RU2276415C1

RU2276415C1 - Method for decontaminating liquid radioactive wastes

Info

Publication number: RU2276415C1
Application number: RU2004127321/06A
Authority: RU
Inventors: Георгий Владимирович Беклемышев (RU); Георгий Владимирович Беклемышев; Владимир Михайлович Кондаков (RU); Владимир Михайлович Кондаков; В чеслав Григорьевич Балахонов (RU); Вячеслав Григорьевич Балахонов; Владимир Сергеевич Загуменнов (RU); Владимир Сергеевич Загуменнов; Сергей Григорьевич Сулима (RU); Сергей Григорьевич Сулима; Геннадий Григорьевич Шадрин (RU); Геннадий Григорьевич Шадрин; Сергей Александрович Житков (RU); Сергей Александрович Житков
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат"
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-05-10
Also published as: RU2004127321A

Abstract

FIELD: decontaminating liquid radioactive wastes.

SUBSTANCE: proposed method for decontaminating liquid radioactive wastes includes settling-down with aid of alkali in environment of calcium and/or magnesium ions and phosphate ions followed by separation of sediment. This sequential process is conducted in two stages with pH maintained constant at 4 - 5 during first stage and 7 - 9 during second one.

EFFECT: enhanced degree of decontamination, reduced consumption of chemical agents.

3 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии очистки водных растворов, образующихся в технологии переработки ядерных материалов, от трансурановых элементов. Изобретение может быть использовано на предприятиях ядерно-топливного цикла.The invention relates to a technology for the purification of aqueous solutions formed in the technology for processing nuclear materials from transuranium elements. The invention can be used in enterprises of the nuclear fuel cycle.

Известны способы очистки жидких радиоактивных отходов от радиоактивных загрязнений с помощью различных сорбентов [Ю.В.КУЗНЕЦОВ и др. «Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений», М.: Атомиздат, 1974, с.202-250]. Применяя как синтетические, так и природные сорбенты, можно проводить достаточно глубокую очистку жидких отходов ядерного производства от всех примесей. Недостатком предлагаемых методик является то, что природные сорбенты малоселективны, а синтетические отличаются относительно высокой стоимостью и, как правило, не подлежат регенерации.Known methods for cleaning liquid radioactive waste from radioactive contamination using various sorbents [Yu.V. KUZNETSOV et al. "Basics of water purification from radioactive contamination", M .: Atomizdat, 1974, p.202-250]. Using both synthetic and natural sorbents, it is possible to carry out a fairly deep purification of liquid nuclear waste from all impurities. The disadvantage of the proposed methods is that natural sorbents are poorly selective, and synthetic sorbents are relatively high cost and, as a rule, are not subject to regeneration.

Одним из наиболее простых и эффективных методов очистки растворов от радиоактивных элементов является фосфатная коагуляция. Этот способ [К.П.СТРАУБ «Малоактивные отходы. Хранение, обработка и удаление». М., 1966] нашел широкое применение для обработки низкоактивных жидких отходов. В Харуэлле этот метод в сочетании с другими используется для обработки сточных вод [Bums R.H., etc. In: Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Geneva, 1958, v.l8, p.150]. Фосфатная коагуляция проводится из раствора, содержащего 100 мг/л Na₃PO₄ и известь или NaOH, при рН=9,5. При этом достигается сравнительно невысокая степень очистки - 95% от α-активных нуклидов и 75% от β-активных.One of the simplest and most effective methods of cleaning solutions from radioactive elements is phosphate coagulation. This method [K.P. STRAUB “Low-level waste. Storage, handling and disposal. ” M., 1966] found wide application for the treatment of low-level liquid waste. In Harwell, this method, in combination with others, is used for wastewater treatment [Bums RH, etc. In: Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, Geneva, 1958, v.l8, p.150]. Phosphate coagulation is carried out from a solution containing 100 mg / l Na ₃ PO ₄ and lime or NaOH, at pH = 9.5. At the same time, a relatively low degree of purification is achieved - 95% of α-active nuclides and 75% of β-active.

