Способ обогащения сточной воды, содержащей соединения бора и радионуклиды Советский патент 1993 года по МПК G21F9/08 

метанолом, а например, n-бутанолом до полной этерификации борной кислоты спиртом и полученную реакционную воду и избыточный спирт подвергают отгонке. Полученный сложный эфир на этой стадии дистилляции сначала остается в отстойнике. Азеотроп из бутанола и воды имеет точку кипения 93°С, которая может быть еще понижена дистилляцией при давлении, меньшем, чем атмосферное. Испарительный концентрат, в случае необходимости, следует охладить ниже точки кипения азеотропа. После отгонки оставшегося чистого спирта (при 117,5°С) сложный эфир также можно отогнать путем дальнейшего повышения температуры процесса или дальнейшего снижения давления. Так как точка кипения сложного бутилового эфира лежит при 227°С, температура является достаточной для надежного проведения процесса. После отгонки сложного эфира борной кислоты все нелетучие компоненты остаются в отстойнике в виде твердого продукта. В этом твердом остатке связаны все радионуклиды, а также все не радиоактивные загрязне- ния концентрата, благодаря чему он может подвергаться захоронению. Благодаря особым приемам способа исключается необходимость промежуточного складирования остатков до потери активности сурьмы, прежде чем радионуклиды смогут химически связываться, Это снижает потребность в площади для промежуточного складирования испарительных концентратов, а также серной кислоты. С помощью способа со- гласно изобретению можно таким образом перерабатывать по выбору испарительные концентраты или сточные воды сразу же ил и после продолжительного хранения. В способе согласно изобретению так же как и по известному уровню техники создается возможность включить в цикл спирт, получающийся при омылении сложного эфира борной кислоты и использовать для новой этерификации других концентратов.

Кроме того, спирт можно отделить от предварительно отогнанного азеотропа и вернуть для дальнейшей этерификации, То же самое относится и к борной кислоте, получающейся при омылении, которая после отделения воды без дополнительной очистки может снова добавляться к свежей воде ядерного реактора. i

Путем простой конденсации азеотропа на первой стадии и последующего отделе- ния двухфазной смеси, например, в декан- таторе можно добиться значительно более дешевого разделения азеотропа. Благодаря этому можно еще больше снизить получающиеся остатки за счет того, что с помощыо

обычных химических способов предвари тельно переводятся в осадок нерадиоактив ные соли.

В принципе возможно также применение вторичных или третичных спиртов для этерификации борной кислоты, однако в. этом случае при омылении сложного эфира борной кислоты необходимы другие катализаторы.

В случае необходимости сточные воды перед выпариванием могут подвергаться фильтрации, а твердые вещества отдельно кондиционироваться. При применении щелочных выпарителей перед началом способа согласно изобретению концентрат следует нейтрализовать.

На чертеже схематично показана принципиальная схема проведения способа.

Сточные воды или предварительно концентрированные сточные воды (1) выпариваются на первой стадии способа (2), напри мер, подвергаются сушке. Затем концентрат (3) вместе с борной кислотой-после промежуточного складирования или как вторичные отходы, бораты и остаток воды (4) при медленном вводе избытка длинноце- почного одноатомного спирта (например, бутанола) (5) подвергают этерификации (6) до сложного эфира борной кислоты.

На первой ступени дистилляции (7) азе- отроп бутаиол/вода (8) отделяется от сложного эфира (9) и остатка (10), которые затем подвергают сушке (11), осуществляемой не,- посредственно в емкости для окончательного хранения (бочки) для отделения сложного эфира (9) от остающихся твердых веществ (12). Твердые вещества (12) могут выводиться непосредственно на окончательное захоронение (13), в то время, как сложный эфир омыляется (14) водой.

Получающаяся чистая для анализа кристаллическая борная кислота (10) кондиционируется фильтрацией (15) и сушкой (16) и возвращается в ядерный реактор, фильтрат (12) снова вводится в омылитель (14).

Азеотроп бутанол/вода (8) (0) из омыли- теля (14) и дистиллятора (7) отделяется на второй стадии дистилляции (17) и составленные части возвращаются назад. Оставшаяся чистая вода (18) процесса после контрольного анализа (19) отводится в общий слив.

Все остаточные воды, выделяющиеся в процессе, возможно, содержащие бор, могут скова вводиться в процесс для очистки.

Пример 1. Отводимая от ядерного реактора предварительно концентрированная сточная вода имеет содержание борной кислоты, равное 10 вес. %, а также удельную гамма-активность 0,5 Кюри/тонна, большая часть которой вызывается сурьмой и радиоактивными нуклидами кобальта и марганца. Эта концентрация повышается в испарителе почти до сухого состояния. К этому концентрату постепенно добавляют п-бутанол в устройстве для этерификации при многократном избытке. Реакция осуществляется в обратном потоке в течение нескольких часов при температуре кипения до полного превращения сложного эфира борной кислоты. В заключение остаточная вода, полученная вода реакции, а также избыточный бутиловый спирт в виде азеотропной смеси подвергаются отгонке. В отстойнике остается осадок из нерастворимых солей и сложного трибутилового эфира борной кислоты. Из этого осадка после отгонки азеотропа при абсолютном давлении 800 hPa получают сложный трибутиловый эфир.

Остающийся осадок является практически свободным от борной кислоты и может складироваться непосредственно в емкости для окончательного захоронения. Объемы, отводимые согласно изобретению, в зависимости от исходной концентрации загрязнений в воде могут быть снижены приблизительно до 1% массы концентрата.

Азеотроп отгонки из бутанола и воды, а также, чистый бутанол после этого сначала конденсируется, и в заключение разлагаются в декантаторе на две фазы - бутанол и воду. Вода может использоваться для омыления сложного эфира борной кислоты, а бутанол может.применяться для новой этерификации.

Сложный трибутиловый эфир борной, кислоты гидролизуют водой и отделяют при этом кристаллизующуюся борную кислоту от остальной воды с помощью отделителя и выводят из процесса для того, чтобы использовать для кондиционирования первичной воды реактора с охлаждением водой под давлением. Остаточная вода (избыток) может возвращаться в цикл, спирт, выделяющийся при омылении, также отделяется для дальнейшей этерификации от концентрата.

Пример 2. Специальный предварительный -испаритель на ядерной электростанции работает с. натриевым щелочом. В концентрате имеется бор в виде бората натрия. Для применения способа согласно изобретению сначала нейтрализуют выпаренный концентрат соляной кислотой. Способ проводят аналогично примеру 1.Однако в этом случае за счет нейтрализации осаждяется большое количество хлорита натрии и отводится отдельно или совместно с составляющими остатка. С щелочным концентратом в качестве исходной массы согласно 5 изобретению как остаток остается еще около 10% первоначального количества концентрата.

Формула изобретения

1. Способ обогащения сточной воды, со- 0 держащей соединения бора и радионуклиды, причем сточную воду выпаривают до получения концентрата в-сухом состоянии, после чего на следующей промежуточной стадии путем добавления спирта получают 5 сложный эф - р борной кислоты, от которого отделяют осадки, содержащие радионуклиды, отличающийся тем, что осущест- вляют этерификацию, для чего вводят избыток бутилового спирта или длинноце- 0 ночного однозтомного спирта, причем используют концентрат, имеющий перед вводом температуру ниже точки кипения азеотропа из воды и примененного спирта.

2. Способ по п. 1, отличающийся 5 тем, что из азеотропа, получающегося при этерификации, отделяют спирт и воду и возвращают их в процесс.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отделение осуществляют дис- 0 тилляцией.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что омыляют сложный эфир борной кислоты и полученный таким образом спирт возвращают для этерификации следу- 5 ющего концентрата.

5. Способ по пп. 1-4. отличающий- с я тем, что перед складированием из остатков удаляют нерастворимые соли.

6. Способ по пп. 1-5, отличающий- 0 с я тем, что в качестве длинноцепочного спирта применяют предпочтительно п-бута- нол.

7. Способ по пп. 1-6, отличающий- с я тем, что дистилляцию осуществляют при

5 атмосферном давлении.

8. Способ по пп. 1-7, отлйчающий- с я тем, что щелочные концентраты до этерификации нейтрализуют и/или отфильтровывают твердые вещества.

09. Способ по пп. 1-9, отличающий- с я тем, что применяют бутиловый спирт или длинноцепочный одноатомный спирт при регенерации борной кислоты из сточных вод ядерных электростанций для сни5 жения до минимума отходов.