Способ уменьшения массы отработанных ионообменных смол

 

Использование: обработка загрязненных радионуклидами материалов, а именно обработка отработанных ионообменных смол, использованных для извлечений радионуклидов из загрязненных вод. Сущность изобретения: для уменьшения массы ионообменных смол производят их обработку 5-12 М раствором азотной кислоты в автоклаве при 250 град. Цельсия. При обработке смеси анионита и катионита сначала обрабатывают анионит при концентрации азотной кислоты 12 М, а затем образовавшимся раствором с концентрацией азотной кислоты 8-9 М проводят обработку катионита. Продукт окисления ионообменных смол по настоящему способу имеет небольшой объем. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам разрушения отработанных ионообменных смол (ИОС), применяемых в атомной энергетике. Использованные ИОС, предназначенные для захоронения путем цементирования, должны быть предварительно обработаны для устранения излишнего объема и способности к набуханию при контакте с водой.

Наиболее экономичными, не требующими больших затрат на теплообработку и систему газоочистки, являются способы окислительного разложения ИОС под воздействием перекиси водорода в присутствии железа [1, 2] В качестве прототипа можно рассмотреть разложение катионита Dowax-50 с помощью 30% Н₂О₂в присутствии Fe (III) [2] В этом случае 30-минутная обработка приводит к полному разложению смолы до СО₂ и Н₂SО₄.

Недостатком данного способа является меньшая эффективность использования перекиси по отношению к анионитам, чем к катионитам, большой расход перекиси (58 мл H₂O₂ на 4 г Doweх-50), сильное пенообразование при обработке анионитов, что требует существенного увеличения объема реактора. Образовавшаяся пена очень устойчива и выносит на поверхность нерастворившиеся частицы смолы.

Задачей настоящего изобретения является разработка промышленного способа обработки использованных катионитов и анионитов, позволяющего существенно уменьшить массу и объем остатка от разложения ИОС и снизить расход реагентов.

Для достижения поставленной задачи ИОС подвергают термической обработке в автоклаве в 5-12 моль/л HNO₃ при температуре >250^oС и давлении выше 40 атм в течение 2-5 часов.

После остывания автоклава углекислый газ и окислы азота сдувают, причем последние поглощают водой, азотную кислоту отгоняют, регенерируют и используют повторно. Остаток от разложения анионита 2% катионита 51% из которых 97% приходится на H₂SО₄.

Если необходимо разрушить анионит и катионит, то первоначально подвергают термической обработке анионит в 12 моль/л HNO₃ при температуре >250^oС, а затем в полученном растворе 8-9 моль/л НNО₃ разрушают катионит.

Пример 1. 5 г смолы АВ-17 или КУ-2 и 100 мл концентрированной HNO₃ помещаются в автоклав и выдерживаются при температуре 250^oС в течение 2 часов. После остывания до комнатной температуры образовавшиеся СО₂ и окислы азота пропускают через соответствующие поглотители. Из оставшейся жидкости и поглотителя отгоняется азотная кислота и регенерируется для повторного использования, осадок высушивается.

В таблице приведены данные о влиянии кислотности и температуры на доли сухого остатка.

Наибольшая концентрация азотной кислоты не должна превышать 12 моль/л, что является границей взрывобезопасности процессов нагревания азотной кислоты в присутствии органических веществ. Наиболее полное, удовлетворяющее поставленным целям, разрушение смолы достигается при температуре выше 250^oC. Для КУ-2 масса органического остатка определялась после отделения сульфат-иона.

Пример 2. 5 г смолы АВ-17 обрабатывают 100 мл 12 моль/л НNО₃ при 250^oC в течение 2 часов. По охлаждении автоклава в оставшиеся 8 моль/л HNO₃ вносят 5 г катионита КУ-З и также обрабатывают 2 часа. После отделения сухого остатка полученная 3-4-молярная азотная кислота подвергается регенерации.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. ПАТ. США N 4737315, 1986 г. кл. G 21 F 9/08.

2. Journal of Radioanalytical Cfemistry, 1983, v.78, N 2, p.295-305.

Формула изобретения

1. Способ уменьшения массы отработанных ионообменных смол, включающий обработку смолы окислителем при нагревании, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют азотную кислоту, обработку проводят в автоклаве при температуре 250^oС и концентрации кислоты 5-12 М.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку анионита и катионита проводят последовательно, при этом сначала обрабатывают анионит при концентрации азотной кислоты 12 М, а затем образовавшимся раствором с концентрацией азотной кислоты 8-9 М проводят обработку катионита.

РИСУНКИ

Рисунок 1