Способ переработки оксалатных маточных растворов и пульпообразных отходов, содержащих трансурановые элементы


 


Владельцы патента RU 2474898:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (RU)

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. Способ переработки оксалатных маточных растворов радиохимического производства, содержащих трансурановые элементы, включает разрушение в маточных растворах оксалат-ионов азотной кислотой в присутствии ионов металлов переменной валентности. Переработку оксалатного маточного раствора и пульпообразных отходов осуществляют совместно путем смешивания маточного раствора с твердой фазой гидроксидной пульпы. Изобретение позволяет снизить энергетические затраты и уменьшить массу образующихся РАО. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

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.

На многих предприятиях по переработке облученного ядерного топлива (ОЯТ) накоплены гидроксидные пульпообразные РАО, содержащие актиноидные элементы и ионы металлов переменной валентности. Ужесточение требований, предъявляемых к хранению РАО, вызывает необходимость переработки таких РАО. Для растворения гидроксидных пульпообразных РАО обычно используют растворы азотной кислоты, содержащие окислители или восстановители [Захарова Е.В., Ермолаев В.М., Бондин В.В. и др. Изучение возможности использования растворов различного состава для дезактивации производственных труднорастворимых осадков от радионуклидов, в первую очередь от плутония. Отчет ИФХ РАН и ГХК, 2003 г. Инв. №13-16/1250 от 23.09.03]. После растворения пульп для извлечения из них актиноидных элементов используют, как правило, экстракционный способ переработки.

В то же время на предприятиях по переработке ОЯТ одной из завершающих стадий переработки ОЯТ является оксалатное осаждение трансурановых элементов (ТУЭ). Использование этой операции в технологических схемах связано с определенными трудностями, обусловленными неизбежным получением относительно больших объемов оксалатных маточных растворов. Данные растворы не являются сбросными, так как содержат до 100 мг/л ТУЭ. Концентрация азотной кислоты в оксалатном маточном растворе составляет 160-200 г/л. Вернуть маточные растворы в экстракционный цикл не позволяет содержание в них до 10 г/л щавелевой кислоты, которая существенно влияет на экстракционное поведение урана, плутония и нептуния. Для того чтобы оксалатные маточные растворы, содержащие ТУЭ, переработать, необходимо предварительно разрушить в них оксалат-ионы.

Известен способ разрушения оксалат-ионов при упарке маточных растворов азотной кислотой с концентрацией 12 моль/л [Jenkins J.L., Keen N.I., Wain A.G. Extractive and physical metallurgy of plutonium and it's alloys. New York: Intersci. Publ. 1960. Р.25].

Недостатками данного способа являются: низкая скорость окисления щавелевой кислоты нитрат-ионами и значительные энергетические затраты.

Известен способ разрушения оксалат-ионов окислением их сильными окислителями [Плутоний. Справочник под редакцией Вика. - М.: Атомиздат, 1971, т. С.408-409].

Недостатками данного способа являются: большой расход окислителей и увеличение массы радиоактивно загрязненных солей, образующихся в результате использования способа, нуждающихся в последующей переработке и иммобилизации.

Известен способ утилизации маточных растворов окислением оксалат-ионов азотной кислотой в присутствии катализатора - ионов металлов с переменной валентностью, в качестве которого используют ионы марганца. Для этого маточный раствор вводят в контакт с силикагелем, содержащим ионы марганца. Процесс ведут при нагревании до полного упаривания водных растворов [Патент Российской Федерации №2111562, кл. G21F 9/04, G21F 9/16 от 20.05.1998]. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатками данного способа являются высокие энергетические затраты и увеличение массы РАО за счет использования дополнительного реагента - силикагель с солями марганца, нуждающимися в последующей переработке и иммобилизации.

Целью предлагаемого способа является снижение энергетических затрат и уменьшение массы образующихся РАО за счет использования совместной переработки маточников, содержащих трансурановые элементы, и твердой фазы гидроксидной пульпы - отхода радиохимического производства.

Поставленная цель достигается тем, что вместо применяемого в известном способе радиационно чистого силикагеля, содержащего марганец, используют отход радиохимического производства - гидроксидную радиоактивную пульпу, содержащую актиноидные элементы и ионы металлов переменной валентности, в присутствии которых происходит разрушение оксалат-ионов. Концентрация азотной кислоты в оксалатных маточных растворах, направляемых на контактирование с твердой фазой пульп, составляет 60-200 г/л.

