Способ очистки жидких радиоактивных отходов

Изобретение относится к области обезвреживания жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ очистки жидких радиоактивных отходов включает осаждение щелочью в присутствии ионов кальция и/или магния и фосфат-ионов и отделение осадка. Процесс осуществляют методом осаждения последовательно в две стадии при постоянном значении рН: 4-5 на первой и 7-9 на второй. Преимущества изобретения заключаются в повышении степени очистки и сокращении расхода реагентов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии очистки водных растворов, образующихся в технологии переработки ядерных материалов, от трансурановых элементов. Изобретение может быть использовано на предприятиях ядерно-топливного цикла.

Известны способы очистки жидких радиоактивных отходов от радиоактивных загрязнений с помощью различных сорбентов [Ю.В.КУЗНЕЦОВ и др. «Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений», М.: Атомиздат, 1974, с.202-250]. Применяя как синтетические, так и природные сорбенты, можно проводить достаточно глубокую очистку жидких отходов ядерного производства от всех примесей. Недостатком предлагаемых методик является то, что природные сорбенты малоселективны, а синтетические отличаются относительно высокой стоимостью и, как правило, не подлежат регенерации.

Одним из наиболее простых и эффективных методов очистки растворов от радиоактивных элементов является фосфатная коагуляция. Этот способ [К.П.СТРАУБ «Малоактивные отходы. Хранение, обработка и удаление». М., 1966] нашел широкое применение для обработки низкоактивных жидких отходов. В Харуэлле этот метод в сочетании с другими используется для обработки сточных вод [Bums R.H., etc. In: Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Geneva, 1958, v.l8, p.150]. Фосфатная коагуляция проводится из раствора, содержащего 100 мг/л Na₃PO₄ и известь или NaOH, при рН=9,5. При этом достигается сравнительно невысокая степень очистки - 95% от α-активных нуклидов и 75% от β-активных.

В способе очистки жидких радиоактивных отходов, взятом за прототип [Патент РФ № 2200354, G 21 F 9/06, опубл. 2003], в раствор дополнительно кроме ионов Са⁺ и PO₄ ^3- вводят ионы магния, а затем уже проводят осаждение щелочью при рН=10-11,5. Введение ионов магния обеспечивает совместно с фосфатами двух- и более валентных ионов осаждение одновалентных Rb и Cs в виде малорастворимых солей Cs(Rb)MgPO₄·H₂O. Повышение степени очистки радиоактивных растворов от Sr, Cs, Rb достигается дополнительным введением ионов Sr²⁺ в количестве 1-300 мг/л и Cs⁺ и(или) Rb⁺ в количестве 0,5-5 мг/л.

Недостатком предлагаемого способа является то, что проведение процесса при значении рН=10-11,5 не дает высокой степени очистки от Pu и Am, а осадки характеризуются низкими значениями при седиментации и фильтрации. Полученные осадки обладают сравнительно высокой влажностью, и, как следствие, возникает необходимость дополнительных энерго- и трудозатрат на испарение влаги перед загрузкой осадков в контейнер. Использование относительно дорогих реагентов (соединения Sr, Cs, Rb) приводит к удорожанию стоимости процесса.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени очистки, сокращения расхода реагентов и улучшения седиментационных и фильтрационных свойств осадка.

Задача решается тем, что в способе очистки жидких радиоактивных отходов, включающем осаждение щелочью в присутствии фосфат-ионов, осаждение проводят непрерывно в две стадии при постоянном значении рН, равном 4-5 на первой стадии и 8-9 - на второй. Постоянное значение рН в реакторе-осадителе обеспечивается автоматическим регулированием расхода щелочи при непрерывной подаче исходного раствора с расходом 0,05-0,5 объема реактора-осадителя в час. При переработке растворов, содержащих кальций и/или магний, дополнительного введения этих катионов не требуется.

Непрерывное осаждение при постоянном значении рН в две стадии способствует формированию кристаллической, а не аморфной фазы. Переработка предлагаемым способом позволяет увеличить коэффициент очистки от радиоактивных элементов до (0,5-2,0)·10⁶, что дает возможность реализовать данный метод как для обработки жидких низкоактивных, так и для средне- и высокоактивных отходов. Снижение конечного значения рН обеспечивает сокращение расхода натриевой щелочи. При этом образующиеся осадки быстро отстаиваются, хорошо фильтруются.

Осаждение основного количества солей на первой стадии при рН, равном 4-5, обеспечивает получение осадка с лучшими седиментационными свойствами, а проведение процесса при рН 8-9 на второй стадии обеспечивает высокую полноту осаждения. Увеличение конечного значения рН выше 10 приводит к снижению коэффициента очистки до 10³-10⁴, а при повышении рН выше 12 наблюдается частичное растворение осадка.

Получаемые осадки путем термической обработки при температуре 900-1100°С могут быть переведены в минералоподобные матрицы, пригодные для захоронения.

Пример.

К раствору следующего состава: Са - 500 мг/л, Am - 100 мг/л, Pu - 1 мг/л, суммарная альфа-активность - 0,22 Ки/л, - добавили фосфат-ионы в мольном соотношении PO₄ ^3-/Ca²⁺, равном 0,85-1,65. Осаждение проводили 40% мас. раствором NaOH в реакторе с автоматическим регулированием расхода щелочи при непрерывной подаче исходного раствора при значении рН=4-5. Получаемая пульпа поступала в реактор доосаждения, где тем же раствором щелочи осуществлялась доочистка при значении рН=8-9. Конечный осадок исследовали. Выявили, что за 1 час отстаивания осадок достигает практически постоянного объема и хорошо фильтруется. Суммарная альфа-активность фильтрата составила 7,9·10^-8 Ки/л, соответственно коэффициент очистки от радионуклидов равен 2,8·10⁶. Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица:
Сравнительные характеристики методов очистки ЖРО
№ п/п	рН осаждения	Коэффициент очистки	Скорость седиментации, мл/мин	Коэффициент фильтрации Кд (по формуле Дарси)
1ая стадия	2aя стадия
1	4-5	7	43·105	0,39	8,1·10-6
2	4-5	8-9	2,8·106	0,87	7,0·10-5
3	4-5	10-11	6,1·103	0,02	3,1·10-6
4	4-5	12-13	6,2·102	0,05	4,5·10-6

1. Способ очистки жидких радиоактивных отходов, включающий осаждение щелочью в присутствии ионов кальция и/или магния и фосфат-ионов и отделение осадка, отличающийся тем, что процесс осуществляют методом осаждения последовательно в две стадии при постоянном значении рН 4-5 на первой и 7-9 на второй.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фосфат-ионы добавляют в мольном отношении PO₄ ^3-/Ca²⁺, равном 0,85-1,65.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в непрерывном режиме.