Способ получения боросодержащего флюса для остекловывания радиоактивных жидких отходов

 

Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности методом остекловывания. Сущность изобретения: ортоборную кислоту обрабатывают боратом щелочного металла I группы Периодической системы. Затем обработанную ортоборную кислоту растворяют в воде и/или этандиоле 1,2 при температуре вплоть до 100^oС и получают гомогенный, устойчивый при хранении в нормальных условиях боросодержащий флюс с концентрацией по бору до 200 г/л. Преимущества способа заключаются в том, что он обладает высокой технологичностью, простотой и безопасностью применения в производстве. 1 табл.

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности, в частности, к переработке радиоактивных жидких отходов, образующихся при регенерации отработавшего ядерного топлива, методом остекловывания.

Известен способ [1, 2] получения боросодержащего флюса, который включает приготовление флюса в виде сухой смеси на основе стеклянной фритты и борных минералов, например боросиликатов, алюмоборосиликатов и боратов.

К недостаткам способа можно отнести то, что данный способ получения флюса применим только для остекловывания радиоактивных отходов, поступающих в печь в виде сухих кальцинатов. Для остекловывания радиоактивных отходов, поступающих в печь в жидком состоянии, способ не пригоден в связи с невозможностью получения гомогенного стеклообразующего раствора.

Существует способ [3] получения боросодержащего флюса в виде водного раствора ортоборной кислоты или тетрабората натрия.

Недостатком способа является невозможность получения флюса с высокой концентрацией бора при нормальных условиях. Максимальная концентрация бора при растворении в воде ортоборной кислоты и тетрабората натрия при температуре раствора 20^oС составляет соответственно 8,75 и 5,65 г/л.

Другой существующий способ [4] получения боросодержащего флюса, основанный на растворении ортоборной кислоты в концентрированном (50 мас.%) водном растворе глицерина, позволяет получать гомогенный, устойчивый при хранении флюс с максимальной концентрацией по бору, равной 34,0 г/л. Однако основным недостатком способа является то, что его нельзя использовать для переработки азотнокислых жидких отходов, так как при взаимодействии глицерина с азотной кислотой образуется нитроглицерин, являющийся сильным взрывчатым веществом (взрывается от легкого сотрясения и нагревания).

В работе [5] приведена реакция нейтрализации борной кислоты щелочами, на основе которой можно получить щелочной раствор с небольшим содержанием бора. Однако использование данного раствора в качестве жидкого боратного флюса для остекловывания радиоактивных жидких отходов не представляется возможным из-за низкой концентрации в растворе бора и необходимости нейтрализации содержащейся в растворе щелочи.

При анализе общедоступной литературы других наиболее близких аналогов заявляемому способу не найдено.

Технической задачей изобретения является получение концентрированного по бору гомогенного, обладающего устойчивостью при хранении (без образования суспензий и осадков) в нормальных условиях, безопасного в эксплуатации боросодержащего флюса.

Поставленная задача достигается тем, что для получения концентрированного, гомогенного, устойчивого боросодержащего флюса, вплоть до 200,0 г/л по бору, используется ортоборная кислота, которая обрабатывается боратом щелочного металла I группы Периодической системы. После обработки ортоборная кислота растворяется в воде и/или этандиоле 1,2 при температуре вплоть до 100^oС. В качестве растворителя при приготовлении флюса могут быть использованы и другие водные растворы кислородсодержащих растворителей или непосредственно кислородосодержащие растворители, например одноатомные, многоатомные спирты или органические экстрагенты.

Примеры 1-7 иллюстрируют заявленный способ.

Пример 1. Ортоборная кислота обрабатывается боратом щелочного металла I группы Периодической системы в массовом соотношении соответственно 1:1,75. После обработки ортоборную кислоту растворяют в воде с получением боросодержащего флюса с концентрацией по бору 94,0 г/л. Боросодержащий флюс полностью гомогенен, устойчив при температуре хранения (без образования взвесей и осадков) не ниже 20^oС, имеет рН 7-8.

Пример 2. Приготовление боросодержащего флюса проводится аналогично примеру 1 с тем отличием, что ортоборная кислота обрабатывается боратом щелочного металла I группы Периодической системы в соотношении соответственно 1: 1,40. Концентрация бора в приготовленном флюсе составляет 110,0 г/л. Гомогенность и устойчивость флюса аналогичны примеру 1.

Пример 3. Приготовление боросодержащего флюса аналогично примеру 1, с тем отличием, что соотношение между ортоборной кислотой и боратом щелочного металла I группы Периодической системы составляет соответственно 1:1,50. Концентрация бора в приготовленном флюсе составляет 144,7 г/л. Гомогенность и устойчивость флюса аналогичны примеру 1.

Пример 4. Приготовление боросодержащего флюса аналогично примеру 1, с тем отличием, что соотношение между ортоборной кислотой и боратом щелочного металла I группы Периодической системы составляет соответственно 1:1. Концентрация бора в приготовленном флюсе составляет 168,2 г/л. Гомогенность и устойчивость флюса аналогичны примеру 1.

Пример 5. Ортоборная кислота обрабатывается боратом щелочного металла I группы в массовом соотношении соответственно 1:3. После обработки ортоборная кислота растворяется в этандиоле 1,2. Полученный боросодержащий флюс гомогенен и устойчив при температуре хранения вплоть до минус 20^oС. Концентрация бора в приготовленном флюсе составляет 141,0 г/л. Боросодержащий флюс имеет рН в пределах 6-7. Гомогенность и устойчивость флюса аналогичны примеру 1.

Пример 6. Приготовление боросодержащего флюса аналогично примеру 5, с тем отличием, что соотношение между ортоборной кислотой и боратом щелочного металла I группы периодической системы составляет соответственно 1:1,25. Концентрация бора в приготовленном флюсе составляет 200 г/л. Гомогенность и устойчивость флюса аналогичны примеру 5.

Пример 7. Ортоборная кислота обрабатывается боратом щелочного металла I группы Периодической системы в массовом соотношении соответственно 1:1,70. После обработки ортоборная кислота растворяется в 30%-ном водном растворе этандиола 1,2. Концентрация бора в приготовленном флюсе составила 159,1 г/л. Флюс полностью гомогенен и устойчив аналогично примеру 5.

Результаты, полученные в примерах 1-7, приведены в таблице.

Преимущества заявленного способа получения боросодержащего флюса состоят в том, что способ позволяет получать жидкий флюс с высокой концентрацией бора (200 г/л). Способ обладает высокой технологичностью, простотой и безопасностью применения в производстве. Полученный по данному способу флюс не оказывает агрессивного воздействия на конструкционные материалы технологического оборудования. Использование флюса в процессе остекловывания радиоактивных отходов позволит повысить производительность печи остекловывания не менее чем в 1,5-2 раза по объему перерабатываемых отходов.

Источники информации 1. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев Н.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.91-96.

2. Заявка Франции 2054464, кл. G 21 F 9/00, 1971.

3. Мельник Б. Д., Мельников Е.Б. Краткий инженерный справочник по технологии неорганических веществ. - М.: Химия, 1968, с.379-380.

4. Шварц Е. Н. Комплексные соединения бора с полиоксисоединениями. - Рига, Зинатне, 1968, с.57.

5. Некрасов Б.В. Курс общей химии. - М.: Госхимиздат, 1954, с.540.

Формула изобретения

Способ получения боросодержащего флюса для остекловывания радиоактивных жидких отходов, включающий обработку ортоборной кислоты боратом щелочного металла I группы Периодической системы в соотношении, соответственно от 1:1 до 1: 3, растворение обработанной ортоборной кислоты в воде и/или этандиоле 1,2 при температуре вплоть до 100^oC с получением гомогенного, устойчивого при хранении в нормальных условиях боросодержащего флюса с концентрацией по бору до 200 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1