RU2381579C1 - Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes - Google Patents

Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2381579C1
RU2381579C1 RU2008148363/06A RU2008148363A RU2381579C1 RU 2381579 C1 RU2381579 C1 RU 2381579C1 RU 2008148363/06 A RU2008148363/06 A RU 2008148363/06A RU 2008148363 A RU2008148363 A RU 2008148363A RU 2381579 C1 RU2381579 C1 RU 2381579C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ios
ethylene glycol
exchange resins
ion
ethyleneglycol
Prior art date
Application number
RU2008148363/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Карпович Андрианов (RU)
Анатолий Карпович Андрианов
Борис Александрович Гусев (RU)
Борис Александрович Гусев
Владимир Георгиевич Ильин (RU)
Владимир Георгиевич Ильин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority to RU2008148363/06A priority Critical patent/RU2381579C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2381579C1 publication Critical patent/RU2381579C1/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to environmental protection, and more specifically to methods of processing (decontaminating) spent radioactive ion-exchange resins (IER) and industrial liquid toxic wastes (LTW) which contain environmentally hazardous substances, particularly toxic ethyleneglycol. Spent radioactive ion-exchange resins at the decontamination stage are subjected to thermal treatment at 101-150°C while moving in a solution of hydrophilic high-temperature organic coolant in form of ethyleneglycol or used cooling and hydraulic liquids based on ethyleneglycol with addition of phthalic anhydride with weight ratio of anhydrous components in the solution ranging from 1.0 to 2.3 g of phthalic anhydride per 1.0 g of ethyleneglycol.
EFFECT: decontamination of radioactive ion-exchange resins, recycling industrial spent solutions of cooling and hydraulic liquids based on toxic ethyleneglycol; reduced energy and financial expenses on carrying out the process; simplification of the technology of decontaminating radioactive ion-exchange resins and liquid toxic wastes; reduced technogenic effect of hazardous substances on the environment.
3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее, к технологии переработки (обезвреживания) отработавших свой регламентный срок радиоактивных ионообменных смол (ИОС) и промышленных жидких отходов, содержащих токсичные органические вещества.The invention relates to the field of environmental protection, and more specifically, to the processing technology (disposal) of spent radioactive ion exchange resins (IOS) and industrial liquid waste containing toxic organic substances that have spent their regulatory lives.

Ионообменные технологии очистки воды, используемые на атомных энергетических объектах, являются одним из источников образования экологически опасных радиоактивных отходов, представляющих собой пульпы отработавших свой регламентный срок ИОС. Так же известно, что при эксплуатации транспортных средств и промышленных установок, в рабочих системах которых используются водосодержащие жидкости на основе гликолей (чаще всего, этиленгликоля) [А.М.Сухотин и др. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Химия, Ленинград, 1979, с.266], образуются значительные объемы жидких токсичных отходов (ЖТО), представляющих собой выработавшие ресурс охлаждающие и гидравлические жидкости.Ion-exchange water purification technologies used at nuclear power facilities are one of the sources of the generation of environmentally hazardous radioactive waste, which are pulps of IOS that have fulfilled their regulatory time. It is also known that during the operation of vehicles and industrial installations, in the working systems of which water-containing liquids based on glycols (most often, ethylene glycol) are used [A. M. Sukhotin et al. Non-combustible heat transfer fluids and hydraulic fluids. Chemistry, Leningrad, 1979, p. 266], significant volumes of liquid toxic waste (ZhTO) are formed, which are cooling and hydraulic fluids that have developed a lifetime.

Для обеспечения условий экологической безопасности при длительном хранении радиоактивных ИОС и утилизации ЖТО необходимо проведение комплекса мероприятий по их обезвреживанию. При этом очевидно, что основными условиями организации эффективной технологии обезвреживания экологически опасных отходов, вне зависимости от их состояния (твердые отходы или жидкие), являются не только требования максимального уменьшения объема конечного продукта, подлежащего захоронению и надежной его изоляции от окружающей среды, но и минимальное потребление, стоимость и доступность используемых в цикле обезвреживания отходов реагентов и материалов.To ensure environmental safety during long-term storage of radioactive IOS and disposal of radioactive wastes, a set of measures is required to render them harmless. It is obvious that the main conditions for organizing an effective technology for the disposal of environmentally hazardous waste, regardless of their condition (solid waste or liquid), are not only the requirements for the maximum reduction in the volume of the final product to be disposed of and its reliable isolation from the environment, but also the minimum consumption, cost and availability of reagents and materials used in the waste disposal cycle.

В практике обезвреживания отработавших ресурс радиоактивных ИОС широкое применение нашли способы их включения (омоноличевания, иммобилизации) в традиционные связующие: термопластичные (битум и др.), неорганические (цемент, гипс и др.), термореактивные (полиэфирные, карбамидные смолы и др.). В связующие первой группы сорбенты включают при повышенной температуре (180-240°С), а второй и третьей - при комнатной [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.115, 116, 126, 132, 136]. При этом известно, что для получения прочных монолитов использованные ионообменные смолы перед включением в связующие второй и третьей группы должны быть максимально обезвожены для устранения излишнего объема и из-за способности ИОС к набуханию при их контакте с водой [патент РФ №2062517, опубл. 20.06.96; патент РФ №2114471, опубл. 18.06.97; А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М, Энергоатомиздат, 1985, с.114-115]. Глубокое обезвоживание ИОС, позволяющее существенно уменьшить их объем и исключить способность сорбентов к набуханию при контакте с водой, достигается при термической (температура 350-395°С) [патент РФ №2068208, опубл. 20.10.96] или термохимической (температура более 250°С, давление 40 атм) [патент РФ №2062517, опубл. 20.06.96] их обработке.In the practice of neutralizing spent radioactive IOS, the methods of their inclusion (monologization, immobilization) in traditional binders are widely used: thermoplastic (bitumen, etc.), inorganic (cement, gypsum, etc.), thermosetting (polyester, urea resins, etc.) . Sorbents are included in the binders of the first group at elevated temperatures (180-240 ° C), and the second and third ones at room temperature [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M., Energoatomizdat, 1985, p. 115, 116, 126, 132, 136]. It is known that to obtain strong monoliths, the used ion-exchange resins must be dehydrated as much as possible before being included in the binders of the second and third groups to eliminate excessive volume and because of the ability of IOS to swell when they come in contact with water [RF patent No. 2062517, publ. 06/20/96; RF patent №2114471, publ. 06/18/97; A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M, Energoatomizdat, 1985, p.114-115]. Deep dehydration of IOS, which can significantly reduce their volume and eliminate the ability of sorbents to swell when in contact with water, is achieved at thermal (temperature 350-395 ° C) [RF patent No. 2068208, publ. 10.20.96] or thermochemical (temperature over 250 ° C, pressure 40 atm) [RF patent No. 2062517, publ. 06/20/96] their processing.

