Способ переработки отработавших ионообменных смол

Изобретение относится к области переработки ионообменных смол, отработавших свой ресурс в процессах ионообменного извлечения из воды катионов и анионов. Способ переработки отработавших ионообменных смол включает измельчение зерен смолы до размера частиц не более 500 мкм, приготовление 18-22% суспензии измельченной смолы в растворе щелочи в концентрации 5-50 г/л, окисление суспензии в реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, отвод газообразных продуктов окисления в виде паров воды, СО2 и N2, вывод твердых продуктов реакции в виде водной суспензии, доокисление твердых продуктов реакции в дополнительном реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, конденсацией паров воды, разделение газообразной, твердой и жидкой фаз. Изобретение позволяет уменьшить энергетические затраты на измельчение, сократить время измельчения. 1 табл.

 

Изобретение относится к области переработки ионообменных смол, отработавших свой ресурс в процессах ионообменного извлечения из воды катионов и анионов, в том числе радионуклидов на объектах атомной энергетики. Отработавшие ионообменные смолы (ОИС) представляют собой шарообразные частицы из поперечно сшитого полимера диаметром 0,5-1,5 мм, в том числе те, которые могут содержать радионуклиды. ОИС хранят как в сухом состоянии, так и в емкостях временного хранения под слоем воды. ОИС содержащие радионуклиды после временного хранения должны быть подвергнуты кондиционированию.

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.

В способе по патенту US 5,558,783, 24.09.1996 окисление различных органических веществ, в том числе радиоактивных смешанных отходов производится в условиях сверхкритического состояния воды в одноступенчатом процессе с подогревом подающегося окисляющего реагента до сверхкритической или выше температуры.

Недостатком способа является необходимость подогрева подающегося окисляющего реагента до сверхкритической или выше температуры, что приводит к значительному удорожанию необходимого для этого оборудования и увеличению энергозатрат.

Известен способ окисления ОИС в условиях сверхкритического состояния воды, предусматривающий мокрое измельчение зерен смолы до размера частиц 1-45 мкм, в полученную суспензию вводят щелочь до рН 10,5-11,0, затем производят жидкофазное окисление суспензии при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 450-550°С и давлении 230-250 атм, отвод газообразных продуктов окисления, разделение твердой и жидкой фаз фильтрацией (RU 2465665, 27.10.2012).

Недостатки способа - значительные энергетические затраты на тонкое мокрое измельчение зерен смолы до размера частиц 1-45 мкм, что резко усложняет и удорожает переработку смол.

Задачей настоящего изобретения является разработка комплексного способа переработки ОИС обеспечивающего эффективную переработку ОИС с меньшими энергетическими затратами на измельчение на более дешевом оборудовании с сокращением времени измельчения, без энергетических затрат на поддержание процесса окисления, без использования агрессивных химических реагентов при достижении высокой степени уменьшения массы вторичных отходов и отсутствии токсичных выбросов.

Технический результат заключается в эффективной переработке ОИС, уменьшении энергетических затрат на измельчение, использовании более дешевого оборудования, сокращении времени измельчения, исключении дополнительных энергетических затрат на поддержание процесса окисления, отказе использования агрессивных химических реагентов при достижении высокой степени уменьшения массы вторичных отходов и отсутствии токсичных выбросов.

Достигаемый технический результат обеспечивается описываемым способом переработки отработавших ионообменных смол, включающим измельчение, в том числе мокрое, зерен смолы до размера частиц не более 500 мкм, приготовление 18-22% суспензии измельченной смолы в растворе щелочи в концентрации 5-50 г/л, окисление суспензии в реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, отвод газообразных продуктов окисления в виде паров воды, СО2 и N2, вывод твердых продуктов реакции в виде водной суспензии, доокисление твердых продуктов реакции в дополнительном реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, конденсацией паров воды, разделение газообразной, твердой и жидкой фаз.

