RU2553976C1 - Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes - Google Patents
Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553976C1 RU2553976C1 RU2014121115/07A RU2014121115A RU2553976C1 RU 2553976 C1 RU2553976 C1 RU 2553976C1 RU 2014121115/07 A RU2014121115/07 A RU 2014121115/07A RU 2014121115 A RU2014121115 A RU 2014121115A RU 2553976 C1 RU2553976 C1 RU 2553976C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transition metal
- lrw
- catalyst
- coprecipitation
- organic components
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) радиохимического производства.The invention relates to radiochemical technology and can be used in the technology of processing liquid radioactive waste (LRW) of radiochemical production.
Важной задачей в обеспечении радиационной безопасности при эксплуатации радиохимических производств является решение проблемы очистки и переработки ЖРО, образующихся при проведении различных технологических операций с растворами, содержащими радионуклиды, а также работ по дезактивации оборудования и эксплуатации энергетических установок. К ЖРО также относятся сборы систем трапных коллекторов и вакуумного дренажа помещений, декантаты аппаратов-отстойников, жидкие отходы спецпрачечных. При значительных объемах образующихся ЖРО имеет значение не только фактор (коэффициент) очистки, но и остаточные уровни содержания радионуклидов в растворах после их переработки, что определяет возможность повторного использования водных ресурсов без использования стадии выпаривания и переработки кубового остатка. Как правило, к числу основных радионуклидов, от которых производится очистка, относятся радионуклиды 137Cs, 60Со. Используемые в технологии способы ионоселективной очистки от 60Со предполагают предварительную окислительную обработку растворов с целью разрушения комплексообразователей и последующие стадии выделения радионуклидов, например, с использование неорганических сорбентов и катионообменных смол обессоливающего действия. Используемые методы позволяют производить эффективную очистку от 137Cs с фактором очистки 102-104. Однако фактор очистки от 60Со при этом, как правило, не превышает 102, что не позволяет снизить активность растворов после переработки менее 10-50 Бк/л.An important task in ensuring radiation safety during the operation of radiochemical plants is to solve the problem of cleaning and processing LRW generated during various technological operations with solutions containing radionuclides, as well as decontamination of equipment and operation of power plants. LRW also includes collections of floor drain systems and vacuum drainage of premises, decantation of settling apparatus, and liquid wastes from special laundries. With significant volumes of LRW formed, not only the cleaning factor (coefficient) is important, but also the residual levels of radionuclides in solutions after their processing, which determines the possibility of reusing water resources without using the stage of evaporation and processing of bottoms. As a rule, the main radionuclides to be purified include 137 Cs, 60 Co radionuclides. The methods used in the technology for ion-selective purification of 60 Co involve preliminary oxidative treatment of solutions in order to destroy complexing agents and subsequent stages of the separation of radionuclides, for example, using inorganic sorbents and cation-exchange resins with a desalting effect. The methods used allow efficient purification of 137 Cs with a purification factor of 10 2 -10 4 . However, the purification factor from 60 Co in this case, as a rule, does not exceed 10 2 , which does not allow reducing the activity of the solutions after processing to less than 10-50 Bq / l.
Поскольку технологические растворы ЖРО содержат, как правило, не только вводимые в растворы компоненты: аминополикарбоновые кислоты; щавелевая, лимонная, винная кислоты и их соли; натриевые соли этилендиаминтетрауксусной (ЭДТА) и диэтилентриаминпентауксусной (ДТПА) кислот, но и органические компоненты переменного состава, образующиеся в результате радиолиза при длительном хранении ЖРО и образующие с 60Со комплексные соединения по хелатному типу с высокими константами устойчивости, то обязательным условием увеличением фактора очистки от 60Со является полная деструкция (окисление) всех органических компонентов ЖРО вне зависимости от их состава.Since LRW technological solutions contain, as a rule, not only the components introduced into the solutions: aminopolycarboxylic acids; oxalic, citric, tartaric acids and their salts; sodium salts of ethylenediaminetetraacetic (EDTA) and diethylenetriaminepentaacetic (DTPA) acids, but also organic components of a variable composition, formed as a result of radiolysis during long-term storage of LRW and forming chelate complex compounds with high stability constants with 60 Co, a prerequisite for increasing the clearance factor 60 Co is the complete destruction (oxidation) of all organic components of LRW regardless of their composition.
Содержащиеся в растворах поверхностно-активные вещества (ПАВ анионного, амфолитного, неионогенного типов), высокомолекулярные соединения, биоколлоиды также требуют как способов, интенсифицирующих окислительную деструкцию, так и использование способов специализированного разрушения коллоида, имеющего в составе 60Со.Surfactants contained in solutions (surfactants of anionic, ampholytic, nonionic types), high molecular weight compounds, biocolloids also require both methods that intensify oxidative degradation, and the use of specialized methods for the destruction of a colloid, which contains 60 Co.
Таким образом, задача увеличения фактора (коэффициента) очистки среднеактивных (CAO) и низкоактивных (НАО) ЖРО от 60Со и достижения необходимой полноты удаления 60Со может быть решена комплексно путем последовательного проведения каталитического окисления органических компонентов ЖРО и коагуляционно-осадительного выделения со смешанными ферроцианидами переходных металлов. Определяющим фактором при этом является полнота деструкции комплексообразующих и коллоидообразующих компонентов ЖРО переменного состава.Thus, the task of increasing the factor (coefficient) of purification of medium-active (CAO) and low-level (NAO) LRW from 60 Co and achieving the necessary completeness of removal of 60 Co can be solved comprehensively by sequentially catalytic oxidation of organic components of LRW and coagulation-precipitation with mixed ferrocyanides transition metals. The determining factor in this case is the completeness of the destruction of complexing and colloid-forming components of LRW of variable composition.
