СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО УРОВНЯ АКТИВНОСТИ Советский патент 1994 года по МПК G21F9/12 

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к переработке жидких радиоактивных отходов перед их отверждением и захоронением. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован на централизованных пунктах захоронения радиоактивных отходов, а также на атомных электростанциях и радиохимических предприятиях, имеющих подразделения по переработке радиоактивных отходов.

Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включающий извлечение радионуклидов из жидкой фазы с помощью ионного обмена.

Недостатками этого способа являются необходимость предварительной очистки ЖРО от примесей, влияющих на процесс ионного обмена (например от комплексообразователей) и ухудшающих ионообменные свойства ионитов; быстрое истощение ионитов при солесодержании очищаемой воды свыше 1 г/л и как следствие этого необходимость предварительного обессоливания ЖРО; высокая стоимость ионитов.

Известен способ извлечения из водных растворов продуктов облученного ядерного топлива (уран-238, плутоний-239, нептуний-239, трансурановых элементов) с применением метода экстракции.

Недостатками данного способа являются сложность проведения процесса экстракционного извлечения радионуклидов; большой расход экстрагентов; длительность процесса, определяемая законами диффузии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ извлечения цезия-137 из водных растворов, включающий экстракцию цезия-137 путем электродиализа в двухкамерном электродиализаторе с жидкой мембраной, содержащей изооктиловый эфир монометилфосфоновой кислоты, 4,4-дитетрабутилбензо-24-К-8 и толуол с подачей в анодное пространство водного раствора цезия-137, а в катодное - раствора минеральной кислоты (соляной, серной, азотной).

Недостатками предлагаемого способа являются преимущественное извлечение цезия-137; ненадежность процесса извлечения цезия-137, обусловленная возможность электролитического "пробоя" жидкой мембраны.

Так как в процессе извлечения цезия-137 путем электродиализа исходный раствор, содержащий цезий-137, постоянно контактирует с жидкой мембраной через полупроницаемую перегородку, то в процессе реализации способа происходит постепенное насыщение жидкой органической мембраны водой. По достижении некоторой критической концентрации водной фазы в жидкой органической мембране может произойти так называемый "пробой", обусловленный коагуляцией частиц воды в жидкой мембране с образованием водных каналов, напрямую соединяющих катодное и анодное пространства электродиализатора. В результате упомянутого процесса вместе с радиоактивным цезием-137 в катодное пространство по водным каналам будут переходить также и нерадиоактивные компоненты, вследствие чего процесс селективного извлечения радиоактивного цезия-137, как таковой, просто прекратится.

Цель изобретения - обеспечение совместного с цезием-137 селективного извлечения из водных растворов ЖРО стронция-90 при одновременном повышении надежности процесса извлечения.

Акцент на очистке ЖРО от цезия-137 и стронция-90 объясняется тем, что указанные радионуклиды являются наиболее опасными из всех радионуклидов, входящих в состав ЖРО низкого и среднего уровня активности.

Поставленная цель достигается за счет того, что извлечение цезия-137 и стронция-90 из водных растворов ЖРО, включающее экстракцию, осуществляется путем электродиализа в двухкамерном электродиализаторе с жидкой мембраной, содержащей, мас. % :
4,4-Дитетрабутилбен-
зо-24-краун-8 0,5-25
Ди-2-этилгексилфос-
форную кислоту 1-35
Перхлорэтилен Остальное
Подачу в анодное пространство водного раствора ЖРО, а в катодное - раствора минеральной кислоты (соляной, серной, азотной) ведут при непрерывной циркуляции жидкой мембраны, причем в процессе циркуляции жидкая мембрана последовательно подвергается операции частичного обезвоживания в отстойнике и операции обработки в "вихревом слое".

Отличительными признаками предлагаемого способа являются использование в качестве жидкой мембраны смеси 4,4-тетрабутилбензо-24-краун-8, ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и перхлорэтилена при указанном соотношении компонентов, обеспечивающей совместное селективное извлечение цезия-137 и стронция-90 из ЖРО; применение операции обезвоживания жидкой мембраны за счет отстоя от основной массы водной фазы (на 65-70% ), снижающей вероятность электролитического "пробоя" жидкой мембраны; операция обработки частично обезвоженной жидкой мембраны в "вихревом слое", значительно снижающая вероятность коагуляции оставшейся водной фазы в жидкой мембране, и тем самым значительно снижающая вероятность электролитического пробоя жидкой мембраны.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Концентратор ЖРО, содержащий 10 х х10^-9 г/л цезия-137, 9˙10^-9 г/л стронция-90 и 44,6 г/л посторонних примесей (натрий-нитрат-ионы) величиной рН 5, помещают в анодную камеру электродиализатора. Заливают жидкую мембрану состава, мас. % : ди-2-этилгексилфосфорная кислота 5; 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8 5; перхлорэтилен 93,5.

