EA020615B1 - Обработка или восстановление природной воды или сточных вод - Google Patents

Abstract

Рассматривается способ обработки природной воды или сточных вод, содержащих растворенный Mg или растворенный Al, где способ включает стадии введения по меньшей мере одного Mg-содержащего соединения или по меньшей мере одного Al-содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием в результате слоистого двойного гидроксида (СДГ), содержащего Mg и Al в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ. СДГ может содержать гидроталькит. Al-содержащим соединением может быть алюминат, или гидроксид алюминия, получаемый от способа Байера или от обработки глинозема.

Description

Настоящее изобретение относится к способу обработки и восстановления жидких и твердых отходов и побочных продуктов и природной и сточных вод. Отходы или природная вода и сточные воды могут содержать кислотные, нейтральные или щелочные поверхностные или подземные воды или поровые воды как таковые или извлеченные, растворенные или коллоидные или дисперсные отходы или их комбинацию и могут быть получены от активного или предварительного обогащения или обработки полезных ископаемых или вод или нефтеносного угля или газа, включая извлечение из пластов каменноугольного газа, или технической воды, хранившихся или вытекающих из хвостовых запруд или других заполнений, хранилищ или контейнеров, или получаемых из хвостов, размывания хвостов, воды, отжатой из хвостов, донных наносов или другой пустой породы, или воды, получаемой из остатков обогащения полезных ископаемых, хранившихся в отвалах как неуплотненные отходы или твердые или жидкие отходы или их комбинации, иначе распределенные или содержащиеся как выше, так и ниже уровня земли так, как в котлованах или в запрудах хвостов. Жидкие и твердые отходы или природная вода или сточные воды или их комбинации могут также присутствовать в водоносных пластах как слои, линзы, зоны, накопления, фронты растворов, утечки или разливы, которые требуют обработки или улучшения указанным способом. Многие из описанных выше вод и твердых материалов могут присутствовать в способе добычи природных ископаемых, нефти или газа и могут присутствовать как обогащенные или истощенные щелоки, концентраты, выделенные или внутренние воды или суспензии. Поверхностные и/или подземные воды или поровая вода, получаемые от природных процессов (например, размывание кислотной сульфатной почвы), и твердые остатки, из которых они получаются, могут также быть подходящими для обработки данным способом. Природная вода или сточные воды, содержащая одно или более из растворенных или коллоидных, или дисперсных составляющих, которые частично или полностью выпариваются, могут также извлечь выгоду из данного изобретения. В другом аспекте жидкие или твердые отходы или сточные воды или сброс от работы и содержания атомных электростанций, производства ядерного оружия или вывода из эксплуатации атомных электростанций при истечении срока службы, оборудования для ядерных исследований, обогащения или переработки ядерного топлива или подобного оборудования или работ могут быть очищены и храниться с помощью данного изобретения.

Для удобства и краткости далее в данном описании термин жидкие или твердые отходы и побочные продукты и природная вода или сточные воды или природная вода или сточные воды будет использоваться для указания каждой из вод, других жидкостей или растворенных веществ или растворителей или смесей, либо смешивающихся, либо не смешивающихся, и твердых отходов, описанных выше, но не ограниченных указанными примерами указанных жидких или твердых отходов и побочных продуктов и природной воды или сточных вод.

Для удобства и краткости термин гидроталькит ((ГТ)(НТ)), в частности, относится к гидроталькиту с Мд и А1 в качестве преобладающих катионов в качестве представителя группы минералов, называемых слоистыми двойными гидроксидами ((СДГ) (ЬЭН)). но должно быть отмечено, что имеются вариации в составе как отражение химического способа получения и химии раствора, из которого они получаются.

Предпосылки создания изобретения

Жидкие или твердые отходы и побочные продукты или природная или сточные воды, или вода (воды), присутствующая(щие), как описано выше, могут получаться из большого числа источников. Примеры указанных источников могут включать окисление сульфидсодержащих почв с образованием кислотносульфатных почв ((КСП)(А§§)) и кислотной воды (вод) природными процессами (например, сезонными изменениями уровня подземных вод и/или состоянием кислорода) или нарушением почвы или породы (например, в процессе строительства или земляных работ);

промышленные способы (например, окисление пирита, производство серной кислоты) с потерями в результате инфильтрации почва/подземные воды или природного или искусственного дренажа воды (вод);

сброс, утечка и инфильтрация кислотной, нейтральной или щелочной поверхностной воды (вод) от горных работ или добывающих металлургических работ;

выщелачивание на месте рудных тел (например, урановых или медных руд);

жидкие или твердые отходы и побочные продукты и природная вода или сточные воды, такие как поверхностные, подземные воды и поровые воды, сточные воды от обогащения полезных ископаемых (например, щелочной красный шлам от способа Байера, обогащение урановых или медных руд) или вода (воды) или хвосты, содержащиеся в или получаемые из оборудования для хранения хвостов, резервуаров, контейнеров или других хранилищ;

введенные, образованные воды или воды из водоносных пластов, отведенные или загрязненные воды или их комбинации, отведенные или полученные от добычи одного или более из нефти, газа, каменноугольного газа и нефтедобычи и связанных работ, включая очистку, дистилляцию, газо- или нефтеводное фазовое разделение и обработку воды и удаление загрязнителя, и повторное использование, включая впрыск или повторный впрыск в водоносные пласты, нефтяные и газовые пласты, выпаривание,

- 1 020615 ирригацию и экологическое повторное использование или сброс;

также хорошо известно, что жидкие или твердые отходы и сточные воды, получаемые в результате работы и содержания атомных электростанций, производства ядерного оружия или вывода из эксплуатации атомных электростанций при истечении срока службы, обогащения или переработки ядерного топлива, оборудования для ядерных исследований или подобного оборудования часто представляют главную задачу в плане превращения в стабильные твердофазные материалы для транспортировки или хранения, или повторная переработка составляющих радионуклидов и других элементов представляет повидимому трудноразрешимую проблему, особенно, при рассмотрении в контексте безопасного и физически и химически надежного кратковременного-долговременного геологического хранилища.

Как следствие способов, которые ведут к образованию указанных жидких и твердых отходов и побочных продуктов и природной воды и сточных вод, они могут быть часто обогащены в ряд металлов, металлоидов и анионов, концентрации которых могут превышать нормы как ΛΝΖΕΟΟ. так и \Уа1сг Цца1йу (ΛΝΖΕί’ί’/ ΝΗΜΚΟ, 1992). Кроме того, жидкие и твердые отходы и побочные продукты и природная вода и сточные воды, содержащие радионуклиды, в частности, от добычи и переработки урана (например, и, Тй, Ка и т.д.) или от отраслей ядерной энергии, оружия и/или исследований (и, Ка, Ри, Тс и т.д.), также могут получать с требованием надежного кратковременного-долговременного хранения, предпочтительно с использованием СДГ- или ГТ-химии.

Таким образом, существует задача идентифицировать способы восстановления жидких и твердых отходов и побочных продуктов и природной и сточных вод, которые являются как экономически эффективными, так и экологически надежными с безопасным и эффективным связыванием (и если подходит, с утилизацией на стороне) загрязнителей после нейтрализации. Также необходимо, чтобы эффективное обращение с жидкими и твердыми отходами и побочными продуктами и природной водой и сточными водами, содержащими ряд загрязнителей, включая металлы, металлоиды и органические вещества и радионуклиды, отвечало регламентирующим требованиям.

Слоистые двойные гидроксиды ( (СДГ) (ЬИН)) представляют собой класс как встречающихся в природе, так и получаемых синтетически материалов, характеризующихся положительно заряженными смешанными металлгидроксидными слоями, разделенными промежуточными слоями, которые содержат молекулы воды и ряд взаимозаменяемых анионов. СДГ наиболее часто образуются соосаждением растворов катионов двухвалентных (например, Мд²+, Ре²⁺) или трехвалентных (например, А1³+, Ре³⁺) металлов при рН от среднего до высокого (Тау1ог, 1984, Уисейс е! а1., 1997, δηίη е! а1., 1996).

СДГ или ГТ могут быть использованы для удаления широкого ряда неорганических и органических загрязнителей, включая радионуклиды, из жидких или твердых отходов и побочных продуктов и природной воды и сточных вод. Кроме того, СДГ или ГТ могут быть использованы в качестве хранилища элементов или компонентов твердых отходов, включающих загрязнители, включая радионуклиды, которые растворяются (например, кислотой или щелочью) и осаждаются или перекристаллизовываются с использованием способа/химии, описанных здесь.

СДГ-соединение может быть представлено общей формулой (1):

М М (О1 1еА\ IЕО (1), где М²+ ^и М_х ³+ представляют собой двухвалентные и трехвалентные ионы металлов, соответственно, и А^п- представляет собой межслойный ион с валентностью η. Значение х представляет собой пропорцию трехвалентного иона металла к пропорции общего количества ионов металлов, и у обозначает различные количества межслойной воды.

Обычные формы СДГ содержат Мд²⁴ и А1³' (общеизвестные как ГТ) и Мд²⁴ и Ре³⁺ (известные как пироауриты), но известны другие катионы, включая Νΐ, Ζη, Мп, Са, Сг и Ьа. Количество генерированного поверхностного положительного заряда зависит от мольного соотношения ионов металлов в структуре решетки и условий получения, т.к. они влияют на кристаллообразование.

Образование ГТ (наиболее часто синтезируемого СДГ часто с карбонатом в качестве главного взаимозаменяемого аниона) может быть наиболее просто описано следующей реакцией:

6МдС1₂+2А1С1₃+16№ОН+Н₂СО₃ л Мд₆А1₂ (ОН)₁₆СО₃-пН₂О+2НС1

Обычно соотношения двухвалентных и трехвалентных катионов в гидроталькитах варьируются от 2:1 до 3:1. Другие пути синтеза с образованием ГТ (и других СДГ) включают синтез из Мд(ОН)₂ (бруцита) и МдО (прокаленного оксида магния) посредством нейтрализации кислотных растворов (например, А1Ьй1оп е! а1., 1996). Это может быть описано следующей реакцией:

6Мд(ОН)2+2А1 (ОНЬ+Н2§О4 Мд6А12 (О11ьАОм|1 ЕО-21ЕО

Ряд металлов широко изменяющихся концентраций также может быть одновременно соосажден, образуя в результате полиметаллические СДГ. ГТ или СДГ были впервые описаны свыше 60 лет тому назад (Егстйек 1941, Рейк^сй!, 1942). Иногда они также встречаются в природе как вспомогательные минералы в почвах и осадочных породах (например, Тау1ог аий МсКегШе, 1980). Слоистые двойные гидроксиды также могут быть синтезированы из промышленных отходов при взаимодействии бокситного остатка, полученного извлечением из глинозема (красного шлама), с морской водой (например, ТйотЪег амй Нидйек, 1987), как описывается следующей реакцией:

- 2 020615

6Мд (ОН) 2+2Α1 (ОН) 3+2Νη₂00₃ Мд₆А1₂ (ОН)₁₆СО₃ · ηΗ₂Ο+2ΝαΟΗ, или при взаимодействии извести с летучей золой, полученной из природного топлива (например, на электростанции, работающей на угле, Кеагбоп апб Иейа Уа11е, 1997).

В структуре СДГ или ГТ имеются октаэдральные металлгидроксидные листы, которые несут результирующий положительный заряд благодаря ограниченному замещению двухвалентных катионов трехвалентными, как описано выше. Как следствие, в структуре СДГ или ГТ можно заместить широкий ряд неорганических или органических анионов. Указанные анионы часто называют как межслойные анионы, т.к. они устанавливаются между слоями гидроксидного материала. Слоистые двойные гидроксиды обычно являются нестабильными ниже рН приблизительно 5 (ОокиЬи е1 а1., 1993), но могут действовать как буферы в широком интервале рН раствора (8е1ба апб Nакаηо, 2002). Также было показано, что слоистые двойные гидроксиды или ГТ, и, в частности, которые содержат карбонат в качестве преобладающего аниона, имеют значительную способность к нейтрализации ряда минеральных кислот посредством расходования как гидроксильных, так и карбонатных анионов, содержащихся в структуре СДГ (например, Катеба е1 а1., 2003).

