RU2501106C1 - Method of decontaminating materials - Google Patents
Method of decontaminating materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2501106C1 RU2501106C1 RU2012128208/07A RU2012128208A RU2501106C1 RU 2501106 C1 RU2501106 C1 RU 2501106C1 RU 2012128208/07 A RU2012128208/07 A RU 2012128208/07A RU 2012128208 A RU2012128208 A RU 2012128208A RU 2501106 C1 RU2501106 C1 RU 2501106C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- decontamination
- solvents
- steam
- complexing agents
- steps
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике и технологии, преимущественно к дезактивации материалов от радиоактивного загрязнения.The invention relates to nuclear engineering and technology, mainly to the decontamination of materials from radioactive contamination.
Дезактивация поверхности материалов основана, как правило, на растворении поверхностных загрязнений и отложений в электролитах (водных растворах кислот и щелочей), а также на процессах экстракции элементов, загрязняющих поверхность, различными экстрагентами.The decontamination of the surface of materials is usually based on the dissolution of surface contaminants and deposits in electrolytes (aqueous solutions of acids and alkalis), as well as on the processes of extraction of elements that pollute the surface with various extractants.
Известны способы сверхкритической экстракции различных металлов (Wai С.М., Smart N.G., Phelps С. US Patent 5606724 А. Опубл. 25 Feb., 1997; Beckman Е.J., Russel A. J. US Patent 5641887 А. Опубл. 24 Июня 1997 г.; Wai C.M. Patent PCT International, WO 9533541 Al. Опубл. 14 декабря 1995 г.), позволяющие проводить сверхкритическую экстракцию различных металлов, таких как уран, редкоземельные элементы, а также железо, ртуть и кобальт. По предлагаемым способам матрицу, содержащую металлы (песок, бумага, поверхность нержавеющей стали и т.п.), обрабатывают комплексоном, растворенным в сверхкритическом флюиде, как правило, в сверхкритическом диоксиде углерода. В качестве комплексонов использовали различные органические соединения, наилучшие результаты наблюдали для фторированных β-дикетонов.Known methods for supercritical extraction of various metals (Wai S.M., Smart NG, Phelps C. US Patent 5606724 A. Publ. 25 Feb., 1997; Beckman E.J., Russel AJ US Patent 5641887 A. Publ. June 24, 1997 g .; Wai CM Patent PCT International, WO 9533541 Al. Publ. December 14, 1995), allowing supercritical extraction of various metals such as uranium, rare earth elements, as well as iron, mercury and cobalt. According to the proposed methods, a matrix containing metals (sand, paper, stainless steel surface, etc.) is treated with a complexon dissolved in a supercritical fluid, usually in supercritical carbon dioxide. Various organic compounds were used as complexones; the best results were observed for fluorinated β-diketones.
Известен малоотходный способ сверхкритической флюидной экстракции цезия и трансурановых элементов (ТУЭ) с помощью смеси краун-эфиров и ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Мурзин А.А., Старченко В.А., Smart N.G. etc. Доклад "Decontamination of Real World Contaminated Stainless Steel Using Supercritical CO2" Spectrum′98, Denver, Colorado, USA, September 13-18, 1998, Proceedings, American Nuclear Society Inc., USA, 1998, p.94-98), выбранный нами в качестве прототипа. По этому способу матрица с высокой удельной поверхностью, содержащая цезий (песок, бумага, поверхность нержавеющей стали и т.п.) обрабатывается смесью краун-эфира и ди-2-этилгексилфосфорной кислоты, растворенной в сверхкритическом углекислом газе. Способ позволяет экстрагировать ТУЭ и частично цезий с различных матриц.There is a known low-waste method of supercritical fluid extraction of cesium and transuranic elements (TUE) using a mixture of crown ethers and di-2-ethylhexylphosphoric acid (Murzin A.A., Starchenko V.A., Smart NG etc. Report "Decontamination of Real World Contaminated Stainless Steel Using Supercritical CO 2 "Spectrum′98, Denver, Colorado, USA, September 13-18, 1998, Proceedings, American Nuclear Society Inc., USA, 1998, p. 94-98), selected by us as a prototype. In this method, a matrix with a high specific surface area containing cesium (sand, paper, stainless steel surface, etc.) is treated with a mixture of crown ether and di-2-ethylhexylphosphoric acid dissolved in supercritical carbon dioxide. The method allows to extract TUE and partially cesium from various matrices.