Использование данной пульпы позволяет разрушать оксалат-ионы в растворе при комнатной температуре и не создает увеличения массы образующихся РАО за счет исключения применения дополнительных радиационно чистых реагентов.

Заявляемый способ проверен в лабораторных условиях. В эксперименте использовали производственный маточный раствор, образовавшийся при переработке облученного ядерного топлива (см. таблица 1, раствор 1). Кроме того, обработки проведены с растворами 2 и 3 (таблица 1), полученными разбавлением исходного маточного раствора дистиллированной водой в 2 и 3 раза, соответственно.

Таблица 1
Составы растворов, взятых для обработки
Номер обработки и раствора HNO3, г/л H2C2O4, г/л Рu, мг/л U, г/л NH4NO3, г/л
Раствор 1 190 8 41 13,2 30
Раствор 2 95 4 20,5 6,6 15
Раствор 3 63 2,7 13,7 4,4 10

Обработку растворов по предлагаемому способу проводили твердой фазой гидроксидной радиоактивной пульпы, состав которой приведен в таблице 2.

Таблица 2
Состав гидроксидной пульпы
Компонент или показатель Размерность Величина компонента или показателя
Плутоний мг/л 37,0
Уран г/л 14,8
МЭД мкР/л·с 11,1
Активность β-излучающих нуклидов Кu/л 2,9
Алюминий г/л 1,8
Марганец г/л 3,1
Железо г/л 11,4
Хром г/л 3,2
Диоксид кремния г/л 5,2
Никель г/л 3,1
Нитрат натрия г/л 334
Карбонат натрия г/л <2,0
Гидроксид натрия г/л 7,3
Нерастворимая в воде твердая фаза г/л 57,7

В эксперименте по предлагаемому способу использовали порции гидроксидной пульпы объемом по 4 мл. Объем растворов перед обработкой составлял по 50 мл. Температура растворов при обработке образцами твердой фазы составляла 20-22°С. Длительность контакта растворов с образцами твердой фазы при перемешивании составляла 4 ч. Остаток нерастворившейся твердой фазы пульпы подсоединяют к следующей порции пульпы, направляемой для контактирования с новой порцией оксалатного маточного раствора. Выполнение примеров осуществляли в мерных стеклянных цилиндрах.

Результаты, представленные в таблице 3, показывают, что в ходе обработки исходного маточника или его разбавленных растворов происходит разрушение оксалат-ионов. В полученных декантатах происходит снижение общей кислотности раствора за счет разрушения оксалат-ионов и азотной кислоты в ходе окислительно-восстановительных реакций и частичной нейтрализации кислоты гидроксидами металлов. По своему химическому составу полученные растворы пригодны для переработки экстракционными методами.

1. Способ переработки оксалатных маточных растворов радиохимического производства, содержащих трансурановые элементы, включающий разрушение в маточных растворах оксалат-ионов азотной кислотой в присутствии ионов металлов переменной валентности, отличающийся тем, что переработку оксалатного маточного раствора и пульпообразных отходов осуществляют совместно путем смешивания маточного раствора с твердой фазой гидроксидной пульпы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация азотной кислоты в оксалатных маточных растворах, направляемых на контактирование с твердой фазой пульп, составляет 60-200 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаток нерастворившейся твердой фазы пульпы подсоединяют к следующей порции пульпы, направляемый для контактирования с новой порцией оксалатного маточного раствора.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к переработке отработанного ядерного топлива атомных электростанций (ОЯТ АЭС). .

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности реабилитации радиоактивно загрязненных территорий. .
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, реабилитации территорий, загрязненных техногенными радиоактивными изотопами. .
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для дезактивации радиоактивно загрязненного оборудования и конструкционных элементов на атомных электрических станциях (АЭС), промышленных и медицинских предприятиях, в научных и учебных учреждениях, деятельность которых связана с радиоактивными материалами.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к устройствам для удаления радиоактивного загрязнения с металлических поверхностей. .

Изобретение относится к химической технологии, конкретно - к технологии переработки отработавшего ядерного топлива. .

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к устройствам для удаления радиоактивного загрязнения с металлических поверхностей, и может найти применение для дезактивации поверхностей отходов свинца, углеродистых и нержавеющих сталей, образующихся при ремонте и демонтаже оборудования радиохимических лабораторий и производств.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способу получения азотнокислых солей урана и актинидов. .
Изобретение относится к атомной промышленности, к способам обращения с радиоактивными отходами (РАО), в частности к способам переработки РАО с помощью технологий, предусматривающих их термообработку.

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов. .

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 отходов ионообменных смол. .

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 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
Наверх