Был проведен ряд исследований по изучению путей использования анионообменных свойств СДГ. Указанные исследования были направлены на удаление фосфата и других оксианионов и гуминовых веществ из природной воды или сточных вод (М|уа1а. 1980, М181та апб Ретго1а, 1992, Атт апб 1ау§оп, 1996, 8Ып е1 а1., 1996, 8е1ба апб Nакаηо, 2000). Фосфат является одним из многих анионов, которые могут быть взаимно заменены в межслойном пространстве в СДГ. Лабораторные исследования потребления фосфата с использованием синтетически полученного Мд-А1-ГТ и ряда концентраций первоначально растворенного фосфата показывают способность потребления от примерно 25-30 мг Р/г (М1уа1а, 1983, 8Нп е1 а1., 1996) до примерно 60 мг Р/г с потреблением, на которое влияет начальная концентрация фосфата, рН (с максимальным поглощением фосфата вблизи рН 7), степень кристалличности и химия ГТ (ОокиЬи е1 а1., 1993). Главным препятствием в использовании ГТ для удаления фосфата из природных или сточных вод является селективность к карбонату по сравнению с фосфатом с рядом селективности в приблизительном порядке С0₃ ^2->НР04^2->>804^2-, ΟΗ^->Ρ^->01^->ΝΟ₃ ^- (М1уа!а, 1980, 8а1о е1 а1., 1986, 81йп е1 а1., 1986, Сауат е1 а1., 1991). Многие ГТ также синтезируются с карбонатом в качестве преобладающего аниона и, таким образом, требуют анионного обмена прежде, чем они обрабатываются фосфатом. Когда карбонат также комбинируется с сульфатом, нитратом и хлоридом (как может обычно иметь место в природной воде или сточных водах), снижение поглощения фосфата в ГТ дополнительно снижается (8Ып е1 а1., 1996).

Ряд недавних исследований направлен на образование и изучение синтетических СДГ или, в частности, ГТ или подобного, и их последовательной реакционной способности к ряду анионов, в частности, силикату (например, Переде е1 а1., 1996) с целью образования полиметаллических алюмосиликатов, которые, как считается, в качестве предшественников глинистых материалов ограничивают подвижность и биодоступность металлов (например, Ротб е1 а1., 1999). Также существует возможность соосаждения силикатных и алюминатных анионов в качестве другого предшественника аналога глинистых минералов.

Таким образом, другие структурные элементы или межслойные ионы могут быть введены (как неорганические, так и органические) для способствования как замещению, так и/или введению ионов из растворов и/или увеличенной стабильности. Последовательное образование хлорит- или филлосиликатподобных минералов из чистого Мд-А1 или преимущественно Мд-А1-ГТ, который может быть подобным или изохимическим по составу или может обладать подобной химией с замещением некоторых ионов, как определено природой введенного Мд и/или А1 или природой и химическим составом природной или сточной воды, что может влиять на конечный геохимический состав, кристалличность или минералогию.

Указанная стабильность СДГ или ГТ или хлоритподобных минералов или других СДГ- или ГТпроизводных также может быть достигнута возможно в комбинации с химическими способами, описанными выше, частичным или полным выпариванием, прокаливанием или жидкофазным спеканием, приводящим к частичной или полной дегидратации и частичной/общей перекристаллизации. Использование ко-структурирования или инкапсулирования СДГ или ГТ также может быть вариантом дополнительного увеличения физической или химической стабильности.

Международное агентство по атомной энергии (которое является международным центром кооперации в ядерной области, работающим с государствами-членами и множественными партнерами мира по развитию безопасных, надежных и мирных ядерных технологий) опубликовало в 2004 г. доклад, обобщающий состояние техники в области обработки сточных вод из урановых рудников и заводов. Важно, что новизна настоящего изобретения, как описано здесь, использующего введение химических соединений для модификации химии растворов для образования СДГ или ГТ, подтверждается отсутствием какого-либо подобного описания или способа обработки сточных вод из урановых рудников (1АЕА, 2004).

Заявитель не допускает, что рассмотренный здесь прототип образует часть общедоступных знаний.

В данном описании выражение содержащий и его грамматические эквиваленты принимаются как имеющие включающее в себя значение, если контекст не указывает на иное.

Краткое описание настоящего изобретения

В первом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки природной воды или

- 3 020615 сточных вод, содержащей растворенный Мд или растворенный А1, причем способ включает стадии введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием в результате СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.

Во втором аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки природной воды или сточных вод, содержащей растворенный Мд или растворенный А1, причем способ включает стадии введения по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием в результате СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.

В третьем аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки природной воды или сточных вод, содержащей растворенный Мд или растворенный А1, причем способ включает стадии введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием в результате СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки твердого материала, содержащего Мд и А1 в реакционной, подвижной или растворимой форме, где способ включает стадии введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1содержащего соединения в твердый материал, так что при растворении Мд и/или А1 образуется СДГ, содержащий Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ или ГТ. Указанные СДГ или ГТ могут образовать дискретную фазу или также можно ожидать, что образуют поверхностный осадок на твердом материале, который может частично или полностью инкапсулировать твердый материал.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки твердого материала, содержащего Мд и А1 в реакционной, подвижной или растворимой форме, где способ включает стадии введения по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в твердый материал, так что при растворении Мд и/или А1 образуется СДГ, содержащий Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.

В еще другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ обработки твердого материала, содержащего Мд и А1 в реакционной, подвижной или растворимой форме, включающий стадии введения, по меньшей мере, одного Мд-содержащего соединения в твердый материал, так что при растворении Мд и/или А1 образуется СДГ, содержащий Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.

Мд или А1 для обработки природной или сточной воды или твердых материалов, содержащихся в ней, являются подходяще растворимыми в водных растворителях, таких как вода. Вода может быть кислотной, нейтральной или щелочной. Когда соответствующие подходящие частицы Мд и А1 присутствуют в неводных растворителях, могут также использоваться, например, Мд- или А1-содержащие металлорганические соединения. Это означает, что многие природные или, в частности, сточные воды и твердые материалы, содержащиеся в них, также могут быть неводными или содержащимися в, по существу, смешивающемся - не смешивающемся органическом компоненте. Кроме того, Мд или А1 в соединениях, которые способны к перемещению между обоими растворителями, так как в переходе из водной в неводную фазу, могут также предположительно использоваться.

Образованный СДГ может представлять собой ГТ или содержать в себе ГТ.

В настоящем изобретении Мд-ионы и А1-ионы вводятся при образовании СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетку СДГ. Также могут образовываться некоторые другие СДГ. Преимущественно СДГ могут также принимать и широко закреплять неподвижными другие ионы в межслойных промежутках внутри решетки. Таким образом, другие ионы могут быть также удалены из воды и широко закреплены неподвижными.

По меньшей мере одно алюминийсодержащее соединение может представлять собой алюминат. В данном описании используется алюминат с обозначением А1(ОН)₄ ^-, или А1О2^--2Н2О.

Когда требуется источник А1, могут также использоваться другие неорганические соединения, такие как сульфат алюминия (например, А1(8О₄)₃-18Н₂О), гидроксид алюминия (А1(ОН)₃) или металлорганические соединения (например, алюминийацетилацетонат С₁₅Н₂₁А1Об). Предпочтительно указанные источники А1 являются щелочными с повышением рН до соответствующего уровня для образования СДГ или ГТ, но могут также использоваться, когда конечный рН раствора или комбинации указанных или других соединений является щелочным.

В некоторых вариантах настоящего изобретения может быть также необходимо вводить дополнительный Мд в воду для того, чтобы довести соотношение А1:Мд в воде до желаемого уровня для получения СДГ или ГТ, содержащих Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке. Это может быть достигнуто, например, введением МдО или Мд(ОН)2 в воду. Преимущественно МдО или Мд(ОН)2 также способствуют получению желательных характеристик рН, которые являются подходящими для образования СДГ, такого как ГТ.

В некоторых вариантах настоящего изобретения может быть необходимо или желательно вводить в

- 4 020615 природную воду или сточные воды дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал в дополнение по меньшей мере к одному Мд-содержащему соединению или по меньшей мере одному А1содержащему соединению. Дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал может быть выбран из одного или более из щелочных, или нейтрализующих кислоту, растворенных веществ, суспензий или твердых материалов или их смесей, таких как известь, гашеная известь, прокаленный оксид магния, гидроксид натрия, карбонат натрия, бикарбонат натрия или силикат натрия. Данный перечень не является исчерпывающим, и могут вводиться другие щелочные, или нейтрализующие кислоту, материалы. Дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал может быть введен до введения в природную воду или сточные воды по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения, вместе с введением в природную воду или сточные воды по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1содержащего соединения или после введения в природную воду или сточные воды по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения.

В некоторых вариантах настоящего изобретения порядок или последовательность введения различных щелочных, или нейтрализующих кислоту, материалов в кислотные воды, сточные воды или суспензии, как описано где-либо в данном описании, могут придавать некоторые преимущества. Например, порядок введения может придавать геохимические и/или рабочие преимущества способу нейтрализации и образованию слоистых двойных гидроксидов ((СДГ) (ЬОН)) или гидроталькитов ((ГТ) (НТ)) и других минеральных осадков.

Может быть также предпочтительно с точки зрения геохимии и/или работы вводить кислотные воды, сточные воды или суспензии в различные щелочные, или нейтрализующие кислоту, материалы, как описано в данном описании, так что имеется снижение от описанных нейтральных или средних - высоких рН обратно до определенной при работе конечной точки рН или интервала начальной и конечной точек. Это, например, может принять форму введения или смешения кислотных вод, сточных вод или суспензий в смесительном сосуде, потоке или потоках различных щелочных, или нейтрализующих кислоту, материалов.

Селективное, частичное или общее удаление слоистого двойного гидроксида ((СДГ)(ЬПН)) или гидроталькита ((ГТ)(НТ)) и/или других осадков минералов или компонентов суспензии на различных стадиях реакций либо введением различных щелочных, или нейтрализующих кислоту, материалов в кислотные воды, сточные воды или суспензии, либо введением кислотных вод, сточных вод или суспензий в различные щелочные, или нейтрализующие кислоту, материалы, как описано в данном описании, может также считаться преимуществом с точки зрения геохимии или работы. Такой пример включает удаление осадков или существующих твердых частиц или их агрегатов, смесей или соосадков до подведения обратного осмоса для удаления части или всех оставшихся растворенных веществ или выпаривания. Указанное удаление слоистого двойного гидроксида ((СДГ) (ЬЭН)) или гидроталькита ((ГТ)(НТ)) и/или других осадков минералов или компонентов суспензии на различных стадиях реакций либо введением различных щелочных, или нейтрализующих кислоту, материалов в кислотные воды, сточные воды или суспензии, либо введением кислотных вод, сточных вод или суспензий в различные щелочные, или нейтрализующие кислоту, материалы, как описано в данном описании, может быть облегчено или улучшено механическими (например, центрифугированием) или химическими (например, введением флоккулянтов) средствами или их комбинациями.

В некоторых вариантах настоящего изобретения частичное или полное удаление воды или других растворителей или смешивающихся или не смешивающихся растворенных веществ, так как при частичном или полном выпаривании или дистилляции, может использоваться для увеличения концентрации одного или более из растворенных, коллоидных или дисперсных составляющих или дополнительно введенных составляющих, таких как Мд и/или А1 (например, для создания соответствующего соотношения Мд:А1), для увеличения концентрации в достаточной степени для инициирования образования СДГ или ГТ.