Рассмотренные выше способы переработки радиоактивных ИОС имеют свои достоинства и недостатки. Так, например, простота и технологичность широко применяемого на практике способа непосредственного омоноличевания влажных ИОС цементом [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.132], даже при низкой степени наполнения цементного монолита по ИОС (не более 10% по сухой смоле), не обеспечивают требуемую прочность конечного продукта и значительно увеличивают его объем (в 2 и более раз). Способы иммобилизации ИОС в традиционные отвердители с проведением предварительной глубокой термической (температура обработки более 350-395°С) [патент РФ №2068208, опубл. 20.10.96] или термохимической (температура более 250°С и давление в аппарате более 40 атм.) [патент РФ №2062517, опубл. 20.06.96] их обработки энергоемки и сложны в аппаратурном оформлении процесса, требующего применения металлоемкого оборудования, работающего при высоком давлении. Кроме того, глубокая термическая или термохимическая деструктуризация ИОС, вплоть до разрушения высокомолекулярной основы ИОС, приводит к образованию летучих экологически опасных органических веществ (меркаптанов, аминов и др), что усложняет систему газоочистки.The methods for processing radioactive IOS discussed above have their advantages and disadvantages. So, for example, the simplicity and manufacturability of the method of direct homologization of wet IOS with cement widely used in practice [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M., Energoatomizdat, 1985, p.132], even with a low degree of filling of the cement monolith in IOS (not more than 10% in dry resin), they do not provide the required strength of the final product and significantly increase its volume (2 or more times). Methods of immobilizing IOS in traditional hardeners with preliminary deep thermal treatment (processing temperature over 350-395 ° C) [RF patent No. 2068208, publ. 20.10.96] or thermochemical (temperature over 250 ° C and pressure in the apparatus over 40 atm.) [RF patent No. 2062517, publ. 06/20/96] their processing is energy-intensive and complicated in the hardware design of a process that requires the use of metal-intensive equipment operating at high pressure. In addition, the deep thermal or thermochemical degradation of IOS, up to the destruction of the high molecular weight IOS base, leads to the formation of volatile environmentally hazardous organic substances (mercaptans, amines, etc.), which complicates the gas purification system.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки отработавшей радиоактивной ионообменной смолы, включающий измельчение ИОС, термообработку полученного порошка ИОС при температуре 170-350°С, обеспечивающую разложение только ионообменных групп ИОС без разложения органической основы смолы и отверждения (иммобилизация, омоноличевание) неразложившейся основы смолы путем ее смешения с отвердителем [патент JP №61086693, опубл. 02.05.1986].The closest in technical essence to the claimed method is a method of processing spent radioactive ion-exchange resin, including grinding IOS, heat treatment of the obtained IOS powder at a temperature of 170-350 ° C, providing decomposition of only ion-exchange groups of IOS without decomposition of the organic base of the resin and curing (immobilization, monolithization) undecomposed resin base by mixing it with a hardener [JP patent No. 61086693, publ. 05/02/1986].

Недостатками данного способа, выбранного в качестве прототипа, являются сложность аппаратурного оформления технологического процесса из-за необходимости проведения предварительной стадии механического измельчения ИОС, возможность снижения прочности конечных продуктов (монолитов) при их контакте с водой, так как способ не предусматривает деструктуризации высокомолекулярной основы смолы, исключающей способность ИОС к набуханию при их контакте с водой. Известно, что ИОС теряют способность к набуханию в воде в результате их термической обработки при температуре выше 350°С [патент РФ №2068208, опубл. 20.10.96].The disadvantages of this method, selected as a prototype, are the complexity of the instrumentation of the technological process due to the need for a preliminary stage of mechanical grinding of IOS, the possibility of reducing the strength of the final products (monoliths) when they come into contact with water, since the method does not involve the degradation of the high molecular weight resin base, excluding the ability of IOS to swell when they come in contact with water. It is known that IOS lose their ability to swell in water as a result of their heat treatment at temperatures above 350 ° C [RF patent No. 2068208, publ. 10.20.96].