Из существующего уровня техники известен способ извлечения радионуклида 60Со из жидких радиоактивных отходов АЭС, заключающийся во введении в ЖРО катионов железа (III), никеля (II) (в мольном соотношении 1:1) в контакт с ферроцианидом калия в мольном соотношении от 2:1 до 4:1, выдержке раствора при комнатной температуре и отделении осадка центрифугированием [RU 2497213, G21F 9/12, опубл. 27.10.2013], [Кулюхин С.А., Коновалова Н.А., Горбачева М.П. и др. // Радиохимия. 2013. Т. 55, N 3. С. 242-248]. Недостатками указанного способа являются: отсутствие стадии окисления органических компонентов ЖРО; обязательное использование солей железа, образующих в водных растворах трудно фильтруемые дисперсии гидроксидной природы. При наличии в ЖРО ПАВ в концентрации >200 мкг/л указанный метод оказывается неэффективен и не позволяет получать заявленный фактор очистки от 60Со. Эффективность метода показана только при концентрации ферроцианида натрия >50 ммоль/л, что приводит к значительному расходу реагентов и образованию значительного количества осадка, полнота отделения которого при заявленном способе центрифугирования не указана. Наличие в растворе после осаждения тонкодисперсных взвесей менее 150 нм не позволяет эффективно произвести отделение осадка. Растворы, прошедшие очистку от 60Со, оказываются загрязненными в результате переработки избыточным количеством внесенных катионов. Указанный метод не может быть достаточно эффективным, так как не учитывает наличие микрокомпонентов органической природы и вероятность нахождения 60Со в ультрамикрогетерогенном свободнодисперсном состоянии в реальных ЖРО. Технологическая адаптация указанного способа требует использования дорогостоящего оборудования, необходимого для отделения значительного количества тонкодисперсного осадка - каскада фильтрующих центрифуг с фактором разделения не менее 15000.From the existing level of technology there is a known method for extracting 60 Co radionuclide from liquid radioactive waste of nuclear power plants, which consists in introducing iron (III), nickel (II) cations in LRW (in a 1: 1 molar ratio) into contact with potassium ferrocyanide in a molar ratio of 2: 1 to 4: 1, holding the solution at room temperature and separating the precipitate by centrifugation [RU 2497213, G21F 9/12, publ. 10.27.2013], [Kulukhin S.A., Konovalova N.A., Gorbacheva M.P. and others // Radiochemistry. 2013. V. 55, N 3. S. 242-248]. The disadvantages of this method are: the lack of oxidation of organic components of LRW; the obligatory use of iron salts, which form difficult to filter dispersions of hydroxide nature in aqueous solutions. In the presence of surfactants in LRW at a concentration of> 200 μg / L, this method is ineffective and does not allow obtaining the declared purification factor from 60 Co. The effectiveness of the method is shown only at a concentration of sodium ferrocyanide> 50 mmol / L, which leads to a significant consumption of reagents and the formation of a significant amount of precipitate, the completeness of separation of which is not indicated with the claimed centrifugation method. The presence in the solution after deposition of fine suspensions of less than 150 nm does not allow efficient separation of the precipitate. Solutions that have been cleaned from 60 Co turn out to be contaminated as a result of processing with an excessive amount of introduced cations. The indicated method cannot be sufficiently effective, since it does not take into account the presence of microcomponents of an organic nature and the probability of finding 60 Co in an ultramicroheterogeneous free-dispersed state in real LRW. Technological adaptation of this method requires the use of expensive equipment necessary to separate a significant amount of fine sediment - a cascade of filtering centrifuges with a separation factor of at least 15,000.
Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов атомной электростанции, который включает их предварительное упаривание с получением конденсата и кубового остатка, озонирование кубового остатка, отделение образующегося радиоактивного шлама и концентрирование фильтрата глубоким упариванием. После отделения радиоактивного шлама фильтрат пропускают через фильтр-контейнер с селективным к цезию неорганическим сорбентом, затем отработанный фильтр-контейнер направляют на хранение или захоронение [RU 2226726, G21F 9/00, опубл. 10.04.2004]. Основными недостатками указанного способа являются: вероятность (при введении озона) неконтролируемого автокаталитического разложения значительного количества органических компонентов ЖРО переменного состава с риском изменения параметра «температура-давление» в аппарате; отсутствие специализированной стадии выделения 60Со из раствора после озонирования и, как следствие, недостаточная полнота отделения 60Со, приводящая к необходимости концентрировать фильтрат путем упаривания; высокая энергоемкость процесса; повышенный расход реагентов (озон); необходимость поддержания постоянного уровня рН; а также повышенные требования к мерам по пожаро- и взрывобезопасности при проведении процесса.A known method of processing liquid radioactive waste from a nuclear power plant, which includes their preliminary evaporation to obtain condensate and bottoms, ozonation of bottoms, separation of the resulting radioactive sludge and concentration of the filtrate by deep evaporation. After separation of the radioactive sludge, the filtrate is passed through a filter container with a cesium selective inorganic sorbent, then the spent filter container is sent for storage or disposal [RU 2226726, G21F 9/00, publ. 04/10/2004]. The main disadvantages of this method are: the probability (with the introduction of ozone) of uncontrolled autocatalytic decomposition of a significant amount of organic components of LRW of variable composition with the risk of changing the temperature-pressure parameter in the apparatus; the absence of a specialized stage for the separation of 60 Co from the solution after ozonation and, as a consequence, the insufficient completeness of the separation of 60 Co, leading to the need to concentrate the filtrate by evaporation; high energy intensity of the process; increased consumption of reagents (ozone); the need to maintain a constant pH level; as well as increased requirements for fire and explosion safety measures during the process.