Многие виды жидких или твердых отходов и побочных продуктов и природной воды и сточных вод могут иметь высокую концентрацию Мд и/или А1 (существенную для образования СДГ или ГТ) в зависимости от природы минерализации, исходной породы и/или способов переработки/извлечения минералов, где может быть введен ряд реагентов для облегчения способа извлечения. Одним таким примером являются воды, получаемые от переработки урановой руды из уранового рудника Рейнджер в Северной территории, Австралия, где как Мд, так и А1 присутствуют в сточных водах. Некоторые воды и, в частности, подземные рассолы, встречающиеся и используемые при добыче нефти, угля и газа и в связи с отраслями обработки и обогащения, могут содержать, в частности, значительные концентрации Мд, что может сделать их ответственными за образование СДГ или ГТ при введении А1.

Другие воды в зависимости от их происхождения могут содержать мало или не содержать Мд и/или А1, или в них могут преобладать другие растворенные ионы (например, такие, как ионы, получаемые из некоторых кислотносульфатных почв, промышленных способов или атомных электростанций, оборудования для получения ядерного оружия и ядерных исследований). Должно быть отмечено, что не все воды (например, технические и сточные) имеют главную ионную химию, подходящую для образования СДГ

- 5 020615 или отдельных типов СДГ, таких как Мд-А1-ГТ или подобные составы. Таким образом, может быть необходимо разработать указанную химию для образования СДГ или, более конкретно, Мд-А1-ГТ. Разработка растворной химии может принять форму введения одного или более реагентов, таких как реагенты, содержащие Мд и/или А1, с получением подходящей химии или состава в дополнение к алюминату или прокаленному оксиду магния.

Подход, описанный здесь, в частности, образование СДГ, которые представляют собой, главным образом, ГТ и могут также быть смесями СДГ и ГТ различного состава, отличает данное изобретение от более общего подхода Тейлора (2000 г, патент США 6139753). Тейлор (2000 г) описывает обработку кислотных сточных вод или кислотных сточных вод, содержащих металлы, включающие ионы двухвалентного железа и трехвалентного железа, способ, включающий увеличение рН вод до, по меньшей мере, 7,5 введением щелочного реагента в таких условиях, что ионы двухвалентного железа являются стабильными в отношении окисления до ионов трехвалентного железа, и соотношение числа молей двухвалентных ионов, иных, чем кальций, к числу трехвалентных ионов находится в интервале от 2 до 20, с образованием в интервале рН 6,0-7,5 осадка, содержащего соединения, имеющие пироауритную структуру, и отбором осадка. Хотя Ре может быть компонентом СДГ, предпочтительным осадком является Мд-А1-ГТ с возможным замещением Ре в его структуре, но причем Мд и А1 являются преобладающими катионами.

Кроме того, введение алюмината или А1-гидроксильных частиц (например, А1(ОН)₃) в качестве главного источника ионов алюминия, а также источника щелочности в воде хвостов является новым по сравнению с Тейлором (2000 г). В частности патент Тейлора (2000 г) показывает введение карбоната натрия, известняка и извести в качестве щелочных агентов и не определяет алюминат в качестве возможного вводимого щелочного агента. Указанное введение алюмината, или А1(ОН)₃, может принимать форму таких реагентов, как соли, суспензии или осадки, концентраты или сточные воды/обогащенные или обедненные щелоки. Указанный источник алюмината, или А1(ОН)₃, может обычно происходить от способа Байера, используемого в очистке алюминия, или из других промышленных или коммерческих источников. В частности, главная часть указанных реагентов или вод является щелочной и, таким образом, отвечает специальным требованиям введения как алюминия (для создания соответствующего соотношения Мд:А1 для образования СДГ или ГТ), так и щелочности для создания рН, подходящего для образования ГТ. Признано, что, когда требуется дополнительная нейтрализующая способность, или щелочность, для облегчения образования СДГ или ГТ, то тогда могут быть введены другие общеизвестные реагенты, такие как один или более из извести или каустической соды. Указанные реагенты также могут быть благоприятными, например, в случае высокой концентрации остаточного сульфата в остаточных водах после образования СДГ или ГТ, когда, например, может быть образован гипс при комбинировании сульфата с известью.

Когда дополнительный Мд требуется для создания соответствующего соотношения Мд:А1 для образования СДГ или ГТ, и/или увеличение рН может требоваться в кислотных растворах до щелочной среды, тогда Мд-содержащее соединение, такое как прокаленный оксид магния или соли магния, с или без комбинации с введением алюмината или другими А1-содержащими соединениями может осуществить обе из указанных задач. Кроме того, когда прокаленный оксид магния является неочищенным, он часто может содержать известь и дает побочные реакции, такие как образование гипса, как описано выше.

Прокаленный оксид магния (МдО) или его производное, гидроксид магния (Мд(ОН)₂), обладает значительными преимуществами над другими щелочами, такими как гашеная известь (Са(ОН)₂) в нейтрализации кислот или кислотных отходов¹.

Одним из наиболее важных преимуществ настоящего изобретения является относительно небольшое количество прокаленного оксида магния (МдО) или гидроксида магния (Мд(ОН)2), которое требуется. Для нейтрализации 1 т 98% серной кислоты требуется только 424 кг 96% твердого МдО, 613 кг 96% твердого Мд(ОН)₂ или 1005 кг 58% суспензии Мд(ОН)₂. Для сравнения почти 1600 кг 50% раствора ΝαΟΗ, 1645 кг 45% раствора Са(ОН)₂, 3210 кг 33% суспензии Ыа₂СО₃ или 975 кг СаСО₃ требуется для достижения нейтрализации 1 т 98% серной кислоты.

Химия прокаленного оксида магния также дает ряд различных преимуществ в некоторых вариантах настоящего изобретения. Щелочи, такие как каустическая сода или известь, могут рассматриваться для нейтрализации по одностадийной реакции диссоциации, которая приводит к образованию гидроксильных ионов и увеличение рН раствора. Напротив нейтрализация кислотных растворов прокаленным оксидом магния может рассматриваться как двухстадийная реакция, т.к. гидроксид магния, промежуточный продукт в способе нейтрализации, является только слегка растворимым в воде. Как следствие нейтрализация имеет место, когда растворимые ионы гидроксида, производные гидроксида магния, потребляются кислотой. При использовании серной кислоты в качестве источника кислоты реакции нейтрализации могут быть обобщены следующим образом:

МдО+Н₂О Мд(ОН)₂

Мд(ОН)₂ Мд²++2ОН^-

Н₂8О₄+Мд²++2ОН^- Мд8О₄+2Н₂О

- 6 020615

Как следствие получения ионов гидроксида из слегка растворимого гидроксида магния реакция нейтрализации происходит быстро при низком рН и заметно замедляется, когда рН увеличивается. Кроме того, изменение размера зерна минерала может изменить реакционную способность МдО. Напротив, скорость нейтрализации извести и подобных продуктов не изменяется заметно как функция рН. Она является реакцией с медленной скоростью прокаленного оксида магния, которая дает в результате образование более плотных суспензий (например, минеральных осадков) по отношению к извести, таким образом, снижая затраты на обработку и утилизацию. Кроме того, положительный заряд на щелочах на основе оксида магния при рН от нейтрального до слегка щелочного действует на отрицательно заряженные частицы (например, гуминовые вещества, некоторые коллоиды), часто облегчая превосходную фильтрацию высокотвердых осадков.

Прокаленный оксид магния является также заметно безопасней в обращении, чем ряд других щелочей, таких как каустическая сода. Щелочи на основе оксида магния являются фактически некоррозионными, а только слабо экзотермическими и реакционноспособными, а отсюда легкими в обращении, таким образом, снижая требования безопасности. Указанные характеристики, напротив, являются сильными в случае извести и других щелочей. Дополнительной характеристикой прокаленного оксида магния является возможность эффективного (и часто одновременного) удаления ряда металлов. Эффективность удаления относится к наличию высокого рН непосредственно смежно с поверхностью частицы. Указанная зона высокого рН может обеспечить идеальную зону для осаждения гидроксидов металлов, которые могут цементироваться на поверхности подложки прокаленного оксида магния. Прокаленный оксид магния также используется в одновременном удалении аммиака и фосфата (главным образом, в сточных водах) путем осаждения струвита (Μ§ΝΗ·|ΡΟ.·ι).

Прокаленный оксид магния также имеет ряд потенциальных преимуществ относительно других стратегий восстановления при использовании в качестве компонента образования СДГ или ГТ. Как отмечено выше, прокаленный оксид магния может действовать как источник щелочности для облегчения образования СДГ или ГТ, а также как источник Мд для получения (когда требуется с алюминатом или другими солями алюминия) соответствующего соотношения Мд:А1. Кроме того, избыток введенного прокаленного оксида магния по отношению к количеству, необходимому для требований щелочности, может быть однородно смешан с осадком СДГ или ГТ и действует как буфер для нейтрализации последовательной кислотности и, таким образом, защищает СДГ или ГТ от растворения благодаря низкому рН.

Напротив, например, в применениях в окружающей среде, где используется известь, даже умеренное применение может дать остаточный рН приблизительно 12, что дает ряд вредных эффектов, включая эндемический микро- и макро-биота, с возможной повторной нейтрализацией любой сброшенной воды, необходимой, в частности, в чувствительных зонах окружающей среды (см., например, Сойша с1 А1., 2003).

Настоящее изобретение в некоторых вариантах предусматривает способ восстановления для обработки кислотных или щелочных поверхностей и/или подземных вод, и/или поровых вод, или их комбинацию и вод, получаемых от активной или предварительной обработки или обработки минералов, или вод от добычи или переработки нефти, угля или газа, включая каменноугольный газ, хранящихся или вытекающих из запруд хвостов или других заполнений, хранилищ или контейнеров, или вод, получаемых от разрушения хвостов под воздействием атмосферных факторов, вод, выделенных из хвостов, донных отложений или других пустых пород, или вод, получаемых из остатков переработки минералов, хранящихся в отвалах в виде неуплотненных отходов или иным образом распределенных или содержащихся как выше, так и ниже уровня земли. Сточные воды могут также присутствовать как утечки или разливы, которые требуют обработки или улучшения данным способом. Многие из описанных выше вод могут присутствовать в или после способа добычи минералов или способа добычи нефти, угля или газа, включая каменноугольный газ, и могут присутствовать как концентраты, внутренние воды или как суспензии. Воды, присутствующие как поверхностные и/или подземные воды или поровые воды подходящего состава, получаемые от природных процессов (например, получаемые от разрушения кислотносульфатной почвы под воздействием атмосферных факторов), также могут быть подходящими для обработки данным способом. В еще одном аспекте воды или сточные воды, получаемые от работы и содержания атомных электростанций, производства ядерного оружия, содержания и вывода из эксплуатации АЭС по истечении срока эксплуатации, оборудования для ядерных исследований или подобных оборудования и работ, могут быть очищены и храниться с помощью данного изобретения.

Целью некоторых вариантов настоящего изобретения является получение СДГ или ГТ, которое использует алюминат [А1(ОН)₄ ^- или А1О₂-2Н₂О] для регулирования соотношений Мд:А1, а также для регулирования рН раствора, чтобы привести к образованию СДГ или ГТ. Кроме того, алюминат может также использоваться, когда требуется, в комбинации с прокаленным оксидом магния или другими магнийсодержащими материалами для дополнительной модификации рН раствора и/или соотношений Мд:А1, чтобы привести к образованию СДГ или ГТ.

Несмотря на отмеченное выше, другие соли или соединения Мд и А1 могут быть введены помимо алюмината или прокаленного оксида магния для регулирования соотношений Мд:А1 в раствор и конеч- 7 020615 ный осадок СДГ или ГТ. Указанное дополнительное введение Мд и/или А1 может, в частности, требоваться, когда в растворе присутствуют большие количества других ионов, таких как Са или Ре или переходные металлы.

Характеристикой СДГ или ГТ, образованных на месте в ряду природных или сточных вод, является удаление широкого спектра загрязнителей, дающее то, что СДГ или ГТ могут одновременно вводить набор катионов, анионов, оксианионов и органических остатков в их структуру в гидроксильные слои или межслойные ионы или то и другое. Загрязнители могут происходить из ряда природных и промышленных источников и могут включать (но не ограничиваясь этим) металлы, металлоиды, актиниды или дочерние радионуклиды.