Задачей настоящего изобретения является создание способа переработки выработавших ресурс радиоактивных ионообменных смол и жидких промышленных отходов, содержащих токсичный этиленгликоль, позволяющего:The objective of the present invention is to provide a method of processing spent resource radioactive ion exchange resins and liquid industrial waste containing toxic ethylene glycol, allowing:

- обезвредить промышленные жидкие отходы, содержащие токсичный этиленгликоль;- neutralize industrial liquid waste containing toxic ethylene glycol;

- снизить финансовые затраты на приобретение реагентов за счет использования в цикле обезвреживания ИОС в качестве высокотемпературного гидрофильного теплоносителя гликолей или выработавших ресурс охлаждающих и гидравлических жидкостей на основе гликолей, а в качестве основного компонента инертной матрицы (связующего) - этиленгликоль или выработавшие ресурс охлаждающие и гидравлические жидкости на его основе;- reduce the financial costs for the purchase of reagents due to the use of glycols or used cooling and hydraulic fluids based on glycols as a high-temperature hydrophilic coolant in the IOS neutralization cycle, and ethylene glycol or used cooling and hydraulic fluids that have been used as the main component of the inert matrix (binder) based on it;

- уменьшить объем конечного продукта, подлежащего длительному хранению, и повысить его водостойкость;- reduce the volume of the final product subject to long-term storage, and increase its water resistance;

- снизить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона при обезвреживании ИОС и ЖТО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных продуктов.- to reduce the anthropogenic impact of harmful substances on the environment of the region during the neutralization of IOS and ZhTO and to improve the environmental situation during long-term storage of final products.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе переработки отработавшей радиоактивной ионообменной смолы, включающем ее термическую обработку в обогреваемом аппарате при температуре, обеспечивающей разложение только функционально-активных ионообменных групп ИОС без разложения органической основы смолы, и отверждение (иммобилизация, омоноличевание) неразложившейся основы ИОС путем ее смешения с отвердителем, предлагается процесс обезвреживания радиоактивной смолы проводить при температуре продукта в ванне 101-230°С в условиях его перемешивания с использованием в качестве высокотемпературного гидрофильного теплоносителя гликолей или выработавших ресурс охлаждающих и гидравлических жидкостей на основе гликолей, а в качестве основного компонента инертной матрицы (связующего) - этиленгликоль или выработавшие ресурс охлаждающие и гидравлические жидкости на его основе с добавкой фталевого ангидрида при соотношении компонентов в растворе ванны на 1,0 грамм этиленгликоля 1,0-2,3 грамма фталевого ангидрида в пересчете на безводные компоненты.To solve the problem and achieve the technical result in a method of processing spent radioactive ion-exchange resin, including its heat treatment in a heated apparatus at a temperature that ensures the decomposition of only functionally active ion-exchange groups of IOS without decomposition of the organic base of the resin, and curing (immobilization, monolithic) of undecomposed the basis of IOS by mixing it with a hardener, it is proposed that the process of neutralizing the radioactive resin be carried out at a temperature urine of the product in a bath of 101-230 ° C under stirring conditions using glycols as a high-temperature hydrophilic heat transfer medium or glycols-based hydraulic and hydraulic fluids that have developed a resource, and ethylene glycol or cooling and hydraulic-life-generated as the main component of an inert matrix (binder) liquids based on it with the addition of phthalic anhydride when the ratio of components in the bath solution is 1.0 grams of ethylene glycol 1.0-2.3 grams of phthalic anhydride in terms of anhydrous s components.

Предлагается так же, при использовании в цикле обезвреживания ИОС раствора этиленгликоля с фталевым ангидридом процесс проводить при исходном объемном соотношении влажных ИОС к раствору в ванне от 1:0,05 до 1:1 до получения в ванне продукта, представляющего собой после охлаждения до температуры окружающей среды сыпучие гидрофобные гранулы "органическая основа смолы, пропитанная полимером", или монолит "гидрофобные гранулы смолы, включенные в полимер на основе этиленгликоля и фталевого ангидрида".It is also proposed that when a solution of ethylene glycol with phthalic anhydride is used in the IOS neutralization cycle, the process is carried out at the initial volume ratio of wet IOS to the solution in the bath from 1: 0.05 to 1: 1 until the product is obtained in the bath, which, after cooling to ambient temperature media, bulk hydrophobic granules, "an organic resin base impregnated with a polymer," or a monolith, "hydrophobic resin granules, incorporated into a polymer based on ethylene glycol and phthalic anhydride."

Так же предлагается, при использовании в цикле переработки ИОС выработавших ресурс охлаждающих и гидравлических жидкостей на основе этиленгликоля, процесс их одновременного обезвреживания проводить до образования в ванне продукта "жидкий раствор полимера - гидрофобные гранулы смолы", содержащего не менее 50 об.% органической основы смолы, после чего полученный продукт охлаждать до температуры окружающей среды до образования в ванне проплавленного, твердого, водостойкого монолита.It is also proposed, when using a life-time cooling and hydraulic liquids based on ethylene glycol that have been used in the IOS processing cycle, the process of their simultaneous neutralization is carried out until the product "polymer solution - hydrophobic resin granules" containing at least 50 vol.% Organic resin base is formed in the bath and then the resulting product is cooled to ambient temperature until a molten, solid, water-resistant monolith is formed in the bath.

Дополнительно предлагается исходное объемное соотношение влажных ИОС к гликолево-фталевому раствору в ванне определять на основании требований, предъявляемых к конечному состоянию продукта и условиям его длительного хранения (наличие или отсутствие дополнительных изолирующих оболочек и др), обеспечивающих экологически безопасное длительное его хранение.In addition, it is proposed that the initial volume ratio of wet IOS to the glycol-phthalic solution in the bath be determined on the basis of the requirements for the final state of the product and the conditions for its long-term storage (the presence or absence of additional insulating shells, etc.), ensuring environmentally safe long-term storage.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в нем заложен принцип "токсичное утилизируется в токсичном", а именно предлагается обезвреживание отработанных радиоактивных ионообменных смол проводить с использованием в качестве гидрофильного теплоносителя гликолей или выработавших ресурс охлаждающих и гидравлических жидкостей на основе гликолей, а в качестве одного из компонентов изолирующей матрицы (отвердителя) - этиленгликоль или промышленные отходы на его основе, с получением на финишной стадии обезвреживания экологически опасных отходов (радиоактивных ИОС и токсичных растворов этиленгликоля) - водостойкие продукты, пригодные к длительному хранению.The essence of the proposed method lies in the fact that the principle "toxic is utilized in toxic" is laid down, namely, it is proposed that the spent radioactive ion-exchange resins be neutralized using glycols as a hydrophilic heat carrier or cooling and hydraulic liquids based on glycols that have developed a resource, and as one of the components of the insulating matrix (hardener) - ethylene glycol or industrial waste based on it, with the receipt of environmentally friendly neutralization at the final stage hazardous waste (radioactive IOS and toxic solutions of ethylene glycol) - waterproof products suitable for long-term storage.

