RU2313148C1 - Method for decontaminating radioactive waste and soil - Google Patents

Method for decontaminating radioactive waste and soil Download PDF

Info

Publication number
RU2313148C1
RU2313148C1 RU2006111151/06A RU2006111151A RU2313148C1 RU 2313148 C1 RU2313148 C1 RU 2313148C1 RU 2006111151/06 A RU2006111151/06 A RU 2006111151/06A RU 2006111151 A RU2006111151 A RU 2006111151A RU 2313148 C1 RU2313148 C1 RU 2313148C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
radionuclides
decontamination
radioactive
alkali
Prior art date
Application number
RU2006111151/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Андреевич Седов (RU)
Юрий Андреевич Седов
Юрий Алексеевич Парахин (RU)
Юрий Алексеевич Парахин
Геннадий Максимович Мельников (RU)
Геннадий Максимович Мельников
Сергей Александрович Майоров (RU)
Сергей Александрович Майоров
Original Assignee
ЗАО "Экология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЗАО "Экология" filed Critical ЗАО "Экология"
Priority to RU2006111151/06A priority Critical patent/RU2313148C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2313148C1 publication Critical patent/RU2313148C1/en

Links

Abstract

FIELD: environment protection; decontamination of radiochemical industry radioactive waste, sediment cake, sludge, highly concentrated acid solutions, and soils containing radionuclides.
SUBSTANCE: proposed method for decontaminating radioactive materials includes a number of sequential operations: extraction of radionuclides from solid phase by means of mineral acid; neutralization of solution with alkali to pH = 5.8-5.9; separation of sediment by sedimentation, treatment of clarified solution with alkali to pH = 9-10 and its oxidation-reduction treatment in electrolyzer incorporating soluble electrodes of manganese steel with atmospheric oxygen saturated solution. Joint precipitation products of radionuclides are removed by sedimentation together with collectors and coagulants. Solution is filtered off, corrected by means of acid to pH = 8.5-9.0, and passed through sorbent followed by solution treatment using dialysis through electrical membrane and reconditioning of decontamination agents.
EFFECT: enhanced degree of decontamination, minimized amount of radioactive sludge, ability of extracting valuable components from waste, reduced maintenance charges.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области экологии, а именно к способам дезактивации радиоактивных отходов радиохимических производств, и может быть использовано для дезактивации осадков-кеков, отвальных шлаков, пульп, а также почв, грунтов, ила с повышенным содержанием радионуклидов и высококонцентрированных кислых радиоактивных технологических растворов.The invention relates to the field of ecology, and in particular to methods of decontamination of radioactive waste from radiochemical industries, and can be used to decontaminate cake, cake, slag, pulps, as well as soils, soils, silt with a high content of radionuclides and highly concentrated acidic radioactive technological solutions.

Известны способы дезактивации отходов радиохимических производств выщелачиванием радионуклидов из твердой фазы водой (см. патент RU №2246773, кл. G21F 9/28, 2005 г.), щелочами (см. патент RU №2208852, кл. G21F 9/04, 2003 г.), минеральными кислотами (см. патент RU №2207393, кл. С22В 60/02, 2003 г.) с последующим осаждением радиоактивных солей химическими реагентами.Known methods for decontamination of waste from radiochemical production by leaching of radionuclides from the solid phase with water (see patent RU No. 2226773, class G21F 9/28, 2005), alkalis (see patent RU No. 2208852, class G21F 9/04, 2003 .), mineral acids (see patent RU No. 2207393, class C22B 60/02, 2003), followed by the precipitation of radioactive salts with chemical reagents.

Их недостатки:Their disadvantages:

- значительный расход реагентов на дезактивацию;- significant consumption of reagents for decontamination;

- большие объемы радиоактивных осадков, предназначенных для захоронения;- large volumes of radioactive fallout intended for disposal;

- не обеспечивают удаления из фильтратов радионуклидов щелочной группы металлов, например цезия-137;- do not provide removal from the filtrates of radionuclides of an alkali group of metals, for example cesium-137;

- определенные ограничения в способности удалять радиоактивные загрязнители, связанные химической связью с твердой фазой, в случае использования в качестве выщелачивателей воды и щелочей.- certain restrictions on the ability to remove radioactive contaminants associated with a chemical bond to the solid phase, if water and alkalis are used as leachants.

Известен способ дезактивации твердых радиоактивных материалов и, в частности, почвы выщелачиванием радионуклидов карбонатом натрия (см. патент RU №2142172, кл. G21F 9/00, 1999 г.) с последующим извлечением радионуклидов из щелочного раствора ионообменными частицами, содержащими магнитный материал. Хелатные комплексы удаляются из раствора магнитом. Недостатки этого способа - ограниченная химическая способность выщелачивателя (Na2СО3) в извлечении всей гаммы радиоактивных соединений из твердой фазы и перевода их в растворимое состояние, а также в дороговизне уникального хемосорбционного материала.There is a method of decontamination of solid radioactive materials and, in particular, soil by leaching of radionuclides with sodium carbonate (see patent RU No. 2142172, class G21F 9/00, 1999), followed by extraction of radionuclides from an alkaline solution by ion-exchange particles containing magnetic material. Chelate complexes are removed from the solution by magnet. The disadvantages of this method are the limited chemical ability of the leaching agent (Na 2 CO 3 ) in extracting the entire gamut of radioactive compounds from the solid phase and converting them to a soluble state, as well as in the high cost of the unique chemisorption material.

