Способ переработки жидких отходов аэс с борным регулированием

Изобретение относится к комплексной переработке сложных по составу жидких борсодержащих отходов АЭС. Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включает введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия. Исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты. Нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция. Борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция. Раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция. Осадок борной кислоты отделяют и сушат. Электродиализу подвергают маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия. Изобретение позволяет снизить энергоемкость способа и сократить количество захораниваемых вредных отходов. 8 з.п. ф-лы, 5 пр.

 

Изобретение относится к комплексной переработке сложных по составу жидких борсодержащих отходов АЭС, накопленных при эксплуатации атомных энергетических установок, в том числе ВВЭР, и может быть использовано для выделения борной и азотной кислот, а также соединений щелочных металлов для их повторного использования в технологическом цикле АЭС.

Из жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся на АЭС, самыми сложными для переработки являются кубовые остатки. Такие отходы представляют собой высокосолевые нитратные растворы натрия и калия, содержащие соли борной кислоты и продукты коррозии аппаратуры в виде солей переходных металлов, а также реагенты, используемые при дезактивации и попадающие в раствор с различными сливными водами. После их дезактивации раствор направляется на выпаривание и перевод в плав, который в дальнейшем складируется. Полная переработка таких отходов отсутствует.

Известен способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием (см. пат. 2012076 РФ, МПК5 G21F 9/08, 1994), включающий упаривание отходов, кристаллизацию образовавшегося борсодержащего концентрата, его отделение от маточного раствора, растворение, ультрафильтрацию полученного раствора, пропускание его через ионоселективный фильтр, упаривание до 80-250 г/л в пересчете на борную кислоту и кристаллизацию кислоты. Выход борной кислоты составляет не более 84% с содержанием примесей 10-2-10-3 мас. %.

Основными недостатками данного способа являются высокие энергозатраты на проведение операции упаривания, недостаточная степень извлечения борной кислоты, необходимость доочистки получаемых растворов. Способ предусматривает регенерацию только борной кислоты, что приводит к образованию значительного количества захораниваемых отходов.

Известен также выбранный в качестве прототипа способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием (см. пат. 7323613 США, МПК G21F 9/06, 9/20, G21C 1/00, B01D 61/42 (2006.01), 2008), содержащих нитраты натрия и калия, включающий раздельный сбор кислых отходов с pH менее 5,5, не содержащих борной кислоты, и щелочных отходов с pH более 5,5, содержащих соли борной кислоты, их концентрирование и смешивание, кристаллизацию бората натрия при pH 8,0-10,1, его отделение от маточного раствора, обработку раствора солями кальция или магния, предпочтительно нитратом кальция или хлоридом магния, и отделение образовавшегося боратного осадка кальция или магния. Затем осадок бората натрия растворяют до обеспечения концентрации раствора 20-25 г/л и подвергают электродиализу в электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами с получением растворов борной кислоты с концентрацией 0,1-60 г/л и гидроксида натрия, содержащего до 150 г/л NaOH. Электродиализ ведут при силе тока 0,2-45 А и напряжении 5-55 В.

Известный способ характеризуется следующими основными недостатками. При его реализации предусмотрена регенерация только борной кислоты и гидроксида натрия, а высокосолевой маточный раствор, не содержащий солей бора, не перерабатывается, что приводит к увеличению количества захораниваемых отходов. К недостаткам способа следует отнести получение нетоварных растворов борной кислоты и раствора гидроксида натрия низкой концентрации, что ограничивает возможность их повторного использования. Недостатком способа также является повышенный расход электроэнергии, обусловленный электродиализом раствора бората натрия с низкой концентрацией натрия и высоким электрическим сопротивлением, что требует использования при электродиализе высоких значений силы тока и напряжения.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в переработке сложных по составу жидких отходов АЭС с высоким солесодержанием с получением более широкого ассортимента продуктов, в том числе борной кислоты в виде товарного продукта, а также концентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС. Технический результат заключается также в снижении энергоемкости способа и сокращении количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включающем введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия, согласно изобретению исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты, нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция, борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция, после чего раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция, осадок борной кислоты отделяют и сушат, а электродиализу подвергают непосредственно маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия.

Технический результат достигается также тем, что нитрат кальция вводят в боратный раствор при pH 9,3-11,0.

Технический результат достигается также и тем, что обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты ведут до обеспечения pH 5-7.

Технический результат достигается и тем, что обработку раствора бората кальция азотной кислотой ведут при температуре 10-20°C до обеспечения pH 1-3.