Помимо указанного выше ряд других соединений или ионов также может быть введен до, в процессе или после осаждения СДГ или ГТ для получения желаемых геохимических или минералогических свойств. Такие соединения или ионы могут включать силикат или другие оксианионы или органические остатки, такие как простые эфиры, поверхностно-активные вещества или красители.

Алюминатом может быть подходяще реакционноспособный алюминат, такой как получаемый в виде обогащенного щелока или обедненного щелока из способа Байера из глиноземной промышленности, однако, также могут использоваться твердые формы алюмината, такие как алюминат натрия или алюминат, получаемый, например, введением ΝαΟΗ в глинозем из коммерческих источников.

Другое преимущество, имеющее место в действительности, состоит в том, что отрасли добычи полезных ископаемых, переработки минералов или сфер общей химии или изготовления часто расположены совместно или расположены в целесообразной близости друг от друга. Использование двух или более сбросовых потоков, например, от переработки минералов дает различные возможности. Это дает высокое преимущество обеим отраслям, которые могут произвести значительные затраты на обработку и регулирование и хранение или утилизацию их сточных вод. Таким образом, смешение кислотных сбросовых потоков с источниками щелочи и А1, такими, как получаемыми из способа Байера, является потенциально предпочтительным выходом, особенно когда кислотный поток содержит значительную концентрацию Мд. Как отмечено в данном документе, когда это не имеет место, или если требуется дополнительная нейтрализующая способность, или щелочность, тогда могут также вводиться прокаленный оксид магния или гидроксид магния или другие источники Мд или А1, когда требуется для образования соотношения Мд:А1, в раствор или осадок СДГ или ГТ.

Способ настоящего изобретения имеет ряд преимуществ над известными способами восстановления, которые обычно включают более общий способ осаждения, ведущий в некоторых случаях к образованию потенциально нестабильных вторичных осадков, таких как зеленая ржавчина, которая имеет от потенциального до спонтанного разложение в различных редокс-условиях с возможным повторным высвобождением ранее удаленных загрязнителей.

Способ настоящего изобретения приводит к образованию более стабильной структуры СДГ или ГТ при фактическом использовании А1 в качестве одного из главных структурных катионов в решетке ГТ, в большей степени, чем Ре в качестве одного из главных структурных катионов, присутствующих в зеленой ржавчине или других СДГ.

Способ вариантов первого и второго аспектов настоящего изобретения также основан на непрогнозируемом преимуществе алюмината или соли А1 или введении реагента в том, что указанные А1соединения обеспечивают как А1, так и источник нейтрализующей способности, или щелочности, приводя к образованию СДГ или ГТ.

Способ некоторых вариантов настоящего изобретения также основан на непрогнозируемом преимуществе прокаленного оксида магния или гидроксида магния или соли Мд или введении реагента в том, что указанные Мд-соединения обеспечивают как Мд, так и источник нейтрализующей способности, или щелочности, приводя к образованию СДГ или ГТ.

Способ некоторых вариантов настоящего изобретения также основан на непрогнозируемом преимуществе использования алюмината или соли А1 или введении реагента и прокаленного оксида магния или гидроксида магния или соли Мд или введении реагента в том, что указанные А1- и Мд-соединения обеспечивают как Мд и А1, так и источник нейтрализующей способности, или щелочности, приводя к образованию СДГ или ГТ, где соответствующее соотношение Мд:А1 может быть разработано для конкретной природной воды или сточных вод и для получения ГТ с желаемым содержанием Мд и А1 в структуре решетки.

Способ первого аспекта настоящего изобретения приводит в результате к образованию на месте СДГ или ГТ материалов. Указанные материалы являются твердыми. Указанные материалы являются обычно стабильными при рН от почти нейтрального до щелочного (обычно рН > 5). Таким образом, образование СДГ или ГТ материалов удаляет катионы металлов из природной воды или сточных вод. Преимущественно СДГ или ГТ материалы также содержат взаимозаменяемые анионы в межслойном пространстве, которые могут производить ионный обмен с другими вредными анионами в природной воде или сточных водах, такими как мышьяксодержащие анионы и фосфорсодержащие анионы. Кроме того, имеется также диапазон дополнительного катионного обмена или комплексообразования с СДГ или ГТ

- 8 020615 после образования. Это дополнительно восстанавливает природную воду или сточные воды.

Ряд металлов в качестве катионов, анионов или оксианионов (например, СгО₄ ^2-, ИО₂ ²⁺) в широко изменяющихся концентрациях также может быть соосажден. образуя в результате полиметаллические ГТ или СДГ. Отсюда указанная способность к соосаждению набора загрязнителей является весьма уместной в природной воде или сточных водах.

Помимо их удаления широкого спектра загрязнителей ГТ или СДГ также имеют ряд других преимуществ.

СДГ или ГТ используют в качестве их строительных блоков многие из элементов, присутствующих в высоких концентрациях в природной воде или сточных водах, таких как Мд и/или А1.

Кинетика образования ГТ является быстрой, и, будучи образован, ГТ быстро обезвоживается, давая в результате высоко твердый концентрат. Это находится в контрасте с осадками, структурированными известью, которые требуют механического обезвоживания или выпаривания.

ГТ является стабильным выше рН приблизительно 4-5 в зависимости от состава и увеличивает стабильность с увеличением рН. Таким образом, будучи образованными, ГТ или СДГ с их имеющимися загрязнителями, могут быть потенциально расположены в оборудовании для хранения хвостов.

ГТ также может быть дополнительно стабилизирован введением полимерного диоксида кремния в качестве межслойного аниона. Будучи образованным, указанный силикатзамещенный ГТ является подобным по геохимическому составу минералам хлоритной группы, в частности амезиту (Мд₆А1₄§1₄А1₄О₂₀(ОН)₁₆), хлоритному концевому представителю. Например, на урановом руднике Рейнджер существует возможность получения субстрата, который является подобным этому или хлориту в хлоритных сланцах, которые являются хозяином Рейнджер-минерализации. При рассмотрении в плане его совместимости в качестве долговременного хранилища, по-видимому, указанная минералогия может представлять идеальное решение управления загрязнителем.

Формованными СДГ может быть ГТ с преобладающей Мд-А1-химией, но определенный часто сложной природой и происхождением из жидких или твердых отходов и побочных продуктов и природной воды и сточных вод, из которых образуется СДГ, понятно, что могут быть значительные отклонения от идеального Мд-А1-состава. Таким образом, должно быть понятно, что образование других СДГматериалов и образование смеси СДГ-материалов охватывается настоящим изобретением.

Хотя СДГ- или ГТ-материал, образованный на месте, является стабильным при щелочном рН, если кислотность является пополненной (например, дополнительным кислотным загрязнением до или после размещения твердых СДГ или ГТ), имеется риск того, что рН может снизиться до уровня, когда СДГили ГТ-материал может раствориться, в результате снова освобождая катионы металлов. Чтобы избежать этого, может использоваться избыточная доза прокаленного оксида магния (избыток по отношению к количеству, требуемому для нейтрализации кислотности и/или образования СДГ или ГТ). Альтернативно или дополнительно может быть выполнено другое введение алюмината, прокаленного оксида магния или гидроксида магния (и других реагентов, когда требуется). Действительно, настоящее изобретение рассматривает в некоторых вариантах повторные и периодические введения реагентов для поддержания стабильности структуры СДГ или ГТ.

В одном варианте дополнительным компонентом является компонент, содержащий буферирующие анионы. Компонент может, например, включать карбонатные анионы, такие как карбонат натрия или бикарбонат натрия, для содействия буферированию кислотности, оксиметаллические анионы, такие как перманганат, для содействия буферированию редокс-потенциала или комплексные анионы или металлорганические или органические анионы, которые могут в ином случае взаимодействовать с образованием вторичных частиц в или помимо СДГ или ГТ. С указанными компонентами, когда образуется СДГ- или ГТ-материал, буферирующие анионы принимаются ионным обменом для введения в межслойное пространство СДГ- или ГТ-материала. Если дополнительная кислота контактирует с СДГ- или ГТматериалом, межслойные анионы действуют как буфер с минимизацией любых изменений рН, снижая поэтому вероятность растворения СДГ- или ГТ-материала. Замечено, что если буферирующая способность является чрезмерной, может потребоваться дополнительное введение алюмината, оксида магния или гидроксида магния или другого реагента. Аналогично, если имеется изменение редокс-состояния, это может быть частично буферировано введением редокс-чувствительных частиц в структуру СДГ или ГТ.

В другом варианте дополнительным компонентом является компонент, содержащий один или более остатков, которые участвуют в реакции с образованием СДГ- или ГТ-материала, с одним или более остатков, вводимых в матрицу или кристаллическую структуру СДГ- или ГТ-материала. Например, дополнительный компонент может содержать остаток силиката и/или алюмината/алюминия, который принимается в матрицу или кристаллическую структуру СДГ- или ГТ-материала с образованием в результате стабильного СДГ- или ГТ-материала. Силикат обеспечивает стабильность, т.к. с данным анионом на месте СДГ-или ГТ-материал начинает походить на глинистый материал. Как рассмотрено выше, могут быть получены минералы с глиноподобным составом, такие как хлорит, в частности амезит (Мд₆А1₄§1₄А1₄О₂₀ (ОН)₁₆), хлоритный концевой представитель, однако может также иметь место дополнительное замещение ионов. Ряд других остатков, либо сами по себе, либо в комбинации (например, силикат и алюминат),

- 9 020615 может также использоваться для стабилизации СДГ- или ГТ-материала или модификации растворной химии до образования слоистого двойного гидроксида с получением желаемого состава. Например, могут быть разработаны межслойные анионы для обеспечения стабильности против, например, восстановительного растворения, если, например, трехвалентным катионом в материале слоистого двойного гидроксида является Ре³⁺, и восстановление до Ре²⁺ будет приводить к потере межслойного заряда.

Остаток также может включать нитратные анионы (как источник Ν, когда N может быть ограничением в биологическом способе) или сульфатные анионы, когда сульфатное восстановление составляет совместную или дополнительную стадию восстановления. Остаток также может включать фосфатные анионы (как источник Р, когда Р может быть ограничением в биологическом способе, имеющем место в системе).

Остаток также может включать анионы радиоактивных элементов (например, Ма/ета е1 А1., 2003, иНЪат е1 А1., 2001). Таким образом, радиоактивные катионы могут быть введены в первичную гидроксильную слоистую структуру СДГ- или ГТ-материала или введены как межслойные ионы в зависимости от состава и растворной химии.

Дополнительный компонент (например, реагенты, такие как силикат и/или алюминат) может быть введен до алюмината или прокаленного оксида магния или гидроксида магния в природную воду или сточные воды. Альтернативно, дополнительный компонент может быть введен в природную или сточную воду с алюминатом, прокаленным оксидом магния или гидроксидом магния, или дополнительный компонент может быть введен в природную воду или сточные воды после алюмината, прокаленного оксида магния или гидроксида магния.

В некоторых вариантах настоящее изобретение предусматривает защиту природной воды или сточных вод нейтрализацией любым выходящим кислотным раствором и удалением вредных ионов металлов или металлоидов, оксианионов или других загрязнителей из выходящего кислотного выщелачивающего раствора. Таким образом, способ таких вариантов настоящего изобретения решает многие экологические вопросы, имеющиеся в выщелачивании на месте рудных тел, но также непосредственно применим для обработки вод и сточных вод, получаемых от горных работ, добычи, металлургической или другой переработки или обработки руды из открытых разрезов, карьеров или подземных горных работ.

Действительно, должно быть отмечено, что термин выщелачивание на месте рудного тела означает крупномасштабное выщелачивание любых руды, концентрата, хвостов или шлака или другого материала, содержащего ценный металл, который расположен на грунте или в грунте в процессе способа выщелачивания. Раствор, выходящий после выщелачивания, также может быть получен из любой части обработки, утилизации или извлечения металла/ металлоида или способа обогащения на месторождении или другом участке или удаленном участке. Раствор, выходящий после выщелачивания, может быть извлечен из запруды хвостов, или он может быть утечкой из запруды хвостов. Кроме того, раствор, выходящий после выщелачивания, может также рассматриваться как разливы благодаря авариям или ошибкам в процессе извлечения или переработки рудунесущих растворов, которые поступают (или имеют возможность к этому) в подземные воды или поступают (инфильтруются) в подземные воды через загрязнение поверхности.

Ранние исследования отмечают потребление актинидов или радионуклидов в структурах СДГ или ГТ, включая потребление низких концентраций и в ГТ-подобных материалах в эпоксидных смолах для использования в полупроводниковых устройствах (Акта Окаба е1 А1., патент США 6287532), в качестве коррозионных продуктов от атомной промышленности (например, Маткк е1 А1., 1995, Ма/ета е1 А1., 2003) или использование ГТ-подобных материалов в качестве только что образованного поглотителя (У1етЬеШд, патент США 7417005). Таким образом, использование СДГ или ГТ/ГТ-подобных материалов является хорошо известным. Однако никто не использует алюминат и/или комбинацию прокаленного оксида магния, гидроксида магния или соли Мд и/или А1 для разработки композиции, и большинство используют свойства только что образованного ГТ, а не как осадка на месте.

Образование СДГ или ГТ и, в частности, при введении алюмината или гидроксида алюминия и других солей Мд или А1, как требуется, например, для регулирования соотношения растворенных и осажденных Мд:А1, является особенно применимым для ядерных отходов. Это потому что указанные ядерные отходы являются часто комплексными смесями ионов с интервалом химии, таких как и, Тй, Ка, Тс, Со и т.д., в качестве катионов, анионов и оксианионов и органических комплексов и солей, которые могут быть легко введены в структуру ГТ. Действительно многие ранние исследования отмечают образование ГТ в качестве продукта коррозии на месте в элементах топлива ядерного реактора (например, Ма/ета е1 а1., 2003). Кроме того, отмечают характерную способность СДГ или ГТ вводить в их структуру обмена широкий ряд радионуклидов или дочерних элементов, присутствующих как катионы, анионы или оксианионы, как описано выше. Выраженная здесь концепция предназначена для использования наблюдаемого явления образования СДГ или ГТ благодаря коррозии в элементах ядерного топлива и удалению широкого спектра как нерадиоактивных, так и радиоактивных загрязнителей при образовании СДГ или ГТ. Это имеет место при введении алюмината или гидроксида алюминия и других солей Мд или А1, как требуется, в воды или сточные воды с образованием стабильного хранилища широкого спектра. Кроме того, указанные СДГ или ГТ, образованные и хранящие то и другое или любое из радиоактивных загрязните- 10 020615 лей и нерадиоактивных загрязнителей, могут быть дополнительно стабилизированы при введении других ионов, таких как силикат, при частичном или полном прокаливании, которое ведет к дегидратации, перекристаллизации или жидкофазному спеканию, ко-структурированию или инкапсулированию или комбинации введения вышеуказанных реагентов, как описано в документе.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение предусматривает способ обработки воды, содержащей ядерные отходы, причем способ включает введение по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или А1-содержащего соединения (или того и другого) в воду с образованием в результате СДГ, содержащих Мд и А1 в качестве преобладающих металлических частиц в решетке СДГ.

Способ указанных вариантов настоящего изобретения является особенно используемым для связывания и или и-частиц из раствора. Уран имеет сложную химию растворения. Обычно уран образует Исодержащие катионы при низком рН, такие как уранил-катион, и может образовывать ряд различно заряженных анионных частиц, когда рН увеличивается. Если имеется любая утечка или потеря кислотного выщелачивающего раствора от работы по выщелачиванию на месте материала, содержащего и, или в процессе переработки, И-частицы могут быть захвачены в СДГ- или ГТ-материал двумя способами: когда рН увеличивается, иО₂ ²⁺ потребляется в полимерных смешанных слоях металла, и/или когда рН увеличивается, в виде ряда различно заряженных анионных частиц (например, ИО2 (СО3)2^2-, иО2(СО₃)₃ ^4-), которые занимают растягивающиеся межслойные участки. Таким образом, способ настоящего изобретения в результате образования на месте СДГ-или ГТ-материалов в случае любой утечки извлеченной или технической воды (вод) может удалить И-содержащие катионы и И-содержащие анионы. Это представляет собой значительное преимущество настоящего изобретения.

В некоторых вариантах СДГ-материал, который образуется, может содержать зеленую ржавчину (например, Тау1ог, 2000) помимо ГТ. Образование зеленой ржавчины может особенно использоваться в обработке урансодержащих вод или в выщелачивании тел урансодержащих руд. В частности, зеленая ржавчина имеет тенденцию к спонтанному разложению при воздействии кислорода (в воздухе), приводя к образованию больше Ре-гидроксидных или Ре-оксигидроксидных минералов, таких как гетит (РеООН). Указанные вторичные оксигидроксиды также имеют способность удалять и и ряд других анионов или катионов (например, как уранил-катион или другие более сложные анионы) в процессе образования, таким образом, замедляя движение и, если редокс-среда природной воды или сточных вод изменяется от восстанавливающей до окисляющей в течение кратковременного или большего гелогического периода времени. Однако большая часть и удаляется, когда общий карбонат является низким (например, Ηίδ аиб Ьаидтшг, 1985). Последующее восстановление гидроксидов Ре или оксигидроксидов Ре, образованных от разложения зеленой ржавчины, может также привести к их растворению и высвобождению загрязнителей, содержащихся в ней или поглощенных ею. Важно, однако, что ГТ с преобладающим Мд-А1 химическим составом (т.е. без содержания значительного количества Ре), таким образом, придает значительное преимущество по сравнению с зеленой ржавчиной в плане своей редокс-стабильности.

Зеленая ржавчина также имеет способность восстанавливать уранил-катион (ИО₂ ²⁺) до уранинита (ИО₂), который имеет много значений для восстановления/замедления движения и в осажденном материале после нейтрализации (например, Сети е1 А1., 2001, О'ЬоидЫш е1 А1., 2003, Кой е1 А1., 2000). Зеленая ржавчина (как имеют другие СДГ- или ГТ-материалы) также имеет способность к обмену анионов, часть которых имеет возможность быть восстановленными до других форм.

Образование ГТ из вод и сточных вод, выходящих из одного или более участков через или вблизи рудного тела, таких как покинутый и рудник с выщелачиванием на месте, может также рассматриваться как способ реабилитации для реабилитации старого рудника или старого участка выщелачивания. Способ реабилитации может образовывать часть выведения из эксплуатации/закрытия рудника или другого участка. Дозирование материала в одном или более участков через или вблизи рудного тела может быть основано на оценке остаточной кислотности и введении, по меньшей мере, стехиометрического количества щелочного материала, такого как твердый щелочной материал. Превалирующий ряд (ряды) растворной химии может быть также использован для оценки требуемого количества и последовательности введения алюмината, оксида магния или гидроксида магния или их смесей и/или других реагентов в любом желаемом порядке или пропорции (пропорциях), как требуется.

Настоящее изобретение также может использоваться для защиты от утечки или разлива поверхности и нижнего слоя почвы вблизи трубопроводов или емкостей для хранения, содержащих кислотные или щелочные растворы, содержащие растворенные двухвалентные или трехвалентные ионы металлов.

В другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ защиты от утечки или разлива поверхности и нижнего слоя почвы вблизи трубопроводов или емкостей для хранения, содержащих кислотные или щелочные растворы, содержащие растворенные двухвалентные или трехвалентные ионы металлов, причем способ включает стадию введения пульпы или суспензии алюмината, прокаленного оксида магния или гидроксида магния или их смесей и/или других реагентов в любом желаемом порядке или пропорции (пропорциях), как требуется, в грунт вблизи трубопроводов или емкостей для хранения, так что утечка или разлив кислотного раствора приводит к контактированию вытекшего или разлитого раствора с алюминатом, оксидом магния или гидроксидом магния, и двухвалентные и трехвалентные катионы металлов взаимодействуют с образованием СДГ- или ГТ-материала.

- 11 020615

В еще другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ защиты от утечки или разлива поверхности и нижнего слоя почвы вблизи трубопроводов или емкостей для хранения, содержащих кислотные или щелочные растворы, содержащие растворенные двухвалентные или трехвалентные ионы металлов, причем способ включает стадии размещения твердого щелочного материала вблизи трубопроводов или емкости для хранения, так что утечка или разлив кислотного или щелочного раствора приводит к контактированию вытекшего или разлитого раствора с алюминатом, оксидом магния или гидроксидом магния, а также размещения компонента, содержащего один или более буферирующих анионов, в одном или более участков, в которых когда-либо разлитый или вытекший кислотный раствор контактирует с алюминатом, оксидом магния или гидроксидом магния в одном или более участков, образуется СДГ- или ГТ-материал, и буферирующий анион принимается как межслойный анион в СДГ- или ГТматериал.

В еще другом аспекте настоящее изобретение предусматривает способ защиты от утечки или разлива поверхности и нижнего слоя почвы от растворов, содержащих растворенные двухвалентные или трехвалентные ионы металлов, причем способ включает стадии размещения алюмината, оксида магния или гидроксида магния в одном или более участке(ах) вблизи трубопроводов или емкости для хранения, так что утечка или разлив кислотного или щелочного раствора приводит к контактированию вытекшего или разлитого раствора с оксидом магния или гидроксидом магния, а также размещения в одном или более участков компонента, содержащего остаток, который вводится в СДГ- или ГТ-материал, где когдалибо разлитый или вытекший кислотный раствор контактирует с алюминатом, оксидом магния или гидроксидом магния в одном или более участков, образуется СДГ- или ГТ-материал, где слоистый двойной гидроксидный материал вводит остаток.

Участки вблизи трубопровода или емкости для хранения могут быть вокруг трубопровода или емкости для хранения, под трубопроводом или емкостью для хранения или выше трубопровода или емкости для хранения.

В некоторых вариантах настоящего изобретения могут образовываться СДГ-материалы, и имеется возможность того, что другие фазы, которые также могут быть использованы, могут также образовываться, когда рН увеличивается в процессе нейтрализации. Теоретически, однако, СДГ или ГТ представляют собой образованную преобладающую минеральную фазу. Например, могут быть образованы Ά1-δίфазы, такие как аллофан и имоголиты. Известно, что указанные материалы имеют ионообменные свойства при рН от низкого до промежуточного и катионообменные свойства при высоком рН, или цеолитные фазы. Кроме того, могут быть образованы оксидные, гидроксидные или оксигидроксидные фазы, содержащие один или более из Ре, А1 и δί. Указанные материалы могут вводить металлы и/или анионы в свою структуру и/или адсорбировать металлы и/или анионы на их наружных или внутренних поверхностях в зависимости от рН. Любой или все из указанных выше материалов могут расширять функцию СДГ- или ГТ-материалов в восстановлении природной воды или сточных вод. Действительно в некоторых вариантах вместе с ГТ образуется зеленая ржавчина. Данный материал может разлагаться при воздействии окислительных условий с образованием Ре-гидроксидных и Ре-оксигидроксидных минералов, которые могут удалять ряд анионов и катионов, а также восстанавливать катионы до форм, которые более легко удаляются из воды.

Во всех аспектах настоящего изобретения возможно, что могут быть выполнены повторные введения, состоящие из алюмината, оксида магния или гидроксида магния или их смесей и/или других реагентов в любом желаемом порядке или пропорции (пропорциях), как требуется. Введения алюмината, оксида магния или гидроксида магния могут быть выполнены с интервалами или в ответ на увеличение кислотности.

Во всех аспектах настоящего изобретения другие добавки могут быть введены с, до или после алюмината, оксида магния или гидроксида магния. Например, другие агенты могут включать поверхностноактивные вещества, флоккулянты, суспендирующие агенты или агенты модификации вязкости, или агенты модификации реологии, или, например, для облегчения образования мицеллы или эмульсии для транспортирования, и/или модификации реакционноспособности алюмината, оксида магния или гидроксида магния. Могут также вводиться другие агенты, такие как силикат.

Во всех аспектах настоящего изобретения способ может дополнительно включать стадию предварительной обработки для облегчения образования желательного или предопределенного СДГ- или ГТматериала. Например, когда очищаемая природная или сточная вода имеет недостаточные уровни А1и/или Мд-катионов для образования ГТ, она может быть обработана с увеличением уровня А1- и/или Мдкатионов в природной или сточной воде для способствования образованию ГТ в качестве предопределенного СДГ.

Например, дополнительный вид (предварительного) улучшения может содержать введение А1 в виде подкисленного раствора с получением желательного интервала соотношений трехвалентных катионов (А1/(АЬ+Ре)), выраженных как мольные фракции, находящиеся в интервале от присутствующих природной воды или сточных вод до мольных соотношений А1/(АЬ+Ре), например > 0,9. На указанном основании может быть образован отдельный тип СДГ-минерала, такой как ГТ, который будет более стойким к изменениям в редокс-геохимии сточных вод. Аналогично может быть введена одновременно комбинация

- 12 020615 реагентов, таких как, например, оксид магния, гидроксид магния и алюминат натрия. Также возможны другие предварительные обработки.

Желаемая предварительная обработка может быть определена анализом природной воды или сточных вод с определением образуемого СДГ- или ГТ-материала и регулированием присутствующих катионов и/или (окси)анионов для достижения образования желаемого СДГ- или ГТ-материала. Материал, содержащий частицы, которые образуют катионы, предпочтительно, представляет собой раствор, содержащий катионы. Раствор подходяще вводится в предназначенную структуру, такую как запруда сбросов, сбросовый поток или химический реактор. Должно быть отмечено, что не обязательно, чтобы желательный СДГ- или ГТ-материал был только образуемым материалом.

Когда предназначено, частичное или полное выпаривание может использоваться для увеличения концентраций растворенных, коллоидных или дисперсных составляющих или дополнительно введенных составляющих, таких как Мд и/или А1 (например, для создания соответствующего соотношения А1:Мд), с увеличением концентрации в достаточной степени для инициирования образования СДГ или ГТ и, таким образом, созданием преимуществ образования указанной минералогии. Указанная стадия выпаривания, возможно в комбинации с другими стадиями, такими, как прокаливание или жидкофазное спекание, или ко-структурирование, или инкапсулирование, может создать концентрированный или твердый остаток, подходящий для удаления в хранилище или карьеры, как в случае побочных продуктов или отходов ядерной промышленности, ядерного оружия или других побочных продуктов или отходов, таких как побочные продукты или отходы, получаемые от промышленных или металлургических способов.

СДГ и ГТ могут также использоваться в качестве хранилища элементов или компонентов твердых отходов, включающих загрязнители и радионуклиды, которые растворяются (например, кислотой или щелочью) и осаждаются или перекристаллизовываются с использованием описанного здесь способа/химии. Могут быть введены другие структурные элементы, ионы или соединения (например, Ζτ, ΖτΘ, Сг, Ьа, редкоземельные элементы (РЗЭ), металлический Ζη) и/или межслойные ионы как неорганические (например, δί, МпО₄, НСО₃, СО₃, РО₄ и т.д.), так и органические (например, органические лиганды, клатраты, крон-эфиры, поверхностно-активные вещества), для способствования как замещению, так и введению ионов из раствора и/или увеличенной физической или химической стабильности. Увеличенная стабильность СДГ или ГТ или хлоритподобных минералов или других СДГ- или ГТ-производных может быть также достигнута возможно в комбинации с химическими способами, описанными выше, при прокаливании или жидкофазном спекании, ведущим к частичной или полной дегидратации и частичной/полной перекристаллизации. Ко-структурирование или инкапсулирование в дополнение к прокаливанию, жидкофазному спеканию или перекристаллизации или их комбинации могут также использоваться как варианты для дополнительного увеличения физической или химической стабильности СДГ или ГТ, например, в длительных утилизации и хранении горнодобывающих, промышленных и ядерных отходов.

Последовательное образование хлорит- или филлосиликатподобных материалов из чистого Мд-А1 или предопределенного Мд-А1 ГТ, которые могут быть подобными или изохимическими по составу или могут обладать подобной химией с замещением некоторых ионов, как определено природой вводимых Мд и/или А1 или природой и химическим составом природной воды или сточных вод, может влиять на конечный геохимическмй состав и минералогию.

Примеры

Пример 1.

Жидкие и твердые отходы и побочные продукты и природная вода и сточные воды или их комбинации могут быть дозированы алюминатом, прокаленным оксидом магния и другими соединениями А1 или Мд в соответствии с такими факторами, как требования по их кислотной нейтрализации или получение желаемого соотношения Мд:А1 в растворе или конечном осадке. Кроме того, при данном буферирующем воздействии на реакционную способность гидроксида магния при щелочном рН дополнительная нейтрализационная способность может сохраняться на месте в случае дополнительной кислотности, образуемой либо локально (например, из промышленных способов), либо транспортируемой откуданибудь.

Предполагается, что ожидаемая вторичная минералогия, образуемая в осадке, а именно СДГ- или ГТ-минералы или их смеси, являются высоко стабильными. Кроме того, слоистые двойные гидроксидные минералы, такие как ГТ, также имеют способность образовывать комплекс с потенциально проблематичными ионами, включая радионуклиды, через внутренний ионный обмен, адсорбцию или введение в структуру СДГ или ГТ в процессе образования. СДГ- или ГТ-минералы могут также дополнительно стабилизироваться δί-и/или А1-обменом с образованием предшественника алюмосиликатного глинистого минерала. Слоистый двойной гидроксид также может быть получен более стабильным к дополнительной кислотности или к изменениям редокс-потенциала при введении других анионов, таких как карбонат и перманганат, соответственно. Быстрое взаимодействие алюмината, оксида магния или гидроксида магния является предпочтительным для улучшения скорости образования СДГ или ГТ или их смесей относительно других вторичных минералов, которые могут обычно преобладать в процессе относительно медленного природного разбавления, или когда концентрации Мд или А1 в исходной природной или

- 13 020615 сточной воде не приводят к образованию СДГ или ГТ.

Пример 2.

Искусственную сточную воду, полученную в лаборатории, содержащую 6000 ч./млн Мд²⁴, 800

ч./млн А1³+ и 37000 ч./млн 8О₄ ^2-с рН 2,5, близко совпадающую со сточными водами, полученными в урановом руднике Рейнджер, Австралия (см. 1АЕА, 2004, р. 11, табл. 1 для детальной химии), очищают при взаимодействии с количествами алюмината натрия, в случае технической воды, полученной от очистки алюминия с использованием способа Байера. После введения алюмината рН раствора увеличивается до 7. Дополнительную щелочь (такую как ΝαΟΗ) вводят для получения окончательного рН 10. Как Ре³⁺, так и А1³' удаляют количественно, когда имеется ряд ионов переходных металлов, включая и, А§, Си, РЬ и 8е. Начальные испытания также показывают, что ряд ионов также снижают свою концентрацию в воде с сульфатным анионом в качестве главного межслойного аниона. Мд и А1 являются преобладающими металлическими частицами в решетке СДГ с присутствием в осадке, образованном ГТ, в частности, подтвержденным рентгенографическим анализом. В обогащении или переработке урана также общеизвестны другие Мд-обогащенные сточные воды, такие как получаемые в Венгрии и Португалии (1АЕА, 2004), и, следовательно имеют возможность обрабатываться способом, описанным здесь.

Пример 3.

Горнодобывающие операции с выщелачиванием на месте ((ВНМ) (18Ь)) широко используются во всем мире, главным образом, для извлечения урана (Мибб, 2001а). Это потому что и может быть растворим как в кислотных, так и в щелочных условиях. Хотя большинство горнодобывающих операций с выщелачиванием на месте ((ВНМ) (18Ь)) используют кислоту, такую как серная кислота, в качестве выщелачивающего агента, часть ВНМ-рудников использует также щелочь в форме карбонатногобикарбонатного выщелачивающего агента благодаря растворимости урана при высоком рН в карбонатных комплексах (например, бывший Советский Союз, Мибб, 2001).

Когда используется кислотное ВНМ-извлечение, имеется высокая вероятность того, что А1 из глин и других минералов также будет, по меньшей мере, частично солюбилизироваться в указанных кислотных условиях с возможным также присутствием коллоидных и дисперсных фаз. Растворенный А1 обычно находится в форме А1³' или комплексов. Таким образом, жидкости, образованные от горной добычи с кислотным ВНМ, могут быть потенциально восстановлены в нижнем слое почвы при введении Мд в форме прокаленного оксида магния (МдО) или солей Мд с образованием СДГ или ГТ. Указанное восстановление может происходить на месте в водоносном пласте или может быть также применено к кислотным водам или техническим кислотным водам, образованным от ВНМ-операции, которые требуют восстановления. А1-баланс может быть достигнут при введении А1-содержащих соединений, если необходимо.

Когда используется щелочное ВНМ-извлечение, имеется высокая вероятность того, что А1 из глин и других минералов также будет, по меньшей мере, частично солюбилизироваться в указанных щелочных условиях с возможным также присутствием коллоидных и дисперсных фаз. Растворенный А1 обычно находится в форме алюмината или щелочных комплексов. Аналогично образованию жидкостей, содержащих уран, от операций кислотного ВНМ, образование СДГ или ГТ от операций щелочного ВНМ может быть тогда облегчено введением Мд в форме прокаленного оксида магния (МдО) или солей Мд. Указанное восстановление может происходить на месте в водоносном пласте или может быть также применено к щелочным водам или техническим щелочным водам, образованным от ВНМ-операции, которые требуют восстановления. Снова А1-баланс может быть достигнут при введении А1-содержащих соединений, если необходимо.

Пример 4.

Данный пример показывает образование гидроталькитов в технической воде рудника Рейнджер. Образованию гидроталькитов благоприятствуют высокие концентрации как Мд²', так и А1³+, что определяет водную катионную геохимию посредством сорастворения серной кислотой хлоритных сланцев в процессе извлечения руды. Аналогично, анионная химия определяется 8О4^2-. Образование технической воды рудника Рейнджер в результате частичной нейтрализации суспензии хвостов от приблизительно рН 2 до приблизительно рН 4 при введении извести в качестве части современного способа обработки хвостов обеспечивает то, что присутствует значительная концентрация Са^2'. Также отмечены значительные концентрации Мп²+, Мп⁴' и Ν-ΝΗ3, отражение металлургических способов, используемых для извлечения руды. Обычный химический состав технической воды рудника Рейнджер приводится в табл. 1. В табл. 1 также показан анализ воды после различных обработок.

Пример 5.

Добыча каменноугольного газа может дать много мегалитров воды, связанной с добычей содержащегося газа. Многие из указанных вод представляют собой встречающиеся в природе рассолы и могут содержать ряд органических и неорганических загрязнителей, получаемых из водоносного пласта или вносимых способом добывания. Некоторые рассолы также могут быть кислотными благодаря окислению содержащихся сульфидов. В частности, рассолы могут также содержать значительные концентрации Мд, который является существенным строительным блоком для образования СДГ или ГТ. Таким образом, существует возможность эффективного удаления как органических, так и неорганических загрязнителей

- 14 020615 путем введения щелочного источника А1, такого как алюминат, с инициированием образования СДГ или ГТ с сопутствующим удалением набора загрязнителей.

