RU2212069C2 - Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов - Google Patents
Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212069C2 RU2212069C2 RU2001110508/06A RU2001110508A RU2212069C2 RU 2212069 C2 RU2212069 C2 RU 2212069C2 RU 2001110508/06 A RU2001110508/06 A RU 2001110508/06A RU 2001110508 A RU2001110508 A RU 2001110508A RU 2212069 C2 RU2212069 C2 RU 2212069C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radionuclides
- sorbents
- sorbent
- sorption
- long
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов включает сверхстехиометрическую сорбцию радионуклидов с использованием кристаллических сорбентов на основе диоксида циркония и диоксида титана при упаривании раствора досуха. Затем осуществляют кальцинацию и перевод в матрицы. Преимущества изобретения заключаются в том, что минеральные матрицы обладают высокой химической и термической и радиационной стойкостью и могут быть использованы не только для захоронения долгоживущих радионуклидов, но и при изготовлении топлива для их трансмутации. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных растворов долгоживущих радионуклидов, образующихся при регенерации облученного ядерного топлива, и может быть использовано в радиохимической промышленности.
Известен способ отверждения радиоактивных растворов, который применяют на первой стадии двустадийных процессов переработки жидких высокоактивных отходов. Способ заключается в концентрировании солей радионуклидов при выпаривании раствора досуха с получением порошка солей радионуклидов. Затем проводят сушку и кальцинацию солей, вводят флюсующие добавки и переводят полученный в виде шихты полупродукт в различные матрицы - стеклянные, керамические и минералоподобные /1/.
Недостатками этого способа являются сложности при обращении с пылящими высокоактивными порошками при проведении отверждения, сушки и последующих операций.
Известен способ отверждения радиоактивных растворов методом сорбции радионуклидов на пористом неорганическом сорбенте силикагеле /2/.
Недостатками данного способа являются низкая емкость сорбента по долгоживущим радионуклидам, которые находятся в растворе в катионной форме (например, по плутонию несколько десятков мг/г), отсутствие сорбции долгоживущих радионуклидов, которые находятся в растворе в анионной форме (например, технеция) и необходимость переработки фильтрата из-за высокой остаточной концентрации радионуклидов.
Известен способ отверждения радиоактивных растворов долгоживущих радионуклидов методом сверхстехиометрической сорбции на пористом неорганическом сорбенте силикагеле /3-7/, из которых в качестве прототипа выбран литературный источник /6/. Согласно прототипу способ отверждения включает следующие стадии:
подготовку исходного раствора путем внесения специальных добавок, например, при отверждении растворов технеция, который находится в подлежащих переработке растворах в виде аниона пертехнетата;
поглощение радионуклидов силикагелем при упаривании раствора в интервале температуры 90-130oС досуха до заданной величины насыщения (максимальное насыщение силикагеля, например, плутонием и технецием составляет 1300 и 400 мг/г, соответственно), которая достигается за один контакт сорбента и раствора при высокой концентрации радионуклида в растворе или за несколько контактов при упаривании нескольких порций раствора в случае низкой концентрации радионуклида в растворе;
гидротермальную обработку (другое название "пропарка") насыщенного силикагеля различньми растворами (используется для снижения остатка радионуклидов на стенках реакционной емкости и для внесения флюсующих добавок) и сушку с получением сыпучего непылящего полупродукта;
проведение операций кальцинации, спекания, пресования с получением стеклянной или минералоподобной матриц.
подготовку исходного раствора путем внесения специальных добавок, например, при отверждении растворов технеция, который находится в подлежащих переработке растворах в виде аниона пертехнетата;
поглощение радионуклидов силикагелем при упаривании раствора в интервале температуры 90-130oС досуха до заданной величины насыщения (максимальное насыщение силикагеля, например, плутонием и технецием составляет 1300 и 400 мг/г, соответственно), которая достигается за один контакт сорбента и раствора при высокой концентрации радионуклида в растворе или за несколько контактов при упаривании нескольких порций раствора в случае низкой концентрации радионуклида в растворе;
гидротермальную обработку (другое название "пропарка") насыщенного силикагеля различньми растворами (используется для снижения остатка радионуклидов на стенках реакционной емкости и для внесения флюсующих добавок) и сушку с получением сыпучего непылящего полупродукта;
проведение операций кальцинации, спекания, пресования с получением стеклянной или минералоподобной матриц.
Кроме операции гидротермальной обработки флюсующие добавки могут быть внесены предварительным насыщением сорбента, совместно с раствором радионуклида, а также в сухом виде на любой из операций после операции насыщения с получением сухого насыщенного силикагеля.
Недостатками данного способа при использовании силикагеля в качестве пористого неорганического сорбента является следующее:
из-за значительного содержания кремния полупродукт может быть переведен только в минералоподобную матрицу типа (Zr, Me)SiO4 (циркон), где Me - отверждаемые долгоживущие радионуклиды,
из-за катионнообменных свойств силикагеля при сорбции анионов необходимо использовать различные специальные добавки, например гидразин или диэтилентриаминпентауксусную кислоту при сорбции технеция.
из-за значительного содержания кремния полупродукт может быть переведен только в минералоподобную матрицу типа (Zr, Me)SiO4 (циркон), где Me - отверждаемые долгоживущие радионуклиды,
из-за катионнообменных свойств силикагеля при сорбции анионов необходимо использовать различные специальные добавки, например гидразин или диэтилентриаминпентауксусную кислоту при сорбции технеция.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа отверждения долгоживущих радионуклидов методом сверхстехиометрической сорбции с получением насыщенного сорбента, из которого может быть получен сыпучий непылящий полупродукт, и последний может быть переведен в матрицы, состоящие из одного или нескольких не содержащих кремний минералов циркония и титана типа (Zr, Me)O2 (стабилизированный диоксид циркония), (Ti, Me)O2 (рутил), BaAl2(Ti6, Me)O16 (голландит), Са(Ме, Тi)О3 (перовскит), Ca(Zr, Me, Ti2)O7 (цирконолит), их смеси и другие, а процесс насыщения радионуклидов, которые находятся в растворе в анионной форме, протекает без использования специальных добавок. Указанные минеральные матрицы титана и циркония обладают исключительно высокой химической, термической и радиационной стойкостью и могут быть использованы не только для захоронения долгоживущих радионуклидов, но и при изготовлении топлива для их трансмутации.
Решение поставленной задачи достигается тем, что при отверждении растворов долгоживущих радионуклидов по методу сверхстехиометрической сорбции в качестве пористых неорганических сорбентов используют кристаллические сорбенты на основе диоксидов циркония и титана, что позволяет:
после насыщения сорбентов на основе диоксидов циркония и титана долгоживущими радионуклидами получить сухой насыщенный материал, который после проведения остальных операций (сушки, кальцинациии и введения флюсующих добавок) может быть переведен в минералоподобные, химически устойчивые матрицы циркония и титана,
не использовать специальные добавки для насыщения сорбентов радионуклидами, находящимися в анионной форме, например технецием.
после насыщения сорбентов на основе диоксидов циркония и титана долгоживущими радионуклидами получить сухой насыщенный материал, который после проведения остальных операций (сушки, кальцинациии и введения флюсующих добавок) может быть переведен в минералоподобные, химически устойчивые матрицы циркония и титана,
не использовать специальные добавки для насыщения сорбентов радионуклидами, находящимися в анионной форме, например технецием.
Поставленная задача осуществляется по следующей схеме:
кристаллические сорбенты на основе диоксидов циркония и титана контактируют с раствором долгоживущих радионуклидов и раствор упаривают при температуре 90-130oС досуха с получением заданного насыщения сорбентов радонуклидами за один или несколько контактов сорбента и раствора.
кристаллические сорбенты на основе диоксидов циркония и титана контактируют с раствором долгоживущих радионуклидов и раствор упаривают при температуре 90-130oС досуха с получением заданного насыщения сорбентов радонуклидами за один или несколько контактов сорбента и раствора.
Затем насыщенные сорбенты переводят в минералоподобную матрицу известными методами.
Пример осуществления способа.
Один грамм сорбентов на основе диоксидов циркония и титана помещают в колбу с холодильником, содержащую 5-10 мл водного или азотнокислого раствора радионуклидов с концентрацией по элементу 50-200 г/л, и раствор упаривают досуха. Внесение новой порции раствора и операцию упаривания повторяют до достижения максимального насыщения сорбента элементами (общий объем раствора составлял 10-30 мл). Проводят сушку сорбента до сыпучего состояния и сухой насыщенный сорбент пересыпают в другую емкость. Затем остатки солей элементов смывают со стенок колбы. Анализируют содержание элементов в растворе от смыва и в конденсате (т.е. в отогнанной во время упаривания парогазовой фазе). По анализам определяют максимальное насыщение сорбентов радионуклидами. В опытах использовали гранулированные сорбенты на основе диоксидов циркония и титана, полученных золь-гель методом и переведенных в кристаллическую форму прокаливанием при температуре 300-900oС, имеющие товарную марку "Термоксид", химический состав ZrO2, TiO2, ZrxTi1-xO2 (где х=0-0,5), ZrxMe2+ yTi1-x-yO2 (где х=0-0,1, у=0-0,4, а Ме2+ - двухвалентные металлы Sn, Pb, Be, Mg, Ba, Са и др.), Me(III)xTiyZr1-x-yO2-0,5x (где х=0-0,2, у-0-0,5, а Ме(III) - металлы третьей группы Периодической системы Д.И. Менделеева, включая редкоземельные элементы, Аl, Y, La, Се и др.), микро- и мезопоры, удельный сорбционный объем пор 0,1-0,6 см3/г, удельную поверхность 200-10 м2/г, удельный объем 0,5-1,0 см3/г и фракционный состав 0,1-2 мм. Кроме сорбентов "Термоксид" в работе использовали кристаллический кусковой сорбент, полученный в лабораторных условиях, имеющий химический состав ZrO2, микропоры, удельный сорбционный объем пор 0,2 см3/г и удельный объем 1,4 см3/г.