Технический результат достигается также и тем, что раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Технический результат достигается и тем, что электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе при отношении объема маточного раствора Vмр в средней камере электродиализатора и объемов анолита Vа и католита Vк, соответственно в анодной и катодной камерах, равном Vмр:Vа=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 с получением в анодной камере раствора азотной кислоты, а в катодной камере - раствора гидроксидов натрия и калия.

Достижению технического результата способствует то, что электродиализ производят при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В.

Достижению технического результата способствует также то, что осадок борной кислоты промывают азотнокислым раствором с pH 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты.

Достижению технического результата способствует также и то, что осадок борной кислоты сушат при температуре не более 60°C.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Присутствие в исходном боратном растворе нитратов и сульфатов натрия и калия позволяет получить в процессе электродиализа растворы азотной кислоты и щелочей, пригодные для повторного использования, после удаления из исходного раствора сульфат-ионов в виде малорастворимых соединений, например гипса, который может быть использован в строительной индустрии.

Введение нитрата кальция в исходный боратный раствор обеспечивает образование коллективного осадка бората и сульфата кальция, что позволяет достаточно полно выделить соединения бора из раствора и очистить раствор, направляемый на электродиализ, от сульфат-ионов.

Обработка коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с переводом бората кальция в раствор и отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция позволяет наиболее полно отделить соединения бора от присутствующих примесей и обеспечить его высокий выход в продукт.

Обработка раствора бората кальция азотной кислотой обеспечивает получение осадка борной кислоты, который может быть легко отделен от раствора нитрата кальция.

Сушка промытого осадка борной кислоты позволяет повысить массовое содержание борной кислоты в продукте.

Проведение электродиализа маточного раствора, полученного после отделения коллективного осадка бората и сульфата кальция, позволяет при пониженных значениях тока и напряжения осуществить извлечение полезных компонентов в виде высококонцентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении более широкого ассортимента продуктов, в том числе товарной борной кислоты и концентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС, а также в снижении энергоемкости способа и сокращении количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие операции и режимные параметры.

Введение нитрата кальция в боратный раствор при pH 9,3-11,0 обеспечивает наиболее полное выделение соединения бора из раствора и позволяет очистить раствор, направляемый на электродиализ, от сульфат-ионов. Введение нитрата кальция при pH менее 9,3 и более 11,0 приводит к частичному растворению бората кальция, что снижает его извлечение в коллективный осадок.

Обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты предпочтительно вести до обеспечения pH 5-7, поскольку в этом диапазоне значений pH боратные соединения имеют наибольшую растворимость. При pH боратного раствора менее 5 выход бора в раствор снижается по причине образования менее растворимой борной кислоты, поэтому получение высококонцентрированных борсодержащих растворов становится невозможным. При pH боратного раствора более 7 образуются малорастворимые бораты кальция, что исключает возможность разделения коллективного осадка.

Обработку раствора бората кальция азотной кислотой предпочтительно вести до обеспечения pH 1-3. Обработка раствора бората кальция до pH менее 1 приводит к неоправданным затратам азотной кислоты на выделение осадка борной кислоты. При значениях pH более 3 выход борной кислоты в твердую фазу уменьшается.

Обработка раствора бората кальция азотной кислотой при температуре 10-20°C позволяет создать наиболее благоприятные условия осаждения борной кислоты из раствора. Увеличение температуры выше 20°C приводит к увеличению растворимости борной кислоты и понижению выхода продукта. Обработка при температуре ниже 10°C требует охлаждения раствора и не приводит к существенному повышению выхода продукта.

Добавление раствора нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты к исходному боратному раствору позволяет уменьшить количество отходов и более полно использовать реагенты.

Проведение электродиализа маточного раствора при заданном соотношении объемов маточного раствора Vмр в средней камере трехкамерного электродиализатора и объемов анолита Vа и католита Vк соответственно в анодной и катодной камерах позволяет регулировать концентрации получаемых продуктов - раствора азотной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия. Выход за пределы заявленных интервалов значений Vмр:Vа=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 объема перерабатываемого маточного раствора относительно объемов анолита и католита не позволит получить растворы азотной кислоты и щелочей в требуемом интервале концентраций 300-600 г/л для повторного использования.

Проведение электродиализа при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В обеспечивает при пониженных энергозатратах извлечение из солевого раствора более 99% ионов с выходом по току около 50-70%. Электродиализ при силе тока менее 1 А и напряжении менее 4 В приводит к необоснованному увеличению длительности процесса и снижению его производительности, а при силе тока более 3 А и напряжении выше 10 В снижается выход по току и увеличиваются энергозатраты.