Известны способы переработки радиоактивных пульп и осадков растворением их в азотной кислоте (см. патент RU №2249268, кл. G21F 9/16, 2005 г.) или в смеси азотной кислоты с гидразином или гидроксиламином (см. патент RU №2234153, кл. G21F 9/04, 2004 г.) с последующей упаркой растворов и остеклованием. Недостатки этих способов - значительные экономические затраты, связанные с упаркой растворов и утилизацией оксидов азота.Known methods for processing radioactive pulps and precipitates by dissolving them in nitric acid (see patent RU No. 2249268, class G21F 9/16, 2005) or in a mixture of nitric acid with hydrazine or hydroxylamine (see patent RU No. 2234153, class. G21F 9/04, 2004) followed by evaporation of the solutions and vitrification. The disadvantages of these methods are significant economic costs associated with evaporation of solutions and utilization of nitrogen oxides.

Существует способ очистки радиоактивных отходов с отделением ценных компонентов растворением твердой фазы в азотной кислоте, с последующим извлечением радионуклидов многоступенчатой экстракцией трибутилфосфатом. Недостаток способа - в сложности технологической цепочки переработки радиоактивных отходов и в ограниченной элюирующей способности элюента.There is a method of treating radioactive waste with separation of valuable components by dissolving the solid phase in nitric acid, followed by extraction of radionuclides by multi-stage extraction with tributyl phosphate. The disadvantage of this method is the complexity of the technological chain of processing of radioactive waste and the limited eluting ability of the eluent.

Широко известны способы дезактивации почв и грунтов щадящими методами: элюированием их водой, водными растворами аммониевых солей и солей двухвалентного железа, растворами аммиака и солями аммония, водными растворами карбонатов с комплексообразователями, изотопным обменом и другими химическими, биохимическими и физическими методами. Общий недостаток перечисленных методов - малая эффективность извлечения радионуклидов, связанных химической связью с почвогрунтами.Methods of decontamination of soils and soils by gentle methods are widely known: by eluting them with water, aqueous solutions of ammonium salts and ferrous salts, ammonia solutions and ammonium salts, aqueous solutions of carbonates with complexing agents, isotopic exchange and other chemical, biochemical and physical methods. A common drawback of these methods is the low efficiency of the extraction of radionuclides associated with chemical bonds with soil.

Более эффективный способ дезактивации грунтов предложен в работе (см. патент RU №2094887, кл. G21F 9/23, 1997). Грунт обрабатывается соляной или азотной кислотой и фторидами или кремнефторидами аммония. Степень извлечения стронция-137 и других радионуклидов выше, чем в упомянутых способах дезактивации почв и грунтов. Это объясняется разрушением комплексов радионуклидов под действием минеральных кислот и переводом их в растворимые формы. Этот способ дезактивации грунтов эффективен, но экономически невыгодный без рециклизации реагентов выщелачивания.A more effective method of soil decontamination is proposed in the work (see patent RU No. 2094887, class G21F 9/23, 1997). The soil is treated with hydrochloric or nitric acid and ammonium fluorides or silicofluorides. The degree of extraction of strontium-137 and other radionuclides is higher than in the mentioned methods of decontamination of soils and soils. This is explained by the destruction of complexes of radionuclides under the action of mineral acids and their translation into soluble forms. This method of soil decontamination is effective, but economically disadvantageous without the recycling of leach reagents.

Дезактивация жидких высококонцентрированных отходов радиохимических производств представлена тремя основными методами очистки растворов от радионуклидов.The decontamination of highly concentrated liquid wastes from radiochemical industries is represented by three main methods for cleaning solutions from radionuclides.

Первый - физические методы - выпаривание или вымораживание растворов с последующей герметизацией и захоронением шламов, например (см. заявку на изобретение RU №2003103213, кл G21F 9/16, 2004; патент RU №2171509, кл. G21F 9/06,2001 г.).The first - physical methods - evaporation or freezing of solutions with subsequent sealing and burial of sludge, for example (see patent application RU No. 2003103213, CL G21F 9/16, 2004; patent RU No. 2171509, CL G21F 9 / 06,2001, )

Второй - физико-химический:The second is physico-chemical:

- экстракция радионуклидов из растворов селективными экстрагентами с дальнейшей доочисткой растворов, например (см. патент RU №2234549, кл. С22В 60/02, 2004 г.);- extraction of radionuclides from solutions with selective extractants with further post-treatment of solutions, for example (see patent RU No. 2234549, class C22B 60/02, 2004);

- сорбция радиоактивных ионов природными и синтетическими сорбентами, например, сорбентами на основе ферроцианидов меди или никеля, с последующим обессоливанием и концентрированием электромембранным способом или обратным осмосом, с дальнейшей доочисткой и цеолитами или шабазитом (см. патенты RU №2101235, С02F 9/00, 1998 г. №2118945, кл. С02F 1/28, 1999 г.). Очистка жидких радиоактивных отходов сорбентом-соосадителем - двуокисью марганца, который получают электрохимическим восстановлением перманганата калия (см. заявку на изобретение RU №2003112044, 2004 г.).- sorption of radioactive ions by natural and synthetic sorbents, for example, sorbents based on copper or nickel ferrocyanides, followed by desalination and concentration by electro-membrane method or reverse osmosis, with further purification and zeolites or chabazite (see patents RU No. 2101235, С02F 9/00, 1998 No. 21198945, class С02F 1/28, 1999). Purification of liquid radioactive waste with a sorbent co-precipitator - manganese dioxide, which is obtained by electrochemical reduction of potassium permanganate (see patent application RU No. 2003112044, 2004).