При проведении процесса сорбции на всех сорбентах с аморфной структурой, т.е. без прокаливания гранул сорбентов после их получения золь-гель методом, сорбенты полностью растворялись в азотнокислых растворах и частично в водных. Поэтому в процессе сорбции возможно использование сорбентов только с кристаллической структурой.
Условия опытов и результаты определения максимального насыщения отдельных кристаллических сорбентов радионуклидами представлены в таблице.
При проведении процесса сорбции на сорбентах марки "Термоксид" ZrxTi1-xO2, ZrxMe2+ yTi1-x-yO2 и Me(III)xTiyZr1-x-yO2-0,5x с соотношением элементов в указанных выше пределах и при использовании в качестве Ме2+ и Me(III) остальных указанных выше элементов максимальное насыщение сорбентов радионуклидами меняется не более чем на 10% для каждой марки сорбента.
При проведении процесса сорбции на всех сорбентах марки "Термоксид" при значениях удельного сорбционного объема пор 0,1-0,2 см3/г максимальное насыщение сорбентов радионуклидами уменьшилось на 15-30%, а при значениях 0,5-0,6 см3/г увеличилось на 15-30%. При удельном сорбционном объеме пор 0,1 см3/г сорбенты содержат, в основном, микропоры, а удельная поверхность достигает 200 м2/г. При удельном сорбционном объеме пор 0,6 см3/г сорбенты содержат, в основном, мезопоры, а удельная поверхность достигает 10 м2/г.
Таким образом, процесс отверждения растворов долгоживущих радионуклидов методом сверхстехиометрической сорбции осуществим с использованием кристаллических сорбентов на основе диоксидов циркония и титана в качестве пористого неорганического сорбента. Для получения высокой удельной объемной активности конечного продукта можно использовать, например, сорбенты марки "Термоксид".
При насыщении сорбентов на основе диоксидов циркония и титана технецием не требуется использование специальных добавок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Атомиздат, 1985. - С.72, 78, 105.
1. Никифоров А. С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Атомиздат, 1985. - С.72, 78, 105.
2. Сорбенты на основе силикагеля в радиохимии. Химические свойства. Применение. /Под ред. Ласкорина Б.Н. - М.: Атомиздат, 1977. - С.150-151, 196-200.
3. Нардова А. К., Корченкин К.К., Машкин А.Н. Способ отверждения растворов трансурановых элементов. - Патент. - RU, N 2095867, 1997. - Бюл. 31, 10.11.97.
4. Дзекун Е. Г. , Машкин А.Н., Корченкин К.К., Нардова А.К. Способ отверждения растворов технеция. - Патент. - RU, N 2132093, 1999. - Бюл. 17, 20.06.99.
5. Дзекун Е.Г, Нардова А.К., Корченкин К.К. и др. Способ приготовления цезиевых источников гамма-излучения. - Патент. - RU, N 2111563, 1998. - Бюл. 14, 20.05.98.
6. Dzekun E. G. , Korchenkin K.K., Mashkin A.N. et al. Equipment and Technology for Solidification of Radioactive Wastes by the Ultra-Stoichiometric Sorption Method. -Proceedings, Spectrum'98. - Denver, USA. - Sept. 13-18, 1998. - V.1., P.732-737.
7. Egorov N.N., Nardova А.К., Filippov E.A., Starchenko V.A. Plutonium and Actinides Immobilization in Ceramic (Silica Gel Technology and Gasostatic Hot Pressing). - Preliminary program & abstracts, WM'99. - Tucson, USA. - Feb.28-Mar.4, 1999. - P.43.