Промывка осадка борной кислоты азотнокислым раствором с pH 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты, обеспечивает удаление примесей для получения необходимой чистоты товарного продукта - борной кислоты Н3ВО3. В данных интервалах значений режимных параметров борная кислота имеет наименьшую растворимость. Присутствие борной кислоты в промывном азотнокислом растворе обеспечивает стабильную величину принятого интервала значений pH азотнокислого раствора. Промывка азотнокислым раствором, содержащим менее 30 г/л борной кислоты, приводит к частичному растворению промываемого осадка, а при содержании более 35 г/л из промывного раствора будет выпадать осадок.

Сушка промытого осадка борной кислоты при температуре не более 60°C позволяет обеспечить массовое содержание борной кислоты в продукте не менее 99,9 мас. %. При температуре более 60°C возможен переход кислоты в оксидную форму вследствие глубокой ее дегидратации. Нижнее значение температуры обусловлено соображениями продолжительности сушки и может зависеть от разреженности рабочей атмосферы.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения более широкого ассортимента продуктов, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС, а также снижения энергоемкости способа и количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.

Сущность предлагаемого способа может быть проиллюстрирована следующими Примерами.

Пример 1. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 104 Na+, 50,8 K+, 263 NO3, 24 SO42-, 5,3 Cl-, 42 H3BO3, при pH раствора 8,7. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 11 путем введения 69 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 149 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1168 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.

Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 48,4 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 120 мл воды до обеспечения pH 5 с переводом бората кальция в раствор и отделением 34 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 6,95% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 48,4 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 20°C до обеспечения pH 1. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 35 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 55°C. Получают 32,4 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1168 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 319 NO3-, 0,8 SO42-, 4,6 Cl-, 102 Na+, 44 K+ и 4,8 H3BO3, при силе тока 2 А, напряжении 6 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,5 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 584 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 648,3 HNO3, 1,63 H2SO4, 9,5 HCl, в катодной камере - 584 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 354,8 NaOH, 181,4 KOH, а в средней камере - 1168 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,6 г/л ионов NO3-, SO42-, Cl-, Na+, K+ и 4,8 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,5%. Выход продуктов электродиализа по току - 60%.

Пример 2. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 111,3 Na+, 31,5 K+, 244,3 NO3-, 35,5 SO42-, 10,2 Cl-, 34,6 H3BO3, при pH раствора 8,5. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 9,3 путем введения 54 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 132 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1150 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.

Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 41 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 150 мл воды до обеспечения pH 7 с переводом бората кальция в раствор и отделением 50,3 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 10,8% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 41 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 10°C до обеспечения pH 3. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 3, содержащим 30 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 60°C. Получают 27,5 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1150 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 291,4 NO3-, 1,2 SO42-, 8,9 Cl-, 106,7 Na+, 27,4 K+ и 3,1 H3BO3, при силе тока 2 А, напряжении 6,2 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,5 и Vмр:Vк=1:0,4 с получением в анодной камере 575 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 592,2 HNO3, 2,45 H2SO4, 18,3 HCl, в катодной камере - 460 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 463,9 NaOH, 56,2 KOH, а в средней камере - 1150 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,17 г/л ионов NO3-, SO42-, Cl-, Na+, K+ и 3,1 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,6%. Выход продуктов электродиализа по току - 60%.

Пример 3. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 101,9 Na+, 19 K+, 141,1 NO3-, 4,8 SO42-, 15,1 Cl-, 80,3 Н3ВО3, при pH раствора 8,2. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 10,1 путем введения 82 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 236 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1250 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.

Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 103 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 200 мл воды до обеспечения pH 6,6 с переводом бората кальция в раствор и отделением 6,8 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 1,9% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 103 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 18°C до обеспечения pH 2. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 33 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 40°C. Получают 69,3 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1250 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 241,8 NO3-, 1,4 SO42-, 12,1 Cl-, 94,3 Na+, 15,2 K+ и 1,9 H3BO3, при силе тока 1 А, напряжении 4 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,6 и Vмр:Vк=1:0,6 с получением в анодной камере 750 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 409,5 HNO3, 2,38 H2SO4, 27,7 HCl, в катодной камере - 750 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 273,3 NaOH, 36,4 KOH, а в средней камере - 1250 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 2,42 г/л ионов NO3-, SO42-, Cl-, Na+, K+ и 1,9 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99%. Выход продуктов электродиализа по току - 70%.

Пример 4. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 155,8 Na+, 11,2 K+, 227 NO3-, 6 SO42-, 3,8 Cl-, 18 H3BO3, при pH раствора 12. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 10,6 путем введения 130 мл раствора 4 моль/л азотной кислоты HNO3. Затем в боратный раствор вводят 62 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1190 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.

Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 23 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 м/л и 150 мл воды до обеспечения pH 6,2 с переводом бората кальция в раствор и отделением 8,5 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 2% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 23 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 16°C до обеспечения pH 2,3. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2,3, содержащим 33 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 57°C. Получают 15,6 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1190 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 346 NO3-, 0,8 SO42-, 3,2 Cl-, 130,9 Na+, 9,44 K+ и 0,6 H3BO3, при силе тока 3 А, напряжении 10 В и соотношениях Vмр:Vа=1:1 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 1190 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 352 HNO3, 0,81 H2SO4, 3,3 HCl, в катодной камере - 595 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 455,3 NaOH, 27,0 KOH, а в средней камере - 1190 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,04 г/л ионов NO3-, SO42-, Cl-, Na+, K+ и 0,6 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,7%. Выход продуктов электродиализа по току - 50%.

Пример 5. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 89,2 Na+, 22,4 K+, 132,7 NO3-, 17,3 SO42- 11,7 Cl-, 37 H3BO3, при pH раствора 10,7. Затем в боратный раствор вводят 336 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 4 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1220 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.

Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 53 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 150 мл воды до обеспечения pH 6 с переводом бората кальция в раствор и отделением 24,5 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 7,9% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 53 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 20°C до обеспечения pH 2. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 35 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 60°C. Получают 36,1 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1220 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 198,4 NO3-, 0,9 SO42-, 9,6 Cl-, 79,1 Na+, 18,4 K+ и 2,5 H3BO3, при силе тока 1 А, напряжении 5 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,6 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 732 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 336 HNO3, 1,53 H2SO4, 16,4 HCl, в катодной камере - 610 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 275,1 NaOH, 53,1 KOH, а в средней камере - 1220 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,98 г/л ионов NO3-, SO42-, Cl-, Na+, K+ и 2,5 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99%. Выход продуктов электродиализа по току - 70%.

Из вышеприведенного описания и Примеров 1-5 видно, что предлагаемый способ переработки жидких отходов по сравнению с прототипом позволяет получить товарную кристаллическую борную кислоту и высококонцентрированные растворы азотной кислоты (до 648,3 г/л) и гидроксидов натрия (до 463,9 г/л) и калия (до 181,4 г/л), пригодные для повторного использования в технологическом цикле АЭС и для общепромышленного применения. Проведение электродиализа при пониженных значениях силы тока и напряжения обеспечивает снижение энергоемкости. Вовлечение в переработку всех основных компонентов сбросных маточных растворов сокращает количество складируемых и захораниваемых вредных отходов. При реализации способа используется преимущественно стандартное химическое оборудование.

1. Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включающий введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия, отличающийся тем, что исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты, нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция, борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция, после чего раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция, осадок борной кислоты отделяют и сушат, а электродиализу подвергают непосредственно маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нитрат кальция вводят в боратный раствор при рН 9,3-11,0.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты ведут до обеспечения рН 5-7.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку раствора бората кальция азотной кислотой ведут при температуре 10-20°С до обеспечения рН 1-3.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе при отношении объема маточного раствора Vмр в средней камере электродиализатора и объемов анолита Va и католита Vк, соответственно в анодной и катодной камерах, равном Vмр:Va=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 с получением в анодной камере раствора азотной кислоты, а в катодной камере - раствора гидроксидов натрия и калия.

7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что электродиализ производят при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок борной кислоты промывают азотнокислым раствором с рН 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок борной кислоты сушат при температуре не более 60°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки аммонийсодержащих технологических растворов и жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при эксплуатации радиохимического производства.

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) радиохимических производств.

Изобретение относится к складированию радиоактивных отходов. Способ включает выемку котлована, устройство защитного экрана по его бортам и днищу, послойную укладку отходов с уплотнением, перекрытие каждого слоя отходов разделительным изолирующим слоем.
Изобретение относится к атомной энергетике, к способам обращения с радиоактивными отходами, в частности к способам фиксации пульпы открытых бассейнов-хранилищ радиоактивных отходов путем засыпки грунтом.
Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к области локализации жидких отходов и предназначено для использования для отверждения отработанных масел в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к охране окружающей среды, касается создания изолирующих противофильтрационных барьеров и может быть использовано для предотвращения загрязнений природных вод радиоактивными и токсичными веществами в зонах размещения хранилища отходов.
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности от радионуклида 137Cs и альфа-излучающих нуклидов. .

Изобретение относится к области атомной техники и технологии и касается вопросов переработки жидких радиоактивных отходов, способов перевода жидких радиоактивных отходов в твердое состояние.
Изобретение относится к области переработки и обезвреживания жидких радиоактивных отходов. .