Заявляемый способ позволяет, помимо радиоактивных ИОС, утилизировать и другие отработанные экологически опасные гетерогенные фильтроматериалы, а именно радиоактивные перлит, активированный уголь, шламы и др. [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.9, 10], а в качестве гидрофильного теплоносителя при реализации предлагаемого способа могут быть использованы и другие высококипящие органические вещества, относящиеся к классу двухатомных спиртов (гликолям) [А.А.Петров и др. Органическая химия. Высшая школа, Москва, 1973, с.130-131], такие как диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль и пропиленгликоль [А.М.Сухотин и др. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Химия, Ленинград, 1979, с.269].The inventive method allows, in addition to radioactive IOS, to utilize other spent environmentally hazardous heterogeneous filter materials, namely, radioactive perlite, activated carbon, sludge, etc. [A. S. Nikiforov, V. V. Kulichenko, M. I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M., Energoatomizdat, 1985, pp. 9, 10], and other high-boiling organic substances belonging to the class of dihydric alcohols (glycols) [A.A. Petrov et al. Organic chemistry. Higher School, Moscow, 1973, pp. 130-131], such as diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and propylene glycol [A. M. Sukhotin et al. Non-combustible heat transfer fluids and hydraulic fluids. Chemistry, Leningrad, 1979, p. 269].

Известно [А.М.Сухотин и др. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Химия, Ленинград, 1979, с.269], что большая часть производимого в мире этиленгликоля расходуется на изготовление антифризов, представляющих собой водные растворы этиленгликоля различной концентрации, содержащие ингибиторы коррозии, буферные солевые добавки и др. Из этого же источника известно, что охлаждающие и гидравлические жидкости на основе этиленгликоля обладают высокой токсичностью. Также известно, что безаварийная эксплуатация автомобильного транспорта, где в качестве охлаждающей жидкости используются антифризы на основе этиленгликоля, требует не реже 1 раза в 2 года полной его замены на новый. При этом образуются большие объемы токсичных отходов (только для одного легкового автомобиля - около 10 литров жидких отходов, содержащих от 40 и более мас.% высокотоксичного, экологически опасного этиленгликоля), что, естественно, требует проведения обязательных мероприятий по их обезвреживанию или регенерации.It is known [A. M. Sukhotin and others. Non-combustible heat transfer fluids and hydraulic fluids. Chemistry, Leningrad, 1979, p. 269], that the majority of ethylene glycol produced in the world is spent on the manufacture of antifreezes, which are aqueous solutions of ethylene glycol of various concentrations, containing corrosion inhibitors, buffered salt additives, etc. From the same source it is known that cooling and ethylene glycol-based hydraulic fluids are highly toxic. It is also known that trouble-free operation of automobile transport, where ethylene glycol-based antifreezes are used as a coolant, requires at least 1 time in 2 years to completely replace it with a new one. In this case, large volumes of toxic waste are generated (for only one passenger car - about 10 liters of liquid waste containing from 40 or more wt.% Of highly toxic, environmentally hazardous ethylene glycol), which, of course, requires the implementation of mandatory measures for their neutralization or regeneration.

Целесообразность регенерации антифризов, как и высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ), определяется их исходной товарной стоимостью, совершенством технологии регенерации и эксплуатационными затратами на ее проведение. Наиболее приемлемым способом регенерации ВОТ считается двойная их перегонка [А.В.Чечеткин. Высокотемпературные теплоносители. Энергия, Москва, 1971, с.417]. Несмотря на простоту термический способ регенерации ВОТ имеет существенный недостаток - требует расхода большого количества тепла, что повышает стоимость переработки и цену вторичного продукта. Метод сжигания отработанных антифризов экономически и экологически неоправдан, так как требует применения сложного оборудования (например, плазмотронов) с эффективной системой газоочистки. Утилизация антифризов на специальных полигонах («полях фильтрации») недопустима по экологическим причинам.The feasibility of the regeneration of antifreezes, as well as high-temperature organic coolants (BOT), is determined by their initial market value, the perfection of the regeneration technology and the operating costs of its implementation. The most acceptable way to regenerate BOT is their double distillation [A.V. Chechetkin. High temperature fluids. Energy, Moscow, 1971, p. 417]. Despite its simplicity, the thermal method of BOT regeneration has a significant drawback - it requires the consumption of a large amount of heat, which increases the cost of processing and the price of the secondary product. The method of burning spent antifreeze is economically and environmentally unjustified, since it requires the use of sophisticated equipment (for example, plasmatrons) with an effective gas cleaning system. Utilization of antifreeze agents at special landfills (“filtration fields”) is unacceptable for environmental reasons.

В связи с этим предлагаемый способ обезвреживания радиоактивных ИОС с использованием в цикле их переработки промышленных отходов, содержащих токсичный этиленгликоль, весьма актуален.In this regard, the proposed method of neutralizing radioactive IOS using industrial waste containing toxic ethylene glycol in the cycle of their processing is very relevant.