Его недостатком является использование для экстракции дорогих и во многих случаях токсичных краун-эфиров.Its disadvantage is the use of expensive and, in many cases, toxic crown ethers for extraction.
Общим недостатком всех предлагавшихся ранее способов является то, что используются в них растворители в сверхкритическом состоянии при сверхвысоких рабочих давлениях (например, углекислый газ при давлении выше 71,6 МПа), а также с их помощью не удается количественно экстрагировать такие металлы, как цезий и стронций, особенно из прочнофиксированных отложений. Экстракция этих металлов очень важна, т.к. их изотопы - цезий-137 и стронций-90 - дают основной вклад в радиоактивность отработавшего ядерного топлива и загрязненность поверхностей оборудования, которое необходимо дезактивировать. В отличие от классической жидкостной экстракции использование в сверхкритической экстракции в качестве модификаторов селективных экстрагентов на стронций или цезий - различных краун-эфиров - не приносит ожидаемого эффекта и не обеспечивает эффективной экстракции и дезактивации. Для повышения эффективности и уменьшения времени дезактивации зачастую необходимо повышать температуру дезактивируемой поверхности, однако при использовании сверхкритической экстракции и органических растворителей это сделать сложно, т.к. происходит значительное увеличение рабочего давления и деструкция органических комплексообразователей и растворителей.A common drawback of all the previously proposed methods is that they use solvents in a supercritical state at ultrahigh working pressures (for example, carbon dioxide at pressures above 71.6 MPa), and also with their help it is not possible to quantitatively extract metals such as cesium and strontium, especially from firmly fixed deposits. The extraction of these metals is very important, because their isotopes - cesium-137 and strontium-90 - make the main contribution to the radioactivity of spent nuclear fuel and the contamination of the surfaces of equipment that must be decontaminated. In contrast to classical liquid extraction, the use of selective extractants for strontium or cesium — various crown ethers — as modifiers in supercritical extraction does not bring the expected effect and does not provide effective extraction and deactivation. To increase efficiency and reduce the time of decontamination, it is often necessary to increase the temperature of the surface to be decontaminated, however, when using supercritical extraction and organic solvents, this is difficult to do, because there is a significant increase in working pressure and the destruction of organic complexing agents and solvents.
Наиболее близким по своей сущности и назначению к заявляемому, является способ дезактивации материалов (патент 2168779 G21F 9/28), основанный на том, что загрязненную радионуклидами матрицу выдерживают в камере высокого давления в среде сверхкритического растворителя в присутствии воды, органической кислоты и комплексона. После выдержки проводят прокачку камеры сверхкритическим углекислым газом для обеспечения полноты экстракции и собирают экстрагированный металл в раствор.The closest in essence and purpose to the claimed is a method of decontamination of materials (patent 2168779 G21F 9/28), based on the fact that the matrix contaminated with radionuclides is kept in a high pressure chamber in a supercritical solvent in the presence of water, an organic acid and complexon. After exposure, the chamber is pumped with supercritical carbon dioxide to ensure complete extraction and the extracted metal is collected in solution.
Недостатком данного прототипа является низкая эффективность дезактивации по отношению к прочнофиксированным и «застарелым» загрязнениям, а также большая продолжительность дезактивации.The disadvantage of this prototype is the low efficiency of decontamination in relation to firmly fixed and "old" pollution, as well as the long duration of decontamination.
