Способ переработки радиоактивных смол
Владельцы патента RU 2459296:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксорб" (RU)
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам переработки (обезвоживания) отработавших на АЭС радиоактивных ионообменных смол (ИОС). Способ переработки радиоактивных ионообменных смол, включающий их смешивание с неорганическим материалом и последующую температурную обработку, отличающийся тем, что в качестве неорганического материала используют мелкодисперсный порошок диоксида кремния, а температурную обработку полученной смеси ведут при давлении 2000-3350 Па и температуре 35-40°С. Изобретение позволяет упростить процесс переработки ИОС, а также исключить возможность вторичного загрязнения окружающей среды продуктами термического разложения ИОС. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам переработки (обезвоживания) отработавших на АЭС радиоактивных ионообменных смол (ИОС).
Известны способы переработки радиоактивных ИОС, включающие их разложение в автоклавах при 250°С с крепкой азотной кислотой (патент РФ №2062517, опубл. 1996 г.), крекинг ИОС при 700°С в среде азота (патент РФ №2156511, опубл. 2000 г.), сжигание ИОС в расплавах щелочей (патент РФ №2160300, опубл. 1999 г.) и т.п. технологии. Все эти способы сложны, энергоемки, многостадийны и опасны. Кроме того, при их осуществлении в процессе термической обработки образуются конденсаты, содержащие токсичные органические вещества, требующие дополнительной утилизации.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и назначению является известный способ переработки радиоактивных ИОС, включающий их обезвоживание при 101-150°С в растворе органического теплоносителя и последующее отверждение гранул смолы с использованием этиленгликоля и фталиевого ангидрида (патент РФ №2381579, опубл. 10.02.2010). Недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является образование большого количества (более 60% от массы перерабатываемой смолы) конденсата, содержащего различные токсичные органические компоненты.
Авторами заявляемого способа экспериментально установлено, что ИОС, хранящиеся более 2-х лет в виде пульпы, при нагревании свыше 60°С выделяют различные органические вещества, которые поступают в образующийся при сушке смол конденсат и создают большие проблемы при его утилизации.
Целью заявляемого изобретения является разработка эффективного, экологически безопасного, простого и недорогого способа переработки (обезвоживания) ИОС.
Поставленная цель достигается тем, что влажную ИОС смешивают с мелкодисперсным порошком двуокиси кремния (SiO2) в соотношении на 1 объем смолы 0,1-0,2 объема SiO2. Размер частиц SiO2 не должен быть больше 15 мк, тогда при равномерном смешении ИОС и SiO2 объем всей массы, направляемой на переработку, не увеличится, так как частицы SiO2 заполнят пустоты между гранулами смолы. Полученную смесь ИОС и SiO2 помещают в вакуумируемую нагреваемую камеру, где создают давление 2000-3350 Па (15-25 мм рт.ст.). При давлении 2000-3350 Па температура кипения воды находится в интервале 10-20°С, что позволяет удалять воду из ИОС при 35-40°С за 8-10 минут.
При этом получаемый конденсат не содержит органических продуктов деструкции смолы, которые образуются при температурах обработки ИОС более 60°С.
Мелкодисперсный порошок SiO2, имея развитую поверхность (до 300 м2/г), объем пор дл 1 см3/г и высокую влагоемкость, заполняя пространство между гранулами смолы, значительно повышает эффективность сушки ИОС и ускоряет процесс удаления воды из смолы.
Ниже приведены примеры осуществления заявляемого способа.
Пример 1.
100 мл влажной ИОС смешивают с 15 мл мелкодисперсного SiO2 с исходной влажностью 5% и помещают в герметичный подогреваемый контейнер, соединенный с охлаждаемым сборником конденсата и вакуумным насосом. В контейнере создают давление 2000 Па и температуру 40°С. Через 8 минут конденсат перестает поступать в сборник, что говорит о завершении процесса сушки. Химический анализ конденсата на наличие продуктов деструкции смолы (по перманганатной окисляемости - ПО) показал отсутствие органических веществ в конденсате.
В Таблице 1 представлены результаты проведенных исследований, полученные в различных режимах при осуществлении заявляемого способа.
| Таблица 1 | |||||||||
| Режимы | Объем смолы, мл | Объем SiO2, мл | Размер частиц SiO2, микрон | Температ. сушки, °С | Давление в контейнере, Па | Время сушки, мин | Убыль веса ИОС, % | Снижение объема ИОС, % | ПО, мг О2/дм3 |
| 1 | 100 | 15 | 10 | 40 | 2000 | 8 | 68 | 46 | 0 |
| 2 | 100 | 10 | 10 | 35 | 3000 | 10 | 67 | 45 | 0 |
| 3 | 100 | 5 | 10 | 40 | 2000 | 60 | 59 | 34 | 0 |
| 4 | 100 | 15 | 50 | 35 | 2000 | 46 | 58 | 30 | 0 |
| 5 | 100 | 20 | 15 | 40 | 3350 | 10 | 66 | 45 | 0 |
| 6 | 100 | 15 | 10 | 35 | 5000 | 56 | 55 | 43 | 0 |
| 7 | 100 | 15 | 15 | 62 | 3000 | 34 | 59 | 44 | 83 |
| 8 | 100 | 15 | 10 | 20 | 3500 | 53 | 52 | 40 | 0 |
Как видно из приведенных в таблице данных, оптимальные соотношение объемов смешиваемых ИОС и SiO2 находится в интервале 0,1-0,2. При их меньшем соотношении (режим 3) резко увеличивается время сушки. При соотношениях объемов ИОС и SiO2 более 0,2, как показали эксперименты, увеличивается объем высушенной смеси ИОС и SiO2, направляемой на отверждение или долговременное хранение. Увеличение размера частиц более 15 микрон (режим 4) ухудшает показатели сушки, поскольку у такого силикагеля меньше поверхность и влагоемкость, а уменьшение размера частиц менее 10 микрон потребует дополнительных затрат.
Температура сушки менее 35°С (режим 8) приводит к замедлению процесса, а повышение температуры более 40°С (режим 7) вызывает термическую деструкцию ИОС и загрязнение конденсата органическими веществами (появление высокой перманганатной окисляемости ПО).
Сушка под давлением более 3350 Па (режим 6) увеличивает время процесса, а снижение давления менее 2000 Па требует дополнительных энергозатрат.
1. Способ переработки радиоактивных ионообменных смол, включающий их смешивание с неорганическим материалом и последующую температурную обработку, отличающийся тем, что в качестве неорганического материала используют мелкодисперсный порошок диоксида кремния, а температурную обработку полученной смеси ведут при давлении 2000-3350 Па и температуре 35-40°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер частиц порошка диоксида кремния не должен превышать 15 мкм, а соотношение объемов диоксида кремния и ионообменной смолы находится в интервале 0,1-0,2.