Наиболее близким к заявленному способу является способ очистки кубовых остатков жидких радиоактивных отходов от радиоактивного кобальта и цезия путем окисления кубового остатка и выделения активированных продуктов коррозии фильтрацией [RU 2467419, G21F 9/30, опубл. 20.11.2012]. На кубовый остаток воздействуют жестким ультрафиолетовым (УФ) излучением и ведут процесс при значении рН раствора 7-10 и температуре 45-98°C с использованием перекиси водорода. После отделения микрофильтрацией шлама, содержащего радиоактивный кобальт, железо, марганец, в фильтрат одновременно вводят растворы диэтилдитиокарбаматов щелочных металлов и солей переходных металлов при тех же значениях рН и температуры с последующим выделением микрофильтрацией образовавшегося осадка диэтилдитиокарбаматов переходных металлов с радиоактивным кобальтом, а радиоактивный цезий выводят на ионоселективных сорбентах ступенчато противоточным методом с удалением отработавших сорбентов микрофильтрацией совместно с диэтилдитиокарбаматом кобальта. Недостатками указанного способа (прототипа) являются: низкая производительность и сложность технологической организации процесса окислительной обработки ЖРО в динамическом режиме, требующая определенной геометрии проточной кварцевой кюветы (либо из другого дорогостоящего УФ-проницаемого материала) небольшого объема, постоянной скорости потока; сложность технологической организации процесса окислительной обработки ЖРО в статическом режиме из-за длительности процесса (более 6 часов), снижение эффективности использования УФ-лампы при солесодержании >10 г/л и повышенной мутности и, как следствие, недостаточная полнота окислительной деструкции органических компонентов ЖРО; при введении в раствор ЖРО с рН 7-10 диэтилдитиокарбамата щелочного металла одновременно с солями переходных металлов в первую очередь образуются гидроксидные соединения переходного металла, что снижает эффективность использования диэтилдитиокарбамата и требует большей его концентрации в растворе. При этом получаемый эффект в указанном способе обусловлен большей частью соосаждением 60Со на гидроксиде переходного металла; соосаждение 60Со, находящегося в растворе в коллоидном состоянии (при наличии остаточного количества высокомолекулярных соединений и ПАВ после окислительной обработки) с диэтилдитиокарбаматом переходного металла, не позволяет получить заявленную полноту очистки.Closest to the claimed method is a method of purification of bottoms of liquid radioactive waste from radioactive cobalt and cesium by oxidation of bottoms and the release of activated corrosion products by filtration [RU 2467419, G21F 9/30, publ. 11/20/2012]. Vat residue is exposed to hard ultraviolet (UV) radiation and the process is conducted at a pH of 7-10 and a temperature of 45-98 ° C using hydrogen peroxide. After microfiltration separates the sludge containing radioactive cobalt, iron, manganese, solutions of alkali metal diethyl dithiocarbamates and transition metal salts are simultaneously introduced into the filtrate at the same pH and temperature values, followed by microfiltration of the resulting transition metal diethyl dithiocarbamate precipitate with radioactive cobalt, and radioactive cobalt ion-selective sorbents stepwise counterflow method with the removal of spent sorbents by microfiltration together with di cobalt ethyldithiocarbamate. The disadvantages of this method (prototype) are: low productivity and complexity of the technological organization of the oxidative treatment of LRW in dynamic mode, requiring a certain geometry of a flowing quartz cell (or from another expensive UV-permeable material) of small volume, constant flow rate; the complexity of the technological organization of the oxidative treatment of LRW in static mode due to the duration of the process (more than 6 hours), the decrease in the efficiency of using a UV lamp with a salt content> 10 g / l and increased turbidity and, as a result, insufficient completeness of the oxidative destruction of organic components of LRW; when alkali metal diethyl dithiocarbamate is introduced into the LRW solution with a pH of 7-10 at the same time as transition metal salts, the transition metal hydroxides are first formed, which reduces the efficiency of the use of diethyldithiocarbamate and requires a greater concentration in the solution. Moreover, the resulting effect in the specified method is due mainly to the coprecipitation of 60 Co on transition metal hydroxide; the coprecipitation of 60 Co, which is in solution in a colloidal state (in the presence of a residual amount of high molecular weight compounds and surfactants after oxidative treatment) with transition metal diethyldithiocarbamate, does not allow to obtain the claimed purity.
Задачей данного изобретения является разработка технологически пригодного способа, позволяющего производить очистку CAO и НАО от 60Со одновременно с очисткой от 137Cs до уровня остаточной удельной активности, достаточного для перевода ЖРО в класс нерадиоактивных отходов.The objective of the invention is to develop a technologically suitable method that allows the purification of CAO and NAO from 60 Co at the same time as purification from 137 Cs to a level of residual specific activity sufficient to transfer LRW into the class of non-radioactive waste.
Техническим результатом изобретения является снижение остаточной удельной активности растворов CAO и НАО по 137Cs и 60Со до уровня <0,9 Бк/л, что позволяет изменить класс отходов на нерадиоактивные отходы (растворы).The technical result of the invention is to reduce the residual specific activity of solutions of CAO and NAO for 137 Cs and 60 Co to a level of <0.9 Bq / l, which allows you to change the class of waste to non-radioactive waste (solutions).
Для достижения указанного технического результата в способе очистки от 60Со технологических растворов радиохимического производства, относящихся к средне- и низкоактивным отходам, проводят разрушение органических компонентов, содержащихся в ЖРО, путем каталитической окислительной термодеструкции на твердофазном катализаторе в динамическом режиме в аппарате колонного типа непрерывного действия при геометрии насыпного слоя катализатора в отношении «диаметр/высота» - 1:15, а выделение 60Со из растворов проводят за три последовательные операции соосаждения радионуклидов с осадками смешанного ферроцианида переходного металла (концентрация нитрата переходного металла в растворе составляет 10 ммоль/л, мольное соотношение нитрата переходного металла и ферроцианида калия 1,0:1,9), гидроксида переходного металла с использованием флокулянта и отделением осадка на каждой операции осаждения и заключительной ионообменной очисткой фильрата на катионообменной смоле (типа Lewatit MonoPlus TP 207), селективной к ионам переходных металлов.To achieve the specified technical result in the method of purification from 60 Co of technological solutions of radiochemical production related to medium and low-level waste, the organic components contained in LRW are destroyed by catalytic oxidative thermal decomposition on a solid-phase catalyst in a dynamic mode in a continuous-type column type apparatus with the geometry of the bulk catalyst layer in the ratio "diameter / height" - 1:15, and the selection of 60 Co from the solutions is carried out in three consecutive operations of coprecipitation of radionuclides with precipitates of mixed transition metal ferrocyanide (the concentration of transition metal nitrate in solution is 10 mmol / l, the molar ratio of transition metal nitrate and potassium ferrocyanide is 1.0: 1.9), transition metal hydroxide using a flocculant and separation of the precipitate on each deposition and final ion exchange purification of the filtrate on a cation exchange resin (type Lewatit MonoPlus TP 207), selective for transition metal ions.