Цель изобретения - разработка эффективного малоотходного способа, позволяющего дезактивировать материалы с высокой удельной поверхностью ипрочнофиксированными радиоактивными загрязнениями при давлениях ниже критических для используемых в процессе дезактивации растворителей.The purpose of the invention is the development of an efficient low-waste method that allows you to deactivate materials with a high specific surface and permanently fixed radioactive contaminants at pressures below critical for the solvents used in the decontamination process.
Цель достигается тем, что поверхность дезактивируемого материала предварительно обрабатывают активированным химическими реагентами паром, а затем органическими растворителями и комплексообразователями, растворенными в сжиженных газах или низкокипящих растворителях при давлениях ниже критических.The goal is achieved by the fact that the surface of the decontaminated material is pre-treated with steam activated by chemical reagents, and then with organic solvents and complexing agents dissolved in liquefied gases or low boiling solvents at pressures below critical.
От прототипа изобретение отличается тем, что дезактивируемую поверхность предварительно обрабатывают активированным химическими реагентами паром при этом:The invention differs from the prototype in that the surface to be decontaminated is pre-treated with steam activated by chemical reagents in this case:
1. увеличивается эффективность процесса дезактивации за счет одновременного воздействия на дезактивируемую поверхность нагретых химических реагентов и растворения отложений в сконденсировавшейся парогазовой фазе;1. The efficiency of the decontamination process is increased due to the simultaneous exposure of heated chemicals to the surface to be decontaminated and dissolution of deposits in the condensed vapor-gas phase;
2. появляется возможность постоянного поддерживания повышенной температуры дезактивирующего раствора на дезактивируемой поверхности, вплоть до его температуры кипения;2. It becomes possible to constantly maintain the elevated temperature of the decontamination solution on the decontamination surface, up to its boiling point;
3. осуществляется непрерывная смена дезактивирующего раствора на поверхности дезактивируемого материала;3. continuous change of the decontamination solution is carried out on the surface of the decontamination material;
4. повышается химическая активность парогазовой фазы и дезактивирующего раствора, образующегося при конденсации парогазовой фазы;4. increases the chemical activity of the vapor-gas phase and the decontaminating solution formed during condensation of the vapor-gas phase;
5. увеличиваются коэффициенты дезактивации в 4-30 раз по сравнением с прототипом;5. increase the coefficient of decontamination by 4-30 times in comparison with the prototype;
6. сокращается время дезактивации в 1,5 раза6. Reduces decontamination time by 1.5 times
7. упрощается требования и улучшается безопасность применения способа в производстве.7. The requirements are simplified and the safety of the application of the method in production is improved.
Применение для дезактивации сначала активированного пара, а затем органических растворителей и комплексообразователей в сжиженных газах или низкокипящих растворителях позволяет не только повысить эффективность дезактивации, но и удалить и сконцентрировать в небольшом объеме удаленные с обрабатываемой поверхности радионуклиды.The use for deactivation of first activated steam, and then organic solvents and complexing agents in liquefied gases or low boiling solvents allows not only to increase the decontamination efficiency, but also to remove and concentrate in a small volume the radionuclides removed from the treated surface.
На фиг.1 показана схема устройства дезактивации различных материалов.Figure 1 shows a diagram of a device for decontamination of various materials.
Устройство для дезактивации различных материалов, загрязненных радионуклидами, включает камеру дезактивации 1, смеситель 2, емкость для дезактивирующих растворов 3, 6, ресивер сжатого воздуха 4, конденсатор 5, смотровое окно 7, испаритель 8, адсорбер 9.A device for decontamination of various materials contaminated with radionuclides includes a decontamination chamber 1, a mixer 2, a container for decontamination solutions 3, 6, a compressed air receiver 4, a condenser 5, a viewing window 7, an evaporator 8, an adsorber 9.