Третий - химический (реагентный), осаждение радионуклидов из растворов реагентами разной природы, например (см. патент RU №2200354, кл. G21F 9/06, 2003; патент RU №2217823, кл. G21F 9/04, 2003 г.).The third is chemical (reagent), the deposition of radionuclides from solutions by reagents of various nature, for example (see patent RU No. 2200354, class G21F 9/06, 2003; patent RU No. 2217823, class G21F 9/04, 2003).

Недостатки методов дезактивации жидких отходов: физическими методами - высокие затраты на упарку и вымораживание растворов; физико-химическими и химическими методами - большие объемы радиоактивных шламов, подлежащих захоронению, и повышенное солесодержание растворов.Disadvantages of liquid waste decontamination methods: physical methods - high costs for evaporation and freezing of solutions; physico-chemical and chemical methods - large volumes of radioactive sludge to be disposed of, and increased salinity of solutions.

При анализе общедоступной и патентной литературы близких по техническому решению способов дезактивации радиоактивных отходов к заявляемому способу не найдено. По совокупности существенных признаков за прототип можно принять способ дезактивации радиоактивных отходов производств (см. «Цветные металлы», 1985, с.53-56).When analyzing the generally accessible and patent literature, methods close to the technical solution for decontamination of radioactive waste to the claimed method were not found. According to the totality of essential features, a method for decontamination of radioactive waste from industries can be taken as a prototype (see "Non-ferrous metals", 1985, pp. 53-56).

Согласно способу-прототипу радиоактивные отходы растворяют в минеральных кислотах. Полученный раствор (пульпу) обрабатывают хлоридом бария, сульфатом натрия или серной кислотой и железным скрапом при повышенной температуре. Кислый раствор нейтрализуется 0,5-3Н раствором щелочи до рН 4-5. Осадок отделяют фильтрацией, а фильтрат обрабатывают гидроксидом кальция до рН 8,0±0,5. Радиоактивный осадки захоранивают в хранилищах спецотходов.According to the prototype method, radioactive waste is dissolved in mineral acids. The resulting solution (pulp) is treated with barium chloride, sodium sulfate or sulfuric acid and iron scrap at elevated temperatures. The acidic solution is neutralized with a 0.5-3N alkali solution to a pH of 4-5. The precipitate was separated by filtration, and the filtrate was treated with calcium hydroxide to a pH of 8.0 ± 0.5. Radioactive fallout is buried in special waste storage facilities.

Этот способ позволяет с эффективностью до 99,9% проводить дезактивацию отходов от тория, переводя его соли в нерастворимую форму, пригодную для длительного захоронения.This method allows with an efficiency of up to 99.9% to carry out the decontamination of thorium waste, converting its salts into an insoluble form suitable for long-term burial.

Недостатки способа:The disadvantages of the method:

- неудовлетворительная степень дезактивации от дочерних радионуклидов и щелочных и щелочно-земельных металлов;- unsatisfactory degree of decontamination from daughter radionuclides and alkali and alkaline earth metals;

- значительный расход невозобновляемых реагентов;- significant consumption of non-renewable reagents;

- значительные объемы шламов, подлежащих захоронению.- significant amounts of sludge to be disposed of.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего снизить эксплуатационные расходы на дезактивацию радиоактивных отходов, повысить степень их дезактивации, минимизировать объемы радиоактивных шламов.The objective of the invention is to develop a method to reduce operating costs for the decontamination of radioactive waste, to increase the degree of their decontamination, to minimize the amount of radioactive sludge.

Поставленная цель решается тем, что в способе дезактивации радиоактивных отходов, почв, грунтов, включающем выщелачивание минеральной кислотой, осаждение радионуклидов основаниями без коллекторов и в присутствии коллекторов и коагулянтов, согласно изобретению после выщелачивания и удаления взвесей кислый раствор нейтрализуют щелочью до рН 5,8-5,9, а выпавший осадок гидроокислов урана и тория отделяют осаждением, осветленный раствор обрабатывают щелочью до рН 9-10 и подвергают окислительно-восстановительной обработке в электролизере с растворимыми электродами из марганцовистых сталей при насыщении раствора кислородом воздуха до 10-12 мг/л, продукты соосаждения радионуклидов с коллекторами и коагулянтами удаляют осаждением, раствор фильтруют через материалы грубой и тонкой очистки, корректируют кислотой до рН 8,5-9,0, пропускают через сорбент с селективной избирательностью к ионам щелочных радиоактивных металлов с последующей обработкой раствора электромембранным диализом и регенерацией реагентов дезактивации.The goal is solved in that in the method of decontamination of radioactive waste, soil, soil, including leaching with mineral acid, precipitation of radionuclides with bases without collectors and in the presence of collectors and coagulants, according to the invention, after leaching and removal of suspensions, the acid solution is neutralized with alkali to pH 5.8- 5.9, and the precipitated precipitate of uranium and thorium hydroxides is separated by precipitation, the clarified solution is treated with alkali to a pH of 9-10 and subjected to redox treatment in an electrolyzer with with soluble electrodes of manganese steels when the solution is saturated with atmospheric oxygen up to 10-12 mg / l, the products of the coprecipitation of radionuclides with collectors and coagulants are removed by precipitation, the solution is filtered through coarse and fine filters, adjusted with acid to pH 8.5-9.0, passed through a sorbent with selective selectivity to alkaline radioactive metal ions, followed by treatment of the solution with electro-membrane dialysis and the regeneration of deactivation reagents.

