RU2537391C1 - Method of recycling liquid radioactive wastes - Google Patents

Method of recycling liquid radioactive wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2537391C1
RU2537391C1 RU2013130193/07A RU2013130193A RU2537391C1 RU 2537391 C1 RU2537391 C1 RU 2537391C1 RU 2013130193/07 A RU2013130193/07 A RU 2013130193/07A RU 2013130193 A RU2013130193 A RU 2013130193A RU 2537391 C1 RU2537391 C1 RU 2537391C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lrw
edta
compounds
synthesis
insoluble
Prior art date
Application number
RU2013130193/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130193A (en
Inventor
Павел Сергеевич Гордиенко
Виктор Александрович Достовалов
Демьян Викторович Достовалов
Илья Александрович Шабалин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)
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 автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)
Priority to RU2013130193/07A priority Critical patent/RU2537391C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2013130193A publication Critical patent/RU2013130193A/en
Publication of RU2537391C1 publication Critical patent/RU2537391C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to method of recycling liquid radioactive wastes (LRW), including their immobilisation into crystalline material, and can be used at enterprises of nuclear power industry and chemical-metallurgical enterprises. Method includes synthesis of insoluble compounds, immobilising long-lived radionuclides and further separation of sediment. LRW, containing complexes of Co with athylenediaminetetraacetic acid (EDTA), with realisation of electrochemical synthesis of insoluble cobalt compounds. For this purpose electric current with parameters corresponding to mode of microarc oxidation is connected to electrodes, located in reservoir with LRW. Process is performed under normal conditions.
EFFECT: invention provides possibility of purifying LRW, containing soluble complexes of metals with EDTA with simplification of apparatus complex, providing LRW purification.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способам переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), предусматривающим их иммобилизацию в кристаллический материал, приемлемый с экологической точки зрения, и может быть использовано на предприятиях атомной энергетики и химико-металлургических производств.The invention relates to environmental protection, and in particular to methods of processing liquid radioactive waste (LRW), providing for their immobilization in crystalline material, acceptable from an environmental point of view, and can be used in nuclear power plants and chemical and metallurgical industries.

Известен способ очистки жидких радиоактивных отходов: в раствор вводят ионы Са+ и PO43-, а также 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 (см. RU №2200354, G21F 9/06, 2003).A known method of purification of liquid radioactive waste: Ca + and PO 4 3- ions are introduced into the solution , as well as magnesium ions, and then alkali precipitation is carried out at pH 10-11.5. The introduction of magnesium ions together with phosphates of two or more valence ions precipitates 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 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 (see RU No. 2200354, G21F 9/06, 2003).

Недостатком такого способа является то, что проведение процесса при значении рН 10-11,5 не дает высокой степени очистки от Pu и Am, a 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 this method is that the process at a pH of 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.

Известен также способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включающий синтез нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды, и последующее отделение осадка (см. RU №2321909, G21F 9/16, 2008 г.). При этом синтез нерастворимых соединений ведут в гидротермальных условиях при температуре 180-250°С и давлении 20-150 атм в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой нерастворимых частиц со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых соединений, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя. Способ обеспечивает возможность очистки ЖРО, в т.ч. содержащих Со.There is also known a method of processing liquid radioactive waste (LRW), including the synthesis of insoluble compounds that immobilize long-lived radionuclides, and subsequent separation of the precipitate (see RU No. 2321190, G21F 9/16, 2008). In this case, the synthesis of insoluble compounds is carried out under hydrothermal conditions at a temperature of 180-250 ° C and a pressure of 20-150 atm in a stream, passing the processed LRW and the reagents necessary for synthesis through a layer of insoluble particles at a rate that ensures crystallization of the synthesized compounds containing radionuclides, on the surface of the particles of the layer. The method provides the ability to clean LRW, including containing Co.

Недостаток этого решения - необходимость использования конструктивно сложного оборудования, рассчитанного на эксплуатацию в таких неблагоприятных условиях, кроме того, поскольку в этих условиях синтез оксидов происходит путем кристаллизации новой фазы на поверхности частиц вводимых в раствор, понятно, что снижается содержание иммобилизуемого материала в массе осадка. Кроме того, присутствие в жидких радиоактивных отходах растворимых комплексов металлов, например Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), сильно усложняет его удаление из растворов.The disadvantage of this solution is the need to use constructively sophisticated equipment designed to operate in such adverse conditions, in addition, since under these conditions the synthesis of oxides occurs by crystallization of a new phase on the surface of the particles introduced into the solution, it is clear that the content of immobilized material in the sediment mass decreases. In addition, the presence of soluble metal complexes in liquid radioactive waste, such as Co with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), greatly complicates its removal from solutions.

Задачей предлагаемого способа является упрощение аппаратного комплекса, обеспечивающего очистку ЖРО при обеспечении возможности очистки ЖРО, содержащих растворимые комплексы металлов с ЭДТА.The objective of the proposed method is to simplify the hardware complex that provides LRW purification while ensuring the possibility of purification of LRW containing soluble metal complexes with EDTA.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности очистки ЖРО, содержащих растворимые комплексы металлов с ЭДТА. Кроме того, упрощается аппаратный комплекс, обеспечивающий очистку ЖРО. Способ применим при очистке ