BG64347B1

BG64347B1 - Филтриращ продукт за очистване радиоактивни отпадъци от аец и метод за получаването му

Info

Publication number: BG64347B1
Application number: BG106015A
Authority: BG
Inventors: Анелия ЦВЕТКОВА; Васил МАВРУДИЕВ
Original assignee: "Зеорекс Интернационал" Еоод
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2004-10-29
Also published as: BG106015A

Abstract

Филтриращият продукт се използва за очистване на течни радиоактивни отпадъци от АЕЦ (кубов остатък) до степен от 99,5 до 99,9%. Той подлежи на циментиране със строителен цимент в съотношение 1:1 до якостни показатели на конструктивен бетон и последващо погребване в кубове. Филтриращият материал е на минерална основа и е получен от гранулиран до фракция 0,5-2,5 mm, химически модифициран с натриеви, калиеви, амониеви, сребърни, никелови, алуминиеви, железни и манганови соли и термично стабилизиран при 120-350 градуса С природен алумосиликат (клиноптилолит), съдържащ 80-85% полезен компонент. Различните модифицирани компоненти са взети в различни комбинации и съотношения в зависимост от радионуклидния и химически състав на течния радиоактивен отпадък. а

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до широкоспектърен филтриращ продукт на минерална основа и метод за получаването му. Продуктът намира приложение за очистване на течни радиоактивни отпадъци от АЕЦ, кубов остатък и всички радиоактивни изотопи от I, II и VIII група. Филтриращият продукт след насищане се циментира и погребва.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са редица методи за пречистване на отпадъчни води, замърсени с радиоактивни изотопи, и различни видове филтриращи продукти, използвани за тази цел. Известните методи включват коагулация с алуминиев сулфат, железни соли или фосфати с последващо филтриране през пясъчен филтър /5/; адсорбция на радиоактивни изотопи върху кристални утайки /1/; варово-содово омекотяване на водата /5/; електродиализа /5/; дестилация; флотация; йонообмен с анионни и катионни йонообменни смоли /2/; биохимично пречистване; пречистване с помощта на природни неорганични сорбенти /3/; изпаряване на течни радиоактивни отпадъци от АЕЦ с цел концентрация на кубовия остатък /1/.

Използваните методи и филтриращи продукти с изключение на йонообменните смоли се използват за очистване на отпадъчните води с ниска и средна активност, слабоефективни са, част от тях са сложни за изпълнение и обикновено се използват в комбинация. Йонообменните смоли са ефективни, но са с висока цена и необходимост от регенерация, при което възниква въпросът за дезактивация на регенерационните разтвори.

Известни са много опити за използване на природни зеолити за пречистване на радиоактивно замърсени води, по-специално от стронций 90 и цезий 137 /6/. Конкретните данни за пречистване са малко, резултат са от лабораторни изследвания и имат за цел доказване ефективността на филтриращия продукт /7/. Изследвано е влиянието на различни соли върху ефективността на пречистване /9/. Изследвани са възможностите за погребване на превърнатите в радиоактивни отпадъци филтриращи продукти чрез битумиране /4/.

Техническа същност на изобретението

Проблемът, който се решава чрез изобретението, е да се създаде филтриращ продукт на минерална основа и метод за получаването му, който да осигури комплексно очистване на течни радиоактивни отпадъци и кубов остатък от АЕЦ от Sr⁹⁰, Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Co⁶⁰, Ni⁶³, Fe⁵⁵ и други радиоактивни изотопи от I, II и VIII група с възможност за циментиране и погребване на сорбента.

Филтриращият продукт съгласно изобретението представлява природен алумосиликат /клиноптилолит/ със съдържание на полезен компонент от 80-85%, и едрина на зърната от 0,5 до 2,5 mm, химически модифициран с калиеви, натриеви, амониеви, сребърни, никелови, железни, манганови и алуминиеви соли и термично стабилизиран. Отделните компоненти са смесени в различни комбинации и тегловни съотношения, в зависимост от радионуклидния и химическия състав на течните радиоактивни отпадъци.

Методът съгласно изобретението за получаването на филтриращия продукт се състои в това, че природен алумосиликат /клиноптилолит/ се фракционира до едрина на частиците от 0,5 до 2,5 mm, химически се модифицира чрез йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция и се стабилизира термично при температура от 120 до 350°С. Отделните компоненти се смесват в различни комбинации в зависимост от вида на замърсяването и търсения ефект на очистване.

Филтриращият продукт се зарежда в класически пречиствателни колони, чийто брой зависи от количеството на замърсената вода. Промива се в противоток с чиста вода до 90% бистрота и през него се пропускат течните радиоактивни отпадъци с анализирано замърсяване. Скоростта на филтруване зависи от височината на слоя филтриращ продукт и от неговия фракционен състав и се движи в границите от 0,05 до 0,5 колонобема на час. Степента на очистване е от 99,5 до 99,9% за отделните изотопи. Практически прескок не се наблюдава.

Предимствата на изобретението се състоят в това, че филтриращият продукт съгласно изобретението за разлика от досега използваните дава възможност за комплексно очистване на течни радиоактивни отпадъци от АЕЦ от основните радионуклиди и соли, като по отношение на кубовия остатък дава възможност в 1 ш³ филтриращ продукт да се погълне активността, съдържаща се в 3 т³ кубов остатък.

Използваният филтриращ продукт подлежи на циментиране, като се смесва със строителен цимент в отношение от 1:1 до 1,5:1, като за течна фаза може да се използва и филтратът или част от него. Полученият циментиран продукт има якостни показатели на конструктивен бетон /25 МРа/ и коефициент на водоизмиваемост по радионуклиди, равна на остъклени продукти. След изпитания за мразоустойчивост (25 цикъла) циментираният продукт не дава загуба на якостни показатели. Циментираният филтриращ продукт се погребва в ББ кубове на фирмата “Балбок”, България.

Примери за изпълнение на изобретението

Изобретението се пояснява, без да се ограничава, със следните примери.

Пример 1. Природен алумосиликат /клиноптилолит/ се разтрошава и сепарира до едрина на частиците от 0,8 до 2,5 mm. Фракционираният материал се разделя на части и се модифицира, съответно с FeSO₄.7H₂O, MnSO₄.5H₂O и NaCl, в количества от 4 до 30% спрямо количеството на алумоносиликата във водна среда в продължение от 2 до 24 h. Модифицирането се основава на три основни механизма - йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция, гарантиращи промяна на катионния състав на клиноптилолита и образуването на неразтворими съединения. Модифицираният продукт се промива до постоянен показател на електропроводимост, след което се стабилизира при температура 150-350°С в продължение на 2 h.

Отделните части се смесват в съотношение 1:1:1,5 до пълно хомогенизиране. Зареждат се в колона с обем 60 ml, състояща се от три модула по 20 ml, свързани успоредно. Филтриращият продукт се промива до 90% бистрота и през колоната се пропускат течни радиоактивни отпадъци със сумарна активност

4.1Е+7 Bq/Ι, представена от Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Co⁶⁰, Ni⁶³, Fe⁵⁵ и Μη⁵⁴ и общ солев състав 290 g/1, представен от калий, натрий, борна киселина и нитрати, със скорост 0,16 колонобема на час. Отпадъчните води се пропускат в противоток. След преминаване на три колонобема се анализират филтратите по степен на очистване и солев състав. Степента на очистване е 99,76%, сумарният солев състав е 210 g/Ι /фиг. 1/. Наситеният с радионуклиди филтриращ продукт се циментира със строителен цимент в съотношение филтриращ продуктщимент 1,5:1 и водно циментово съотношение 0,5. Циментираният филтриращ продукт има якост на натиск 20 МРа, /фиг. 2/, коефициент на измиваемост по радионуклиди е 1,0 Е - 0,4 g/sm² ден /фиг. 3/, загуба на маса 0,7% и загуба на якост 10% след 25 цикъла изпитания за мразоустойчивост. Циментираният филтриращ продукт се погребва в ББ кубове на фирмата “Балбок”, България.

