RU2123212C1 - Способ переработки радиоактивных щелочных металлов - Google Patents

Способ переработки радиоактивных щелочных металлов Download PDF

Info

Publication number
RU2123212C1
RU2123212C1 RU96121053A RU96121053A RU2123212C1 RU 2123212 C1 RU2123212 C1 RU 2123212C1 RU 96121053 A RU96121053 A RU 96121053A RU 96121053 A RU96121053 A RU 96121053A RU 2123212 C1 RU2123212 C1 RU 2123212C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sodium
reaction
alkali metal
temperature
containing polymer
Prior art date
Application number
RU96121053A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96121053A (ru
Inventor
Н.М. Баранова
И.В. Добров
Л.А. Ефимова
Ю.А. Кирюшин
В.Г. Плотников
Original Assignee
Филиал научно-исследовательского физико-химического института им.Л.Я.Карпова
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 Филиал научно-исследовательского физико-химического института им.Л.Я.Карпова filed Critical Филиал научно-исследовательского физико-химического института им.Л.Я.Карпова
Priority to RU96121053A priority Critical patent/RU2123212C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2123212C1 publication Critical patent/RU2123212C1/ru
Publication of RU96121053A publication Critical patent/RU96121053A/ru

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу переработки радиоактивных щелочных металлов и состоит во взаимодействии щелочного металла, находящегося в жидкой фазе, с твердым галоидсодержащим полимером. Процесс проводят в вакууме или в атмосфере азота при температуре от 0 до 500oC. Способ обеспечивает снижение температуры процесса, что понижает требования к конструкционным материалам и исключает использование газовых потоков с применением рециклов. 4 з.п.ф-лы.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области переработки и захоронения радиоактивных материалов, содержащих щелочные металлы и используемых в качестве теплоносителей ядерных реакторов. В результате эксплуатации ядерных реакторов накапливается большое количество натрий-калиевых отходов, содержащих долгоживущие радиоактивные изотопы различных элементов. Такие отходы ввиду их химической активности непригодны для захоронения, так как коррозия защитных контейнеров может привести к взрыву при контакте щелочных металлов с грунтовыми водами или с горючими материалами.
Анализ современного уровня знаний в этой области показывает, что известны несколько способов переработки радиоактивных щелочных металлов в химически неактивное твердое состояние: перевод в алюмосиликаты [1] сплавлением с окислами алюминия и кремния при температурах до 850oC, окислением натрия кислородом в смеси в инертными газами до перекиси или карбоната [2], переводом в карбонаты посредством взаимодействия со спиртом и CO2 [3], переработкой радиоактивных натриевых отходов, содержащих бор, в фосфатные стекла взаимодействием натрия с фосфором [4] или окислами фосфора и последующим добавлением соединений алюминия, железа, цинка и других, взаимодействием жидкого натрия воздушно-кварцевым потоком [5], сплавлением натрия в инертной атмосфере с цементом в присутствии окислителя [6] или с золой [7].
Наиболее близким заявляемому способу прототипом по своему техническому решению из вышеуказанных аналогов является способ перевода натрия в алюмосиликаты. Указанный способ [1] осуществляется смешиванием расплавленного натрия с порошкообразными окислами алюминия и кремния в соотношении 10:3 по весу с последующим плавлением при температуре 600-850oC и одновременным пропусканием кислородсодержащего газа. Смесь затем охлаждается с целью получения стеклообразного порошка. Металлический натрий, таким образом, превращается в химический неактивный и водонерастворимый силикат, пригодный к захоронению.
Недостатком способа, выбранного за прототип, является высокая температура процесса, как следствие, высокая энергоемкость и повышенные требования к технологическому оборудованию. Кроме того, необходимость пропускания совместно с порошкообразными компонентами кислородсодержащего газа неизбежно приводит к снижению уровня экологической безопасности.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в том, чтобы создать способ переработки радиоактивных щелочных металлов в химически неактивное твердое состояние, обеспечивающий снижение энергоемкости, пожаро- и взрывоопасности и повышение уровня экологической безопасности.
Для решения указанной технической задачи в способе переработки щелочных металлов, содержащих радиоактивные нуклиды, процесс переработки проводят в жидкой фазе между щелочным и твердым галоидсодержащим полимером, взятыми в стехиометрических соотношениях в вакууме или атмосфере азота при температуре от 0 до 500oC.
В качестве твердого галоидсодержащего полимера используются полимеры и сополимеры галоидсодержащих олефинов, в том числе политетрафторэтилен.
При осуществлении процесса переработки дополнительно вводят жидкие пергалоидные полимеры или олигомеры, например олигомеры гексафторпропилена, в количестве от 1 до 10 мас.%.
Сущность такого решения состоит во взаимодействии расплава щелочных металлов или раствора их в аммиаке с атомами галоидов, связанных с атомами углерода, находящихся в полимерной форме (в виде твердого галоидсодержащего полимера по реакции:
CnXm+mNa -> nC+mNa,
где
X - галоид.
В качестве твердого галоидсодержащего полимера использовали полимеры и сополимеры полигалоидированных олефинов.
Такое взаимодействие щелочных металлов с твердым галоидсодержащим полимером, взятых в стехиометрических соотношениях, позволило исключить в вакууме, атмосфере азота или другого инертного газа образование химически активных соединений. Продуктами реакции оказались только инертный галоид металла и уголь.
Развитой процесс взаимодействия щелочного металла с галоидсодержащим полимером - реакция экзотермическая. Температура, при которой начинается реакция, зависит от состояния щелочного металла и лежит в диапазоне от 0 до 500oC. Раствор щелочного металла в жидком аммиаке реагирует с твердым галоидсодержащим полимером при низких температурах от нуля и выше.
Взаимодействие щелочного металла, как показал эксперимент, с твердым галоидсодержащим полимером начинается при температурах 400-500oC в зависимости от химического состава полимера.
Введение дополнительной операции в виде добавления в исходную реакционную смесь жидких галоидных полимеров и олигомеров, например олигомеров гексафторпропилена, в количествах от 1 до 10 мас.% позволило снизить температуру реакции до 200oC. Введение в качестве добавки элементарной серы в количестве от 1 до 10 мас.% позволило снизить температуру начала реакции до 150oC, что в результате привело к значительному снижению энергоемкости процесса.
Температурный интервал осуществления процесса найден экспериментально и лежит в диапазоне от 0 до 500oC. Проведение процесса при температуре ниже 0oC увеличивает энергоемкость, так как требует значительного охлаждения реакционной массы, а проведение его при температуре выше 500oC нецелесообразно из-за ее экзотермичности.
Количественные пределы применяемых добавок от 1 до 10 мас.% найдены экспериментально. Добавки в количестве ниже 1% не снижают температуру начала реакции. Добавки выше 10% не увеличивают эффекта.
Такая совокупность существенных признаков позволила исключить использование химически активного исходного реагента, каким является кислородсодержащий газ, снизить энергоемкость процесса за счет снижения его начальной температуры, исключить взрывоопасность, снизить пожароопасность процесса. Кроме того, продукты реакции химически инертны, что повышает уровень экологической безопасности.
Пример 1. В реакционный сосуд объемом 10 мл помещали 0,1 г металлического натрия и 0,108 г стружек твердого политетрафторэтилена, вакуумировали и нагревали в термостате в течение 1,5 час при температуре 450oC. По окончании реакции в продуктах обнаружены фторид натрия и уголь. Металлический натрий и другие продукты не обнаружены.
Пример 2. В реакционный сосуд объемом 10 мл помещали 0,1 г металлического натрия и 0,108 г порошкообразного политетрафторэтилена. Сосуд заполняли азотом, помещали в термостат и нагревали при температуре 450oC в течение 1,5 час. По окончании реакции в продуктах обнаружены фторид натрия и уголь. Металлический натрий и другие продукты не обнаружены.
Пример 3. В реакционный сосуд объемом 10 мл помещали 0,3 г металлического натрия, 0,33 г твердого политетрафторэтилена и 0,03 г олигомера гексафторпропилена (C3F6)n, где n от 4 до 8, вакуумировали и нагревали при температуре 200oC в течение одного часа. По окончании реакции в продуктах обнаружены фторид натрия и уголь. Металлический натрий и другие продукты не обнаружены.
Пример 4. В реакционный сосуд объемом 10 мл помещали 0,1 г металлического натрия, 0,11 г твердого политетрафторэтилена и 0,01 г элементарной серы. Сосуд вакуумировали и нагревали при температуре 150oC в течение одного часа. По окончании реакции в продуктах обнаружены фтористый натрий, сернистый натрий и уголь. Металлический натрий не обнаружен.
Пример 5. В стальной реакционный сосуд объемом 0,2 л помещали 2 г металлического натрия и 2,17 г стружки политетрафторэтилена, добавляли 0,06 г (3 мас. %) элементарной серы. Сосуд заполняли азотом до давления 0,03 МПа и нагревали в термостате при температуре 150oC в течение 30 минут. По окончании реакции обнаружены фтористый натрий, сернистый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Пример 6. В стальной реакционный сосуд объемом 0,2 л помещали 2 г металлического натрия и 2,53 г порошкообразного политрифторхлорэтилена, вакуумировали и нагревали в термостате в течение 30 минут. По окончании реакции обнаружены фтористый натрий, хлористый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Пример 7. В стальной реакционный сосуд объемом 0,2 л помещали 2 г металлического натрия и 2,53 г порошкообразного политрифторхлорэтилена, заполняли реактор азотом до давления 0,03 МПа и нагревали в термостате при температуре 450oC в течение 30 минут. По окончании реакции обнаружены фтористый натрий, хлористый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Пример 8. В стальной реакционный сосуд объемом 0,2 л помещали 2 г металлического натрия и 2,53 г порошкообразного политрифторхлорэтилена и 0,06 г (3 мас.%) элементарной серы. Вакуумировали, нагревали в термостате при температуре 150oC в течение 30 минут. По окончании реакции обнаружены фтористый натрий, хлористый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Пример 9.
В стальной реакционный сосуд объемом 0,2 л помещали 2 г металлического натрия и 2,53 г порошкообразного политрифторхлорэтилена и 0,06 г (3 мас.%) элементарной серы, заполняли азотом до давления 0,03 МПа и нагревали в термостате при температуре 150oC в течение 30 минут. По окончании реакции обнаружены фтористый натрий, хлористый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Пример 10.
Трехгорлую круглодонную колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, трубкой для отвода газа и охлаждаемой капельной воронкой, помещали в термостат и охлаждали до 0oC. Колбу продули азотом, внесли в нее ≈10 г жидкого аммиака и 0,52 г мелкодисперсной стружки политетрафторэтилена, к которым при перемешивании из охлаждаемой капельной воронки медленно приливали раствор 0,5 г натрия в аммиаке. Испаряющийся аммиак собирали в ловушке, помещенной в жидкий азот. В продуктах реакции обнаружены фтористый натрий и уголь. Металлического натрия и других продуктов не обнаружено.
Как видно из примеров и описания сущности изобретения, заявляемый способ технически осуществим и обеспечивает как полный без остатка перевод щелочного металла в химически неактивные галогениды, так и снижение температуры процесса, и, как следствие, энергоемкости, уровня пожароопасности и взрывоопасности.
Кроме того, данный метод исключает применение газовых потоков, требующих использования рециклов и фильтров для улавливания аэрозолей, что повышает уровень экологической безопасности.
Список литературы.
1. Method of inactivating metall sodium and treating agents. Kano sthigeki, e.a. J.P.59-10898/A/. JP pat. application 57-119616 МКИ G 21 F 9/30, B 09 B 3/00, C 04 B 31/01 20 Jan 1984, 9 Jul/1982.
2. Method and apparatus for processing liquid sodium wastes. Nishirama Y. JP pat. 54-117920/A/. Int. G 21 F 9/80, C 22 B 26/10. Sep. 1979, 4p.
3. Removal of radioactive sodium from experimental bruder reactor-II components an conversion to a disposable solid waste: alcogol recoveri. Krusl J.P. e.a. Nucl.Techn. 1985, 70 #3, 424-432.
4. Method of dispozal of liquid, sodium and boron containing radioactive wastestes from nuclear power plants. Vajtech O., a.e. C.S. pat. 219351/B/ Cs.pat.appl. P.V. 1326-80. 15 Aug. 1985; 27 Feb. 1980/Int.C1. Q 21 F 9/15/
5. Пат. США 4896692(A) G 21 F 9/16 НКИ 252-629.
6. Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла. Васильев К.Ф., Назаренко С.Ю., Осипов В.П., Чеснокова С.А. A1 N 1505306 1988.01.05.
7. Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла. Васильев К.Ф., Капустин С.Д., Назаренко С.Ю. и др. G 21 F 9/16 A1 N 1547576 1988.01.05.

