СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ОБЪЕМА СМЕСИ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СМОЛ И ИНЕРТНЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Российский патент 2000 года по МПК G21F9/06 B01J41/00 

Изобретение относится к способу уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы.

На атомных электростанциях используют порошкообразные ионообменные смолы в форме намывных слоев для очистки, например, потоков конденсата и сточных вод. Для улучшения намывных характеристик и срока службы действующего в качестве фильтра намывного слоя к порошкообразной ионообменной смоле, которая в дальнейшем обозначается также как порошковая смола, добавляют инертный материал в виде коротких, тонких фильтрующих волокон. Эти фильтрующие волокна состоят, как правило, из полиакрилнитрила. При намывании фильтра волокна оседают в виде неупорядоченного скопления. Частицы порошковой смолы фиксированы в промежуточных пространствах скопления. Выполненный таким образом намывной слой имеет низкое гидравлическое сопротивление и отличается тем, что не образуются никакие трещины.

Трещины такого вида, которые часто вызываются процессами усадки, могут часто наблюдаться в случае чистых намывных слоев порошковой смолы без фильтрующих волокон.

Преимуществам, которые предлагают эти комбинированные намывные материалы для работы подобного вида энергетических установок, противостоят однако известные недостатки при удалении использованных фильтрующих веществ. Использованные фильтрующие материалы обычно в виде суспензии размывают в так называемые "high integrity" - контейнеры и обезвоживают там через встроенные фильтровальные свечи. Заполненные обезвоженными фильтрующими веществами контейнеры попадают таким образом на окончательное хранение. За счет уже описанной ранее структуры фильтрующего материала на единицу объема является очень малым, при этом плотность после встряхивания типичных намывных материалов порошковой смолы лежит в диапазоне от 0,37 до 0,42 г/см³ в доставленном состоянии. Сушка материала хотя и обусловливает уменьшение объема порядка 35%, однако при проникновении воды в заполненные высушенным материалом контейнеры в окончательном хранилище существует опасность разрушения упаковок вследствие возникающего при этом давления разбухания.

Из EP 0262823 известен способ уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы, причем смесь сначала сушат и затем подвергают дополнительной термообработке. Недостатком способа является его низкая эффективность.

Задачей изобретения является создание более эффективного способа уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы, обеспечивающего получение пригодного для окончательного хранения продукта отходов.

Эта задача решается тем, что при способе уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы, причем смесь сначала сушат и затем подвергают дополнительной термообработке, согласно изобретению к смеси добавляют растворяющий фильтрующие волокна растворитель.

При обработке фильтрующих волокон из полиакрилнитрила в качестве растворителя используют диметилформамид, диметилацетамид, диметилсульфоксид, этиленкарбонат или хлорид цинка.

Дополнительную термообработку осуществляют в диапазоне температур от 120 до 220^oC, причем к высушенной и обработанной растворителем смеси добавляют 10 - 50 вес.% гидроокси натрия, карбонат калия, окиси кальция, гидроокси кальция, бората или пятиокиси фосфора.

Дополнительную термообработку осуществляют в диапазоне температур от 130 до 190^oC, причем к высушенной и обработанной растворителем смеси добавляют 10 - 50 вес.% гидроокси натрия, карбонат калия, окиси кальция, гидроокси кальция, бората или пятиокиси фосфора.

Кислореагирующие смеси для предотвращения коррозии упаковок смешивают с окисью кальция или магния до установления от нейтрального до слабощелочного значения основного водорода pH.

Щелочнореагирующие смеси смешивают с борной кислотой или кислыми солями фосфорной кислоты до установления, по меньшей мере, приблизительно нейтрального основного водородного показателя pH.

Смесь подвергают сушке при температуре от 40 до 200^oC.

Растворитель к смеси добавляют в процессе сушки смеси.

Термообработку проводят в диапазоне температур от 120 до 220^oC.

Изобретение исходит из соображения, что составляющая инертных фильтрующих волокон в смеси, т.е. в намывных материалах порошковой смолы, является ответственной за неэффективное использование пространства при конечном хранении в качестве продукта радиоактивных отходов.

Процесс сушки служит поэтому прежде всего для удаления содержащейся в отходах воды, в то время как путем добавки распускающего или растворяющего фильтрующие волокна вещества, т. е. путем добавки растворителя происходит структурное разложение составляющей фильтрующих волокон. За счет этого обеспечивается существенное уменьшение объема продукта отходов.

Помимо упомянутых выше органических растворителей для структурного разложения, состоящих, как правило, из полиакрилнитрила фильтрующих волокон, пригодны также такие неорганические растворители, как соли тиоциановой (роданисто-водородной) кислоты, азотной кислоты, серной кислоты, а также уже называвшийся хлорид цинка.

Если в качестве растворителя используют названные органические соединения, то после окончания процесса сушки или к началу дополнительной термообработки их удаляют из смеси, например путем дистилляции. В противоположность этому используемые в качестве растворителя неорганические вещества полностью остаются в продукте отходов.

Пример осуществления способа
100 г готовой смеси из порошковой смолы сорта ECODEX x-203-H и инертных синтетических волокон, например из полиакрилнитрила, содержание волокон в которой составляет от 10 до 30%, т.е. столько, сколько необходимо для структурной стабилизации смолы, с содержанием воды 63,2% и объемом после встряхивания 296 мл смешивают путем интенсивного встряхивания в литровой круглодонной колбе с 50 г безводного хлорида цинка. Затем смесь сушат на масляной бане при температуре 80^oC на ротационном испарителе при давлении порядка 50 мбар. Если основное количество воды после промежутка времени около получаса является передистиллированным, температуру ванны устанавливают на 160^oC, причем реакционную смесь выдерживают при этой температуре в течение примерно одного часа. После охлаждения круглодонной колбы изолируют 61,2 г комковатого густо-черного продукта реакции. Объем этого продукта после размельчения грубозернистой составляющей составил 90 мл.

При увлажнении черной массы не было установлено сколько-нибудь измеримого разбухания. Путем смешивания 40,5 г продукта реакции с 7,35 г окиси магния получают без увеличения объема темно-серый порошок, который вследствие образования основных солей цинка и магния оказывает значительное сопротивление поглощению воды.

Предложен способ уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы для создания особенно пригодного для окончательного хранения продукта отходов. К смеси добавляют растворяющий фильтрующие волокна растворитель и получающуюся при этом смесь вначале сушат, а затем подвергают дополнительной термической обработке. Способ позволяет уменьшить объем отходов. 8 з.п.ф-лы.

1. Способ уменьшения объема смеси из фильтрующих волокон и порошкообразной ионообменной смолы, причем смесь сначала сушат и затем подвергают дополнительной термообработке, отличающийся тем, что к смеси добавляют растворяющий фильтрующие волокна растворитель. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке фильтрующих волокон из полиакрилнитрила в качестве растворителя используют диметилформамид, диметилацетамид, диметилсульфоксид, этиленкарбонат или хлорид цинка. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительную термообработку осуществляют в диапазоне температур от 120 до 220^oС, причем к высушенной и обработанной растворителем смеси добавляют 10 - 50 вес.% гидроокиси натрия, карбоната калия, окиси кальция, гидроокиси кальция, бората или пятиокиси фосфора. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что дополнительную термообработку осуществляют в диапазоне температур от 130 до 190^oС, причем к высушенной и обработанной растворителем смеси добавляют 10 - 50 вес.% гидроокиси натрия, карбоната калия, окиси кальция, гидроокиси кальция, бората или пятиокиси фосфора. 5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что кислореагирующие смеси для предотвращения коррозии упаковок смешивают с окисью кальция или магния до установления от нейтрального до слабо щелочного значения показателя рН. 6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что щелочно реагирующие смеси смешивают с борной кислотой или кислыми солями фосфорной кислоты до установления, по меньшей мере, приблизительно нейтрального значения показателя рН. 7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что смесь подвергают сушке при температурах от 40 до 200^oС. 8. Способ по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что растворитель к смеси добавляют в процессе сушки смеси. 9. Способ по одному из пп.1 - 8, отличающийся тем, что термообработку проводят в диапазоне температур от 120 до 220^oС.