6406 BY ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6406
(13) C1
(19)
7
(51) G 21F 9/06, 9/12
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ НИЗКОАКТИВНОГО
ДЕЗАКТИВИРУЮЩЕГО РАСТВОРА
(21) Номер заявки: a 20010105
(22) 2001.02.09
(46) 2004.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Торопов Иван Германович;
Давыдов Дмитрий Юрьевич; Торопова
Валентина Владимировна; Давыдов
Юрий Петрович; Терещенко Маргарита Ивановна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(57)
Способ регенерации низкоактивного дезактивирующего раствора путем химического
соосаждения с последующим разделением фаз, отличающийся тем, что к дезактивирующему раствору, содержащему лимонную и щавелевую кислоты и ионы железа в концентрации 10-3-10-1 моль/л, при температуре 70-90 °C добавляют гидроксид натрия до рН
11,5-12,5, а затем проводят отделение твердой фазы гидроксида железа.
BY 6406 C1
(56)
BY 2480 C1, 1998.
Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 32-35.
SU 1705878 A1, 1992.
BY 1077 C1, 1996.
US 4512921, 1985.
BY 1964 C1, 1997.
Изобретение относится к прикладной химии и касается регенерации низкоактивного
дезактивирующего раствора, содержащего щавелевую и лимонную кислоты, используемого при дезактивации металлического оборудования электрохимическим методом, и может быть использовано преимущественно в атомной технике, где при проведении дезактивации образуются большие объемы отработанных дезактивирующих растворов.
Известно, что при электрохимической дезактивации металлического оборудования отработанные дезактивирующие растворы содержат наряду с радионуклидами большие количества стабильных ионов железа, образующихся при частичном растворении поверхности оборудования. Пригодность раствора для дезактивации лимитируется содержанием
ионов железа в дезактивирующем растворе. При достаточно большом накоплении ионов
BY 6406 C1
железа в растворе такой раствор требуется либо удалить из рабочего цикла, или регенерировать для повторного использования путем выделения из раствора ионов железа и радионуклидов.
Известны методы извлечения растворенных солей, кислот, оснований из водных растворов:
перевод в малорастворимое состояние (малорастворимые соли, гидроксиды, оксиды);
фиксация ионов в твердой фазе сорбента;
экстракция;
дистилляция;
электродиализ [1], [2].
Кроме того, известны методы выделения (концентрирования) радионуклидов из жидких радиоактивных отходов (ЖРО), среди которых в той или иной степени широко используются термические, сорбционные, мембранные [3].
Однако известные способы очистки растворов от ионов металлов, а также способы
концентрирования радионуклидов из водных растворов часто энергоемкие и дорогостоящие, не всегда эффективны. Так, осуществление термических процессов требует больших
энергозатрат, что является одним из существенных их недостатков. Сорбционные методы
малоэффективны при выделении металл-ионов (радионуклидов) из достаточно концентрированных растворов солей. Электродиализ достаточно сложно осуществимый процесс,
его использование ограничено соблюдением совместимости состава перерабатываемого
раствора с материалом полупроницаемой мембраны. Эффективное использование при
обезвреживании радиоактивных растворов (ЖРО) обратного осмоса требует поддержания
определенного значения рН и ограничивается составом раствора, содержание солей в котором не должно превышать определенного значения. Кроме того, использование обратного осмоса требует значительных энергетических затрат.
Наиболее близким к заявляемому и выбранным в качестве прототипа является способ
регенерации низкоактивного дезактивирующего раствора, содержащего ионы лимонной и
щавелевой кислот, ионы железа, путем соосаждения радионуклидов с осадком на основе
ферроцианида железа с последующим разделением фаз после коагуляции осадка [4]. При
этом используется химическое осаждение малорастворимых ферроцианидов железа и разделение фаз при рН 1,0-11,0. В результате такой обработки раствор освобождается от радионуклидов и макроконцентраций ионов железа.
Однако по этому методу необходимо введение в раствор больших количеств тиомочевины. Кроме этого, разделение фаз проводят при рН 1,0-11,0. При проведении таким путем процесса регенерации дезактивирующего раствора возможны потери как органических кислот (лимонной, щавелевой), так и ионов железа из-за образования нерастворимых
органических соединений с макроколичествами ионов железа в растворе при исходных
значениях рН перерабатываемого раствора, что снижает эффективность выделения радионуклидов и повышает стоимость процесса регенерации.
Задачей настоящего изобретения является создание способа регенерации низкоактивного дезактивирующего раствора, обеспечивающего удешевление процессов дезактивации за счет сохранения дезактивирующей активности раствора для его повторного использования и снижения объемов ЖРО.
В результате решения данной задачи достигается новый технический результат, заключающийся в улучшении технологичности процесса дезактивации за счет повторного
использования дезактивирующих растворов, а также в снижении затрат за счет уменьшения объемов дезактивирующих растворов, направляемых на конечное удаление из процесса дезактивации.
Данный технический результат достигается тем, что в процессе регенерации дезактивирующего раствора происходит освобождение раствора от больших количеств ионов же2
BY 6406 C1
леза и радионуклидов путем соосаждения радионуклидов с неорганическим сорбентом гидроксидом железа, синтезируемым в перерабатываемом растворе, с последующим разделением фаз после коагуляции осадка сорбента. При этом органические компоненты
(щавелевая и лимонная кислоты) дезактивирующего раствора остаются в растворе.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является регенерация дезактивирующего раствора, содержащего лимонную и щавелевую кислоты и ионы железа в концентрации 10-3-10-1 моль/л, которую осуществляют при температуре 70-90 °С добавлением
гидроксида натрия до рН 11,5-12,5 с последующим отделением твердой фазы гидроксида
железа. При проведении дезактивации металлических изделий методом электролиза в растворе накапливаются ионы железа. При охлаждении дезактивирующего раствора в слабокислой среде ионы железа образуют малорастворимые соединения с органическими компонентами дезактивирующего раствора. Подщелачивание таких растворов приводит (в
дополнение к такому осадку) к образованию гидроксида железа. Отделение твердой фазы
образовавшихся осадков приводит не только к очистке раствора от радионуклидов, но и к
потере части органических составляющих дезактивирующих растворов. Однако при нейтрализации горячего дезактивирующего раствора путем добавления щелочи образуется
только гидроксид железа и не образуются малорастворимые соединения с органическими
компонентами дезактивирующего раствора. Отделение твердой фазы осадков не приводит
к потере органических кислот, являющихся компонентами дезактивирующего раствора.
Пример 1.
Дезактивацию металлического образца проводили электролизом при силе тока 4,9 А в
течение 72 мин. Затем раствор охлаждали до комнатной температуры. После чего следили
за изменением состава отработанного дезактивирующего раствора методом хроматографии. Полученные данные приведены в табл. 1.
Таблица 1
Изменение состава дезактивирующего раствора с момента
прекращения электролиза и его охлаждения
Время с моСостав раствора
мента преКонцентрация щакращения
Концентрация лимон- Концентрация железа,
рН
велевой кислоты,
электролиза,
ной кислоты, мМоль/л
мМоль/л
мМоль/л
сут
Исходный раствор
1,35
72,40
23,32
0
Раствор после прекращения электролиза
0,1*
1,70
27,96
20,36
15,46
1*
1,74
25,08
20,50
12,64
2*
1,74
21,12
18,06
10,36
5*
1,80
17,18
14,78
5,98
Примечание: * - растворы с осадками.
Из полученных данных следует, что растворы после электролиза являются неустойчивыми. После охлаждения такого раствора происходит выпадение осадков. Вероятно, что в
кислой среде происходит образование малорастворимых соединений железа с органическими кислотами. Это приводит к безвозвратным потерям главных компонентов дезактивирующего раствора - органических кислот.
Пример 2.
Состав отработанного дезактивирующего раствора близок к составу, приведенному в
примере 1. Кроме этого, раствор содержал радиоактивные примеси - Co60, Mn54. Такой
раствор имел температуру 70 °С. Нейтрализацию раствора проводили без его охлаждения.
3
BY 6406 C1
Состав раствора после отделения осадка приведен в табл. 2. Общее содержание щавелевой
и лимонной кислот определяли, используя метод химического поглощения кислорода [5].
Пример 3.
Гидроксид железа является сорбентом по отношению к радионуклидам, являющимся
продуктами деления ядерного горючего. Причем такой сорбент может извлекать радионуклиды из растворов сложного химического состава. Данные, приведенные в табл. 3, показывают эффективность выделения некоторых радионуклидов методом ультрафильтрации из растворов, содержащих ПАВ (поверхностно-активные вещества).
Таблица 2
Состав дезактивирующего раствора после его подщелачивания
при 70 °С. рН исходного раствора 1,8
Доля исходного
Доля исходобщего содержа- Доля радионук- Доля радионукрН раствора
ного железа,
после приния щавелевой и лида Co60, вы- лида Mn54, выоставшегося
Щелочь
бавления
лимонной кислот, деленного из
деленного из
в растворе,
оставшихся в
щелочи
раствора, %
раствора, %
%
растворе, %
NH4OH*
10-12
97-99
100
менее 20
менее 20
NaOH
3,7
99
96
0
NaOH
6
88
93
менее 20
менее 20
NaOH
8
92
91
20
20
NaOH
9
93
90
20
10
NaOH
10,5
21
92
NaOH
12-12,5
10-6
96-99
98-99
99
Примечание: * - не образуются видимые осадки.
Таблица 3
Задержание различных радионуклидов полупроницаемой мембраной "Владипор УПМ-П".
Состав раствора: CMC "Лотос" 0,3 г/л; нитрат натрия 0,05 моль/л.
Сорбент: гидроксид железа 10-3-10-1 моль/л.
Задержание, %
Радионуклид
рН раствора
2
4
6
8
10
12,5
Sr-90
0
50
90
95
90
98
Се-144
99
99
Cs-137
0
23
Ru-106
95
80
Представленные в табл. 3 данные позволяют утверждать, что при отделении от раствора гидроксида железа происходит очистка раствора от радионуклидов стронция, церия,
рутения и, в меньшей степени, от радионуклидов цезия.
Из полученных данных следует, что при нейтрализации дезактивирующего раствора
раствором аммиака не происходит осаждение железа вплоть до рН 12,5. Однако при нейтрализации раствора гидроксидом натрия происходит образование гидроксида железа при
рН 10-12,5. При этом отделение осадка гидроксида железа приводит к снижению содержания радионуклидов кобальта и марганца в 50-100 раз. Кроме этого, отделение осадка
гидроксида железа будет приводить к снижению радиоактивных продуктов деления ядерного горючего - цезия, церия, стронция, рутения и др. Содержание органических кислот
в растворе после отделения гидроксида железа остается близким к исходным значениям.
Использование предлагаемого технического решения позволяет:
снизить концентрацию радионуклидов Со60, Mn54 в дезактивирующих растворах на
2 порядка;
4
BY 6406 C1
снизить концентрацию радионуклидов Ru106,103, Sr89,90, Се144, Cs137 в дезактивирующих
растворах;
сохранить содержание лимонной и щавелевой кислот в растворе, близком к исходному;
снизить содержание ионов железа в растворе более чем на порядок;
упростить технологию обезвреживания ЖРО;
сократить объемы ЖРО;
вернуть дезактивирующий раствор для повторного использования.
Источники информации:
1. Кульский Л.А. Теоретическое обоснование технологии очистки воды. - Киев: Наукова Думка, 1968. - С. 127.
2. Ясминов А.А., Орлов А.К., Карелин Ф.И., Рапопорт Я.Д. Обработка воды обратным
осмосом и ультрафильтрацией. - М.: Стройиздат, 1978. - С. 120.
3. Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 184.
4. Патент РБ 2480 С1, МПК G21 F9/12. - Опубл. 1998 (прототип).
5. Л.А. Кульский. Справочник. - Киев: Наукова Думка, 1980. - Т. 1, 2.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.