Порядок использования предложенного способа заключается в следующем: в паровом смесителе 2, куда поступает химический реагент из емкости 3 в виде концентрированного водного раствора, происходит одновременно его диспергирование и разбавление за счет конденсации пара на поверхности дисперсий. Объединенная смесь поступает в камеру -дезактивации 1, предварительно разогретую до 110°С, на дезактивируемый материал. Поверхность материала нагревается паром, а дисперсии дезактивирующего раствора конденсируются на дезактивируемой поверхности. Камера дезактивации охлаждается до 8-10°С и заполняется смесью сжиженного газа из конденсатора 5, смешанного с органическими растворителями и/или комплексообразователями из емкости 6. Визуальное наблюдение за процессом заполнения смесью и циркуляцию процесса осуществляют через смотровое окно 7. Отработавшие дезактивируемые растворы и CO2 (на регенерацию) поступают в испаритель 8 и далее на регенерацию. Сброс газообразной фазы осуществляется через адсорбер 9.The procedure for using the proposed method is as follows: in a steam mixer 2, where the chemical reagent from the tank 3 in the form of a concentrated aqueous solution enters, it is simultaneously dispersed and diluted by condensation of steam on the surface of the dispersions. The combined mixture enters the chamber-decontamination 1, preheated to 110 ° C, on the decontaminated material. The surface of the material is heated by steam, and the dispersions of the decontamination solution condense on the decontamination surface. The decontamination chamber is cooled to 8-10 ° C and filled with a mixture of liquefied gas from a condenser 5 mixed with organic solvents and / or complexing agents from a tank 6. Visual observation of the process of filling the mixture and circulation of the process is carried out through the inspection window 7. Spent decontaminated solutions and CO 2 (for regeneration) enter the evaporator 8 and then for regeneration. The discharge of the gaseous phase is carried out through the adsorber 9.
Примеры конкретного выполнения способа дезактивации.Examples of specific performance of the decontamination method.
1 Дезактивация образцов нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т по способу прототипа и предлагаемому способу1 Decontamination of samples of stainless steel grade 12X18H10T according to the prototype method and the proposed method
Характеристика радиоактивного загрязнения образцов нержавеющей стали с прочнофиксированным загрязнением представлена в таблице 1.The characteristics of the radioactive contamination of stainless steel samples with strongly fixed contamination are presented in table 1.
Дезактивацию по способу прототипа проводили комплекеообразователем - полиэтиленгликоль с содержанием 8 г на литр жидкого диоксида углерода. Дезактивацию по предлагаемому способу проводили путем обработки образца нержавеющей стали на стадии дезактивации активированным растворами перманганата калия и азотной кислоты паром с содержанием 0,79 г/л пара и 0,35 г/л пара, соответственно. Дезактивацию в среде сжиженных газов и низкокипящих растворителей проводили составом ГФА - пиридин - вода, растворенными в диоксиде углерода. Значения коэффициентов дезактивации по контролируемым элементам для дезактивации по способу прототипа и предлагаемому способу представлены в таблице 2.Decontamination by the prototype method was carried out by a complexing agent - polyethylene glycol with a content of 8 g per liter of liquid carbon dioxide. Decontamination according to the proposed method was carried out by treating a stainless steel sample at the stage of deactivation with activated solutions of potassium permanganate and nitric acid with steam containing 0.79 g / l of steam and 0.35 g / l of steam, respectively. Decontamination in a medium of liquefied gases and low boiling solvents was carried out by the composition of HFA - pyridine - water, dissolved in carbon dioxide. The values of the coefficients of decontamination of the controlled elements for decontamination by the method of the prototype and the proposed method are presented in table 2.
Показано, что дезактивация по предлагаемому способу протекает наиболее эффективно для редкоземельных элементов, а также для Pu239, Am241, Со60. Причем значения коэффициентов дезактивации от всех контролируемых радионуклидов выше в 4-30 раз, чем по способу прототипа.It was shown that deactivation according to the proposed method proceeds most effectively for rare earth elements, as well as for Pu 239 , Am 241 , Co 60 . Moreover, the values of the decontamination coefficients from all controlled radionuclides are 4-30 times higher than by the prototype method.