Изобретение относится к способу обработки сырой воды, содержащей тритиевую воду. Способ обработки сырой воды, содержащей тритиевую воду, включает: подачу части сырой воды, содержащей тритиевую воду, и щелочной воды в циркуляционный резервуар; смешивание сырой воды со щелочной водой в циркуляционном резервуаре с образованием электролита, имеющего требуемую концентрацию щелочи; и непрерывный электролиз электролита при циркуляции электролита, при проведении которого сырую воду, находящуюся в резервуаре для хранения, подвергают электролизу щелочной воды и таким образом превращают сырую воду в газ.

Изобретение относится к области химической технологии выделения и концентрирования радионуклидов из азотнокислых растворов и может быть использовано в экстракционных процессах при переработке жидких радиоактивных отходов.

Изобретение относится к технологии переработки жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов включает использование агента для декомплексации кобальта, введение в жидкие радиоактивные отходы сульфидсодержащее вещество и отделение радиоактивного осадка от раствора.

Группа изобретений относится к системе дезактивации семейства радиоактивных веществ. Система дезактивации содержит магнитную композитную частицу для дезактивации; средство магнитного накопления.

Изобретение относится к способу переработки отработавшего ядерного топлива атомных электростанций (АЭС) и имеет целью отделение (фракционирование) и локализацию долгоживущих радионуклидов для их последующего захоронения в виде устойчивых матриц.

Заявленное изобретение относится к способу получения совместного раствора U и Pu при переработке облученного ядерного топлива АЭС. Заявленный способ включает предварительную экстракцию U, Pu, Np, Тc из азотнокислого раствора 30%-ным раствором трибутилфосфата в алифатическом разбавителе.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, а именно к переработке жидких радиоактивных отходов, в частности кубовых остатков выпарных установок переработки трапных вод атомных электростанций.

Заявленное изобретение относится к способу переработки облученного топлива АЭС. Заявленный способ включает совместное экстракционное извлечение урана, плутония, нептуния и технеция 30%-ным трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе из азотнокислого раствора, промывку экстракта этих элементов раствором азотной кислоты, восстановительную реэкстракцию плутония и нептуния с отмывкой от урана с технецием комплексующим восстановителем - ацетогидроксамовой кислотой, селективную восстановительную реэкстракцию технеция раствором того же восстановителя с гидразином и реэкстракцию урана.
Изобретение относится к способу разрушения азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений и может быть использовано для переработки растворов, образующихся при производстве и переработке ядерного топлива, содержащих соединения восстановленного азота, а также фосфорсодержащие соединения, к которым относятся растворы от регенерации экстрагента и комплексоны, образующие при упаривании среднеактивных хвостовых растворов неразлагаемые остатки, что не позволяет направлять растворы на остекловывание.

Изобретение относится к диамидам 2,2′-бипиридил-6,6′-дикарбоновых кислот формулы , где X=R1=H, R2=4-C6H13, или X=R1=H, R2=4-Et, или X=R1=H, R2=4-iPr, или X=H, R1=2-Me, R2=4-Me, или X=H, R1=2-Me, R2=5-Me, или X=H, R1=3-Me, R2=4-Ме, или X=R1=H, R2=4-OEt, или X=Br, R1=R2=H, или X=Br, R1=H, R2=4-C6H13, или X=R1=H, R2=2-F, или X=R1=H, R2=3-F, или X=R1=H, R2=4-F, или X=NO2, R1=R2=H.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения. Способ переработки жидких радиоактивных отходов включает фильтрацию потока отходов, обработку отходов озоном, разделение окисленного потока на сгущенный шлам и жидкую фазу путем фильтрации, мембранную микрофильтрацию с отделением от жидкой фазы радионуклидов в связанной форме, доочистку жидкой фазы на селективных сорбентах, окисление перед обработкой отходов озоном путем введения перекиси водорода, корректировку pH для обеспечения оптимальных условий окисления на каждом этапе окисления. После проведения окисления раствора на первом этапе окисленный раствор подвергают сорбции и фильтрации на промежуточном фильтре и подают на вторую стадию окисления путем озонирования. Изобретение позволяет повысить надежность способа и упростить технологическое оформление процесса.4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к комплексной переработке сложных по составу жидких борсодержащих отходов АЭС. Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включает введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия. Исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты. Нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция. Борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция. Раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция. Осадок борной кислоты отделяют и сушат. Электродиализу подвергают маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия. Изобретение позволяет снизить энергоемкость способа и сократить количество захораниваемых вредных отходов. 8 з.п. ф-лы, 5 пр.

Наверх