Пример 2. Природен алумосиликат /клиноптилолит/ се разтрошава и сепарира до едрина на частиците от 0,5 до 1,0 mm. Фракционният материал се разделя на части и се модифицира с FeSO₄.7H₂O, NiSO₄.7H₂O, AgNO₃ и NaCl, в количества от 8 до 25% спрямо количеството на алумонисиликата във водна среда в продължение от 6 до 18 h. Модифицирането се основава на три основни механизма - йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция, гарантиращи промяна на катионния състав на клиноптилолита и образуването на неразтворими съединения. Модифицираният продукт се промива до постоянен показател на електропроводимост, след което се стабилизира при температура от 120 до 300°С в продължение на 2 h. Отделните части се смесват в съотношение 1:1:1:1 до пълно хомогенизиране. Зареждат се в колона с обем 36 ml, състояща се от три модула по 12 ml, свързани успоредно. Филтриращият продукт се промива до 90% бистрота и през колоната се пропускат течни радиоактивни отпадъци със сумарна активност 4.1Е+7 Bq/Ι, представена от Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Co⁶⁰, Ni⁶³, Fe³⁵ и Μη⁵⁴ и общ солев състав 290 g/1, представен от калий, натрий, борна киселина и нитрати, със скорост 0,37 колонобема на час. Отпадъчните води се пропускат в противоток. След преминаване на три колонобема, се анализират филтратите по степен на очистване и солев състав. Степента на очистване е 99,94%, сумарният солев състав е 190 g/l. Наситеният с радионуклиди филтриращ продукт се циментира със строителен цимент в съотношение филтриращ продукт:цимент 1:1 и водно циментово съотношение 0,5. Циментираният филтриращ продукт има якост на натиск 25 МРа, коефициент на измиваемост по радионуклиди 1,0Е0,5 g/sm² ден, загуба на маса 0,5% и загуба на якост 9% след 25 цикъла изпитания за мразоустойчивост. Циментираният филтриращ продукт се погребва в ББ кубове на фирмата “Балбок”, България.

Пример 3. Природен алумосиликат /клиноптилолит/ се разтрошава и сепарира до едрина на частиците от 0,5 до 1,0 mm. Фракционният материал се разделя на части и се модифицира с NaCl, КС1 и NH₄C1 в количества от 5 до 8% спрямо количеството на алумосиликата във водна среда в продължение от 8 до 24 h. Модифицирането се основава на три основни механизма - йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция, гарантиращи промяна на катионния състав на клиноптилолита и образуването на неразтворими съединения. Модифицираният продукт се промива до постоянен показател на електропроводимост, след което се стабилизира при температура 120°С в продължение на 2 h. Отделните части се смесват в съотношение 1,5:1:1 до пълно хомогенизиране. Зареждат се в колона с обем 36 ml, състояща се от три модула по 12 ml, свързани успоредно. Филтриращият продукт се промива до 90% бистрота и през колоната се пропускат течни радиоактивни отпадъци със сумарна активност 4.27Е+7 Bq/Ι, представена от Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Co⁶⁰, Co³⁷, Ag“°, Fe³³ и Μη³⁴ и общ солев разтвор 310 g/l, представен от калий, натрий, борна киселина и нитрати, със скорост 0,05 колонобема на час. Отпадъчните води се пропускат в противоток. След преминаване на три колонобема се анализират филтратите по степен на очистване и солев състав. Степента на очистване е 99,99%, сумарният солев състав 201 g/l. Наситеният с радионуклиди филтриращ продукт се циментира със строителен цимент в съотношение филтриращ продукт:цимент 1:1 и водно циментово съотношение 0,5. Циментираният филтриращ продукт има якост на натиск 25 МРа, коефициент на измиваемост по радионуклиди 1,0Е-0,5 g/sm²ден, загуба на маса 0,5% и загуба на якост 9% след 25 цикъла изпитание за мразоустойчивост. Цименти раният филтриращ продукт се погребва в ББ кубове на фирмата “Балбок”, България.

Пример 4. Природен алумосиликат /клиноптилолит/, фракциониран и сепариран до размери от 0,8 до 2,5 mm, се разделя на части и се модифицира с NaCl, AgNO₃, A1₂(SP₄)₃. (18Н₂О) в количества от 8 до 30% спрямо количеството на алумосиликата, във водна среда в продължение от 8 до 24 h. Модифицирането се основава на три основни механизма - йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция, гарантиращи промяна на катионния състав на клиноптилолита и образуването на неразтворими съединения. Модифицираният продукт се промива до постоянен показател на електропроводимост, след което се стабилизира при температура от 120 до 250°С в продължение на 2 h. Отделните части се смесват в съединение 1:1:1 до пълно хомогенизиране. Зареждат се в колона с обем 36 ml, състояща се от три модула по 12 ml, свързани успоредно. Филтриращият продукт се промива до 90% бистрота и през колоната се пропускат течни радиоактивни отпадъци със сумарна активност 34.7Е+7 Bq/Ι, представена от Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Co“, Co³⁷, Ag“°, Fe³³ и Μη³⁴ и общ солев разтвор 204 g/l, представен от калий, натрий, борна киселина и нитрати, със скорост 0,5 колонобема на час. Отпадъчните води се пропускат в противоток. След преминаване на три колонобема се анализират филтратите по степен на очистване и солев състав. Степента на очистване е 99,97%, сумарният солев състав е 112 g/l. Наситеният с радионуклиди филтриращ продукт се циментира със строителен цимент в съотношение филтриращ продукт: цимент 1:1 и водно циментово съотношение 0,5. Циментираният филтриращ продукт има якост на натиск 23 МРа, коефициент на измиваемост по радионуклиди 1,0Е0,4 g/sm³ ден и загуба на маса 0,6% и загуба на якост 9% след 25 цикъла изпитания за мразоустойчивост. Циментираният филтриращ продукт се погребва в ББ кубове на фирмата “Балбок”, България.

Claims

Патентни претенции

1. Филтриращ продукт за очистване на радиоактивни отпадъци от АЕЦ на минерална основа, характеризиращ се с това, че представлява природен алумосиликат (клиноптилолит), съдържащ от 80 до 85 % полезен ком4 понент, с гранулометричен състав от 0,5 до 2,5 mm, химически модифициран с натрий /А/, калий /В/, амоняк /С/, сребро /D/, никел /Е/, желязо /F/, манган /G/ и алуминий /Н/ и термично стабилизиран при от 120 до 350°С, комбинирани в съотношение:

A:F:G от 1,5:1:1 до 1,5:1,5:1

A:E:D:F от :1:1:1:1 до 1,5:1:1,5:1,5 А:В:С от 1:1:1 до 1,5:1,5:1,5 A:D:H от 1:1:1 до 1,5:1,5:1

D:A:K:F:C от 1:1:1:1:1 до 2:2:2:1,5:1 A:B:D от 1:1:1 до 1,5:1:1,5 B:D:F от 1:1:1 до 1,5:1,5:1 F:G:A:D от 1:1:1:1,5 до 1,5:1:1,5:1,5 A:D от 1,5:1,5 до 2:2 A:F от 1:1 до 1,5:1 D:F от 1,5:1 до 2:1,5 в зависимост от радионуклидния и химическия състав на течните радиоактивни отпадъци.
2. Метод за получаване на филтриращ продукт съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че природният клиноптилолит се фракционира, химически се модифицира чрез йонен обмен, обменна сорбция и утаечна сорбция със соли на метали от I, III, VII и VIII група, термично се стабилизира при температура от 120 до 350°С, след което се смесва в съответните комбинации и съответните съотношения.
3. Приложение на филтриращ продукт съгласно претенция 1 за комплексно очистване на течни радиоактивни отпадъци, кубов остатък и всички радиоактивни изотопи от I, II и VIII група с последващо циментиране, дости5 гащо качества на конструктивен бетон чрез използване и на филтрата или част от него за течна фаза, и погребване.

Приложение: 3 фигури