Способ переработки растворов, содержащих соли тяжелых металлов

 

Изобретение относится к экологии атомной энергетики и может быть использовано для очистки минерализованных растворов от радионуклидов и солей. В способе очистки солевых растворов, включающем механическую очистку исходного раствора, электродиализное обессоливание с разделением потока на дилюат и концентрат, из которых дилюат направляют на сорбционную очистку на ионообменных смолах, концентрат - на электроосмотическое концентрирование, отходы перед электродиализным обессоливанием пропускают через композиционный ферроцианидный сорбент на основе пористого минерального носителя и ферроцианида переходного металла, а дилюат перед очисткой на ионообменных смолах пропускают через цеолиты и/или через сорбенты на основе оксидов четырехвалентных металлов. Предложенная технология очистки ЖРО позволяет в 2 - 5 раз повысить ресурс очистки при одновременном увеличении К_оч в 10 - 50 раз. 1 табл.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для очистки минерализованных растворов от радионуклидов и солей.

Известен ионообменный метод очистки сбросных растворов атомной промышленности от радионуклидов с помощью органических сорбентов-сульфокатионитов и анионитов [1] Недостатком известного способа является их низкая эффективность по отношению к одним из наиболее опасных радионуклидов цезия (134 + 137) и стронция-90. Так, при солесодержании 0,5-1,0 г/л очистка растворов от этих радионуклидов достигается только для 40-60 относительных объемов (объем раствора, равный объему сорбента К.О.), что делает ионообменные методы практически непригодными для очистки.

Известно использование неорганических сорбентов для очистки различных по солесодержанию растворов от радионуклидов [2] Данный способ позволяет проводить очистку от радионуклидов цезия и стронция в присутствии солей, ПАВ и комплексонов.

Недостатком этого способа является значительное ухудшение сорбционно-селективных свойств неорганических цеолитных сорбентов при увеличении солесодержания свыше 5 г/л, особенно по отношению к радионуклидам стронция, что приводит к снижению показателей очистки. Кроме того, по данному способу невозможно проводить полную очистку солевых ЖРО от радионуклидов и химических примесей, так как используемые сорбенты практически не поглощают солей.

Наиболее близким к предлагаемому способу очистки является способ переработки растворов, содержащих соли тяжелых металлов [3] Данный способ включает предварительное осветление исходных жидких радиоактивных отходов, электродиализное обессоливание с разделением потока на дилюат и концентрат, из которых дилюат циркулирует в дилюатном контуре электродиализатора обессоливания до необходимой степени очистки, затем его подают на сорбционную очистку на ионообменных смолах, а концентрат направляют на электроосмотическое концентрирование.

Недостатком данного способа очистки является необходимость проведения глубокой стадии электродиализного обессоливания до содержания солей на уровне 20-40 мг/л, так как от этого показателя зависят показатели очистки всего технологического цикла. В результате этого ресурс очистки по данной технологии невысок (500-600 К.О.).

Технической задачей изобретения является создание такой технологии очистки, которая позволяет повысить степень и ресурс очистки при переработке жидких радиоактивных отходов.

Поставленная задача решается способом переработки растворов, содержащих соли тяжелых металлов, включающим их механическую очистку, последующее пропускание через КФС (композиционный ферроцианидный сорбент на основе пористого минерального носителя и ферроцианида переходного металла), электродиализное обессоливание с разделением потоков на дилюат и концентрат, из которых последний направляют на электроосмотическое концентрирование, а дилюат пропускают через цеолиты и /или через сорбенты на основе оксидов четырехвалентных металлов, а затем через ионообменные смолы.

Введение в технологию очистки солевых ЖРО указанных дополнительных операций позволяет обеспечивать высокие технологические показатели всего процесса очистки при достижении в дилюатной камере содержания солей на уровне 100-300 мг/л и тем самым решить поставленную задачу: повысить степень и ресурс очистки.