2 Дезактивация по предлагаемому способу образцов латуни, загрязненных радионуклидами2 Decontamination by the proposed method of samples of brass contaminated with radionuclides
Характеристика загрязненных образцов приведена в табл.3.The characteristics of contaminated samples are given in table.3.
Образцы латуни обрабатывали растворами, содержащими щавелевую кислоту 0,72 г/л пара и лимонную кислоту - 1,73 г/л пара. Дезактивацию в среде сжиженных газов и низкокипящих растворителей проводили составом ГФА - Пиридин - Вода, растворенным в диоксиде углерода. Значения суммарных коэффициентов дезактивации по контролируемым элементам для дезактивации по предлагаемому способу, приведены в таблице 4.Brass samples were treated with solutions containing oxalic acid 0.72 g / l steam and citric acid 1.73 g / l steam. Decontamination in a medium of liquefied gases and low boiling solvents was carried out with the composition of HFA - Pyridine - Water, dissolved in carbon dioxide. The values of the total decontamination coefficients for the controlled elements for decontamination by the proposed method are shown in table 4.
3 Дезактивация пористых материалов3 Decontamination of porous materials
В качестве высокопористого материала были использованы реально загрязненные образцы лавсановой ткани. Величины радиоактивного загрязнения образца представлены в таблице 5.As a highly porous material, actually contaminated dacron tissue samples were used. The values of the radioactive contamination of the sample are presented in table 5.
Обработку ткани из лавсана на стадии дезактивации активированным паром проводили растворами щавелевой кислоты с содержанием 0,72 г/л пара и лимонной кислоты - 0,35 г/л пара. Дезактивацию образцов в среде сжиженных газов проводили смесью комплексонов ГФА-пиридин - вода, растворенной в CO2.Processing of lavsan fabric at the stage of deactivation with activated steam was carried out with solutions of oxalic acid with a content of 0.72 g / l of steam and citric acid - 0.35 g / l of steam. Decontamination of samples in a liquefied gas medium was carried out with a mixture of HFA-pyridine complexones — water dissolved in CO 2 .
Для повышения коэффициентов дезактивации можно проводить обработку дезактивируемой поверхности в среде активированного пара и в растворах комплексообразователей в сжиженных газах и растворителях циклично: чередуя обработку в паре и в сжиженных растворителях.To increase the coefficients of deactivation, it is possible to treat the surface to be decontaminated in an environment of activated steam and in solutions of complexing agents in liquefied gases and solvents cyclically: alternating the treatment in steam and in liquefied solvents.
