СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ НИТРАТА ГИДРОКСИЛАМИНА В СТОЧНЫХ ВОДАХ Российский патент 2018 года по МПК C02F1/58 C02F1/28 C01B21/14 C02F101/38 C02F103/36 

Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к способам обезвреживания нитрата гидроксиламина (НГА) в сточных водах.

Водные растворы НГА используются при переработке отработанного ядерного топлива методом жидкостной экстракции.

Концентрированные (более 60%) водные растворы НГА, являясь энергичными окислителями, составляют основу ряда топлив различного назначения.

В результате технологических процессов, связанных с производством и применением НГА, затруднительно избежать его попадания в сточные воды. Поскольку такие отходы не могут быть обезврежены биологическими методами, они подлежат дополнительной переработке в менее токсичные и агрессивные соединения.

Известен способ [Рафеев В.А., Рубцов Я.И. Кинетика и механизм термического разложения нитрата гидроксиламмония. Известия АН РФ, серия химическая. 1993, №.11. стр. 1897-1991] термического обезвреживания НГА в сточных водах.

Недостатком этого способа является высокая опасность технологического процесса, связанная с тем, что существует возможность взрыва.

Известен [Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989, стр. 396-397] огневой способ обезвреживания НГА в сточных водах.

Недостатком этого способа является его вредное воздействие на персонал и окружающую среду, т.к. образуются токсичные оксиды азота (NO, NO₂, N₂O₃, N₂O₅).

Известен способ [пат. США 4725360, МПК B01J 39/04, оп. 16.02.1988] обезвреживания НГА в сточных водах пропусканием через сильнокислотную ионообменную смолу (полистиролсульфонат), с последующей ее регенерацией. Однако этот способ сопровождается необходимостью регенерации смолы и, кроме того, невозможно обезвреживание отходов с высоким содержанием НГА.

Известен способ [пат. США 4927542, МПК C02F 1/72, оп. 22.05.1990] обезвреживания НГА в сточных водах оксидом марганца (IV) при pH 1-4 и температуре 10-100°C.

Способ требует создания кислой среды и дальнейшего извлечения соединений марганца из сточных вод перед их окончательной утилизацией.

Известен способ [пат. США 5485722, МПК С06В 21/00, оп. 23.01.1993] обезвреживания НГА в сточных водах путем его каталитического разложения, с использованием в качестве катализаторов платиновых или переходных металлов (рассматриваются только платиновые металлы). Однако применение этого способа включает необходимость использования редких дорогостоящих катализаторов.

Наиболее близким является способ [пат. США 5062966, МПК C02F 9/00, оп. 05.11.1991] обезвреживания НГА в сточных водах гидроксидом натрия и источниками ионов гипохлоритов при pH свыше 8 (авторами способа рекомендовано свыше 12).

Недостатком этого способа является его сложность, заключающаяся в необходимости обеспечить сильнощелочную среду и последующую нейтрализацию сточных вод перед их окончательной утилизацией. Также способ оказывает вредное воздействие на окружающую среду и персонал: образуются токсичные соединения хлора, нитроамины и высшие оксиды азота.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа обезвреживания нитрата гидроксиламина в сточных водах с достижением следующего технического результата: повышение безопасности, упрощение и удешевление по сравнению с ранее известными способами.

Сущность изобретения состоит в том, что разработан способ, включающий обезвреживание НГА в сточных водах гидроксидом натрия, в массовом соотношении (3-4,8):1 соответственно, в присутствии активированного угля при температуре 80-120°C в течение 1-4 часов.

Способ осуществляют следующим образом:

Процесс проводят в две стадии. На первой стадии в реактор, снабженный перемешивающим устройством и термопарой, при постоянном перемешивании вносят порцию сточных вод определенной массы, содержащих определенную концентрацию НГА, и гидроксид натрия, в массовом соотношении (3-4,8):1 соответственно. В результате происходит частичное превращение НГА в гидроксиламин:

На второй стадии после полного растворения гидроксида натрия реакционную смесь нагревают до 80-120°C и вносят активированный уголь. Проведение процесса при температуре ниже 80°C и в отсутствии активированного угля нецелесообразно из-за крайне низкой скорости взаимодействия. Начинается экзотермическая реакция с интенсивным газовыделением. При этом происходит взаимодействие НГА с образовавшимся на первой стадии гидроксиламином по одному из следующих механизмов:

при массовом соотношении НГА к гидроксиду натрия 3:1, или

при массовом соотношении НГА к гидроксиду натрия 4,8:1.

Температуру продолжают поддерживать в интервале 80-120°C до прекращения газовыделения (1-4 часа). Окончание процесса определяют визуально по отсутствию выделения NO₂ (имеет красно-бурый цвет) при добавлении реакционной смеси (0,1-0,5 мл) в горячую концентрированную азотную кислоту:

pH полученного в результате обезвреживания раствора равно 6-7.

При обработке сточных вод предлагаемым способом содержание НГА в них резко сокращается либо он практически отсутствует.

ПРИМЕРЫ ПРОВЕДЕНИЯ СПОСОБА

Пример 1

В реактор, снабженный термопарой и перемешивающим устройством, при постоянном перемешивании вносят 132,33 г сточных вод с концентрацией НГА 66,40%. Таким образом, масса НГА составляет 87,86 г. Затем при перемешивании вносят 18,30 г гидроксида натрия (массовое соотношение НГА к гидроксиду натрия 4,8:1). После полного растворения гидроксида натрия в реакционную смесь вносят 0,50 г активированного угля. Начинается газовыделение, которое ускоряется до состояния энергичного кипения. Температуру доводят до 120°C и поддерживают до прекращения газовыделения. Если при добавлении пробы смеси в горячую концентрированную азотную кислоту выделение NO₂ не заканчивается, нагрев продолжают. Длительность процесса составляет 1 час. Анализ методом окислительно-восстановительного титрования показал остаточное содержание НГА 0,024%, то есть он практически обезврежен.

Пример 2

В реактор при перемешивании вносят 71,40 г сточных вод с концентрацией НГА 70,00%. Рассчитанная масса НГА составляет 50,00 г. Затем вносят 16,60 г гидроксида натрия (массовое соотношение НГА к гидроксиду натрия 3:1). После полного растворения гидроксида натрия в реакционную смесь вносят 0,25 г активированного угля. Начинается газовыделение. Температуру доводят до 80°C и поддерживают в течение 1,5 часов. Анализ методом окислительно-восстановительного титрования показал остаточное содержание НГА 0,160%, то есть в основном его масса обезврежена.

Пример 3

В реактор при перемешивании вносят 127,00 г сточных вод с концентрацией НГА 66,40%. Рассчитано, что масса НГА - 84,26 г. Затем вносят 20,02 г гидроксида натрия (массовое соотношение НГА к гидроксиду натрия 4,2:1). После полного растворения гидроксида натрия в реакционную смесь вносят 0,38 г активированного угля. Начинается газовыделение. Температуру доводят до 100°C и поддерживают в течение 2 часов. Анализ методом окислительно-восстановительного титрования не показал присутствия НГА. Таким образом, весь НГА обезврежен.

Пример 4

В реактор при перемешивании вносят 100,00 г сточных вод с концентрацией НГА 66,40%. Рассчитанная масса НГА составляет 66,40 г. Затем вносят 13,83 г гидроксида натрия (массовое соотношение НГА к гидроксиду натрия 4,8:1). После полного растворения гидроксида натрия в реакционную смесь вносят 0,25 г активированного угля. Начинается газовыделение. Температуру доводят до 80°C и поддерживают в течение 4 часов. Анализ методом окислительно-восстановительного титрования не показал присутствия НГА.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении безопасности, упрощении и удешевлении обезвреживания НГА в сточных водах.

Предлагаемый способ прост в осуществлении и может быть реализован на стандартном оборудовании.

Изобретение может быть использовано в топливной промышленности при переработке отработанного ядерного топлива методом жидкостной экстракции. Способ включает обработку сточных вод, содержащих нитрат гидроксиламина, гидроксидом натрия в массовом соотношении (3-4,8):1 соответственно, в присутствии активированного угля и при температуре 80-120°C в течение 1-4 часов. Способ обеспечивает практически полное обезвреживание нитрата гидроксиламина в сточных водах, повышение безопасности, упрощение и удешевление процесса.

Способ обезвреживания нитрата гидроксиламина в сточных водах гидроксидом натрия, включающий взаимодействие нитрата гидроксиламина с гидроксидом натрия в массовом соотношении (3-4,8) : 1 соответственно в присутствии активированного угля при температуре 80-120°С в течение 1-4 часов.