В способе очистки жидких радиоактивных отходов, взятом за прототип [Патент РФ № 2200354, G 21 F 9/06, опубл. 2003], в раствор дополнительно кроме ионов Са⁺ и PO₄ ^3- вводят ионы магния, а затем уже проводят осаждение щелочью при рН=10-11,5. Введение ионов магния обеспечивает совместно с фосфатами двух- и более валентных ионов осаждение одновалентных Rb и Cs в виде малорастворимых солей Cs(Rb)MgPO₄·H₂O. Повышение степени очистки радиоактивных растворов от Sr, Cs, Rb достигается дополнительным введением ионов Sr²⁺ в количестве 1-300 мг/л и Cs⁺и(или) Rb⁺ в количестве 0,5-5 мг/л.In the method of purification of liquid radioactive waste, taken as a prototype [RF Patent No. 2200354, G 21 F 9/06, publ. 2003], in addition to Ca ⁺ and PO ₄ ^3– ions, magnesium ions are added to the solution, and then alkali precipitation is carried out at pH = 10-11.5. The introduction of magnesium ions provides, together with the phosphates of two or more valence ions, the deposition of monovalent Rb and Cs in the form of sparingly soluble salts of Cs (Rb) MgPO ₄ · H ₂ O. An increase in the degree of purification of radioactive solutions from Sr, Cs, Rb is achieved by the additional introduction of Sr ² ions ⁺ in an amount of 1-300 mg / l and Cs ⁺ and (or) Rb ⁺ in an amount of 0.5-5 mg / l.

Недостатком предлагаемого способа является то, что проведение процесса при значении рН=10-11,5 не дает высокой степени очистки от Pu и Am, а осадки характеризуются низкими значениями при седиментации и фильтрации. Полученные осадки обладают сравнительно высокой влажностью, и, как следствие, возникает необходимость дополнительных энерго- и трудозатрат на испарение влаги перед загрузкой осадков в контейнер. Использование относительно дорогих реагентов (соединения Sr, Cs, Rb) приводит к удорожанию стоимости процесса.The disadvantage of the proposed method is that the process at a pH = 10-11.5 does not give a high degree of purification from Pu and Am, and precipitation is characterized by low values during sedimentation and filtration. The resulting precipitation has a relatively high humidity, and, as a result, there is a need for additional energy and labor costs for the evaporation of moisture before loading the precipitation into the container. The use of relatively expensive reagents (compounds Sr, Cs, Rb) leads to an increase in the cost of the process.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени очистки, сокращения расхода реагентов и улучшения седиментационных и фильтрационных свойств осадка.The present invention is directed to solving the problem of increasing the degree of purification, reducing the consumption of reagents and improving the sedimentation and filtration properties of the sediment.

Задача решается тем, что в способе очистки жидких радиоактивных отходов, включающем осаждение щелочью в присутствии фосфат-ионов, осаждение проводят непрерывно в две стадии при постоянном значении рН, равном 4-5 на первой стадии и 8-9 - на второй. Постоянное значение рН в реакторе-осадителе обеспечивается автоматическим регулированием расхода щелочи при непрерывной подаче исходного раствора с расходом 0,05-0,5 объема реактора-осадителя в час. При переработке растворов, содержащих кальций и/или магний, дополнительного введения этих катионов не требуется.The problem is solved in that in the method for purifying liquid radioactive waste, including alkali deposition in the presence of phosphate ions, the deposition is carried out continuously in two stages with a constant pH value of 4-5 in the first stage and 8-9 in the second. A constant pH value in the precipitating reactor is ensured by automatic control of alkali consumption during continuous supply of the initial solution with a flow rate of 0.05-0.5 volume of precipitating reactor per hour. When processing solutions containing calcium and / or magnesium, the additional introduction of these cations is not required.

Непрерывное осаждение при постоянном значении рН в две стадии способствует формированию кристаллической, а не аморфной фазы. Переработка предлагаемым способом позволяет увеличить коэффициент очистки от радиоактивных элементов до (0,5-2,0)·10⁶, что дает возможность реализовать данный метод как для обработки жидких низкоактивных, так и для средне- и высокоактивных отходов. Снижение конечного значения рН обеспечивает сокращение расхода натриевой щелочи. При этом образующиеся осадки быстро отстаиваются, хорошо фильтруются.Continuous precipitation at a constant pH in two stages promotes the formation of a crystalline rather than amorphous phase. Processing by the proposed method allows to increase the coefficient of purification from radioactive elements to (0.5-2.0) · 10 ⁶ , which makes it possible to implement this method for the treatment of liquid low-level and medium and high-level waste. Lowering the final pH provides a reduction in sodium alkali consumption. In this case, the precipitation formed quickly settles, is well filtered.