Общее количество жидких отходов, образующихся при дезактивации комбинированным методом, составило 0,5-0,8 мл на 1 дм2 площади поверхности дезактивируемого материала. Количество отходов, образующихся на стадии паровой дезактивации, составило 8-19% от общего количества отходов. Органическая и водная фазы в жидких отходах находятся приблизительно в соотношении 1:3. Органические отходы образуются только на стадии дезактивации в среде жидкого диоксида углерода. Полученное количество жидких радиоактивных отходов позволяет отнести комбинированный метод дезактивации к маловодным технологиям.The total amount of liquid waste generated during decontamination by the combined method was 0.5-0.8 ml per 1 dm 2 of the surface area of the decontaminated material. The amount of waste generated at the stage of steam decontamination amounted to 8-19% of the total amount of waste. The organic and aqueous phases in liquid waste are approximately 1: 3. Organic waste is generated only at the stage of decontamination in liquid carbon dioxide. The resulting amount of liquid radioactive waste allows us to attribute the combined decontamination method to low-water technologies.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128208/07A RU2501106C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of decontaminating materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128208/07A RU2501106C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of decontaminating materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2501106C1 true RU2501106C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49711167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128208/07A RU2501106C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of decontaminating materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2501106C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804283C2 (en) * | 2022-01-21 | 2023-09-26 | Александр Александрович Басиев | Method for decontaminating the equipment of the primary circuit of the reactor cooling system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994010689A1 (en) * | 1992-10-27 | 1994-05-11 | British Nuclear Fuels Plc | The treatment of solid organic wastes |
RU2168779C2 (en) * | 1999-09-14 | 2001-06-10 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Method for supercritical fluidic extraction of metals |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012128208/07A patent/RU2501106C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1994010689A1 (en) * | 1992-10-27 | 1994-05-11 | British Nuclear Fuels Plc | The treatment of solid organic wastes |
RU2168779C2 (en) * | 1999-09-14 | 2001-06-10 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Method for supercritical fluidic extraction of metals |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мурзин А.А., Старченко В.A., Smart N.G. etc. Доклад "Decontamination of Real World Contaminated Stainless Steel Using Supercritical CO2" Spectrum′98, Denver, Colorado, USA, September 13-18, 1998, Proceedings, American Nuclear Society Inc., USA, 1998, p.94-98. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804283C2 (en) * | 2022-01-21 | 2023-09-26 | Александр Александрович Басиев | Method for decontaminating the equipment of the primary circuit of the reactor cooling system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | Supercritical fluid extraction of lanthanides and actinides from solid materials with a fluorinated. beta.-diketone | |
US7128840B2 (en) | Ultrasound enhanced process for extracting metal species in supercritical fluids | |
EP0914482B1 (en) | Method and apparatus for back-extracting metal chelates | |
Tomioka et al. | New method for the removal of uranium from solid wastes with supercritical CO2 medium containing HNO3-TBP complex | |
JP4843106B2 (en) | Uranium recovery method using ionic liquid | |
JP2013050313A (en) | Method of desorbing cesium from soil | |
JP2014109570A (en) | Separation and recovery device for liquid waste including radionuclide, and separation and recovery method using the same | |
RU2501106C1 (en) | Method of decontaminating materials | |
JP4753141B2 (en) | Method for dissolving and separating uranium using ionic liquid, and method for recovering uranium using the same | |
TWI466712B (en) | Treatment of fly ash and elimination agent for dioxins and leachable-metals in fly ash | |
Reddy et al. | Effect of voltage gradient on integrated electrochemical remediation of contaminant mixtures | |
JP2005283415A (en) | Processing method and system of radioactive waste | |
RU2168779C2 (en) | Method for supercritical fluidic extraction of metals | |
RU2274486C2 (en) | Metal extraction process | |
RU2606973C2 (en) | Method for supercritical fluid extraction of uranium complexes | |
Park et al. | Decontamination of Metal Ions in Soil by Supercritical CO2 Extraction with Crown Ether | |
JP2004020251A (en) | Wet processing method for uranium waste, and device thereof | |
Kang et al. | The Extraction of Metal Contaminants Using Supercritical Carbon Dioxide | |
Jung et al. | Development of Nuclear Decontamination Technology Using Supercritical Fluid | |
Ershov et al. | Cesium extraction by solutions of fluorine-containing phosphoric acids in liquid carbon dioxide | |
Takeishi et al. | Tritium contamination and decontamination of sealing oil for vacuum pump | |
Sunga et al. | Synergic effect for uranium extraction from soil by TBOD and co-solvent using Sc-CO2 | |
Wang et al. | Supercritical Fluid Extraction of Mixed Wastes: PAH, PCB, Uranium and Lanthanum in Solid Matrices | |
Shimizu et al. | Decontamination of radioactive contaminants from iron pipes using reactive microemulsion of organic acid in supercritical carbon dioxide | |
Ha et al. | Development of Heavy Metal Ions Extraction Process from Soil in NPP Decommissioning Sites Using Supercritical Carbon Dioxide |