizaciones preferidas de la presente invención.
Figura 9. (a) representación esquemática de un sistema para el tratamiento de efluentes industriales. (b) fotografía de una planta semi-industrial para el tratamiento de efluentes industriales que utiliza las partículas de la invención.
Objeto de la invención
Un... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Partícula con propiedades magnéticas que comprende:
2. Partícula según la reivindicación 1 donde dicho soporte mesoporoso comprende dióxido de silicio seleccionado de entre silicio de origen pirogénico, sílice mesoporoso y/o mezclas de ambos.
3. Partícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde las nanopartículas ferromagnéticas son de magnetita.
4. Partícula según la reivindicación 1, 2 o 3 donde el agente quelante se selecciona de entre: derivados del etileno, éteres corona y/o mezclas de los mismos.
5. Partícula según la reivindicación 4 donde el agente quelante se selecciona de entre: el ácido etilen diamino tetra-acético y el 18-corona-6 diciclohexano.
6. Material que comprende al menos una partícula según alguna de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Material según la reivindicación 6 donde dichas partículas tienen un diámetro medio de entre 0,35-2 mm.
8. Procedimiento para la fabricación de una partícula según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende las etapas de:
9. Método para la descontaminación de un residuo radioactivo líquido mediante el tratamiento del residuo con un material según la reivindicación 7.
10. Sistema para el tratamiento de un efluente industrial que comprende al menos un reactor caracterizado porque comprende un material según la reivindicación 7.
11. Sistema según la reivindicación 10 que además comprende al menos:
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