Claims (5)

1. Способ переработки щелочных металлов, содержащих радиоактивные нуклиды, отличающийся тем, что процесс проводят в вакууме или в атмосфере азота в жидкой фазе между щелочным металлом и твердым галоидсодержащим полимером, взятыми в стехиометрических соотношениях при температуре от 0 до 500oC.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого галоидсодержащего полимера используются полимеры и сополимеры полигалоидированных олефинов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердого галоидсодержащего полимера используют политетрафторэтилен.
4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что дополнительно вводят жидкие пергалоидные полимеры или олигомеры, например олигомеры гексафторпропилена, в количестве от 1 до 10%.
5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что процесс проводят с добавлением элементарной серы в количестве от 1 до 10 мас.%.
RU96121053A 1996-10-31 1996-10-31 Способ переработки радиоактивных щелочных металлов RU2123212C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121053A RU2123212C1 (ru) 1996-10-31 1996-10-31 Способ переработки радиоактивных щелочных металлов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96121053A RU2123212C1 (ru) 1996-10-31 1996-10-31 Способ переработки радиоактивных щелочных металлов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2123212C1 true RU2123212C1 (ru) 1998-12-10
RU96121053A RU96121053A (ru) 1999-01-20

Family

ID=20186868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96121053A RU2123212C1 (ru) 1996-10-31 1996-10-31 Способ переработки радиоактивных щелочных металлов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2123212C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518501C2 (ru) * 2012-02-27 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" Способ иммобилизации жидких радиоактивных отходов
RU2542729C2 (ru) * 2013-06-25 2015-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Способ переработки радиоактивного щелочного металла

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518501C2 (ru) * 2012-02-27 2014-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" Способ иммобилизации жидких радиоактивных отходов
RU2542729C2 (ru) * 2013-06-25 2015-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Способ переработки радиоактивного щелочного металла

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5640709A (en) Method and apparatus for producing a product in a regenerator furnace from impure waste containing a non-gasifiable impurity
US5202100A (en) Method for reducing volume of a radioactive composition
US5395405A (en) Method for producing hydrocarbon gas from waste
RU2106416C1 (ru) Способ непрямого химического восстановления компонента отходов
US5744117A (en) Feed processing employing dispersed molten droplets
US5435982A (en) Method for dissociating waste in a packed bed reactor
CA1062880A (en) Process for the disposal of alkali metals
JPS59210210A (ja) ハロゲン含有物質の分解方法
WO1996025203A1 (en) Method for capture of chlorine dissociated from a chlorine-containing compound
JPS625008A (ja) 有毒な有機ハロゲン化物質の分解方法
US5698759A (en) Treatment of polyvinylchloride
US5348689A (en) Molten salt destruction of alkali and alkaline earth metals
JPH0576313B2 (ru)
US5733356A (en) Method and device for processing free-flowing materials
EP0675748B1 (en) Process for the chemical decomposition of halogenated organic compounds
RU2123212C1 (ru) Способ переработки радиоактивных щелочных металлов
AU667118B2 (en) Method for treating organic waste
US3153566A (en) Decontamination of volatile radioactive effluents
JPH10151430A (ja) 焼却炉から排出される灰中の有害物質の無害化処理方法
Bell et al. Molten salt oxidation of mixed wastes: separation of radioactive materials and resource conservation and recovery act (RCRA) materials
Thornblom et al. Utilizing plasma technology for chemical reactions in controlled atmosphere
Herrmann et al. Controlled conversion of sodium metal from nuclear systems to sodium chloride
JP6511503B1 (ja) 有機ハロゲン化物および重金属を含有する処理対象物の処理方法
RU2644589C2 (ru) Способ переработки беспламенным горением отходов реакторного графита
SU1448943A1 (ru) Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла