ПЕНОГАСИТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК B01D19/04 G21C19/46 

Изобретение предназначено для использования в радиохимической промышленности и касается снижения ценообразования при растворении алюминийсодержащих твэлов в азотной кислоте.

В настоящее время на заводе по радиохимической переработке облученного ядерного топлива одной из первых стадий технологического процесса является перевод топливной композиции в азотно-кислый раствор. При растворении алюминийсодержащего облученного ядерного топлива в азотной кислоте наблюдается обильное пенообразование, приводящее к нарушениям в работе аппарата-растворителя. Одним из возможных путей решения данной проблемы является применение пеногасителей.

Известно множество средств для разрушения уже образованной пены или предотвращения ее образования для водных систем с использованием для этих целей фенола, изоамилового и бутилового спирта, этилацетата, трибутилфосфата [Okazari S., Sasaki Т. "Tenside", 1966. - Bd.3. - N 4. - S.115-118].

Применение этих соединений при растворении облученного ядерного топлива невозможно по причине их негативного влияния на сам процесс растворения и на последующие стадии технологического процесса. Так, продукты деструкции трибутилфосфата - дибутилфосфорная и монобутилфосфорная кислоты могут оседать на стенках аппарата-растворителя и нарушать работу контрольно-измерительной аппаратуры, эти же кислоты отрицательно влияют на экстракцию актиноидных элементов раствором трибутилфосфата в углеводородном разбавителе.

Использование в качестве пеногасителей кремнийорганических соединений, например полиметилсилоксанов [Пат. USSR №1009490, кл. В 01 D 19/04] связано с установкой сложного оборудования, необходимого для дозирования пеногасителя в реакционную зону аппарата-растворителя, и ремонт его в случае поломки связан с определенными трудностями.

Целью изобретения является уменьшение пенообразования в процессе растворения алюминийсодержащего облученного ядерного топлива в азотной кислоте путем ввода в реакционную среду пеногасителя. При этом ни сам пеногаситель, ни продукты его деструкции не должны отрицательно сказываться ни на самом процессе растворения, ни на последующих стадиях технологического процесса. Ввод его в реакционную среду должен быть максимально простым и в случае необходимости установки дополнительного оборудования позволять проводить работы в доступной для персонала зоне.

Поставленная цель достигается тем, что впервые в качестве пеногасителя используются соединения класса блоксополимеров оксидов этилена и пропилена - лапрол-6003 или лапрол-5003, или дипроксамин-157 (молекулярные массы 6003, 5003 и 5100 соответственно), применяющиеся в радиохимическом производстве в качестве флокулянтов для укрупнения взвесей при фильтрации высокодисперсных кремнийсодержащих суспензий [Пат. USSR №784895, кл. В 01 D 37/02].

Применение заявляемых реагентов в количестве от 0,25 до 1 г/л позволяет снизить объем образующейся пены в 2,5-2,7 раза относительно контрольных опытов, проведенных без их введения, что достаточно для устойчивой работы аппарата-растворителя. Другое отличие состоит в том, что ввод пеногасителя в реакционную среду осуществляется вместе с последней порцией азотной кислоты, т.е. в тот момент, когда пенообразование наиболее критично для работы аппарата.

Пример. Для растворения алюминия марки АМСН-2 используется азотная кислота с молярной концентрацией 10 моль/л с добавкой 1 г/л ртути (II). Объем кислоты берут из расчета создания массовой концентрации алюминия в конечном растворе 40 г/л. При этом заливают в растворитель 70-80% необходимого объема кислоты и доводят до кипения, затем в нее загружают образцы алюминия, а через 45 с после растворения оксидной пленки и начала бурной стадии процесса вводят оставшуюся порцию азотной кислоты с предварительно растворенным в ней одним из блоксополимеров оксидов этилена и пропилена: лапролом-6003, лапролом-5003 или дипроксамином-157. Количество органического соединения вводится из расчета создания во всей порции кислоты его массовой концентрации от 0,25 до 1 г/л.

На фиг.1, 2, 3 показано действие этих веществ в качестве пеногасителя относительно контрольного опыта.

Контрольный опыт проводится без ввода в последнюю порцию кислоты пеногасителя.

Как видно из представленных данных, все три соединения обладают удовлетворительными коэффициентами пеногашения в области их массовых концентраций от 0,25 до 1 г/л, особенно от 0,5 до 1 г/л, что позволяет эффективно уменьшить величину пенообразования. Эффективность блоксополимеров в качестве пеногасителей при растворении алюминия в азотной кислоте возрастает в ряду: лапрол-5003<дипроксамин-157<лапрол-6003. Резкое сокращение объема пены на 1 минуте от начала растворения (15 секунд после ввода пеногасителя) вызвано наиболее высокой концентрацией пеногасителя в объеме раствора в данный момент времени, в дальнейшем его концентрация несколько снижается за счет деструктивного действия кипящей азотной кислоты. Прекращение пенообразования на 9 минуте объясняется полным растворением взятых для экспериментов образцов алюминия.

Многочисленные эксперименты, проведенные с рядом других органических веществ, относящихся к классу блоксополимеров оксидов этилена и пропилена, не выявили соединений, проявляющих аналогичную или лучшую пеногасящую способность, относительно заявляемых соединений.

Достоинствами предлагаемого пеногасителя являются, во-первых, эффективное сокращение объема пены, образующейся в процессе растворения алюминийсодержащих материалов в азотной кислоте. Во-вторых, ни сам пеногаситель, ни продукты его деструкции не влияют на сам процесс растворения, а также на последующие стадии технологического процесса, что доказано проведенными экспериментами - скорость растворения алюминия не снижается, а на стенках реакционной емкости не образуется каких-либо отложений. Кроме того, многолетний положительный опыт применения заявляемых соединений в качестве флокулянтов на стадии осветления растворов облученного ядерного топлива доказывает отсутствие влияния на последующие стадии технологического процесса. В-третьих, ввод пеногасителя в реакционную зону осуществляется вместе с азотной кислотой, поэтому не требуется установки дополнительного оборудования в зоне действия высоких радиационных полей.

Изобретение может быть использовано в радиохимической промышленности для снижения пенообразования при растворении алюминийсодержащих ТВЭЛов в азотной кислоте. Снижение пенообразования достигается путем введения в реакционную среду предварительно растворенного в азотной кислоте пеногасителя, в качестве которого используют органические соединения класса блоксополимеров оксидов этилена и пропилена - Лапрол-5003, либо Лапрол-6003, либо Дипроксамин-157. 3 ил.

Применение органических соединений класса блоксополимеров оксидов этилена и пропилена - Лапрола-5003, или Лапрола-6003, или Дипроксамина-157 в качестве пеногасителя при растворении алюминийсодержащих ТВЭЛов в азотной кислоте.