Известно, что основным недостатком водно-гликолевых жидкостей при их использовании в системах охлаждения и гидравлики промышленных установок и транспортных средств является испарение воды, особенно при высоких температурах [А.М.Сухотин и др. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Химия, Ленинград, 1979, с.266]. Также известно [А.А.Петров, Х.В.Бальян, А.Т.Трощенко. Органическая химия. Высшая школа, Москва, 1973, с.135], что этиленгликоль весьма гигроскопичен, смешивается с водой во всех соотношениях. Присутствие воды в этиленгликоле резко снижает его температуру кипения [А.В.Чечеткин. Высокотемпературные теплоносители. Энергия, Москва, 1971, с.91]. Экспериментально установлено, что при реализации предлагаемого способа отмеченные выше свойства этиленгликоля и растворов на его основе (интенсивное испарение воды из водогликолевых жидкостей при повышенных температурах их применения, высокая гигроскопичность этиленгликоля и др.) и реализации процесса в условиях, обеспечивающих прямой контакт гидрофильного теплоносителя с влажными гранулами ИОС, позволяют на первой стадии переработки ИОС при температуре 101-150°С (см. таблицы 1 и 2) провести не только глубокое обезвоживание ИОС и их сушку, но и подготовить смолу (пропитать гранулы смолы фталево-гликолиевым раствором) к завершающей стадии ее обезвреживания (стадия иммобилизации смолы в инертную матрицу).It is known that the main disadvantage of water-glycol fluids when used in cooling systems and hydraulics of industrial plants and vehicles is the evaporation of water, especially at high temperatures [A. M. Sukhotin and others. Non-combustible heat transfer fluids and hydraulic fluids. Chemistry, Leningrad, 1979, p.266]. It is also known [A.A. Petrov, H.V. Balyan, A.T. Troshchenko. Organic chemistry. Higher School, Moscow, 1973, p.135] that ethylene glycol is very hygroscopic, miscible with water in all ratios. The presence of water in ethylene glycol sharply reduces its boiling point [A.V. Chechetkin. High temperature fluids. Energy, Moscow, 1971, p. 91]. It was experimentally established that when implementing the proposed method, the above-mentioned properties of ethylene glycol and solutions based on it (intensive evaporation of water from water-glycol liquids at elevated temperatures for their use, high hygroscopicity of ethylene glycol, etc.) and the process under conditions that provide direct contact of the hydrophilic coolant with wet granules of IOS, allow at the first stage of processing of IOS at a temperature of 101-150 ° C (see tables 1 and 2) to carry out not only deep dehydration of IOS and their drying But also to prepare a resin (resin impregnated granules phthalic-glycolic solution) to the final stage of its neutralization (immobilization step the resin in an inert matrix).

Известно [А.А.Петров и др. Органическая химия. Высшая школа, Москва, 1973, с.135], что полиэфиры на основе этиленгликоля и фталевого ангидрида получили широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве пленкообразующих веществ для лаков и красок, а также в качестве основы полиэфирных смол и синтетических волокон. Также известны основные химико-технологические параметры проведения реакции синтеза полиэфирной смолы из этиленгликоля и фталевого ангидрида [А.П.Григорьев, О.Я.Федотова. Лабораторный практикум по технологии пластических масс, часть 2. Высшая школа, Москва, 1977, с.92-93].It is known [A.A. Petrov et al. Organic chemistry. Higher School, Moscow, 1973, p.135] that polyesters based on ethylene glycol and phthalic anhydride have been widely used in various industries as film-forming substances for varnishes and paints, as well as as the basis for polyester resins and synthetic fibers. The main chemical and technological parameters of the reaction for the synthesis of a polyester resin from ethylene glycol and phthalic anhydride are also known [A.P. Grigoriev, O.Ya. Fedotova. Laboratory workshop on technology of plastic masses, part 2. Higher school, Moscow, 1977, pp. 92-93].

Авторами экспериментально установлено, что в процессе термической обработки влажных ИОС в среде, содержащей этиленгликоль или фталево-гликолевый раствор, при температуре 101-150°С сорбенты практически полностью обезвоживаются, их объем, в сравнении с исходными влажными ИОС, существенно уменьшается, но при этом сорбенты не теряют способности к набуханию в воде. При повышении температуры продукта в ванне до 200-230°С и проведении дальнейшей его термообработки в этом температурном диапазоне в течение 3-4 часов в ванне образуются водостойкие продукты, представляющие собой после их охлаждения до комнатной температуры:The authors experimentally established that during the heat treatment of wet IOS in a medium containing ethylene glycol or a phthalic-glycol solution at a temperature of 101-150 ° C, sorbents are almost completely dehydrated, their volume, in comparison with the initial wet IOS, is significantly reduced, but at the same time sorbents do not lose their ability to swell in water. When the temperature of the product in the bath increases to 200-230 ° C and its further heat treatment is carried out in this temperature range for 3-4 hours, water-resistant products are formed in the bath, which, after they are cooled to room temperature:

сыпучий продукт - обезвоженные гранулы органической основы смолы, включенные в инертную полимерную оболочку фталево-гликолевого полиэфира (смотри примеры конкретного исполнения, эксперименты 3-6, таблица 2), илиbulk product - dehydrated granules of the organic resin base included in the inert polymer shell of the phthalic-glycol polyester (see specific examples, experiments 3-6, table 2), or

монолит - полиэфирная смола (твердая матрица), содержащая не менее 50 об.% сухой органической основы ионообменной смолы (смотри эксперимент 7 в той же таблице).monolith - a polyester resin (solid matrix) containing at least 50 vol.% dry organic basis of the ion-exchange resin (see experiment 7 in the same table).

По мнению авторов, требования к конечному состоянию продукта, подлежащего длительному захоронению, должны основываться на требованиях обеспечения экологической безопасности его длительного хранения и экономической целесообразности применения тех или иных реагентов, используемых в цикле обезвреживания отходов по предлагаемому способу.According to the authors, the requirements for the final state of the product subject to long-term disposal should be based on the requirements for ensuring the environmental safety of its long-term storage and the economic feasibility of using certain reagents used in the waste treatment cycle according to the proposed method.

Так, например, при использовании в цикле обезвреживания радиоактивных ИОС растворов на основе этиленгликоля и фталевого ангидрида целесообразно на конечной стадии обезвреживания ИОС получать сыпучий водостойкий продукт, который может храниться как самостоятельно в примитивных охранных оболочках (полиэтиленовые, металлические, цементные и др.), так и быть дополнительно омоноличен в нерадиоактивные традиционные матрицы на основе менее дорогих связующих (термопластичные или неорганические материалы, относящиеся к первой и второй группам связующих) [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.115, 130].So, for example, when using solutions based on ethylene glycol and phthalic anhydride in the cycle of neutralizing radioactive IOS, it is advisable to obtain a loose waterproof product at the final stage of neutralizing IOS that can be stored independently in primitive protective shells (polyethylene, metal, cement, etc.), so and be additionally monolithic in non-radioactive traditional matrices based on less expensive binders (thermoplastic or inorganic materials belonging to the first and second groups am binders) [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M., Energoatomizdat, 1985, p. 115, 130].

При решении задачи одновременного обезвреживания радиоактивных ИОС и токсичных промышленных отходов, содержащих этиленгликоль, естественно, экологически и экономически оправдано процесс утилизации отходов проводить до получения монолитного продукта, так как это позволяет при высокой степени его наполнения органической радиоактивной основой ИОС переработать значительные объемы ЖТО.When solving the problem of the simultaneous neutralization of radioactive IOS and toxic industrial wastes containing ethylene glycol, it is naturally environmentally and economically justified to carry out the waste disposal process until a monolithic product is obtained, since this allows the processing of significant volumes of ZhTO with a high degree of its filling with the organic radioactive basis of IOS.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Пример 1.Example 1

В обогреваемый аппарат (емкость), снабженный мешалкой и обратным холодильником, обеспечивающим перемешивание продукта в аппарате и возврат в его реакционную зону высокотемпературного возгона (летучих при температуре выше 150°С органических веществ), помещают влажные радиоактивные ИОС и необходимое количество заранее приготовленного безводного раствора этиленгликоля с фталевым ангидридом. Полученную смесь в аппарате нагревают при постоянном перемешивании до температуры кипения, которая, в основном, зависит от исходного содержания в продукте воды, и в температурном диапазоне 101-150°С проводят стадию обезвоживание ИОС и их пропитки фталево-гликолевым раствором. После завершения этой стадии термообработки ИОС, о чем свидетельствует прекращение поступления из аппарата конденсата воды и резкий рост температуры продукта в зоне его обработки, ИОС подвергают 3-4 часовой термообработке в температурном диапазоне 200-230°С до получения в аппарате (емкости) подвижного (транспортабельного) продукта, который после его охлаждения до температуры окружающей среды представляет собой сыпучие водостойкие гранулы органической основы ИОС, включенные в охранную инертную оболочку полиэфирной смолы на основе этиленгликоля и фталевого ангидрида.Wet radioactive IOS and the required amount of anhydrous ethylene glycol solution prepared in advance, are placed in a heated apparatus (container) equipped with a stirrer and a reflux condenser, which ensures the mixing of the product in the apparatus and the return of high-temperature sublimates (volatile organic substances at temperatures above 150 ° C), and with phthalic anhydride. The resulting mixture in the apparatus is heated with constant stirring to a boiling point, which mainly depends on the initial content in the product of water, and in the temperature range of 101-150 ° C, the stage is dehydrated IOS and their impregnation with a phthalic-glycol solution. After completing this stage of the heat treatment of the IOS, as evidenced by the cessation of water condensate from the apparatus and a sharp increase in the temperature of the product in the zone of its processing, the IOS is subjected to 3-4 hours heat treatment in the temperature range of 200-230 ° C until a mobile (tank) is obtained transportable) product, which, after cooling to ambient temperature, is a loose waterproof granules of the organic base of IOS, included in the protective inert shell of ethylene-based polyester resin glycol and phthalic anhydride.

Пример 2.Example 2

В обогреваемый аппарат (емкость), снабженный узлом ввода в аппарат ЖТО, мешалкой и обратным холодильником, обеспечивающими перемешивание продукта в аппарате и возврат в его реакционную зону высокотемпературного возгона (летучих при температуре выше 150°С органических веществ), помещают смесь влажных радиоактивных ИОС и водных промышленно-транспортных отходов, содержащих токсичный этиленгликоль, с добавкой в них необходимого количества фталевого ангидрида. Полученный в аппарате продукт при перемешивании нагревают до температуры 100°С и проводят отгонку из него воды в диапазоне температур от 101 до 150°С. При достижении температуры продукта в аппарате 140-150°С в его реакционную зону периодически или непрерывно вводят дополнительные порции ЖТО, содержащие водные растворы этиленгликоля с добавкой фталевого ангидрида до наработки в аппарате необходимого для последующего синтеза полимера количества этиленгликоля и фталевого ангидрида. После завершения стадии сушки ИОС и концентрирования водных растворов этиленгликоля, о чем свидетельствует прекращение поступления из аппарата конденсата воды и резкий рост температуры в зоне обработки, смесь ИОС с этиленгликолево-фталевым раствором подвергают 3-4 часовой термообработке в температурном диапазоне 200-230°С до получения в аппарате подвижного (транспортабельного) продукта, представляющего собой расплав полиэфирной смолы на основе этиленгликоля и фталевого ангидрида, содержащий не менее 50 об.% сухой органической основы ионообменной смолы, который после охлаждения до температуры окружающей среды превращается в твердый беспористый водостойкий монолит.A mixture of wet radioactive IOS is placed in a heated apparatus (capacity) equipped with an inlet into the ZhTO apparatus, an agitator and a reflux condenser that mixes the product in the apparatus and returns to its reaction zone a high-temperature sublimation (volatile organic substances at temperatures above 150 ° C) and aqueous industrial transport wastes containing toxic ethylene glycol, with the addition of the necessary amount of phthalic anhydride. The product obtained in the apparatus is heated with stirring to a temperature of 100 ° C and water is distilled from it in the temperature range from 101 to 150 ° C. When the product temperature in the apparatus reaches 140-150 ° С, additional portions of ZhTO containing aqueous solutions of ethylene glycol with the addition of phthalic anhydride are periodically or continuously introduced into its reaction zone until the amount of ethylene glycol and phthalic anhydride necessary for subsequent polymer synthesis is generated in the apparatus. After the stage of drying the IOS and concentration of aqueous solutions of ethylene glycol, as evidenced by the cessation of water condensate from the apparatus and a sharp increase in temperature in the treatment zone, the mixture of IOS with ethylene glycol-phthalic solution is subjected to 3-4 hours heat treatment in the temperature range 200-230 ° C to obtaining in the apparatus of a mobile (transportable) product, which is a melt of a polyester resin based on ethylene glycol and phthalic anhydride, containing at least 50 vol.% dry organic basis of ion exchange resin, which after cooling to ambient temperature turns into a solid non-porous waterproof monolith.

Могут быть и другие аппаратурно-технологические решения осуществления предлагаемого способа переработки экологически опасных отходов, которые, в основном, зависят от конструктивных особенностей используемого аппарата и физико-химического состава обезвреживаемых отходов.There may be other hardware and technological solutions for the implementation of the proposed method for processing environmentally hazardous waste, which mainly depend on the design features of the apparatus used and the physico-chemical composition of the waste to be treated.

Основные результаты экспериментов по разработке предлагаемого способа и примеры его конкретного исполнения приведены в таблицах 1 и 2.The main results of experiments to develop the proposed method and examples of its specific performance are shown in tables 1 and 2.

Таблица 1Table 1 Температура кипения водных этиленгликолевых и фталевоэтиленгликолевых растворов при весовом соотношении этиленгликоля к фталевому ангидриду 1:1 г/гThe boiling point of aqueous ethylene glycol and phthalethylene glycol solutions at a weight ratio of ethylene glycol to phthalic anhydride of 1: 1 g / g ТеплоносительCoolant Содержание теплоносителя в воде, об.%The coolant content in water, vol.% 00 20twenty 4040 6060 8080 9090 100one hundred Температура кипения раствора,°СThe boiling point of the solution, ° C этиленгликольethylene glycol 100,0100.0 102,5102.5 104,6104.6 110,5110.5 121,5121.5 140,0140.0 197,3197.3 этиленгликоль + фталевый ангидридethylene glycol + phthalic anhydride 100,0100.0 101,1101.1 102,2102,2 105,4105,4 112,5112.5 126,0126.0 150-160,0150-160.0

Температура кипения безводного фталево-этиленгликолевого раствора при весовом соотношении этиленгликоля к фталевому ангидриду 1:2,3 г/г - 200-220°С.The boiling point of an anhydrous phthalic-ethylene glycol solution at a weight ratio of ethylene glycol to phthalic anhydride of 1: 2.3 g / g - 200-220 ° C.

Таблица 2table 2 Основные результаты примеров конкретного исполнения
Исходный объем влажных ИОС - 5 см3. Средний размер влажных гранул - 0,9 мм. Соотношение этиленгликоля к фталевому ангидриду в растворе 1:1 г/г. Температура термообработки - 101-230°С. Время термообработки продукта в ванне при температуре 200-230°С - 3,0 часа.
The main results of examples of specific performance
The initial volume of wet IOS is 5 cm 3 . The average wet granule size is 0.9 mm. The ratio of ethylene glycol to phthalic anhydride in solution is 1: 1 g / g. The temperature of the heat treatment is 101-230 ° C. The heat treatment time of the product in the bath at a temperature of 200-230 ° C is 3.0 hours.
№ эксEx Исходный продуктSource product V смолы / V раствора см3/см3 V resin / V solution cm 3 / cm 3 Характеристика конечного продуктаEnd product characterization V, см3 V, cm 3 Размер*, ммSize *, mm Состояние продуктаProduct status Набухаемость продукта в водеProduct swellability in water 1one влажные ИОСwet ios -- 1,61,6 0,40.4 сыпучие гранулыloose granules набухает, увел объема в 2 разаswells, stole 2 times 22 влажные ИОС + этиленгликольwet iOS + ethylene glycol 1,0/0,51,0 / 0,5 2,02.0 0,50.5 сыпучие гранулыloose granules набухает, увел. объема в 1,1 разаswells, stole. 1.1 times volume 33 влажные ИОС + гликолефталевый растворwet iOS + glycolphthalic solution 1,0/0,051,0 / 0,05 2,12.1 0,50.5 сыпучие гранулыloose granules не набухаетdoes not swell 4four влажные ИОС + гликолефталевый растворwet iOS + glycolphthalic solution 1,0/0,11,0 / 0,1 2,62.6 0,80.8 сыпучие гранулыloose granules не набухаетdoes not swell 55 влажные ИОС + гликолефталевый растворwet iOS + glycolphthalic solution 1,0/0,21.0 / 0.2 3,73,7 0,8-4,10.8-4.1 сыпучие гранулы + конгломератыloose granules + conglomerates не набухаетdoes not swell 66 влажные ИОС + гликолефталевый растворwet iOS + glycolphthalic solution 1,0/0,51,0 / 0,5 3,93.9 -- пористый монолитporous monolith не набухаетdoes not swell 77 влажные ИОС + гликолефталевый растворwet iOS + glycolphthalic solution 1,0/1,01.0 / 1.0 4,74.7 -- безпористый монолитnon-porous monolith не набухаетdoes not swell Примечание * - Средний диаметр гранул зерна из 10-ти измеренийNote * - The average diameter of grain granules from 10 measurements

Claims (3)

1. Способ переработки радиоактивной ионообменной смолы, включающий термическую обработку ионообменной смолы в обогреваемом аппарате при температуре, обеспечивающей разложение только функционально-активных ионообменных групп ионообменной смолы без разложения основы смолы, и отверждение неразложившейся органической основы ионообменной смолы, отличающийся тем, что термическую обработку смолы ведут в высокотемпературном гидрофильном теплоносителе, в качестве которого используют гликоли или выработавшие ресурс охлаждающие и гидравлические жидкости на основе гликолей, а в качестве отвердителей используют этиленгликоль или выработавшие ресурсы охлаждающие и гидравлические жидкости на его основе с добавкой фталевого ангидрида.1. A method of processing a radioactive ion-exchange resin, comprising heat treatment of an ion-exchange resin in a heated apparatus at a temperature that provides the decomposition of only functionally active ion-exchange groups of the ion-exchange resin without decomposition of the resin base, and curing the undecomposed organic base of the ion-exchange resin, characterized in that the resin is heat treated in a high-temperature hydrophilic coolant, which is used as glycols or used cooling and hydraulic resources cal glycol-based fluid, and as the hardeners is ethylene glycol or elaborate resources cooling and hydraulic fluids at its base with the addition of phthalic anhydride. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку радиоактивных смол проводят при температуре 101-230°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of the radioactive resins is carried out at a temperature of 101-230 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение компонентов отвердителя составляет от 1,0 до 2,3 г фталевого ангидрида на 1,0 г этиленгликоля в пересчете на безводные компоненты. 3. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of hardener components is from 1.0 to 2.3 g of phthalic anhydride per 1.0 g of ethylene glycol in terms of anhydrous components.
RU2008148363/06A 2008-12-08 2008-12-08 Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes RU2381579C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148363/06A RU2381579C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148363/06A RU2381579C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2381579C1 true RU2381579C1 (en) 2010-02-10

Family

ID=42123915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148363/06A RU2381579C1 (en) 2008-12-08 2008-12-08 Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2381579C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459296C1 (en) * 2011-04-19 2012-08-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксорб" Method of processing radioactive resins

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459296C1 (en) * 2011-04-19 2012-08-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эксорб" Method of processing radioactive resins

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karakoyun et al. Hydrogel–Biochar composites for effective organic contaminant removal from aqueous media
Suteu et al. Removal of orange 16 reactive dye from aqueous solutions by waste sunflower seed shells
El‐Hag Ali Removal of heavy metals from model wastewater by using carboxymehyl cellulose/2‐acrylamido‐2‐methyl propane sulfonic acid hydrogels
KR102058374B1 (en) Radioactive cesium absorbent and method of the same
CN105492470B (en) The apparatus and method for removing the halogen produced in polybutene preparation process
Ahmed Said et al. Superior competitive adsorption capacity of natural bentonite in the efficient removal of basic dyes from aqueous solutions
El Shafey et al. The facile synthesis of poly (acrylate/acrylamide) titanium dioxide nanocomposite for groundwater ammonia removal
Raoul et al. Adsorption of salicylic and sulfosalicylic acid onto powdered activated carbon prepared from rice and coffee husks
EP2609146B1 (en) Process for termical degradation of pvc and other wastes containing halogen-containing polymer waste
Racek et al. Heavy metal fixation in biochar after microwave pyrolysis of sewage sludge
RU2381579C1 (en) Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes
Yi et al. Metal-organic frameworks on 3D interconnected macroporous sponge foams for large-scale water decontamination: A mini review
Karachalios et al. Nitrate removal from water by quaternized pine bark using choline based ionic liquid analogue
Kelle et al. Quantum and experimental studies on the adsorption efficiency of oyster shell–based CaO nanoparticles (CaONPO) towards the removal of methylene blue dye (MBD) from aqueous solution
CN102874888A (en) Method for fixing heavy metal ions via microwave irradiation activated carbon by using humic acid as additive
Dhahri et al. Experimental design analysis of murexide dye removal by carbon produced from waste biomass material
US11684912B2 (en) Weak ion exchange particulate medium prepared from phenol-containing organic matter for anions contained in aqueous solutions
RU2412495C1 (en) Method of processing radioactive ion-exchange resins
Jasso‐Salcedo et al. Surface modification and immobilization in poly (acrylic acid) of Ag/ZnO for photocatalytic degradation of endocrine‐disrupting compounds
RU2352008C1 (en) Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin
RU2370836C1 (en) Method of processing liquid radioactive wastes (lrw)
JP4696287B2 (en) Method for degrading crosslinked organic polymers
Rosenfeld et al. Sequestration of Phenols from Water into Poly (α-olefins) Facilitated by Hydrogen Bonding Polyisobutylene Additives
El-Awady et al. Nonconventional treatment of sewage sludge using cement kiln dust for reuse and catalytic conversion of hydrocarbons
RU2472699C1 (en) Method of decontaminating toxic industrial wastes