Claims (5)
1. Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов, включающий сверхстехиометрическую сорбцию радионуклидов пористым неорганическим сорбентом при упаривании раствора досуха, кальцинацию и перевод в матрицы, отличающийся тем, что в качестве пористого неорганического сорбента используют кристаллические сорбенты на основе диоксида циркония и диоксида титана.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют сорбент формулы ZixTi1-xO2, где х= 0-0,5.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют сорбент формулы ZrxMe2+ yTi1-x-yO2, где х= 0-0,1, у= 0-0,4, а Ме2+ - двухвалентные металлы Sn, Pb, Be, Mg, Ba, Са и другие.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют сорбент формулы Me(III)xTiyZr1-x-yO2-0,5x, где х= 0-0,2, у= 0-0,5, a Me(III) - металлы третьей группы Периодической системы Д. И. Менделеева, включая редкоземельные элементы Al, Y, La, Се и другие.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что используют микро- и/или мезопористые сорбенты с удельным сорбционным объемом пор 0,1-0,6 см3/г.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001110508/06A RU2212069C2 (ru) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001110508/06A RU2212069C2 (ru) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001110508A RU2001110508A (ru) | 2003-02-27 |
RU2212069C2 true RU2212069C2 (ru) | 2003-09-10 |
Family
ID=29776662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001110508/06A RU2212069C2 (ru) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2212069C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008069694A1 (fr) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'nauka - Tekhnologii - Proizvodstvo' | Procédé de transformation de déchets radioactifs liquides (et variantes) |
RU2560407C1 (ru) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный научно-производственный и туристический центр "Социум" | Способ иммобилизации радионуклидов из жидких радиоактивных отходов |
RU2790580C2 (ru) * | 2021-07-27 | 2023-02-27 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" | Способ получения минералоподобной матрицы для иммобилизации высокоактивных отходов |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522274C1 (ru) * | 2013-02-26 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Способ отверждения жидких высокоактивных отходов |
-
2001
- 2001-04-17 RU RU2001110508/06A patent/RU2212069C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DZEKUN E.G. etc. Equipment and Technology for Solidification of Radioactive Wastes by the Ultra-Stoichiometric Sorption Method. - Proceedings, Spectrum'98. - Denver, USA. - Sept. 13-18, 1998. - V. 1, р. 732-737. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008069694A1 (fr) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'nauka - Tekhnologii - Proizvodstvo' | Procédé de transformation de déchets radioactifs liquides (et variantes) |
RU2560407C1 (ru) * | 2014-07-24 | 2015-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный научно-производственный и туристический центр "Социум" | Способ иммобилизации радионуклидов из жидких радиоактивных отходов |
RU2790580C2 (ru) * | 2021-07-27 | 2023-02-27 | Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" | Способ получения минералоподобной матрицы для иммобилизации высокоактивных отходов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Abdel-Galil et al. | Assessment of nano-sized stannic silicomolybdate for the removal of 137Cs, 90Sr, and 141Ce radionuclides from radioactive waste solutions | |
Chen et al. | Preparation of silica-based titanate adsorbents and application for strontium removal from radioactive contaminated wastewater | |
JP7129989B2 (ja) | 危険なスラッジおよびイオン交換媒体の処理のための組成物 | |
DE2343241A1 (de) | Verfahren zur verfestigung radioaktiver abfalloesungen | |
Amesh et al. | Tuning the ion exchange behavior of cesium and strontium on sodium iron titanate | |
RU2212069C2 (ru) | Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов | |
JPH0668556B2 (ja) | 放射性廃液の処理方法 | |
KR20150137201A (ko) | 실리코타이타내이트 제조방법 및 세슘 흡착제 | |
Lebedev et al. | Sorption of cesium on titanium and zirconium phosphates | |
CA3007460C (en) | Treatment method of radioactive waste water containing radioactive cesium and radioactive strontium | |
JP4296414B2 (ja) | 金属元素固定化方法 | |
JPS5845705A (ja) | 酸素酸のチタン酸への吸着速度の向上方法 | |
WO2019009301A1 (ja) | シリコチタネート成形体及びその製造方法、シリコチタネート成形体を含むセシウム及び/又はストロンチウムの吸着剤、及び当該吸着剤を用いる放射性廃液の除染方法 | |
RU2197763C1 (ru) | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и керамический материал для его осуществления | |
JP6708663B2 (ja) | 放射性セシウム及び放射性ストロンチウムを含む放射性廃液の処理方法 | |
Huang et al. | Preliminary research on the uptake behavior of ammonium molybdophosphate for cesium and the corresponding structural transformation | |
RU2560407C1 (ru) | Способ иммобилизации радионуклидов из жидких радиоактивных отходов | |
RU2171510C2 (ru) | Способ отверждения радиоактивных растворов цезия | |
RU2575044C1 (ru) | Композиционный гранулированный сорбент на основе силикатов кальция | |
Ivanets et al. | Adsorption of Sr2+ ions from aqueus solution on Zr-Ca-Mg composite phosphates | |
PATRICK | Use of artificial clays in removal and fixation of radioactive nuclides | |
JP2022038892A (ja) | マイナーアクチノイドの分離方法及び無機吸着剤の製造方法 | |
RU2633817C1 (ru) | Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ | |
Loos-Neskovic et al. | Recovery of radioactive caesium with insoluble hexacyanoferrates: problems and perspectives | |
JP2023037383A (ja) | ランタノイド又は/及びマイナーアクチノイドを吸着した無機吸着剤の処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060418 |