СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ КОАГУЛЯЦИОННЫХ ПУЛЬП Российский патент 2005 года по МПК G21F9/16 

Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности, более конкретно - к способам переработки радиоактивных коагуляционных пульп, образующихся в процессе очистки радиоактивных сточных вод или растворов, методом химической коагуляции.

Очистка радиоактивных сточных вод или растворов методом химической коагуляции состоит в ведении в очищаемый раствор реагентов-коагулянтов, которые, гидролизуясь, образуют малорастворимые хлопья гидроокиси, захватывающие вместе с собой радионуклиды и выпадающие в виде рыхлого осадка. В качестве коагулянтов чаще всего используют такие недорогие реагенты, как соли железа, алюминия или кальция /1/ (В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. - М.: Атомиздат, 1979, с.217).

Для удаления из радиоактивных сточных вод цезия-137 используют в качестве коагулянтов ферроцианиды железа, никеля, меди и цинка /2/ (А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.36).

Известен способ переработки коагуляционных пульп гидроокисей железа, алюминия, марганца, согласно которому пульпу, имеющую низкий уровень активности, смешивают с 20-50% мас. портландцемента, приготовленную густую смесь уплотняют вибрационным методом и сформованную цементную массу подвергают сушке с различным временем выдержки. После отверждения цементные блоки поступают в специальные могильники (бетонные резервуары) на хранение /3/ (Ю.М.Бутт, В.В.Тимашев и др. Цементирование гидроокисных осадков, содержащих некоторые радиоактивные элементы. - Атомная энергия, т.17, №2, 1964, с.124-129).

Недостатками способа являются непригодность его использования для переработки гидроокисных пульп, имеющих средний и высокий уровень активности, недостаточная механическая прочность цементных блоков при содержании солей в цементном камне более 150 г/кг, а также высокая степень выщелачиваемости радионуклидов из цементной матрицы.

Существует способ переработки коагуляционных пульп методом битумирования /4/ (Б.С.Колычев, В.В.Куличенко, А.А.Хоникевич, В.М.Седов. Включение радиоактивных отходов в битум. - Атомная энергия, т.26, №6, 1969, с.531-532). Согласно данному способу радиоактивный шлам с помощью шнека подается в битуматор, где происходит упаривание содержащейся в шламе (пульпе) воды, смешивание при интенсивном перемешивании твердого остатка отходов с расплавленным при температуре 200-300°С неэмульгированным битумом. При содержании в битуме около 40% мас. твердого остатка приготовленную смесь через коллектор выливают в металлические барабаны объемом 200 литров и после охлаждения их транспортируют на хранение. Недостатками способа являются горючесть битума, используемого в качестве органического компаунда, непригодность применения способа для утилизации высокоактивных пульп, так как при включении высокоактивных пульп в битум или другие органические компаунды будет происходить их саморазогрев за счет сильного ионизирующего излучения.

По другому известному способу коагуляционные пульпы сначала подвергают вымораживанию, затем фильтрованию, а собранный с вакуум-фильтров осадок загружают в бочки, которые отправляют на захоронение в море /5/ (В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. - М.: Атомиздат, 1979, с.225-226). Основным недостатком способа является то, что после коррозионного разрушения металлических бочек будет происходить радиоактивное загрязнение экосистемы моря.

При анализе общедоступной литературы каких-либо других известных аналогов, наиболее близких заявляемому способу, не найдено.

Технической задачей изобретения является переработка и отверждение коагуляционных пульп способом, исключающим их сброс в открытую экосистему, обеспечивающим надежную фиксацию содержащихся в пульпе радионуклидов, гарантирующим экологическую безопасность радиохимического производства.

Поставленная задача достигается тем, что коагуляционные пульпы смешиваются с азотнокислыми растворами, приготовленная смесь флюсуется стеклообразующими элементами и направляется на отверждение остекловыванием. Или приготовленная смесь упаривается, а затем флюсуется и остекловывается. Или коагуляционные пульпы смешиваются со стеклообразующим раствором, смесь при необходимости дополнительно корректируется стеклообразующими элементами и направляется на остекловывание. Или коагуляционные пульпы флюсуются стеклообразующими элементами, при необходимости обрабатываются реагентами-собирателями (флотаторами) и направляются на остекловывание.

Примеры 1-6 иллюстрируют заявляемый способ.

Пример 1. Перерабатывается коагуляционная пульпа состава, г/л: Fе(ОН)₃ от 3 до 50; Са - 2; Mg - 1,25; Na - 0,25; Mn - 0,14; Al - 0,14; альфа-нуклиды - 2·10⁴ Бк/л; бета-нуклиды - 2,6·10⁴ Бк/л; влажность пульпы от 40 до 98,5%; рН 11-11,5.

Пульпа смешивается с жидкими азотнокислыми отходами, имеющими состав, г/л: HNO₃ - 200; U - 0,1; Pu - 0,6·10^-3; Np - 1·10^-5, продукты деления - 3000 мкР/с·л, объемная бета-активность - 100 Ки/л. Смешивание пульпы и азотнокислых отходов проводят в соотношении, обеспечивающем гомогенность приготовленной смеси посредством полного перевода гидроокиси железа и других примесных гидроокисей в нитратную форму, а также обеспечивающем минимальное содержание свободной азотной кислоты, например, на уровне 0,5 моль/л. Приготовленная смесь флюсуется стеклообразующими элементами, например бором и/или кремнием, или бором и/или фосфором, алюминием, натрием с учетом области их стеклообразования и направляется на остекловывание.

Пример 2. Перерабатывается пульпа состава, приведенного в примере 1. Переработка пульпы осуществляется следующим образом. Пульпа смешивается с жидкими азотнокислыми отходами состава, приведенного в примере 1, в соотношении 0,5:2 соответственно, приготовленная смесь упаривается с кратностью до 20, а полученный кубовый раствор флюсуется стеклообразующими элементами аналогично примеру 1 и направляется на остекловывание.

Пример 3. Перерабатывается пульпа состава, приведенного в примере 1.

Переработка пульпы осуществляется следующим образом. Пульпа смешивается в соотношении 0,5:2,5 со стеклообразующим раствором состава, г/л: Na - 30; Аl - 25; Р - 45; HNO₃ - 200; U - 0,1; Pu - 1·10-⁴; Np - 1·10^-5; ТБФ - 0,2; н-парафины - 0,1. Мощность экспозиционной дозы стеклообразующего раствора (МЭД) - 1200 мкР/с·л, бета-активность - 100 Ки/л. После смешивания пульпы и стеклообразующего раствора приготовленная смесь направляется на остекловывание.

Пример 4. Перерабатывается пульпа состава, приведенного в примере 1, с тем отличием, что основным компонентом пульпы вместо Fе(ОН)₃ является гидроокись алюминия - Аl(ОН)₃. Переработка пульпы осуществляется аналогично примерам 1, 2 с тем отличием, что в приготовленную смесь флюс, содержащий алюминий, не вводится.

Пример 5. Перерабатывается пульпа состава, приведенного в примере 1 или 4. Пульпа флюсуется стеклообразователями и поступает на остекловывание. Для обеспечения равномерности распределения твердой фазы пульпы в флюсующих добавках (растворитель) и ее временной устойчивости в процессе ее подачи в печь остекловывания или вынужденного хранения смесь пульпы и флюсующих реагентов дополнительно может быть обработана флотаторами, например первичными, вторичными, третичными аминами с содержанием атомов углерода в углеводородном радикале от 10 до 26. В данном примере обработка смеси пульпы и флюсующих добавок осуществляется катионным собирателем (флотатором) марки ИМ-11 из расчета 50-200 грамм на 1 м³ смеси.

Пример 6. Перерабатывается пульпа, полученная после очистки сточных вод или растворов с использованием в качестве коагулянтов соединений кальция или ферроцианидов железа, никеля, меди, цинка. Переработка пульп осуществляется аналогично примерам 1, 2, 3, 5.

Преимущества заявляемого способа переработки и отверждения радиоактивных коагуляционных пульп, образующихся в процессе очистки радиоактивных сточных вод или растворов методом химической коагуляции, состоят в том, что способ позволяет перерабатывать коагуляционные пульпы любого уровня активности, а также пульпы, содержащие долгоживущие альфа-нуклиды, исключить сброс пульп в открытую экосистему, обеспечить надежную фиксацию содержащихся в пульпе радионуклидов.

Заявляемый способ позволяет вторично использовать железо, алюминий, кальций, марганец, содержащиеся в коагуляционных пульпах, в качестве модификаторов стекломассы и исключить их введение в виде чистых реагентов при остекловывании жидких радиоактивных отходов.

Изобретение относится к области обезвреживания жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ переработки и отверждения радиоактивных коагуляционных пульп включает их смешивание с жидкими азотнокислыми растворами для растворения, флюсование стеклообразующими элементами и остекловывание. Преимущество изобретения заключается в надежной фиксации радиоактивных отходов. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки и отверждения радиоактивных коагуляционных пульп, образующихся в процессе очистки радиоактивных сточных вод или растворов методом химической коагуляции, включающий смешивание коагуляционных пульп с жидкими азотно-кислыми растворами для растворения, флюсование стеклообразующими элементами и остекловывание.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовленную смесь перед флюсованием упаривают.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение пульп азотно-кислым раствором проводится при условии содержания свободной кислоты после растворения не менее 0,5 моль/л.