Таблица 1. Состав главных и выбранных следовых элементов в технической воде рудника Рейнджер до и после обработки с помощью (ЫаА1(ОН)₄ +ΝαΟΗ) или (НаА1(ОН).₄+Са(ОН)₂)

Образец/ аналит	Техническая вода рудника Рейнджер,	Ν»Α1(ΟΗ)4 + ΝιιΟΗ	КаАЦОНБ+ Са(ОН)2
N8	мг/л 61	мг/л 10877	мг/л 2831
К	129	79	107
Са	543	153	461
Мв	6371	2	118
а	30	13	35
8-8О<	37560	21920	7922
Ге	49	0.1	0.1
ΑΙ	812	0	0
Мп	2907	0	0
Ν-ΝΗϊ	955	470	635
Общий спирт	0	3793	2481
и	52.6	0.2	0.005
Аз	0.121	0.007	0.005
Си	21.9	0.2	1.6
РЬ	2.59	0.01	0.01
Зе	0.27	0.03	0.02
δί	74.9	0.3	0.6

Типичные молярное соотношение Мд²+:А1³+ в технической воде рудника Рейнджер составляет ~8,7:1, однако указанное соотношение может значительно изменяться и может быть значительно ниже (~3-4) в суспензии хвостов перед введением извести.

Было принято, что образование гидроталькита с подходящей стехиометрией, т.е. молярным соотношением Мд²+:А1³+ от приблизительно 2:1 до 3:1 от Мд-обогащенной технической водой рудника Рейнджер, может быть облегчено введением алюмината из одного или более коммерчески получаемых щелоков способа Байера или сточных вод. Введение щелоков способа Байера или сточных вод служит трем одновременным целям:

снижению молярного соотношения Мд²+:А1³+ в желаемом интервале без значительного введения Ре; увеличению рН (> 5), достаточного для образования гидроталькитов и обеспечению распространенного карбоната/бикарбоната в качестве потенциального межслойного иона.

Таким образом, образование на месте гидроталькитов может составлять жизненный вариант одновременных удаления и стабилизации широкого спектра загрязнителей в технической воде рудника Рейнджер. Важно то, что было также показано, что гидроталькиты и, в частности, такие, которые содержат карбонат/бикарбонат в качестве преобладающего аниона, имеют значительную способность нейтрализации ряда минеральных кислот путем поглощения как гидроксильных, так и карбонатных анионов, содержащихся в их структуре (например, Катеба е1 а1., 2003). Указанная способность нейтрализации может придавать особенно важную характеристику в качестве минерального буфера, тесно связанного с осадком, который может также содержать хвосты с возможностью длительного высвобождения кислотности.

Имеются многие потенциальные преимущества использования щелока и сточных вод способа Байера, которые являются высоко щелочными и содержат №-алюминат (№А1(ОН)₄) для образования гидроталькита в контексте обработки технической воды рудника Рейнджер или других типов кислотных рудных вод где-либо, в частности, тех, которые содержат изобилующие Мд и/или А1. Помимо удаления широкого спектра загрязнителей, как пояснено выше, отдельные преимущества гидроталькитов включают в себя следующее:

Кинетика образования гидроталькитов является быстрой (смешение жидкость-жидкость), и сразу после образования гидроталькиты быстро обезвоживаются, давая в результате высокотвердый концентрат. Напротив, структурированные известью (смешение жидкость - твердое вещество) осадки часто требуют более тщательного смешения и механического обезвоживания или выпаривания.

- 15 020615

Гидроталькиты являются стабильными при рН > примерно 5 в зависимости от состава и увеличивают стабильность с увеличением рН.

Конечный рН может быть разработан для введения конкретных анионов, т.к. карбонат является наиболее благоприятным межслойным анионом до рН ~11,5, тогда как при рН ~8,5 имеет место изменение в равновесии карбонат-бикарбонат, что позволяет возможное введение других анионов.

Гидроталькиты могут быть также стабилизированы введением межслойного диоксида кремния, который может полимеризоваться после введения. Указанный силикатзамещенный гидроталькит является подобным по составу хлоритной группе минералов, особенно амезиту (Мд₆А1₄§1₄А1₄О₂₀(ОН)₁₆), концевому представителю хлоритных минералов. Таким образом, существует возможность получения субстрата, подобного хлориту в хлоритных сланцах, которые являются хозяином Рейнджер-минерализации. При рассмотрении в плане его совместимости в качестве долговременного хранилища, по-видимому, указанная минералогия может представлять идеальное решение управления загрязнителем.

Осаждение гидроталькита из технической воды рудника Рейнджер имеет возможность количественного удаления Мд, Мп и Ре, А1, введенного из алюмината, помимо значительной пропорции §0₄, при только увеличении Ыа посредством введения алюмината. Это может сделать очищенную техническую воду более восстанавливаемой при полировании обратным осмосом.

Специалисты в данной области техники отметят, что настоящее изобретение может быть подвергнуто вариациям и модификациям, иным, чем специально описанные. Должно быть понятно, что настоящее изобретение охватывает все такие вариации и модификации, которые подпадают под сущность и объем изобретения.

Ссылочные материалы

А1Ыз(оп, С., Ргапкйп, К.К., Бее, Е. апй ЗтеиИегз, 1.В.Л.Р., (1996). КЬео1о§у апй писгозГгисСиге οί βςυοουΒ 1эуегеО (1оиЫе ЬускохЫе Лзрегзюпз. Э. Ма1ег. СЬет., 6, 871-877.

Атта, 8. апс!Гаузоп, О, О., (1996). Ницце зиЬйапсе ир(аке Ьу НТ апс! Р1ЬС8. ΙΡαί Кез., 30,299-306,

ΑΝΖΕΟϋ/ΝΗΜΕΰ (1992). АизЦаПап ап<1 Νεν/ Ζββΐίηά СгиМейлез Гог Ле Аззеззтеп! апс! Мападетеп! οί СогЛатшагсб Зйез, АийгаИап апй Νε\ν 2еа1ап<1 Εηνίτοηιηεηΐ апЛ СовзетНоп СоипсП ап<1 ЯаЬопа! Неа1Л апс! МеЛса! ЕезеагсЬ С.оипсП.

Вос1шг, Ι.?/ ап<1 ВгаЛппап, Р.8., (1999). Ьауегсс1 <1оиЫе ЬуЛохЫе зЛЫШу. 1. Κβίδΐίνβ з1аЫ1Шез οί 1ауеге<1 ЛоиЫе ЬусйохИез апд Лей з!тр1е соигйеграгй. СЬет. Ма1ег. 11,298-302.

Войте, О., Тго1аг<±, Е, ЕеГай, Р. ап<1 Рейег, Р., (2002). Α зоИд зо!ийоп тосЫ Гог

- 16 020615

Ре^ц-Ре^ш-Мд дгееп гиз1 (Гоидегйе): 8Ьгис1ига1 апй деосЬепйса! сопзйапйз. 17“^! (ТС58, 14-17 Аи%из1, 2002, ΊΊκΜαηά, Рарегпо. 1653,19рр.

Сауаш, ΐ., Тпйго, Р ап<1 Уассап, А., (1991). НТ-1уре ашошс с1ауз: ргсрагайоп. ргорегйез апй аррйсайопз. Са(а1ухк ТоАау, 11,173-301.

Согйпа, Тадгеса, I., Ое РаЫо, 1., (2003). Разз1Уе ϊη зйи гетеШайоп οί теСа!роПи1ей те1ег МШ саизйс тадпеяа - еуИепсе йот со!итп ехрегппепй. Εηνϊηη. 5с1. Тес)»ю!. 2003,37,1971-1977.

Переде, С., Е1 Мекай, Ρ. - Ζ., Рогапо, С„ йе Коу, А., Пиршз, 1 апй Веззе, ί - Р., (1996). Ро1утепгайоп οί зШса!ез т 1ауегей йоиЫе ЬуйгохИез. Скет.

МаСег., 8,952-960.

Поид1аз, О. В. (2008) ВетеШайол οί Огоипйдуакг - РСТ/Аи2007/000452 РейкпесЫ, ''λ³ νοη, (1942). ЦЬег (Не Вййипд νοη ПорреШуйгохеп гуйзсЬеит ζννβίипй йгепуегНдеп МеТаНеп. ΗεΙν. Сккп. Ааа,, 25,555-569.

Рогй, В.. О., 8сЬетоз1, А. С, 5сЬеке1, К. О. апй Зрагкз, П. Ь., (1999) ТЬе 1шк ЪеЬйгееп с!ау пйпега! \уеаШеппд апй 1Ье зйЫйгайоп οί ΝΊ зизйасе ргес1р11а1ез. Ет&оп. Еа. Тескпо!., 33,3140-3144.

Ргопйе1, С., (1941). СопзШийоп апй ро1утогрЫзт оГ Ше ругоашйю апй 5|одгеш1е дгоирз. Атег. Мтега1., 26,295-306.

Септ, 1-М.В-, КеГак, Р., Войте, <3., АЪйе1тои1а, М. апй Тпйагй, Р., (2001). Зйшкиге апй з(аКК1у оГ Ше Ре(Н)-Ре(Ш) дгееп гиз( “Гоидегйе” тшега! апй йз ро1епйа1 Рог гейисшд роЕи1ап(з ΐη зой зо1ийопз. Αρρί. Сеоскет,, 16,559570.

Нз1, Ο,Κ.ϋ. апй Ьапдтшг, ϋ, (1985), Айзогрйоп о£ игапу1 οηΐο Гете охуЬуйкоййез: АррКсайоп оГ зигГасе сотр!ехайоп зке ЬшШпд тойек ОеосЫт. а Соетоскгт. Ааа, 49,2423-2432.

1АЕА (2004). Тгеакпеп! οί Идшй еШиеп! &от игашит пйпез апй пй11з. Верок оГ а ео-огйта1ей гезеаюЬ ркуесГ 1996-2000,1п1егпайопа1 АГотк Епег%у А%епсу (1АЕА) ТЕСПОС-1419.246рр.

Катейа, Т„ УаЬиисЫ, Р., УозЫока, Т,, исЫйа, М. апй Окисай, А., (2003). Νβτν гаеШой οί йеайпд Шййе тшега1 аайз ияпд пгадпезгат-аЬтшгига охЫе. (Τβί. Рез., 37, 1545-1550.

Магх, О., АЙевЬет-Наезе, С„ ВгзеЬоЯ, Н, ЕпдеШагШ, I апй РеИтагег, р., (1995). Ьгуезйдайопз ϊηΐο 5рес1айол;зогрйоп апй соггозюп οί асШийез ϊη зузктз οί ЫдЬ юте зйепдШ. 1 Ва<Иоапа1уЙса1 апй №с]еаг СЬенпзйу, 195,95-105.

Магета, Ь., Сигйиз, Н, РасЫпдег, 3. апй Оску, К (2003). СЬагасГепзайоп οί зесопйагу ргойись οί игашиш-а1ипшйшп та1епа! (ез1 геас(ог Гие) е!етеп1 соиозюп шгерозйогу-гекуащЪгте. 1. А!ис1еаг МаГепак, 323,1-7.

Μϊβκι, С. апй РеггоКа, А. (1992). СотрозКкт апй ргорегйез о£ зупШейс НТ. С1ау αηά С1ауМт,, 40,145-150,

М1уа1а, 8., (1980). РЬуз1СО-сЬегшса1 ргорегйез οί зупШейс НТ ϊη ге!айоп 1о оотроз1Йоп. С1ау αηά С1ау Μΐη., 28,50-56.

М1уа(а, 8., (1983), Αηΐοη-ехсЬапде ргорегйез οί НТ-Ьке еотроипйз. С1ау αηά С1ау Μίη., 31,305-311,

Мийй, О.М., (2001а), Спйса! геугеш οί асай ϊη зйи 1еаеЬ тшпд: 1. 118А апй АизкаНа. Епуцоптеп1а1 Оео1оду, 41,390-403.

Мцйй, С.М., (2001Ь). Спйса1 гелйету οί асай ίη зки 1еасЬ пйшпд: 2. δονϊβί В1ос апй Азга. ЕпУ1гоптеп1а16ео1оду, 41,404-416.