П р и м е р 1. Проводят очистку солевых жидких радиоактивных отходов (ЖРО) следующего состава: Солесодержание 4,8 г/л; сухой остаток 2,4 г/л; жесткость 52 мг/л; Сl^- 530 мг/л; С₂О₄^2- 3,6 мг.л; ПАВ 6,0 мг/л; трилон 16 мг/л; рН 9,2; Sr 1,2 х 10^-5 Кu/л; Cs (134+137) 6,0 х 10^-6 Кu/л; остальные радионуклиды (изотопы марганца, церия, сурьмы, рутения, кобальта) 2,6 х 10^-6 Кu/л.

Очистку ведут в следующей последовательности.

Исходный раствор подвергают механической очистке путем их пропускания через гранулированный материал (кварцевый песок, сульфоуголь). Затем раствор со скоростью 6-10 К.О./ч пропускают через композиционный ферроцианидный сорбент на основе ферроцианида переходного металла (КФС) марки НЖА и направляют на электродиализное обессоливание в электродиализаторе обессоливания с дилюатными и рассольными камерами. В процессе работы электродиализатора обессоливания, соли, в том числе и радиоактивные, переходят из дилюатных камер в рассольные, т. е. происходит обессоливание раствора в дилюатном контуре. Дилюат циркулирует в дилюатном контуре до необходимой степени очистки от радионуклидов. Рассол же из рассольного контура электродиализатора обессоливания подают в дилюатный контур концентратора электроосмотического типа, где рассол концентрируют до объемов, необходимых в зависимости от выбора технологии их дальнейшего захоронения.

Электродиализаторы работают в следующих режимах: V I электродиализатор 200 В 5 А концентратор 150 В 7 А Раствор, обессоленный в дилюатном контуре электродиализатора до содержания солей 300 мг/л, направляют на сорбционную колонку, заполненную синтетическим цеолитом типа "А" марки ЦМП, после чего его направляют на сорбционную колонку (фильтр ФСД), которая в соотношении 1:1 заполнена смесью катионита КУ-2-8 анионита АВ-17-8 (сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита).

П р и м е р 2. Проводят очистку ЖРО по примеру 1 за исключением того, что в примере 2 исходное солесодержание раствора составляет 2,5 г/л, раствор направляют на КФС марки НЖС, раствор после обессоливания его в электродиализаторе до 100 мг/л направляют на смесь модифицированного природного цеолита моноклинной структуры марки "Селекс-КМ" и сорбент на основе диоксида марганца в соотношении 1:1.

П р и м е р 3. Проводят очистку ЖРО по примеру 2 за исключением того, что исходное солесодержание ЖРО составляло 3,5 г/л, рН 7,8; Σ β 3 х 10^-6 Кu/л; Сs (134+137) 2 х 10^-6 Кu/л; Sr 1,6 х 10^-7 Кu/л, исходный раствор направляют на КФС марки МЖА, раствор после электродиализного обессоливания направляют на гранулированный сорбент на основе гидроксида марганца.

П р и м е р 4. Проводят очистку раствора по примеру 1, но путем его последовательного пропускания через КФС марки НЖА и цеолит ЦМП.

П р и м е р 5. Проводят очистку раствора по известному способу (прототипу).

Результаты всех экспериментов приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, предлагаемый способ очистки позволяет в 2-5 раз повысить ресурс всей технологической схемы очистки при одновременном увеличении К_оч в 10-50 раз.

При этом одновременно достигается и экономия энергозатрат, так как процесс электродиализного обессоливания по данному способу в отличие от прототипа можно проводить до солесодержания на уровне 100-200 мг/л.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ СОЛИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий их механическую очистку, электродиализно-мембранное обессоливание с разделением потоков на дилюат и концентрат, из которых дилюат направляется на сорбционную очистку на ионообменных смолах, а концентрат на электроосмотическое концентрирование, отличающийся тем, что перед обессоливанием растворы пропускают через композиционный ферроцианидный сорбент на основе пористого минерального носителя и ферроцианида переходного металла, а перед очисткой на ионообменных смолах дилюат пропускают через цеолиты и/или через сорбенты на основе оксидов четырехвалентных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1