Измельчение зерен смолы осуществляют планетарной мельницей. Измельчение исходной смолы до более крупных частиц позволяет использовать более дешевое оборудование, в несколько раз снизить энергетические затраты и сократить время измельчения.

При использовании технологии сверхкритического водного окисления максимально допустимый размер окисляемых частиц зависит от способа подачи их в реактор, их химических свойств, размера и конструкции реакторного узла. Для обеспечения полноты окисления более крупных частиц ОИС предлагается двухступенчатое окисление - первоначально в основном реакторе сверхкритического водного окисления (СКВО) и последующее доокисление не полностью окисленных частиц в дополнительном реакторе СКВО, установленном на магистрали вывода твердых частиц из основного реактора.

Использование метода сверхкритического водного окисления в заявленных условиях обеспечивает полное превращение органических веществ в безвредные газообразные продукты СО2 и N2 с образованием окислов и гидроксидов металлов, осаждаемых в виде твердых частиц. Реакция окисления экзотермична, что позволяет при достаточной концентрации ОИС в суспензии 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 1,5 лет ее эксплуатации на установке водоочистки ТЭЦ. Дисперсионный анализ ОИС (до и после измельчения) показал следующее распределение гранул по размеру (см. таблицу).

Дробление ОИС проводили в планетарной мельнице в виде суспензии в растворе NaOH концентрации 5 г/л. Исходя из обеспечения баланса энергетики при окислении ОИС расчетная массовая концентрация суспензии ОИС равна 20%. 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 светло-кремового цвета смесь, почти полностью осаждающуюся при стоянии в течение 60 мин.

Предварительно реактор был нагрет до температуры 540°С и в него был закачан воздух до давления 225 атм. Суспензия подавалась порциями по 20 мл в основной реактор установки сверхкритического водного окисления объемом 4,8 л. В результате реакции окисления давление в реакторе повысилось до 240 атм, а температура до 565°С. Через 30 сек выдержки производился вывод газообразных продуктов реакции до снижения давления до 225 атм, с последующей конденсацией паров воды. Далее цикл закачки воздуха и подачи суспензии повторялся. Через 5 циклов производился вывод твердых продуктов реакции в дополнительный реактор, нагретый до температуры 560°С, в который затем подавался воздух до давления 200 атм. Через 60 сек выдержки производился вывод газообразных продуктов реакции из дополнительного реактора со снижением давления с 240 атм до 120 атм с последующей конденсацией паров воды. Затем производился вывод твердых продуктов реакции из дополнительного реактора в сборник твердых отходов со снижением давления до 40 атм.

Внешний вид суспензии твердых отходов - слегка мутная тонкодисперсная суспензия, после одного часа отстаивания - прозрачная с мелкодисперсным осадком. Водный конденсат - прозрачная бесцветная жидкость. Полученная суспензия направлена на фильтрование. Содержание твердой фазы при фильтрации - 1,6 г/л. Для контроля полноты окисления органических веществ производилось определение химического потребления кислорода (ХПК) бихроматным методом. Для исходной суспензии ОИС составило 98,4 г/л О2. Для суспензии твердых отходов - 28 мг/л O2, для водного конденсата - 11 мг/л O2.

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

В результате проведения заявленного способа получены следующие виды вторичных отходов: шлам в виде мелкодисперсной суспензии оксидов металлов и коксообразного остатка в растворе хлорида и сульфата натрия, содержащей 0,8% сухого отфильтрованного остатка по массе от первоначальной массы смолы и водный конденсат. Шлам в дальнейшем может быть подвергнут цементированию и отправлен на постоянное хранение.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в переработке ОИС с меньшими энергетическими затратами на измельчение на более дешевом оборудовании с сокращением времени измельчения, без энергетических затрат на поддержание процесса окисления, без использования агрессивных химических реагентов при достижении высокой степени уменьшения массы вторичных отходов и отсутствии токсичных выбросов.

Способ переработки отработавших ионообменных смол, в том числе загрязненных радиоактивными элементами, включающий измельчение, в том числе мокрое, зерен смолы до размера частиц не более 500 мкм, приготовление 18-22% суспензии измельченной смолы в растворе щелочи в концентрации 5-50 г/л, окисление суспензии в реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°C и давлении 235-245 атм, отвод газообразных продуктов окисления в виде паров воды, CO2 и N2, вывод твердых продуктов реакции в виде водной суспензии, доокисление твердых продуктов реакции в дополнительном реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°C и давлении 235-245 атм, конденсацией паров воды, разделение газообразной, твердой и жидкой фаз.



 

Похожие патенты:

Изобретения могут быть использованы в технологии цветных металлов, при переработке промышленных растворов шлихообогатительных фабрик и аффинажных производств, в технологии производства и переработки отработавшего ядерного топлива.
Изобретение относится к технологиям цементирования материалов с радиоактивными компонентами и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Группа изобретений относится к атомной и радиохимической промышленности. Способ очистки жидкости, загрязненной радионуклидами, включает размещение в загрязненной жидкости как минимум по одному элементу из разных пористых материалов - гидрофильному и гидрофобному, один конец которых частично погружают в загрязненную жидкость, а на других путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, в которую транспортируют загрязненную жидкость за счет капиллярных свойств пористого материала, и где путем нагрева жидкости до кипения осуществляют компактирование загрязнений.

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для денитрации средне- и низкоактивных жидких радиоактивных отходов, подлежащих дальнейшему отверждению (цементации).
Изобретение может быть использовано при подготовке растворов отработавшего ядерного топлива атомных электростанций (ОЯТ АЭС) к экстракционной переработке, при выделении радионуклидов из радиоактивных растворов облученных урановых мишеней в биомедицинских целях, а также при анализе технологических растворов.
Заявленное изобретение относится к способу подготовки карбидного ОЯТ к экстракционной переработке. В заявленном способе предусмотрена автоклавная обработка азотнокислого раствора карбидного ОЯТ.

Изобретение относится к способу гетерогенного каталитического разложения комплексонов и поверхностно-активных веществ в технологических растворах радиохимических производств на никель-феррицианидном катализаторе.

Изобретение относится к области биотехнологии и трансмутации химических элементов. Радиоактивное сырье, содержащее радиоактивные химические элементы или их изотопы, обрабатывают водной суспензией бактерий рода Thiobacillus в присутствии элементов с переменной валентностью.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к обезвреживанию жидких радиоактивных отходов, и может быть реализовано при утилизации радиоактивных отходов методом отверждения в стабильные твердые матрицы.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, а именно к переработке жидких радиоактивных отходов, в частности кубовых остатков выпарных установок переработки трапных вод атомных электростанций.
Изобретение относится к радиохимической технологии. Способ экстракционного выделения молибдена из радиоактивных растворов включает экстракцию молибдена растворами гидроксамовых кислот, растворенных в смеси не более 30% спирта с парафиновыми углеводородами при соотношении объемов органической и водной фаз менее 0,1. Промывку экстракта молибдена и иода осуществляют малым объемом раствора азотной кислоты с добавлением нитратов металлов из ряда: Hg(II), Cu(II), Ag(I), Pb(II), после чего экстракт промывают раствором азотной кислоты. Реэкстракцию молибдена проводят в раствор азотной кислоты с нагреванием при добавлении разрушаемого водорастворимого комплексообразующего агента до или после такой обработки, в последнем случае с повторной реэкстракцией в тот же раствор. Разрушение гидроксамовой кислоты в экстракте может ускоренно достигаться с помощью индуктора окисления. Конечный реэкстракт молибдена промывают экстрагентом. Изобретение позвоялет повысить концентрирование молибдена с его одновременной очисткой от неэстрагируемых примесей. 6 з.п. ф-лы, 8 пр.
Изобретение представляет собой способ переработки жидких радиоактивных отходов и относится к области охраны окружающей среды. Cпособ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих дисперсную фазу, заключается в выделении дисперсной фазы. Перед выделением дисперсной фазы в исходные жидкие радиоактивные отходы добавляют жидкость, нерастворимую в исходных жидких радиоактивных отходах и превышающую их по плотности. Выделение дисперсной фазы проводят центрифугированием. Технический результат – повышение уровня безопасности проведения переработки жидких радиоактивных отходов.