Осаждение основного количества солей на первой стадии при рН, равном 4-5, обеспечивает получение осадка с лучшими седиментационными свойствами, а проведение процесса при рН 8-9 на второй стадии обеспечивает высокую полноту осаждения. Увеличение конечного значения рН выше 10 приводит к снижению коэффициента очистки до 10³-10⁴, а при повышении рН выше 12 наблюдается частичное растворение осадка.The precipitation of the main amount of salts in the first stage at a pH of 4-5 provides a precipitate with better sedimentation properties, and the process at pH 8-9 in the second stage provides a high degree of precipitation. An increase in the final pH value above 10 leads to a decrease in the purification coefficient to 10 ³ -10 ⁴ , and with an increase in pH above 12 a partial dissolution of the precipitate is observed.

Получаемые осадки путем термической обработки при температуре 900-1100°С могут быть переведены в минералоподобные матрицы, пригодные для захоронения.The resulting precipitation by heat treatment at a temperature of 900-1100 ° C can be converted into mineral-like matrices suitable for disposal.

Пример.Example.

К раствору следующего состава: Са - 500 мг/л, Am - 100 мг/л, Pu - 1 мг/л, суммарная альфа-активность - 0,22 Ки/л, - добавили фосфат-ионы в мольном соотношении PO₄ ^3-/Ca²⁺, равном 0,85-1,65. Осаждение проводили 40% мас. раствором NaOH в реакторе с автоматическим регулированием расхода щелочи при непрерывной подаче исходного раствора при значении рН=4-5. Получаемая пульпа поступала в реактор доосаждения, где тем же раствором щелочи осуществлялась доочистка при значении рН=8-9. Конечный осадок исследовали. Выявили, что за 1 час отстаивания осадок достигает практически постоянного объема и хорошо фильтруется. Суммарная альфа-активность фильтрата составила 7,9·10^-8 Ки/л, соответственно коэффициент очистки от радионуклидов равен 2,8·10⁶. Результаты исследований представлены в таблице.To a solution of the following composition: Ca - 500 mg / l, Am - 100 mg / l, Pu - 1 mg / l, total alpha activity - 0.22 Ci / l, - added phosphate ions in a molar ratio of PO ₄ ^3- / Ca ²⁺ equal to 0.85-1.65. The deposition was carried out 40% wt. NaOH solution in a reactor with automatic control of alkali consumption during continuous supply of the initial solution at a pH value of 4-5. The resulting pulp was fed to a post-precipitation reactor, where the same alkali solution was used for purification at a pH value of 8–9. The final sediment was investigated. It was found that after 1 hour of sedimentation, the sediment reaches an almost constant volume and is well filtered. The total alpha activity of the filtrate was 7.9 · 10 ^-8 Ci / l, respectively, the coefficient of purification from radionuclides is 2.8 · 10 ⁶ . The research results are presented in the table.

Таблица:Table: Сравнительные характеристики методов очистки ЖРОComparative characteristics of LRW treatment methods № п/пNo. p / p рН осажденияpH precipitation Коэффициент очисткиCleaning ratio Скорость седиментации, мл/минSedimentation rate, ml / min Коэффициент фильтрации Кд (по формуле Дарси)Filtration coefficient Cd (Darcy formula) 1^аястадия ^1st stage 2^aя стадияStep 2 ^aya 1one 4-54-5 77 43·10⁵ 4310 ⁵ 0,390.39 8,1·10-⁶ 8.1 · 10 ^-6 22 4-54-5 8-98-9 2,8·10⁶ 2,810 ⁶ 0,870.87 7,0·10-⁵ 7.0 · 10- ⁵ 33 4-54-5 10-1110-11 6,1·10³ 6.110 ³ 0,020.02 3,1·10^-6 3.1 · 10 ^-6 4four 4-54-5 12-1312-13 6,2·10² 6.210 ² 0,050.05 4,5·10^-6 4,5 · 10 ^-6

Claims

1. The method of purification of liquid radioactive waste, including alkali deposition in the presence of calcium and / or magnesium ions and phosphate ions and separating the precipitate, characterized in that the process is carried out by the method of deposition in series in two stages with a constant pH of 4-5 on the first and 7 -9 on the second.

2. The method according to claim 1, characterized in that the phosphate ions are added in a molar ratio of PO ₄ ^3- / Ca ²⁺ equal to 0.85-1.65.

3. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out in a continuous mode.