Предпочтительно в способе в качестве выщелачивающей минеральной кислоты применяют азотную или соляную кислоты, а в качестве коллектора и коагулянта применены двуокись марганца и гидроокись трехвалентного железа, продуцированные в электролизере.Preferably, nitric or hydrochloric acids are used as the leaching mineral acid, and manganese dioxide and ferric hydroxide produced in the electrolyzer are used as collector and coagulant.

Использование заявляемого технического решения позволит получить следующие результаты:Using the proposed technical solution will allow to obtain the following results:

1. Извлекать из радиоактивных отходов с минимальными затратами ценный для промышленности элемент - уран.1. To extract uranium, a valuable element for industry, from radioactive waste with minimal cost.

2. Снизить эксплуатационные затраты на дезактивацию радиоактивных отходов и объектов радиационного загрязнения за счет замены реагентного способа удаления радионуклидов электрокоагуляционным.2. To reduce operating costs for the decontamination of radioactive waste and objects of radiation pollution by replacing the reagent method of radionuclide removal with electrocoagulation.

3. Минимизировать объемы радиоактивных шламов, подлежащих захоронению.3. Minimize the amount of radioactive sludge to be disposed of.

4. Повысить степень дезактивации радиоактивных отходов за счет расширения спектра удаляемых радионуклидов - от актинидов, лантанидов до щелочных и радиоактивно зараженных металлов.4. To increase the degree of decontamination of radioactive waste by expanding the range of radionuclides to be removed - from actinides, lanthanides to alkali and radioactively infected metals.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в способе после выщелачивания твердой фазы минеральной кислотой кислый раствор радионуклидов нейтрализуют щелочью до рН 5,8-5,9 для осаждения из раствора не только гидроокислов тория, но и урана и частично лантанидов; окислительно-восстановительная обработка раствора радионуклидов тяжелых металлов осуществляется в электролизере (электрокоагуляторе) с растворимыми электродами из марганцовистой стали с последующим соосаждением восстановленных ионов радионуклидов с коллекторами на основе двуокиси марганца, продуцируемыми в электрокоагуляторе; сорбционной очисткой раствора от солей радиоактивных щелочных металлов селективными сорбентами на основе ферроцианидов; реагенты выщелачивания и нейтрализации регенерируются электромембранным диализом. Перечисленные отличия позволяют достичь заявляемый эффект.The claimed technical solution differs from the prototype in that in the method, after leaching the solid phase with mineral acid, the acid solution of radionuclides is neutralized with alkali to a pH of 5.8-5.9 to precipitate not only thorium hydroxides from the solution, but also uranium and partially lanthanides; oxidation-reduction treatment of a solution of heavy metal radionuclides is carried out in an electrolyzer (electrocoagulator) with soluble manganese steel electrodes, followed by coprecipitation of the reduced radionuclide ions with manganese dioxide collectors produced in the electrocoagulator; sorption purification of the solution from salts of radioactive alkali metals with selective sorbents based on ferrocyanides; leaching and neutralization reagents are regenerated by electro-membrane dialysis. These differences allow you to achieve the claimed effect.

Из патентной и научно-технической литературы не известен способ дезактивации радиоактивных отходов почв, грунтов, в котором следующая последовательность операций очистки отходов: выщелачивание радионуклидов из твердой фазы азотной кислотой; осаждение из кислого раствора ценных компонентов - гидроокисей урана и тория, подщелачиванием раствора радионуклидов щелочью до рН 5,8-5,9; удаление из раствора радионуклидов тяжелых металлов окислительно-восстановительной обработкой раствора при рН 9-10 в электрокоагуляторе с электродами из марганцовистых сталей, с последующим соосаждением восстановленных радионуклидов с коллекторами на основе двуокиси марганца и гидроокисей трехвалентного железа, продуцируемых в электрокоагуляторе; сорбция ионов радиоактивных щелочных металлов селективными сорбентами; регенерация реагентов выщелачивания и нейтрализации.From the patent and scientific literature there is no known method for the decontamination of radioactive waste from soils and soils, in which the following sequence of waste treatment operations: leaching of radionuclides from the solid phase with nitric acid; precipitation from an acidic solution of valuable components - hydroxides of uranium and thorium, by alkalizing the solution of radionuclides with alkali to a pH of 5.8-5.9; removal from the solution of heavy metal radionuclides by redox treatment of the solution at pH 9-10 in an electrocoagulator with electrodes of manganese steels, followed by coprecipitation of the reduced radionuclides with collectors based on manganese dioxide and ferric hydroxides produced in the electrocoagulator; sorption of ions of radioactive alkali metals by selective sorbents; regeneration of leaching and neutralization reagents.

Способ продуцирования коллектора (соосадителя) на основе двуокиси марганца электрохимическим растворением электродов из марганцовистых сталей для удаления радионуклидов из растворов не имеет аналогов в открытых литературных источниках.The method of producing a collector (co-precipitator) based on manganese dioxide by electrochemical dissolution of electrodes from manganese steels to remove radionuclides from solutions has no analogues in open literature.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в области экологии для дезактивации радиоактивных отходов, зараженных радионуклидами почв, грунтов.The claimed technical solution can be used in the field of ecology for the decontamination of radioactive waste contaminated with radionuclides of soils and soils.

Заявляемый способ дезактивации осуществляют с помощью устройства, схема которого изображена на чертеже.The inventive method of decontamination is carried out using a device, a diagram of which is shown in the drawing.

Устройство для дезактивации высококонцентрированных радиоактивных отходов содержит четыре блока - А, Б, В, Г.A device for the decontamination of highly concentrated radioactive waste contains four blocks - A, B, C, G.

Блок А - блок выщелачивания - включает барабан 1 (реактор типа чана с мешалкой), мерники для азотной кислоты 1-1 и воды 1-2, фильтр-контейнер для дезактивированного продукта 1-3, накопительную емкость для промывочной воды 1-4, отстойник-осадитель 2, осветлитель 3, шламосборник 3-1.Block A — leaching block — includes drum 1 (a tank-type reactor with a stirrer), measuring tanks for nitric acid 1-1 and water 1-2, a filter container for deactivated product 1-3, a storage tank for washing water 1-4, a sump precipitator 2, clarifier 3, sludge collector 3-1.

Блок Б - блок осаждения урана, тория - включает реактор 4, мерник для щелочного раствора 4-1, отстойник-осветлитель 5, сборник осадка урана-тория 5-1.Block B - block of uranium deposition, thorium - includes a reactor 4, a measuring tank for an alkaline solution 4-1, a clarifier 5, a sediment collector of uranium-thorium 5-1.

Блок В - блок электрокоагуляции - включает электрокоагулятор 6, компрессор воздуха 6-1, отстойник 7, осветлитель 8, сборник шлама 8-1, кассетный блок фильтров 9, реактор 10, мерник кислоты 10-1, фильтр селективной сорбционной очистки 11.Block B - electrocoagulation unit - includes an electrocoagulator 6, an air compressor 6-1, a sump 7, a clarifier 8, a sludge collector 8-1, a filter cartridge unit 9, a reactor 10, an acid meter 10-1, a selective sorption filter 11.

Блок Г - блок электромембранного диализа - включает электромембранные диализаторы 12, накопительные емкости для щелочи 12-1, кислоты 12-2.Block G - block of electro-membrane dialysis - includes electro-membrane dialyzers 12, storage tanks for alkali 12-1, acids 12-2.

Способ дезактивации осуществляется следующим образом.The method of decontamination is as follows.

Способ предусматривает последовательное удаление радионуклидов разной химической природы из радиоактивных отходов направленными операциями, включающими выщелачивание радионуклидов из твердой фазы минеральной кислотой; осаждение из кислого раствора ценных компонентов - гидроокисей урана и тория, нейтрализацией раствора щелочью до рН 5,8-5,9; удаление из раствора радионуклидов тяжелых металлов в виде нерастворимых комплексов их гидроксидов с коллекторами на основе двуокиси марганца и гидроокиси железа (III), окислительно-восстановительной обработкой раствора при рН 9-10 в электролизере с растворимыми электродами из марганцовистых сталей и насыщения раствора кислородом воздуха, корректировку водородного показателя раствора кислотой до рН 8,5-9,0 с последующим удалением из него солей радиоактивных щелочных металлов сорбцией их на селективных сорбентах; регенерацию реагентов выщелачивания и нейтрализации электромембранным диализом.The method provides for the sequential removal of radionuclides of different chemical nature from radioactive waste by directed operations, including leaching of radionuclides from the solid phase with mineral acid; precipitation from an acidic solution of valuable components - hydroxides of uranium and thorium, neutralization of the solution with alkali to a pH of 5.8-5.9; removal from solution of heavy metal radionuclides in the form of insoluble complexes of their hydroxides with collectors based on manganese dioxide and iron (III) hydroxide, by redox treatment of the solution at pH 9-10 in an electrolyzer with soluble electrodes from manganese steels and saturation of the solution with atmospheric oxygen, adjustment the pH of the solution with an acid to pH 8.5-9.0, followed by removal of salts of radioactive alkali metals from it by sorption them on selective sorbents; regeneration of leaching reagents and neutralization by electro-membrane dialysis.

Коррекция кислотности обрабатываемого раствора до рН 5,8-5,9, после операции «выщелачивания», создает оптимальные условия для практически полного (~100%) осаждения из раствора гидроокисей урана и тория (см. Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969, т.3, с.540).Correction of the acidity of the treated solution to a pH of 5.8-5.9, after the “leaching” operation, creates optimal conditions for almost complete (~ 100%) precipitation of uranium and thorium hydroxides from the solution (see F. Cotton, J. Wilkinson. Modern Inorganic Chemistry, Moscow: Mir, 1969, v. 3, p. 540).

Использование электролизера (электрокоагулятора) с растворимыми электродами из марганцовистых сталей в дезактивации преследует две цели: сокращение эксплуатационных затрат на реактивы дезактивации и продуцирование в электролизере эффективных коллекторов (соосадителей) для радионуклидов.The use of an electrolyzer (electrocoagulator) with soluble electrodes of manganese steels in decontamination has two goals: reducing the operating costs of deactivation reagents and producing efficient collectors (co-precipitators) for radionuclides in the electrolyzer.

В условиях электролиза водных растворов, наряду с обычными продуктами электрохимической деструкции воды до кислорода и водорода, идет электрохимическое восстановление шестивалентных оксо-катионовых актинидов

Figure 00000002
до четырехвалентных катионов М4+ по уравнениюUnder the conditions of electrolysis of aqueous solutions, along with the usual products of the electrochemical destruction of water to oxygen and hydrogen, the electrochemical reduction of hexavalent oxo-cationic actinides occurs
Figure 00000002
up to tetravalent M 4+ cations by the equation

Figure 00000003
Figure 00000003

Тенденция к образованию комплексных соединений и прочность комплексов с комплексообразователями у четырехвалентных катионов актинидов М4+ - максимальная в ряду актинидов. Это свойство определено размером и зарядом иона (см. Ф.Коттон, Дж.Уилкисон. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969, т.3, с.536).The tendency to the formation of complex compounds and the strength of complexes with complexing agents in the tetravalent cations of M 4+ actinides is the highest in the series of actinides. This property is determined by the size and charge of the ion (see F. Cotton, J. Wilkison. Modern inorganic chemistry. M: Mir, 1969, v. 3, p. 536).

Параллельно с восстановлением актинидов, на электродах идут окислительные процессы с образованием коагулянта Fe(ОН)з и зарекомендовавшего себя коллектора (соосадителя) для радионуклидов - MnO2, по уравнениямIn parallel with actinide reduction, oxidation processes occur on the electrodes with the formation of the coagulant Fe (OH) 3 and the proven collector (co-precipitator) for radionuclides - MnO 2 , according to the equations

Образование коагулянта:Coagulant formation:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

[Fe(H2O)6]2++2OН-→Fe(OH)2+6Н2О[Fe (H 2 O) 6 ] 2+ + 2 OH - → Fe (OH) 2 + 6H 2 O

[Fe(H2O)6]3++3ОН-→Fe(ОН)3+6Н2O[Fe (H 2 O) 6 ] 3+ + 3OH - → Fe (OH) 3 + 6H 2 O

Figure 00000006
Figure 00000006

Образование коллектора:Collector Education:

Figure 00000007
Figure 00000007

[Mn(H2O)6]2++2OН-→Mn(ОН)2+6Н2O[Mn (H 2 O) 6 ] 2+ + 2 OH - → Mn (OH) 2 + 6H 2 O

Гидроксид марганца (II) легко окисляется до двуокиси марганца кислородом воздуха по уравнениюManganese (II) hydroxide is easily oxidized to manganese dioxide by atmospheric oxygen according to the equation

2Mn(ОН)2+O2→2MnO2↓+2Н2O2Mn (OH) 2 + O 2 → 2MnO 2 ↓ + 2H 2 O

Кислород воздуха подается в электролизную камеру компрессором.Air oxygen is supplied to the electrolysis chamber by a compressor.

Способ дезактивации поясняется примерами.The method of decontamination is illustrated by examples.

Пример 1. Дезактивация твердых радиоактивных материалов.Example 1. The decontamination of solid radioactive materials.

Твердый радиоактивный материал, подлежащий дезактивации, измельчают, загружают в барабан 1 (Блок А), обрабатывают 3-5 М азотной или соляной кислотой из мерника 1-1 при вращении резервуара. Кислый раствор отделяют центробежной силой и перекачивают в отстойник 2. Дезактивированный материал многократно промывают водой из мерника 1-2, подвергают центробежной сушке и выгружают в контейнер 1-3. Промывочную воду собирают в накопительную емкость 1-4.The solid radioactive material to be decontaminated is crushed, loaded into drum 1 (Block A), treated with 3-5 M nitric or hydrochloric acid from the measuring unit 1-1 during rotation of the tank. The acidic solution is separated by centrifugal force and pumped into the settling tank 2. The deactivated material is repeatedly washed with water from the measuring cup 1-2, centrifugally dried and discharged into the container 1-3. Wash water is collected in a storage tank 1-4.

Из отстойника 2 кислый раствор солей радионуклидов перекачивают в осветлитель непрерывного действия 3 для отделения взвешенных частиц. Шлам сбрасывают в шламонакопитель 3-1. Осветленный раствор подают в реактор 4 (Блок Б) и при перемешивании и охлаждении нейтрализуют раствором 3-5 М щелочи из мерника 4-1 до рН 5,8-5,9.From sump 2, an acidic solution of radionuclide salts is pumped to continuous clarifier 3 to separate suspended particles. The sludge is discharged into the sludge collector 3-1. The clarified solution is fed into reactor 4 (Block B) and, with stirring and cooling, it is neutralized with a solution of 3-5 M alkali from 4-1 measurer to pH 5.8-5.9.

Выпавший осадок гидроксидов урана, тория и частично лантанидов осаждают в отстойнике-осветлителе 5, собирают в сборнике 5-1, промывают, сушат и отправляют на переработку.The precipitated precipitate of uranium, thorium and partially lanthanide hydroxides is precipitated in clarifier 5, collected in a collector 5-1, washed, dried and sent for processing.

После удаления из раствора урана и тория слабокислый раствор перекачивают в электролизер (электрокоагулятор) 6 (Блок В) с растворимыми электродами из марганцовистых сталей, обрабатывают щелочью до рН 9-10 и при насыщении раствора кислородом воздух до 10-12 мг/л из компрессора 6-1 подвергают его окислительно-восстановительной обработке при плотности тока на электродах 50-150 А/дм2, межэлектродном расстоянии 10-40 мм, времени обработки раствора в электрокоагуляторе 5-15 мин. Пульпу со взвесью скоагулированных комплексов и гидроксидов радиоактивных тяжелых металлов последовательно направляют в отстойник 7, осветлитель 8, кассетный блок фильтров грубой и тонкой очистки 9. Радиоактивные осадки сбрасывают в шламосборник 8-1.After removal of uranium and thorium from the solution, the weakly acid solution is pumped into the electrolyzer (electrocoagulator) 6 (Block B) with soluble electrodes from manganese steels, it is treated with alkali to pH 9-10 and, when the solution is saturated with oxygen, air up to 10-12 mg / l from compressor 6 -1 subject it to redox treatment at a current density on the electrodes of 50-150 A / dm 2 , the interelectrode distance of 10-40 mm, the processing time of the solution in the electrocoagulator 5-15 minutes The pulp with a suspension of coagulated complexes and hydroxides of radioactive heavy metals is sequentially sent to the sump 7, clarifier 8, coarse and fine filter cassette 9. Radioactive fallout is dumped into sludge collector 8-1.

Очищенный от взвесей и органики раствор подают в реактор 10, нейтрализуют кислотой из мерника 10-1 до рН 8,5-9,0 и фильтруют через фильтр 11 с селективным сорбентом радиоактивных ионов щелочных металлов.The solution, purified from suspensions and organics, is fed into the reactor 10, neutralized with an acid from a mernik 10-1 to pH 8.5-9.0, and filtered through a filter 11 with a selective sorbent of radioactive alkali metal ions.

Очищенный от радионуклидов раствор поступает в Блок Г, в электромембранные диализаторы 12 на регенерацию реагентов дезактивации - кислоты и щелочи. Продукты регенерации собираются в накопительные емкости щелочи 12-1 и кислоты 12-2.The solution purified from radionuclides enters Block G, into the electro-membrane dialyzers 12, for the regeneration of deactivation reagents - acids and alkalis. Regeneration products are collected in storage tanks of alkali 12-1 and acid 12-2.

Пример 2. Дезактивация почв, грунтов.Example 2. Decontamination of soils.

Зараженный радионуклидами слой почвы, грунта снимается, измельчается, отделяется от растительного материала, загружается в барабан 1, обрабатывается, как в примере 1.The soil, soil layer infected with radionuclides is removed, crushed, separated from the plant material, loaded into the drum 1, processed, as in example 1.

Пример 3. Дезактивация пульпы.Example 3. Pulp decontamination.

Пульпа закачивается в реактор 1 (Блок А) типа чана с мешалкой, охлаждением и обрабатывается минеральной кислотой. Дальнейшая обработка кислого раствора аналогична примеру 1.The pulp is pumped into the reactor 1 (Block A) of the tank type with a stirrer, cooled and treated with mineral acid. Further processing of the acidic solution is similar to example 1.

Пример 4. Дезактивация кислых растворов осуществляется по схеме примера 1, исключение - узел выщелачивания.Example 4. The deactivation of acidic solutions is carried out according to the scheme of example 1, with the exception of the leaching unit.

Claims (3)

1. Способ дезактивации радиоактивных отходов, почв, грунтов, включающий выщелачивание минеральной кислотой, осаждение радионуклидов основаниями без коллекторов и в присутствии коллекторов и коагулянтов, отличающийся тем, что после выщелачивания и удаления взвесей кислый раствор нейтрализуют щелочью до рН 5,8-5,9, выпавший осадок гидроксидов урана и тория отделяют осаждением, осветленный раствор обрабатывают щелочью до рН 9-10 и подвергают окислительно-восстановительной обработке в электролизере с растворимыми электродами из марганцовистых сталей при насыщении раствора кислородом воздуха до 10-12 мг/л, продукты соосаждения радионуклидов с коллекторами и коагулянтами удаляют осаждением, раствор фильтруют через материалы грубой и тонкой очистки, корректируют кислотой до рН 8,5-9,0, пропускают через сорбент с селективной избирательностью к ионам щелочных радиоактивных металлов с последующей обработкой раствора электромембранным диализом и регенерацией реагентов дезактивации.1. The method of decontamination of radioactive waste, soil, soil, including leaching with mineral acid, precipitation of radionuclides with bases without collectors and in the presence of collectors and coagulants, characterized in that after leaching and removal of suspensions, the acid solution is neutralized with alkali to pH 5.8-5.9 the precipitated precipitate of uranium and thorium hydroxides is separated by precipitation, the clarified solution is treated with alkali to a pH of 9-10 and subjected to redox treatment in an electrolyzer with soluble manganese electrodes steel at saturation of the solution with atmospheric oxygen up to 10-12 mg / l, the products of the coprecipitation of radionuclides with collectors and coagulants are removed by precipitation, the solution is filtered through coarse and fine filters, adjusted with acid to pH 8.5-9.0, passed through a sorbent with selective selectivity to alkaline radioactive ions, followed by treatment of the solution with electro-membrane dialysis and the regeneration of deactivation reagents. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве выщелачивающей минеральной кислоты использованы азотная или соляная кислоты.2. The method according to claim 1, characterized in that nitric or hydrochloric acids are used as the leaching mineral acid. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коллектора использованы двуокись марганца и гидроокись трехвалентного железа, продуцируемые в электролизере.3. The method according to claim 1, characterized in that manganese dioxide and ferric hydroxide produced in the electrolyzer are used as the collector.
RU2006111151/06A 2006-04-05 2006-04-05 Method for decontaminating radioactive waste and soil RU2313148C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006111151/06A RU2313148C1 (en) 2006-04-05 2006-04-05 Method for decontaminating radioactive waste and soil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006111151/06A RU2313148C1 (en) 2006-04-05 2006-04-05 Method for decontaminating radioactive waste and soil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2313148C1 true RU2313148C1 (en) 2007-12-20

Family

ID=38917340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006111151/06A RU2313148C1 (en) 2006-04-05 2006-04-05 Method for decontaminating radioactive waste and soil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2313148C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463678C1 (en) * 2011-03-09 2012-10-10 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method for underground disposal of liquid radioactive silicon-containing wastes
US8753518B2 (en) 2010-10-15 2014-06-17 Diversified Technologies Services, Inc. Concentrate treatment system
US9283418B2 (en) 2010-10-15 2016-03-15 Avantech, Inc. Concentrate treatment system
RU195080U1 (en) * 2019-06-06 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) MOBILE WASTE WATER TREATMENT SYSTEM WITH DESALTING
US10580542B2 (en) 2010-10-15 2020-03-03 Avantech, Inc. Concentrate treatment system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ, 1985, №2, с.53-56. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8753518B2 (en) 2010-10-15 2014-06-17 Diversified Technologies Services, Inc. Concentrate treatment system
US9283418B2 (en) 2010-10-15 2016-03-15 Avantech, Inc. Concentrate treatment system
US10580542B2 (en) 2010-10-15 2020-03-03 Avantech, Inc. Concentrate treatment system
RU2463678C1 (en) * 2011-03-09 2012-10-10 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method for underground disposal of liquid radioactive silicon-containing wastes
RU195080U1 (en) * 2019-06-06 2020-01-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) MOBILE WASTE WATER TREATMENT SYSTEM WITH DESALTING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5102556A (en) Method for rendering ferric hydroxide sludges recyclable
JPH07973A (en) Method of removing heavy metal and radioactive contamination factor
RU2313148C1 (en) Method for decontaminating radioactive waste and soil
WO1995015566A1 (en) Process for the treatment of particulate material
RU2467419C1 (en) Method of cleaning still residues of liquid radioactive wastes from radioactive cobalt and caesium
Tsybulskaya et al. Reagent decontamination of liquid chrome-containing industrial wastes
Ghosh et al. Studies on management of chromium (VI)–contaminated industrial waste effluent using hydrous titanium oxide (HTO)
Trus et al. Techno-economic feasibility for water purification from copper ions
JP2620839B2 (en) Method of treating a chelating agent solution containing radioactive contaminants
Hu et al. Removal of chromium (VI) from aqueous solutions by electrochemical reduction–precipitation
JPH1034124A (en) Method for restoring land contaminated with heavy metal and cyanide compound
Awadalla et al. Opportunities for membrane technologies in the treatment of mining and mineral process streams and effluents
Anderson et al. A method for chromate removal from cooling tower blowdown water
CN104226278A (en) Preparation method and application of thallium adsorbent
CN104030500A (en) Process and equipment for removing nickel ions from wastewater of aluminum profile
CN111087114A (en) Treatment method of tantalum-niobium production wastewater
Yatskov et al. Development of technology for recycling the liquid iron-containing wastes of steel surface etching
RU2526907C1 (en) Method of extracting rare-earth metals (rem) from phosphogypsum
KR20180079539A (en) Washing method for uranium-contaminated materials
KR900003608B1 (en) Recovery or removal of uranium by the utilization of acrons
CN208814789U (en) A kind of disposal system of waste hydrochloric acid containing heavy metal and sludge
RU2183871C1 (en) Method for decontaminating spent cation- exchange resin of radioactive waste treatment plants at nuclear power station
Levlin Recovery of phosphate from sewage sludge and separation of metals by ion exchange
RU2334801C1 (en) Method of complex processing and deactivation of radioactive waste at rare metal production
Hines et al. Decontamination of waste solution from Davies-Gray analyses in a pilot-facility for process development

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180406

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181126

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20181212