Изобретение относится к атомной экологии. Установка для комплексной переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) содержит узлы предочистки ЖРО и сорбционной доочистки фильтрата. Узел предочистки ЖРО содержит снабженную мешалкой цилиндрическую герметичную емкость с плоским дном. В полости емкости размещен с зазором с дном и герметично связан с верхней стенкой емкости, вертикальный трубчатый корпус съемного мешочного фильтра. Мешалка содержит трубчатый вал, с которым скреплены два яруса горизонтальных лопастей, нижний из которых размещен с зазором 2-5 см над дном, а концы его лопастей составляют 1,5-3 см со стенками емкости. Лопасти верхнего яруса выполнены меньше на величину зазора, чем расстояние от вала мешалки до корпуса фильтра. Трубчатый вал надет на отводящую трубу. Верхняя часть вала снабжена зубчатым колесом. Изобретение позволяет упростить конструкцию установки и обеспечить использование в процессе переработки ЖРО одного типа сорбента. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к ядерной физике, а именно к технологии переработки жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов включает подачу смеси жидких радиоактивных отходов и хлорида натрия в зону смешения плазмохимического реактора. Смесь жидких радиоактивных отходов диспергируют внутрь плазмохимического реактора путем подачи их на форсунки, расположенные в верхней части плазмохимического реактора, и одновременно с водоохлаждаемого медного электрода генерируют моноэлектродный высокочастотный факельный разряд, направленный вертикально вниз в плазмохимический реактор. При этом в качестве плазмообразующего газа используют атмосферный воздух. Обрабатывают смесь жидких радиоактивных отходов с хлоридом натрия в воздушно-плазменном потоке при массовом отношении смесь - воздух, равном 1:3, причем температуру в объеме плазмохимического реактора поддерживают не менее 800°C. Затем образующиеся продукты плазмохимической переработки в газовой фазе отводят и очищают в блоке очистки отходящих газов, а продукты плазмохимической переработки в конденсированной фазе в виде расплава хлорида натрия, включающего оксидные соединения металлов, осаждают с последующим извлечением из плазмохимического реактора. Изобретение позволяет уменьшить объем образующихся радиоактивных отходов. 1 ил.

Группа изобретений относится к области прикладной радиохимии в части обращения с образующимися при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) жидкими радиоактивными отходами (ЖРО). Способ заключается во введении в высокоактивный рафинат комплексообразователя (аминоуксусной кислоты), образующего в результате координационного взаимодействия с палладием комплексные соединения, из которых палладий восстанавливается до металла под действием гидразина. Группа изобретений позволяет осуществить селективное (по отношению к продуктам деления) извлечение из азотнокислых сред более 99,3% металлического палладия в виде крупнозернистого осадка в первом варианте и в виде отложений на поверхности частиц зернистого слоя твердофазного катализатора во втором варианте с получением концентрированных растворов регенерированного палладия после его растворения в азотной кислоте. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 9 пр.

Изобретение может быть использовано в области водоочистки и водоподготовки. Установка очистки воды содержит дегазатор в виде колонны (1) с крышкой (2) и с патрубками для подачи очищаемой воды (3) и отвода газов (4) в верхней части колонны и патрубками для подачи воздуха (5) и отвода очищенной воды (6) в нижней части колонны, заполненной насадкой (7), бак-сборник (8), аппарат для подачи воздуха (9). Установка снабжена дополнительным патрубком (10) в нижней части колонны (1) ниже слоя насадки и вторым патрубком (11) в средней части колонны (1) выше слоя насадки (7), причем один из патрубков присоединен к подаче промывной воды (12), а второй патрубок присоединен к отводу промывных вод или баку-накопителю. На патрубке отвода очищенной воды установлена запорная арматура (13). Насадка размещена между двумя перфорированными диафрагмами (14) и (15). Колонна снабжена ультразвуковыми излучателями (16), размещенными по периметру объема, заполненного насадкой. Установка обеспечивает повышенную радиационную безопасность при эксплуатации, повышенную эффективность очистки воды и отмывки материала насадки с последующим отведением радиоактивных осадков на утилизацию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области ядерной энергетики. Способ очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) предусматривает предварительную фильтрацию, озонирование, дозированное введение в кубовый остаток ЖРО перекиси водорода, обработку кубового остатка импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра, микрофильтрацию с отделением шлама, содержащего радиоактивный кобальт, железо, марганец, и сорбцию для удаления радиоактивного цезия. Обработку кубового остатка ЖРО импульсами ультрафиолетового излучения совмещают с воздействием импульсного магнитного поля напряженностью, при этом импульсы ультрафиолетового излучения и импульсы магнитного поля формируют синхронно. Имеется также устройство для осуществления способа очистки ЖРО. Группа изобретений позволяет повысить степень очистки ЖРО. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной технологии, в частности к аналитическому обеспечению процесса переработки облученного ядерного топлива, и раскрывает способ совместного спектрофотометрического определения нептуния, америция и плутония. Способ характеризуется тем, что упаривают аликвоту исследуемого образца, содержащую нептуний, америций и плутоний, растворяют сухой остаток в серной кислоте с концентрацией 1-3 моль л-1, в полученный раствор добавляют двухвалентное серебро в виде оксида (AgO), перемешивают, образец помещают в спектрофотометрическую кювету, проводят измерения и рассчитывают концентрацию и количественное содержание указанных элементов в образце по значениям оптической плотности на соответствующих длинах волн: Am(III) - 503 нм, Pu(VI) - 830 нм и Np(VI) - 1223 нм. Изобретение может быть использовано для упрощения определения массового содержания Am, Pu и Np при одновременном повышении оперативности и точности. 1 табл.
Группа изобретений относится к радиохимической технологии и может быть использована в технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Способ регенерации отработанной экстракционной системы на основе органического раствора трибутилфосфата в гексахлорбутадиене включает ее обработку сорбционно-активной твердофазной композицией. Обработку органического раствора осуществляют в две последовательные стадии. На первой стадии проводят обработку агрегативно-устойчивой водной суспензией, содержащей в дисперсной фазе гидратированный диоксид циркония. На второй стадии обработку содержащим оксалат-ион раствором. Имеется также вариант выполнения способа регенерации отработанной экстракционной системы. Группа изобретений позволяет восстановить эксплуатационные характеристики отработанной экстракционной системы (химические и гидродинамические) и вернуть ее в технологический цикл. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 22 пр.

Изобретение относится к области переработки ионообменных смол, отработавших свой ресурс в процессах ионообменного извлечения из воды катионов и анионов. Способ переработки отработавших ионообменных смол включает измельчение зерен смолы до размера частиц не более 500 мкм, приготовление 18-22 суспензии измельченной смолы в растворе щелочи в концентрации 5-50 гл, окисление суспензии в реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, отвод газообразных продуктов окисления в виде паров воды, СО2 и N2, вывод твердых продуктов реакции в виде водной суспензии, доокисление твердых продуктов реакции в дополнительном реакторе при подаче воздуха в зону окисления в условиях сверхкритического состояния воды при температуре 480-580°С и давлении 235-245 атм, конденсацией паров воды, разделение газообразной, твердой и жидкой фаз. Изобретение позволяет уменьшить энергетические затраты на измельчение, сократить время измельчения. 1 табл.

Наверх