В частном случае в качестве твердофазного катализатора используют алюминий-циркониевый (ZrO2-PdO/Al2O3). Для увеличения удельной поверхности катализатора используют платиновый катализатор, нанесенный на анионообменную смолу ВП-1АП с весовым содержанием платины 0,5-2%. Так как платина является дорогостоящим металлом, то в качестве более дешевого катализатора используют никель-феррицианидный катализатор, нанесенный на анионообменную смолу ВП-1АП с весовым содержанием феррицианида никеля 5-7%.In the particular case, aluminum-zirconium (ZrO 2 —PdO / Al 2 O 3 ) is used as a solid-phase catalyst. To increase the specific surface area of the catalyst, a platinum catalyst is used, deposited on an VP-1AP anion-exchange resin with a weight content of platinum of 0.5-2%. Since platinum is an expensive metal, a nickel-ferricyanide catalyst supported on a VP-1AP anion-exchange resin with a nickel ferricyanide weight content of 5-7% is used as a cheaper catalyst.
В частном случае для соосаждения радионуклидов 60Со с осадком смешанного ферроцианида переходного металла в качестве соли переходного металла используют соль кобальта. Может быть использована соль никеля, имеющая меньшую стоимость. Соль цинка также может быть использована с целью получения меньшего объема осадка, что ускорит стадию фильтрации.In the particular case, for co-precipitation of 60 Co radionuclides with a precipitate of mixed transition metal ferrocyanide, a cobalt salt is used as a transition metal salt. A lower cost nickel salt may be used. Zinc salt can also be used to obtain a smaller volume of sediment, which will speed up the filtration stage.
В частном случае для уменьшения количества (объема) используемого катализатора отношение «диаметр/высота» насыпного слоя катализатора в каталитической колонне может составлять 1:5.In the particular case, in order to reduce the amount (volume) of the catalyst used, the diameter / height ratio of the bulk catalyst layer in the catalyst column can be 1: 5.
В частном случае для более эффективного выделения 60Со возможно использование диэтилдитиокарбамата натрия (CNa-ДЭДК=10-100 мг/л) на стадии соосаждения радионуклидов со смешанными ферроцианидами переходных металлов.In the particular case, for more efficient isolation of 60 Co, sodium diethyldithiocarbamate (C Na - DEDC = 10-100 mg / L) can be used at the stage of co-precipitation of radionuclides with mixed transition metal ferrocyanides.
В частном случае для снижения стоимости реализации разработанного способа концентрации нитратов переходных металлов, добавляемых в раствор для соосаждения радионуклидов 60Со, возможно снизить до 1,9 ммоль/л, а мольное соотношение нитрата переходного металла и ферроцианида калия снизить до 1,0:1,5.In the particular case, to reduce the cost of implementing the developed method, the concentration of transition metal nitrates added to the solution for coprecipitation of 60 Co radionuclides can be reduced to 1.9 mmol / L, and the molar ratio of transition metal nitrate and potassium ferrocyanide can be reduced to 1.0: 1, 5.
Возможность осуществления и технологического внедрения заявляемого способа подтверждена исследованиями на лабораторной установке, изображенной на фиг.1. В состав установки входят: накопительная емкость с исходным раствором ЖРО (1), мембранные насосы (2, 6, 9, 12, 15), колонна каталитического окисления (3), термостат (4), приемная накопительная емкость для раствора после каталитической колонны (5), реакторы типа «смеситель-отстойник» (для каждой операции коагуляционно-осадительной стадии и имеющие каждый зону отделения седиментированного осадка, зону отделения декантата), оснащенные перемешивающим устройством (7, 10, 13), фильтры-приемники со сменными дистанционно извлекаемыми картриджами (8, 11, 14), ионообменная колонна (16), регулировочные вентили (В01÷В33).The possibility of implementation and technological implementation of the proposed method is confirmed by studies in the laboratory installation, shown in figure 1. The installation includes: storage tank with the initial LRW solution (1), diaphragm pumps (2, 6, 9, 12, 15), a catalytic oxidation column (3), a thermostat (4), a receiving storage tank for the solution after the catalytic column ( 5), mixer-settler reactors (for each operation of the coagulation-precipitation stage and each having a sedimentation sediment separation zone, a decantation separation zone) equipped with a mixing device (7, 10, 13), receiver filters with removable remotely removable cartridges (8, 11, 14), ionoo belt column (16), control valves (B01 ÷ B33).
Предлагаемый способ реализуют в следующей последовательности: поступающий на переработку раствор ЖРО в зависимости от кондиций раствора корректируют азотной кислотой до рН 1-4, вводят перекись водорода до получения концентрации перекиси в растворе 0,1-3,3 г/л. Откорректированный раствор подают на первую стадию процесса - в колонну каталитического окисления, работающую в температурном режиме 47,5-80°C, со скоростью потока 3-15 колон.об./ч, обеспечивая при этом время контакта раствора с катализатором в интервале 50-130 с.The proposed method is implemented in the following sequence: the LRW solution received for processing, is adjusted with nitric acid to pH 1-4, depending on the condition of the solution, hydrogen peroxide is introduced to obtain a peroxide concentration in the solution of 0.1-3.3 g / l. The adjusted solution is fed to the first stage of the process — to a catalytic oxidation column operating in a temperature range of 47.5-80 ° C, with a flow rate of 3-15 col.obr./h, while ensuring the contact time of the solution with the catalyst in the range of 50- 130 s
Колонна представляет собой вертикальный термостатируемый аппарат с нижней подачей раствора, имеющий зону ламинарного движения потока, зону катализа, зону газоотделения. Зона катализа отсекается сетчатыми перегородками. Приготовленный катализатор засыпается через верхний разгрузочный люк и уплотняется верхней сетчатой перегородкой. Объем порового пространства зернистого слоя катализатора при этом составляет 5,1-12,5% насыпного объема. Зона катализа представляет собой вертикальный цилиндрический столб, заполненный катализатором в отношении «диаметр/высота» от 1:3 до 1:15. Катализатор представляет собой однородный по гранулометрическому составу неорганический пористый носитель либо анионообменную смолу с размером зерна 0,1-0,7 мм, имеющий площадь активной поверхности 2,0-35,0 м2/г, с нанесенным ультрадисперсным однородным слоем химически инертной в растворах слабой азотной кислоты композиции металлов, оксидов, солей при отношении к носителю 0,01-7,5% масс., являющихся катализаторами окисления и одновременно катализаторами разложения перекиси водорода с образованием гидроксильного радикала.The column is a vertical thermostatic apparatus with a lower solution flow, having a laminar flow zone, a catalysis zone, a gas separation zone. The catalysis zone is cut off by mesh partitions. The prepared catalyst is poured through the upper discharge hatch and sealed by the upper screen. The pore volume of the granular catalyst layer in this case is 5.1-12.5% of the bulk volume. The catalysis zone is a vertical cylindrical column filled with a catalyst in a diameter / height ratio of 1: 3 to 1:15. The catalyst is an inorganic porous carrier uniform in particle size distribution or an anion exchange resin with a grain size of 0.1-0.7 mm, having an active surface area of 2.0-35.0 m 2 / g, with an ultrafine homogeneous layer deposited chemically inert in solutions weak nitric acid compositions of metals, oxides, salts with respect to the carrier of 0.01-7.5% by weight, which are oxidation catalysts and, at the same time, catalysts for the decomposition of hydrogen peroxide to form a hydroxyl radical.
Раствор, прошедший стадию каталитической окислительной деструкции, поступает на вторую стадию - флокуляционно-осадительную. На первой операции в раствор вводится нитрат переходного металла (Со, Ni, Zn) до получения концентрации 1,0-12,6 ммоль/л, затем при интенсивном перемешивании в течение 15-20 мин вводится раствор флокулянта марки Besfloc K-051C до концентрации 10-100 мг/л, далее - раствор ферроцианида щелочного металла до концентрации 1,9-19,0 ммоль/л. При этом между нитратом переходного металла (Со, Ni, Zn) и ферроцианидом щелочного металла соблюдается мольное отношение от 1,0:1,5 до 1,0:1,9. После полной седиментации осадка через 0,5-2,2 ч производят декантацию осветленной части с использованием промежуточной микрофильтрации со скоростью 5,0-15,0 мл/мин·см2 через мембрану типа МФФК-3Г (размер пор 0,45 мкм), МФФК-4Г (размер пор 0,65 мкм) или мембрану типа TRUMEM с размером пор 0,45-0,60 мкм. Компактный осадок из донной части аппарата выдают на сменный картридж фильтр-приемника и фильтруют со скоростью 0,2-7,0 мл/мин·см2 через мембрану типа МФФК-1Г (размер пор 0,15 мкм), МФФК-2Г (размер пор 0,25 мкм) или мембрану типа TRUMEM с размером пор 0,15-0,25 мкм. Декантат и фильтрат объединяют и передают на следующую операцию флокуляционно-осадительной стадии.The solution that has passed the stage of catalytic oxidative degradation enters the second stage - flocculation-precipitation. In the first operation, transition metal nitrate (Co, Ni, Zn) is introduced into the solution to obtain a concentration of 1.0-12.6 mmol / L, then, with vigorous stirring, a Besfloc K-051C brand flocculant solution is introduced to a concentration of 10-100 mg / l, then a solution of alkali metal ferrocyanide to a concentration of 1.9-19.0 mmol / l. Moreover, between the transition metal nitrate (Co, Ni, Zn) and alkali metal ferrocyanide, a molar ratio of 1.0: 1.5 to 1.0: 1.9 is observed. After complete sedimentation of the precipitate, after 0.5-2.2 h, the clarified part is decanted using intermediate microfiltration at a rate of 5.0-15.0 ml / min · cm 2 through a MFK-3G type membrane (pore size 0.45 μm) , MFPK-4G (pore size 0.65 μm) or a TRUMEM type membrane with a pore size of 0.45-0.60 μm. A compact precipitate from the bottom of the apparatus is discharged onto a replaceable filter receiver cartridge and filtered at a rate of 0.2-7.0 ml / min · cm 2 through a membrane of the type MFK-1G (pore size 0.15 μm), MFK-2G (size pore 0.25 μm) or a TRUMEM type membrane with a pore size of 0.15-0.25 μm. The decantate and the filtrate are combined and transferred to the next operation flocculation-precipitation stage.
В поступающий на вторую операцию раствор с остаточной концентрацией ферроцианида щелочного металла 0,9-6,4 ммоль/л при интенсивном перемешивании вводят флокулянт марки Besfloc K-051С до концентрации 10-100 мг/л, затем вводят диэтилдитиокарбамат щелочного металла до концентрации 10-100 мг/л, далее раствор перемешивают в течение 10-15 мин и вводят нитрат переходного металла (Со, Ni, Zn) до получения концентрации 1,8-12,8 ммоль/л. При этом обеспечивается двукратный избыток нитрата переходного металла (Со, Ni, Zn). Отделение осадка на второй операции производится аналогично первой. Полученные декантат и фильтрат объединяют и передают на третью операцию флокуляционно-осадительной стадии.A flocculant of the Besfloc K-051C grade to a concentration of 10-100 mg / l is introduced into the solution with a residual concentration of an alkali metal ferrocyanide of 0.9-6.4 mmol / L into the second operation, and then an alkali metal diethyldithiocarbamate is introduced to a concentration of 10- 100 mg / l, then the solution is stirred for 10-15 minutes and transition metal nitrate (Co, Ni, Zn) is introduced to obtain a concentration of 1.8-12.8 mmol / l. This ensures a twofold excess of transition metal nitrate (Co, Ni, Zn). The separation of sediment in the second operation is carried out similarly to the first. The resulting decantate and filtrate are combined and transferred to the third operation of the flocculation-precipitation stage.
В поступающий на третью операцию раствор при интенсивном перемешивании вводят флокулянт марки Besfloc К-4000 до получения концентрации 10-100 мг/л и раствор едкого натра до рН 9-10. Отделение осадка на третьей операции производится аналогично первой. Вторая и третья операции могут быть объединены без промежуточного отделения осадка. Также все три операции могут производиться последовательно в одном аппарате с использованием промежуточной емкости для принятия фильтратов и декантатов.With intensive stirring, the Besfloc K-4000 brand flocculant is introduced into the solution supplied to the third operation to obtain a concentration of 10-100 mg / L and sodium hydroxide solution to a pH of 9-10. The separation of sediment in the third operation is carried out similarly to the first. The second and third operations can be combined without intermediate separation of sediment. Also, all three operations can be carried out sequentially in one apparatus using an intermediate tank for receiving filtrates and decantates.
Финишная очистка от 60Со производится на катионообменной смоле, селективной к ионам переходных и тяжелых металлов, например Lewatit MonoPlus TP 207, представляющей собой слабоосновный макропористый катионит с хелатными группами иминодиуксусной кислоты. Раствор пропускают через ионообменную колонну со скоростью потока 4-10 колон.об/ч при соотношении геометрии насыпного слоя колонны «диаметр/высота» от 1:10 до 1:20. Третья стадия - ионообменная - может быть исключена, если солесодержание фильтрата после коагуляционно-осадительной стадии не превышает 10 г/л.Finishing from 60 Co is carried out on a cation exchange resin selective for transition and heavy metal ions, for example Lewatit MonoPlus TP 207, which is a weakly basic macroporous cation exchange resin with chelate groups of iminodiacetic acid. The solution is passed through an ion-exchange column with a flow rate of 4-10 columns.ob / h with a ratio of the geometry of the bulk layer of the column "diameter / height" from 1:10 to 1:20. The third stage - ion exchange - can be excluded if the salt content of the filtrate after the coagulation-precipitation stage does not exceed 10 g / l.
Пример 1.Example 1
Готовили алюминий-циркониевый катализатор ZrO2-PdO/Al2O3 с содержанием циркония до 7%, палладия 0,01%. Удельная поверхность приготовленного катализатора составила 2,359 м2/г.An aluminum-zirconium catalyst ZrO 2 —PdO / Al 2 O 3 was prepared with a zirconium content of up to 7% and palladium 0.01%. The specific surface area of the prepared catalyst was 2.359 m 2 / g.
В таблице 1 приведен состав исходного раствора ЖРО. В исходный раствор вносили азотную кислоту (конц.) до концентрации 2 г/л и пероксид водорода (30%) - до 3 г/л.Table 1 shows the composition of the initial LRW solution. Nitric acid (conc.) Was added to the initial solution to a concentration of 2 g / l and hydrogen peroxide (30%) to 3 g / l.
Для соосаждения 60Со с ферроцианидом калия использовали раствор азотнокислого кобальта. В качестве флокулянта использовали флокулянт марки Besfloc K-051С (табица 2).To co-precipitate 60 Co with potassium ferrocyanide, a cobalt nitrate solution was used. As a flocculant, a Besfloc K-051C brand flocculant (table 2) was used.
Эксперимент проводили в указанной выше последовательности.The experiment was carried out in the above sequence.
Пример 2.Example 2
Процесс переработки ЖРО осуществляли аналогично примеру 1, однако вместо ZrO2-PdO/Al2O3 катализатора использовали платиновый катализатор, нанесенный на анионообменную смолу ВП-1АП (удельная поверхность приготовленного катализатора составила 18,86 м2/г) (табица 3).The LRW processing was carried out analogously to Example 1, however, instead of the ZrO 2 -PdO / Al 2 O 3 catalyst, a platinum catalyst was used, supported on a VP-1AP anion-exchange resin (specific surface area of the prepared catalyst was 18.86 m 2 / g) (table 3).
Для соосаждения 60Со с ферроцианидом калия использовали раствор азотнокислого никеля. В качестве флокулянта использовали дипроксамин-157. (табица 4)Nickel nitrate was used to precipitate 60 Co with potassium ferrocyanide. Diproxamine-157 was used as a flocculant. (table 4)
Пример 3.Example 3
Процесс переработки ЖРО осуществляли аналогично примеру 1, однако вместо ZrO2-PdO/Al2O3 катализатора использовали никель-феррицианидный катализатор, нанесенный на анионообменную смолу ВП-1АП (удельная поверхность приготовленного катализатора составила 18,47 м2/г) (табица 5).The LRW processing was carried out analogously to Example 1, however, instead of the ZrO 2 -PdO / Al 2 O 3 catalyst, a nickel-ferricyanide catalyst supported on a VP-1AP anion-exchange resin was used (specific surface area of the prepared catalyst was 18.47 m 2 / g) (table 5 )
Для соосаждения Со с ферроцианидом калия использовали раствор азотнокислого цинка. В качестве флокулянта использовали флокулянт марки BesflocK-051C. (табица 6)Zinc nitrate solution was used to coprecipitate Co with potassium ferrocyanide. BesflocK-051C brand flocculant was used as a flocculant. (table 6)
Предлагаемый способ имеет следующие преимущества перед прототипом: обеспечивает более полное окисление органических компонентов ЖРО в динамическом режиме работы колонны за значительно меньшее время (50-130 с) контакта с высокой производительностью работы колонны (3-15 колон.об/ч), при меньшей температуре процесса (47,5-80°C, в прототипе - 98°C). Простота аппаратурного оформления стадии окислительной деструкции обеспечена использованием колонны с насыпным слоем катализатора. Параметры процесса не зависят от мутности, солевого состава раствора и допускают широкий интервал интенсивности потока и температурного режима при сохранении полноты окисления органических компонентов ЖРО, что позволяет производить переработку непрозрачных растворов (например, декантатов) без предварительной стадии осветления. Параметры процесса (время контакта, производительность) могут быть достаточно легко изменены как увеличением/уменьшением высоты насыпного слоя катализатора, так и изменением скорости потока. Использование каталитического механизма окислительной деструкции позволяет существенно снизить количество вводимой в ЖРО перекиси водорода до 3% об. (в прототипе 15% от объема кубового остатка) на стадии окисления. Стадию окислительной деструкции проводят в кислой среде при рН 1-4, что позволяет использовать при каталитическом окислении синергизм от введения в малых концентрациях второго окислителя - азотной кислоты. Перемешивание раствора в зоне контакта (в отличие от прототипа) производится посредством интенсивного самопроизвольного газовыделения в поровом пространстве насыпного слоя катализатора, что увеличивает турбулентность потока, а также уменьшает время контакта. Предлагаемый способ исключает образование шлама и выделение продуктов окислительной деструкции в осадок на стадии окислительной деструкции и поэтому не требует операции отделения твердой фазы перед коагуляционно-осадительной стадией (в отличие от прототипа).The proposed method has the following advantages over the prototype: provides a more complete oxidation of the organic components of LRW in the dynamic mode of operation of the column for significantly less time (50-130 s) of contact with high performance of the column (3-15 columns.ob / h), at lower temperature process (47.5-80 ° C, in the prototype - 98 ° C). The simplicity of the hardware design of the oxidative degradation stage is ensured by using a column with a bulk catalyst bed. The process parameters do not depend on the turbidity, salt composition of the solution and allow a wide range of flow intensities and temperature conditions while maintaining the completeness of oxidation of the organic components of LRW, which allows the processing of opaque solutions (for example, decantates) without a preliminary clarification stage. Process parameters (contact time, productivity) can be quite easily changed both by increasing / decreasing the height of the bulk catalyst layer, and by changing the flow rate. Using the catalytic mechanism of oxidative degradation can significantly reduce the amount of hydrogen peroxide introduced into LRW to 3% vol. (in the
Введение диэтилдитиокарбамата щелочного металла производится на второй операции коагуляционно-осадительной стадии (когда основное количество 60Со (65,1-95,4%) уже переведено в осадок смешанных ферроцианидов) в слабокислый раствор с рН 1-4 (в прототипе 7-10), содержащий ферроцианид щелочного металла и флокулянт, что обеспечивает осаждение 60Со, находящегося в ионной форме (наиболее доступной для связывания кобальта с диэтилдитиокарбаматом). Порядок введения диэтилдитиокарбамата щелочного металла позволяет (в отличие от прототипа) первоначально связывать с диэтилдитиокарбаматом радиоактивный кобальт (с образованием тонкодисперсной сфлокулированной взвеси, определяемой по изменению мутности раствора ЖРО на 0,4-7,1%), а через 10-15 мин контакта ввести нитрат переходного металла (Со, Ni, Zn) и соосадить оставшийся в растворе 60Со как с осадком диэтилдитиокарбамата переходного металла (Со, Ni, Zn), так и с осадком ферроцианида переходного металла (Со, Ni, Zn). Поскольку нитрат переходного металла (Со, Ni, Zn) берется в избытке, то весь диэтилдитиокарбамат выделяется из раствора ЖРО с осадком, не загрязняя ЖРО внесенными органическими компонентами. При одновременном соосаждении диэтилдитиокарбамата переходного металла (Со, Ni, Zn) и ферроцианида переходного металла (Со, Ni, Zn) образуется компактный, легко отделяемый микрофильтрацией осадок (в отличие от прототипа). Предлагаемый способ позволяет снизить количество вводимого диэтилдитиокарбамат щелочного металла более чем в 100 раз при использовании концентраций последнего 10-100 мг/л (в прототипе 10 г/л). Предлагаемый способ позволяет получить суммарную остаточную активность переработанного раствора ЖРО<0,9 Бк/л (в прототипе 15 Бк/л) при одновременном отделении 137Cs, (до 99,9%) и 60Со (до 99,1%) на первой и второй операциях коагуляционно-осадительной стадии (в прототипе очистка от 137Cs, 60Со производится отдельно).The introduction of alkali metal diethyldithiocarbamate is carried out in the second operation of the coagulation-precipitation stage (when the main amount of 60 Co (65.1-95.4%) is already transferred to the precipitate of mixed ferrocyanides) in a slightly acidic solution with a pH of 1-4 (in prototype 7-10) containing alkali metal ferrocyanide and a flocculant, which provides the deposition of 60 Co, which is in ionic form (most accessible for binding cobalt with diethyldithiocarbamate). The procedure for introducing alkali metal diethyl dithiocarbamate allows (in contrast to the prototype) radioactive cobalt to be initially associated with diethyl dithiocarbamate (with the formation of finely divided, flocculated suspension, determined by the change in turbidity of the LRW solution by 0.4-7.1%), and after 10-15 minutes of contact transition metal nitrate (Co, Ni, Zn) and precipitate the remaining 60 Co in the solution both with a precipitate of transition metal diethyldithiocarbamate (Co, Ni, Zn) and a precipitate of transition metal ferrocyanide (Co, Ni, Zn). Since the nitrate of the transition metal (Co, Ni, Zn) is taken in excess, all diethyl dithiocarbamate is separated from the LRW solution with sediment without contaminating the LRW with the introduced organic components. With the simultaneous coprecipitation of transition metal diethyl dithiocarbamate (Co, Ni, Zn) and transition metal ferrocyanide (Co, Ni, Zn), a compact precipitate is formed that is easily separated by microfiltration (unlike the prototype). The proposed method allows to reduce the amount of alkali metal diethyl dithiocarbamate introduced by more than 100 times when using concentrations of the latter 10-100 mg / l (in the prototype 10 g / l). The proposed method allows to obtain the total residual activity of the processed LRW solution <0.9 Bq / L (in the
Технический результат изобретения, а именно снижение остаточной удельной активности растворов CAO и НАО по 60Со и 137Cs до уровня <0,9 Бк/л, позволяет судить о потенциальном внедрении данного изобретения (способа) в технологию переработки жидких радиоактивных отходов, в частности дезактивирующих растворов (содержащих комплексоны, ПАВ) радиохимических производств. Полученные растворы после выделения радионуклидов 60Со и 137Cs (с активностью менее 0,9 Бк/л) согласно [СанПиН 2.6.1.2523 - 09 Нормы радиационной безопасности НРБ - 99/2009] не относятся к классу радиоактивных отходов и не требуют мероприятий по снижению радиоактивности, что также позволяет использовать их в дальнейшем для различных технологических операций.The technical result of the invention, namely the decrease in the residual specific activity of solutions of CAO and NAO for 60 Co and 137 Cs to a level of <0.9 Bq / l, allows us to judge the potential implementation of this invention (method) in the technology of processing liquid radioactive waste, in particular decontaminating solutions (containing complexones, surfactants) of radiochemical industries. The resulting solutions after the separation of 60 Co and 137 Cs radionuclides (with activity less than 0.9 Bq / l) according to [SanPiN 2.6.1.2523 - 09 Radiation Safety Standards NRB - 99/2009] do not belong to the class of radioactive waste and do not require measures to reduce radioactivity, which also allows their use in the future for various technological operations.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121115/07A RU2553976C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014121115/07A RU2553976C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553976C1 true RU2553976C1 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014121115/07A RU2553976C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553976C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2226726C2 (en) * | 2002-04-27 | 2004-04-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации АЭС" | Method for recovering liquid radioactive wastes of nuclear power plant |
WO2010043698A2 (en) * | 2008-10-16 | 2010-04-22 | Orion Tech Anstalt | Treatment of liquid wastes containing heavy metals |
RU2467419C1 (en) * | 2011-06-01 | 2012-11-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of cleaning still residues of liquid radioactive wastes from radioactive cobalt and caesium |
CN203366769U (en) * | 2013-07-02 | 2013-12-25 | 中科华核电技术研究院有限公司 | Medium-low-radioactivity nuclear waste processing device |
-
2014
- 2014-05-23 RU RU2014121115/07A patent/RU2553976C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2226726C2 (en) * | 2002-04-27 | 2004-04-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации АЭС" | Method for recovering liquid radioactive wastes of nuclear power plant |
WO2010043698A2 (en) * | 2008-10-16 | 2010-04-22 | Orion Tech Anstalt | Treatment of liquid wastes containing heavy metals |
RU2467419C1 (en) * | 2011-06-01 | 2012-11-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of cleaning still residues of liquid radioactive wastes from radioactive cobalt and caesium |
CN203366769U (en) * | 2013-07-02 | 2013-12-25 | 中科华核电技术研究院有限公司 | Medium-low-radioactivity nuclear waste processing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2529018C2 (en) | Method of deactivating liquid effluent, containing one or more radioactive chemical elements, by processing in fluidised bed | |
US8753518B2 (en) | Concentrate treatment system | |
US20010052495A1 (en) | Method and apparatus for the removal of arsenic from water | |
CA2094103A1 (en) | Waste treatment process for removal of contaminants from aqueous, mixed-waste solutions using sequential chemical treatment and crossflow microfiltration, followed by dewatering | |
KR102058277B1 (en) | Liquid radioactive waste treatment and recovery method thereof | |
US7708890B2 (en) | Method of rendering a radioactive and aqueous heat transfer liquid in a nuclear reactor to a reduced radwaste quantitative state and returning the remaining waste water volumes to an environmental release point for liquid effluents | |
EP1487748B1 (en) | Electrochemical process for decontamination of radioactive materials | |
RU2467419C1 (en) | Method of cleaning still residues of liquid radioactive wastes from radioactive cobalt and caesium | |
US7645387B2 (en) | Method of utilizing ion exchange resin and reverse osmosis to reduce environmental discharges and improve effluent quality to permit recycle of aqueous or radwaste fluid | |
RU2313147C1 (en) | Method for recovering liquid radioactive waste of low level of activity | |
RU2268513C1 (en) | Method of processing of radioactive effluent | |
RU2342720C1 (en) | Method of treating liquid radioactive wastes | |
JPH08271692A (en) | Processing method for radioactive waste liquid | |
RU2553976C1 (en) | Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes | |
US9133047B2 (en) | Decontamination system with insoluble additives | |
RU2369929C1 (en) | Method of purifying liquid radioactive wastes from caesium radionuclides | |
Epimakhov et al. | Reverse-osmosis filtration based water treatment and special water purification for nuclear power systems | |
RU2675251C1 (en) | Method for processing liquid radioactive wastes | |
RU2817393C1 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes | |
RU2273066C1 (en) | Method for recovering liquid radioactive wastes | |
RU2817393C9 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes | |
RU2769953C1 (en) | Method for sequential deactivation of radioactive solutions | |
US20130220933A1 (en) | Apparatus for the use of nanoparticles in removing chemicals from aqueous solutions with subsequent water purification | |
RU2675787C1 (en) | Method for processing liquid radioactive wastes | |
Apalkov et al. | Development of a purification technology for treatment of medium-and low-activity radioactive waste of radiochemical production from C-60 and Cs-137 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20200819 |