Жидкая мембрана находится между полупроницаемыми перегородками из фторопласта-42 с диаметром пор 400 нм и толщиной 0,15 мм, причем жидкая мембрана циркулирует по замкнутому контуру, последовательно проходя водоотстойник и активную зону аппарата "вихревого слоя", представляющую собой пространство внутри индукторной обмотки, в котором находятся цилиндрические тела вращения, изготовленные из ферромагнитного материала. При подведении напряжения к индукторной обмотке тела вращения под действием вращающегося магнитного поля приходят в состояние хаотического движения, создавая "вихревой слой". Предварительно обезвоженная от основной массы воды в отстойнике (на 65-70% ) и обработанная в "вихревом слое" жидкая мембрана опять возвращается в электродиализатор, где вновь выполняет свою функцию по прямому назначению. В процессе электродиализаторной переработки ЖРО цезий-137 и стронций-90 селективно переходят из катодной камеры в анодную, причем степень извлечения цезия-137 составляет 99,9 мас. % , а стронция - 99,5 мас. % . Процесс извлечения цезия-137 и стронция-90 проводится непрерывно в течение 72 ч, при этом не наблюдается каких-либо признаков перехода из катодной камеры в анодную посторонних примесей-ионов натрия и нитрат-ионов. Экспериментальные данные, подтверждающие достижение положительного эффекта при других предлагаемых составах жидкой мембраны, представлены в таблице.

Как видно из таблицы, при значениях концентраций компонентов жидкой мембраны нижнепредельных значений степень селективного извлечения цезия-137 и стронция-90 является пониженной (60-95 мас. % для цезия-137 и 82-85 мас. % для стронция-90). Увеличение концентраций компонентов жидкой мембраны свыше верхнепредельных не увеличивает надежности проведения процесса переноса цезия-137 и стронция-90 за счет того, что плотность жидкой мембраны становится сравнимой с плотностью воды, и на стадии отстоя не достигается необходимого разделения водной и органической фаз. Вследствие этого снижается время возникновения эффекта электролитического "пробоя".

Предлагаемый способ позволяет увеличить продолжительность проведения процесса разделения не меньше, чем в 7-36 раз. (56) Коростелев Д. П. Водный режим и обработка радиоактивных вод АЭС. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 124-126.

Громов Б. В. и др. Химическая технология облученного ядерного топлива. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 121.

Авторское свидетельство СССР N 1005350, кл. В 01 D 3/02, 1985.

Использование изобретения: переработка жидких радиоактивных отходов перед их отверждением и захоронением, очистка отходов от радионуклидов. Сущность изобретения: селективное извлечение радионуклидов церия-137 и стронция-90 путем экстракционного электродиализа с применением жидкой мембраны, имеющей в своем составе 4,4-дитетробутил-бензо-24-краун-9, ди-2-этилгексилфосфорную кислоту и перхлорэтилен, причем жидкая мембрана циркулирует по замкнутому контуру, последовательно проходя стадии частичного обезвоживания и обработки в вихревом слое. 1 табл.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО УРОВНЯ АКТИВНОСТИ, включающий селективное извлечение цезия-137 путем экстракционного электродиализа с использованием жидкой мембраны, содержащей 4,4-дитетрабутилбензо-24-краун-8, отличающийся тем, что, с целью обеспечения совместного с цезием-137 селективного извлечения стронция-90 при одновременном повышении надежности процесса извлечения, жидкая мембрана дополнительно содержит ди-2-этилгексилфосфорную кислоту и перхлорэтилен в соотношении компонентов, мас. % :
4,4-Дитетробутилзбензо-24-краун-8 0,5 - 25
Ди-2-этилгексилфосфорная кислота 1 - 35
Перхлорэтилен Остальное
и циркулирует по замкнутому контуру, причем в процессе циркуляции жидкую мембрану сначала частично обезвоживают, а затем обрабатывают в "вихревом слое".