Способ переработки отработавших ионообменных смол


 


Владельцы патента RU 2465665:

Закрытое акционерное общество "РАОТЕХ" (ЗАО "РАОТЕХ") (RU)

Изобретение относится к области переработки отходов ионообменных смол. Способ переработки отработавших ионообменных смол, загрязненных радиоактивными элементами включает мокрое измельчение зерен смолы до размера частиц 1-45 мкм, введение щелочи в полученную суспензию до рН 10,5-11,0, жидкофазное окисление суспензии при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 450-550°С и давлении 230-250 ат, отвод газообразных продуктов окисления в виде СО2 и N2, разделение твердой и жидкой фаз фильтрацией и последующую дезактивацию жидкой фазы. Изобретение позволяет снизить объем радиоактивных отходов, которые далее подлежат постоянному хранению, характеризуется отсутствием вторичных газообразных отходов и не требует использования агрессивных химических реагентов. 4 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области переработки ионитов, отработавших свой ресурс в процессах ионообменного извлечения из воды катионов и анионов, в частности, на объектах атомной энергетики. Отработавшие ионообменные смолы (ОИС) на этих объектах представляют собой шарообразные частицы из поперечно сшитого полимера диаметром 0,5-1,5 мм, содержащие в себе некоторое количество радионуклидов. На объектах атомной энергетики ОИС содержат в емкостях временного хранения под слоем воды. После временного хранения они должны быть подвергнуты кондиционированию, т.е. отверждению в цементных, битумных или из иного материала матрицах для постоянного длительного хранения.

Известен способ локализации ОИС, находящихся в сухом или влажном состоянии путем включения их в твердую матрицу из доменного шлака при добавлении гидроксида натрия с концентрацией 100-150 г/л. Для хорошей совместимости компоненты должны быть тщательно измельчены (до размеров частиц менее 0,075 мм) и перемешаны (RU 2243162,10.06.2004).

Недостаток способа - большой объем образующейся смеси, что значительно удорожает процесс постоянного хранения.

Известен способ совместной переработки ОИС и жидких радиоактивных отходов (ЖРО) путем их смешивания, причем ЖРО подают на смешение в виде горячего кубового остатка при t ~ 110°С, добавляют перлит, смесь выдерживают в течение 3-16 суток до отверждения (RU 2384903, 20.11.2009).

Недостатки способа те же - большой объем отходов, поступающий на постоянное хранение, и соответствующая высокая стоимость хранения.

Известен способ переработки ОИС, предусматривающий уменьшение массы смолы. Для этого ОИС смешивают в реакторе с порошкообразным металлизированным топливом и окислителем, добавляют зажигательную композицию и проводят реакцию окисления полимера. ОИС сгорает в реакторе на 96-98% с образованием монолитного, пригодного к длительному хранению продукта (RU 2114471, 27.06.1998).

Недостатки способа - образование вторичных газообразных радиоактивных отходов, в которые попадает часть радионуклидов со смолы, а также высокая пористость продукта (до 50%), что усложняет и удорожает его постоянное хранение.

Известны способы переработки ОИС, основанные на химическом окислении полимера сильными окислителями при высокой рабочей температуре.

В способе по патенту RU 2062517, 20.06.1994 в качестве окислителя используют азотную кислоту с концентрацией до 12 М/л, процесс проводят в автоклаве при температуре 250°С.

В способе по патенту RU 2412495, 20.02.2011 в качестве окислителя используют серную кислоту с концентрацией до 1700 г/л, процесс проводят в автоклаве при температуре до 340°С. Образовавшийся продукт подлежит омоноличиванию вяжущими веществами.

Основной недостаток упомянутых способов - использование агрессивных реагентов, образование большого количества агрессивных жидких отходов, требующих специальной переработки.

Задачей настоящего изобретения является разработка комплексного способа переработки ОИС, извлеченных из емкостей временного хранения на объектах атомной энергетики, обеспечивающего максимально возможное снижение объема радиоактивных отходов, который далее подлежит постоянному хранению, характеризующегося отсутствием вторичных газообразных отходов и не требующего использования агрессивных химических реагентов.

Поставленная задача решается описываемым способом переработки отработавших ионообменных смол, загрязненных радиоактивными элементами, включающим мокрое измельчение зерен смолы до размера частиц 1-45 мкм, введение щелочи в полученную суспензию до рН 10,5-11,0, жидкофазное окисление суспензии при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 450-500°С и давлении 230-250 ат, отвод газообразных продуктов окисления в виде CO2 и N2, разделение твердой и жидкой фаз фильтрацией и последующую дезактивацию жидкой фазы.

Предпочтительно, мокрое измельчение зерен смолы осуществляют роторно-пульсационным или импульсно-кавитационным методом.

Предпочтительно, разделение твердой и жидкой фаз осуществляют методом мембранной ультрафильтрации.

Предпочтительно, дезактивацию жидкой фазы проводят методом сорбции на селективных неорганических сорбентах.

Технический результат предложенного способа достигается за счет разработанной последовательности стадий способа и параметров этих стадий. Заявленная последовательность стадий обусловлена тем, что при исходном размере частиц ОИС 0,5-1,5 мм, при практически идеальной шарообразной форме частиц и материале - поперечно сшитом полимере, процесс окисления гранул ОИС протекает медленно и не полностью даже в условиях сверхкритического состояния воды. Для эффективного использования технологии сверхкритического водного окисления размер окисляемых частиц должен быть в пределах 1-45 мкм, наиболее предпочтительно, в пределах 1-10 мкм. Поэтому необходимо достичь очень высокой степени измельчения (около 100) при минимально возможных энергозатратах. Эти обстоятельства обусловили выбор методов измельчения, в которых реализуются ударный, истирающий, пульсационный и кавитационный эффекты, которые возникают в установках при относительном вращении ротора и статора, имеющих рассчитанный в каждом конкретном случае профиль поверхностей.

Использование метода сверхкритического водного окисления в заявленных условиях обеспечивает полное одностадийное превращение органических веществ до безвредных газообразных продуктов СO2 и N2 с образованием окислов и гидроксидов металлов, осаждаемых в виде твердых частиц. Реакция окисления экзотермична, что позволяет исключить подвод тепла извне, т.е. значительно сократить энергозатраты на переработку ОИС.

Указанные в п.1 параметры способа являются необходимыми и достаточными для получения заявленного технического результата.

Ниже приведен конкретный пример осуществления изобретения.

Пример.

Переработке подвергали отработанную ионообменную смолу марки КУ-2 после 1 года ее эксплуатации на установке спец.водоочистки АЭС. Дисперсионный анализ ОИС (до и после измельчения) показал следующее распределение гранул по размеру (см.таблицу).

Таблица
Исходная смола размер, мкм до 400 400-450 450-550 550-650 650-750 750-900
содержание, % 5,6 8,0 19,4 29,5 29,5 8,0
Измельченная смола размер, мкм до 2,5 2,5-5,5 5,5-10 10-15 15-40 40-45
содержание, % 39,2 7,3 6,3 22,2 16,9 8,1

Удельная радиоактивность набухшей в воде смолы составляла 4·10-8 Kи/л, изотопный состав представляли 60Со, 137Cs, 90Sr.

Дробление ОИС проводили в роторно-пульсационном аппарате. Скорость вращения ротора составляла 3000 об/мин, массовая концентрация суспензии исходной ОИС была 20%. Одноступенчатый процесс измельчения привел к следующему фракционному составу частиц ОИС (см.таблицу).

Концентрация твердой фазы (измельченных гранул ОИС) в суспензии осталась та же - 20%, суспензия представляла собой молочного цвета смесь, медленно осаждающуюся при стоянии.

Далее в суспензию была добавлена щелочь NaOH до рН 11,0 и смесь была помещена в реактор установки сверхкритического водного окисления. При объеме реактора 1 л через него непрерывно прокачивался воздух с расходом 20 лн/мин, температура была повышена до 470°С, давление - до 230 ат. Продолжительность реакции составила 5 мин, после чего реакционная смесь была охлаждена и проанализирована. Внешний вид смеси - прозрачный опалесцирующий раствор. Полученная суспензия направлена на фильтрование. Содержание твердой фазы при фильтрации через ультрафильтрационную мембрану с рейтингом задержания 0,05 мкм - 160 мг/л, удельная радиоактивность раствора 0,65·10-8 Ки/л, т.е. все радиоактивные элементы перешли в водную фазу и в осадок на мембране (гидроокись кобальта). Фильтрат после ультрафильтрационной мембраны был пропущен через слой (h - 10 см) селективного неорганического сорбента марки ФС-10 (ферроцианид меди), остаточная удельная активность фильтрата составила ~ 1·10-12 Ки/л, что ниже требований на сброс в открытую гидросеть.

Как видно из приведенного примера, в результате осуществления заявленного способа обеспечено практически полное окисления ОИС.

Аналогичные результаты были получены при осуществлении способа с использованием импульсно-кавитационного способа измельчения и при проведении процесса при нижних и верхних границах интервалов всех заявленных параметров.

В результате проведения заявленного способа получены следующие виды вторичных радиоактивных отходов: шлам в виде осадка на ультрафильтрационной мембране, по массе составляющий 0,8% от первоначальной массы смолы, и насыщенный ферроцианидный сорбент. Шлам в дальнейшем может быть подвергнут цементированию и отправлен на постоянное хранение так же, как и селективный сорбент в спецконтейнере.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в эффективной переработке ОИС, извлеченных из временного хранилища атомного энергетического объекта, без использования агрессивных химических реагентов при достижении высокой степени уменьшения массы вторичных радиоактивных отходов.

1. Способ переработки отработавших ионообменных смол, загрязненных радиоактивными элементами, включающий мокрое измельчение зерен смолы до размера частиц 1-45 мкм, введение щелочи в полученную суспензию до рН 10,5-11,0, жидкофазное окисление суспензии при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 450-550°С и давлении 230-250 ат, отвод газообразных продуктов окисления в виде СО2 и N2, разделение твердой и жидкой фаз фильтрацией и последующую дезактивацию жидкой фазы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мокрое измельчение зерен смолы осуществляют роторно-пульсационным методом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мокрое измельчение зерен смолы осуществляют импульсно-кавитационным методом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение твердой и жидкой фаз проводят методом мембранной ультрафильтрации.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дезактивацию жидкой фазы проводят методом сорбции на селективных неорганических сорбентах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии очистки растворов от радионуклидов и может быть использовано для дезактивации жидких радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к способу переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности и может быть использовано для дезактивации воды различных водных систем.

Изобретение относится к химической обработке воды, промышленных или бытовых сточных вод, содержащих смазачно-охлаждающие жидкости, радиоактивные загрязнения, моющие растворы и ионы тяжелых металлов.
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) сорбционными методами. .

Изобретение относится к технологии обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО) мембранно-сорбционным методом в полевых условиях. .

Изобретение относится к способу обезвреживания радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области радиохимической технологии, в частности к переработке радиоактивных отходов при обращении с отработанным ядерным топливом (ОЯТ), а так же может быть использовано при экстракционном выделении цветных металлов.

Изобретение относится к области ядерной технологии, а именно к переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), может использоваться при переработке воды, содержащей поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности воды спецпрачечной.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при очистке и дезактивации оборудования, эксплуатируемого в среде жидкого свинцового теплоносителя, и переработке (обезвреживании) образующихся жидких радиоактивных отходов на стадиях их очистки, концентрирования и отверждения.
Изобретение относится к химической технологии, конкретно к технологии экстракционной переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). .

Изобретение относится к области экологии, к защите природных объектов от загрязнений жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) и/или другими жидкими токсичными отходами (ЖТО), побочно образующимися при переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ) или промышленной деятельности

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов

Изобретение относится к области переработки жидких и пульпообразных радиоактивных отходов (РАО), образующихся при регенерации облученного ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано в радиохимической промышленности
Изобретение относится к области атомной техники и касается технологии переработки высокосолевых жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности, содержащих до 30% органических веществ, путем включения их в магнезиальный цемент

Изобретение относится к технологии переработки жидких отходов, в том числе и радиоактивных отходов (РАО)

Заявленное изобретение относится к способам обезвреживания жидких радиоактивных отходов ядерных энергетических установок, загрязненных нефтепродуктами, продуктами коррозии и синтетическими поверхностно-активными веществами, в полевых условиях. В заявленном способе предусмотрено отстаивание отходов в исходной емкости со сливом загрязнений с поверхности в сборник нефтепродуктов, предочистка на механических насыпных фильтрах с модифицированными азотсодержащими углями и микрофильтрах грубой и тонкой очистки, умягчение и опреснение на обратно-осмотическом фильтре с отстаиванием отходов в двух промежуточных емкостях. При этом фильтрат обратноосмотичесих фильтров отправляют на доочистку на ионообменных фильтрах, а концентрат возвращают в первую промежуточную емкость перед микрофильтрами в качестве подщелачивающего реагента до насыщения по солям с отверждением образующихся радиоактивных концентратов путем включения в портландцемент, причем насыщенные нефтепродуктами угли заменяют новыми, а отработанные сжигают вместе со слитыми из исходной емкости нефтепродуктами, включая зольный остаток в портландцемент вместе с концентратами отходов. Техническим результатом является повышение прочности цементного камня в 1,5-2 раза и надежности фиксации в нем радионуклидов. 1 ил.
Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов, образующихся в процессе переработки ОЯТ. Описан способ переработки технециевых растворов, включающий осаждение технеция из азотнокислых растворов с концентрацией азотной кислоты или нитрат-иона, не превышающей 3 моль/л, концентрированными водными растворами о-фенантролиновых или α-бипиридильных комплексов двухвалентных переходных металлов, или смешанными комплексами указанных органических соединений, или смешанными комплексами, содержащими о-фенантролин или α-бипиридил с двухосновными аминами. Полученные осадки металлорганических пертехнетатов прокаливают в токе водорода при температуре 600-1200°С как в присутствии легкоплавкого металла или его оксида с температурами плавления 200-800°С, так и без него для получения на их основе устойчивых и пригодных для дальнейшего хранения и переработки матриц. Технический результат - получение технеция в конечной форме, пригодной для дальнейшего хранения и переработки. 4 з.п.ф-лы, 2 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области переработки гетерогенных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности к переработке отработавших мелкодисперсных абразивных фильтроматериалов, и может быть использовано при переработке отработавшего фильтроперлита (ФП) систем спецводоочисток. Сущность заявленного способа заключается в том, что предусмотрены операции извлечения пульпы фильтроперлита из емкости хранения, удаления избыточной влаги, транспортирования гидротранспортом и цементирования, введения в пульпу перед транспортированием из емкости хранения отработанных ионообменных смол в количестве 10÷75% от объема фильтроперлита при плотности 1÷1,5 г/см3. Техническим результатом является возможность снижения износа оборудования и трубопроводов в процессе осуществления способа переработки радиоактивных отходов фильтроперлита в 80-100 раз, а также снижение износа насосов при транспортировке фильтроперлита и упрощение операции транспортировки пульпы. 2 ил.
Наверх