О’ЬоидЫш, Ей., Ке11у, З.П., Соок, К.Е., Сзепсзйз, К. апй Кетпег, К.М., (2003). Кейисйоп οί игашит (VI) Ьу пйхей Ре(Н)/Ре(1Н) ЬуйгохЫе (Отвел гиз1): Роппайоп οί иОг папорагШйез. Егтгоп, Ней ТескпоЕ, 37,721-727.

- 17 020615

ОоЬики, Α., Οοϊ, К. апб НауазЫ, Н., (1993). Ргерагабоп апб рЬозрЬа!е ίοηехсЬапде ргорегйез οί а НТ-Ьке сотроипб. Там^тый, 9,1418-1422.

РагкЬигй, Р,Ь., (1995). изегз §шбе ίο РНКВЕ()С - А сотрикг ргодгат Гог зресгайоп, геасйоп-раЛ, абуесйуе (гапзрой, апб шуегзе §еосЬеписа1 са1си1айопз. АУаЕ Рез. 1пуезйдайопРрГ 95-4277, 11808

Реагбоп, Е, 7. апб ОеИа Уа11е, 8., (1997), Ашоп зедиез£еппд Ьу Ле Гопиайоп οί ашотс с1ауз: 1ипе ГгеаГтеи! οί Йу азЬ з1итез. Етпгоп, 5с1 Тескпо!., 31,

1218-1223.

РоЬ, Υ., Ьее, 8.Υ., ЕПез, М.Р. розз, ТЕ., (2000). Ьсогрогайоп οί гасЬоасйуе сопГатшапЛ ййо ругоаип1е-Ике рЬазез Ьу е1есйосЬетзса1 зупЛез^з. С1ау αηά С1ау АЯпег., 48,266-271.

8аЛ, Т., ХУакаЬауазЫ, Т. апб ЗЬЬпаба, М., (1986). Абзогрйоп οί уапоиз ашопз Ьу тадпеашп аЬшмщит οχΐάβ. 1пб. Епд. СЬет. Ргоб. Рея., 25,89-92.

8ен1а, Υ. апй Макано, Υ., (2000), Кетоуа1 оГ Ьипйс зиЬзЛпсез Ьу 1ауегеб боиЫе Ъубгохгбе сопЛишгд ΐτοη. ίΓαί. Лех., 34,1487-1494.

8е1(3а, Υ. апб Макано, Υ., (2002). Ретоуа1 οί рЬозрЬа!е Ьу 1ауегеб боиЫе Ьубкшбез сопГапипё ΐτοη. МЫ. Лех., 36,1306-1312,

8Ып, Н-8., Кип, М-Т, Мат, 8-Υ. апб Мооп, Н-С., (1996). РЬозрЬогиз гетоуа! Ьу НТ сотроипбз (НТТсз). 8οί. ТесЬ., 34, 161-168.

Тау1ог, Р.М, (1984). ТЬе гар1б Гогтайоп о£ сгуз1а11ше боиЫе Ьубгоху заЬз апб оЛег сотроипбз Ьу соп1го11еб Ьубго1уз1з. С1ау Μίη., 19,591-603.

Тау1ог, Р.М. (2000). МеЛоб οί ггеайпд аздЦс №аз1е тл%1ег. 118 РаГепГ 6,139,753.

Тау1ог, Р.М. апб МсКеггае, Р.М., (1980).ТЬе шЯиепсе οί аЬшэшшт апб ΐτοη ох!без VI. ТЬе Гоппайоп οί Ре(П)-А1(Ш) Ьубгоху-сЫопбез, -зи1рЬа1ез, апб -сагЪопа1ез аз пегу тетЬегз οί Ле ругоаигЬе дгоир апб Лек 81£шйсапсе ίη зойз. С1ау αηά С1оу Мгп. 28,179-187.

ТЬотЬег, М.Р. апб НидЬез, С.А., (1987). ТЬе тЛегакдюа! апб сЬеписа! ргорегйез οί геб тиб \газ(е йот Ле Ψββίβτη АизЛаЬап а1шпта тбизйу. Ιη ν/адЬ, А.

8. апб Оезш, Р (Еб.), Ргос. Ιηί. Сои/. ВаггхИе ТаШп§х, Кшдзкп, 1ата1са 119.

ЦЬЬат, М.А., Раукугс, I., Вашда, С., Неппозт, М.С., Сотело, ί. (2001).

Абзогрйоп οί ашотс зресгез оп Ьубго1а1сЬе-Ьке сотроипбз; ейес( οί ш!ег!ауег апюп апб сгузГаЛпйу. Арр1 С1ауЗег., 18,17-27.

УгегЬеШд, А.А., (2006) Ргосезз Гог таЫпд, апб изе οί, ашотс с1ауз ТГ8 РаГепГ 7,417,005

УисеИс, М., 1опез, V/. апб Моддпбде, Ст.ГХ, (1997). Сайоп огбеппд ш зупЛейс 1ауегеб боиЫе Ьублгабез. Оаух αηάС1ау Μίη., 45,803-813.

Claims (26)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ обработки природной воды или сточных вод для уменьшения или удаления одного или более загрязнений, содержащихся в них, где природная вода или сточные воды содержат растворенный Мд или растворенный А1, а одно или более загрязнений включают одно или более катионных загрязнений и одно или более анионных загрязнений, включающий стадии введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения, или того и другого в природную воду или сточные воды в количестве, необходимом для создания соответствующего соотношения А1:Мд для образования слоистого двойного гидроксида (СДГ), содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ, с включением таким образом одного или более катионных загрязнителей и одного или более анионных загрязнителей в решетку СДГ и промежуточный слой.
2. 2. Способ по п.1, в котором один или более катионных загрязнителей становится включенным в решетку СДГ, а один или более анионных загрязнителей становится включенным в промежуточный слой.
3. 3. Способ по п.1 или 2, включающий стадии введения по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.
4. 4. Способ по п.1 или 2, включающий стадии введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения в природную воду или сточные воды с образованием СДГ, содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором Мд-содержащее соединение или А1-содержащее соедине- 18 020615 ние является растворимым в водных растворителях или частицы Мд и А1 присутствуют в неводных растворителях.
6. 6. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, в котором по меньшей мере одно А1-содержащее соединение включает алюминат (А1(ОН)₄ ^- или АЮ2^--2Н2О) или сульфат алюминия, гидроксид алюминия или металлоорганические соединения, содержащие алюминий, или реагенты, включающие соли, суспензии или осадки, концентраты или сточные воды/обогащенные или обедненные щелоки, или А1(ОН)₃, полученный от способа Байера, используемого при очистке алюминия.
7. 7. Способ по любому из пп.1-3, в котором источником по меньшей мере одного А1-содержащего соединения является щелочь и рН раствора повышается до уровня образования СДГ или гидроталькита (ГТ).
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором вводят дополнительное количество Мд для того, чтобы довести соотношение А1:Мд в воде до требуемого уровня для получения СДГ или ГТ, содержащих Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке.
9. 9. Способ по п.8, в котором вводят МдО или Мд(ОН)₂.
10. 10. Способ по любому из пп.1-4, в котором в дополнение по меньшей мере к одному Мдсодержащему соединению или по меньшей мере одному А1-содержащему соединению в природную воду или сточные воды вводят дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал.
11. 11. Способ по п.10, в котором дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал выбирают из одного или более щелочных, или нейтрализующих кислоту растворенных веществ, суспензий или твердых материалов или их смесей, включая известь, гашеную известь, прокаленный оксид магния, гидроксид натрия, карбонат натрия, бикарбонат натрия или силикат натрия.
12. 12. Способ по п.10 или 11, в котором дополнительный щелочной, или нейтрализующий кислоту, материал вводят до введения по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в природную воду или сточные воды, вместе с введением по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в природную воду или сточные воды, или после введения по меньшей мере одного Мдсодержащего соединения, или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения в природную воду или сточные воды.
13. 13. Способ по любому из пп.1-12, дополнительно включающий селективное, частичное или полное удаление СДГ или ГТ и/или других минеральных осадков для извлечения и экстракции, очистки или переработки одного или более металла, металлоида или другого ценного элемента в промышленных целях или окружающей среды.
14. 14. Способ по любому из пп.1-13, дополнительно включающий частичное или полное удаление воды или других растворителей или смешивающихся или не смешивающихся растворенных веществ с увеличением концентрации одного или более растворенных, коллоидных или дисперсных составляющих или дополнительно введенных составляющих, таких как Мд и/или А1, с увеличением концентрации в достаточной степени для инициирования образования СДГ или ГТ.
15. 15. Способ по любому из пп.1-14, в котором, в случае когда для получения подходящего соотношения А1:Мд для образования СДГ или ГТ и/или увеличения рН требуется дополнительное количество Мд, вводят Мд-содержащее соединение, включающее прокаленный оксид магния или соли магния.
16. 16. Способ по п.15, в котором добавленный прокаленный оксид магния содержит известь, что приводит к образованию гипса.
17. 17. Способ по любому из пп.1-16, в котором другие катионы, анионы или оксианионы металлов, включая радионуклиды и радиоактивные или стабильные дочерние элементы или вещества, также соосаждаются одновременно с образованием полиметаллического гидроталькита или СДГ.
18. 18. Способ по п.17, в котором другие катионы, анионы или оксианионы металлов включают СгО₄ ²или ио₂ ²+.
19. 19. Способ по любому из пп.1-18, в котором вводят избыточную дозу прокаленного оксида магния, алюмината или гидроксида магния.
20. 20. Способ по любому из пп.1-19, в котором также вводят компонент, содержащий буферирующие анионы, где компонент содержит карбонатные анионы, такие как карбонат натрия или бикарбонат натрия, для способствования буферированию кислотности, или оксиметаллические анионы, такие как перманганат, для способствования буферированию изменений редокс-потенциала, или комплексные анионы, или металлоорганические или органические анионы, которые взаимодействуют с образованием вторичных частиц в или в дополнение к СДГ или ГТ.
21. 21. Способ по любому из пп.1-20, в котором вводят компонент, содержащий один или более остатков, которые принимают участие в реакции с образованием СДГ- или ГТ-материала, с одним или более остатков, вводимых в матрицу или кристаллическую структуру СДГ- или ГТ-материала.
22. 22. Способ по п.21, в котором дополнительный компонент содержит остаток силиката и/или алюмината/алюминия, который вводят в матрицу или кристаллическую структуру СДГ- или ГТ-материала с образованием более стабильного СДГ- или ГТ-материала, или остаток содержит нитратные анионы в качестве источника Ν, или сульфатные анионы, где восстановление сульфата составляет совместную или

    - 19 020615 дополнительную стадию восстановления, или фосфатные ионы в качестве источника Р, или анионы радиоактивных элементов.
23. 23. Способ обработки воды, содержащей растворенный Мд или растворенный А1 и ядерные отходы, включающие родительские или дочерние радионуклиды в качестве радиоактивных катионов и радиоактивных анионов, включающий введение по меньшей мере одного Мд-содержащего соединения или по меньшей мере одного А1-содержащего соединения, или того и другого в воду в количестве, необходимом для создания соответствующего соотношения А1:Мд для образования слоистого двойного гидроксида (СДГ), содержащего Мд и А1 в качестве преобладающих частиц металла в решетке СДГ, в котором один или более радиоактивных катионов и один или более радиоактивных анионов включены в решетку СДГ и промежуточный слой.
24. 24. Способ по п.23, в котором ядерные отходы включают уран в растворе.
25. 25. Способ по любому из пп.1-24, дополнительно включающий стадию проведения предварительной обработки для облегчения образования желательного или предопределенного СДГ- или ГТматериала.
26. 26. Способ по п.1, включающий анализ воды, определение образуемого СДГ- или ГТ-материала и регулирование присутствующих катионов и/или (окси)анионов с достижением образования определенного СДГ- или ГТ-материала.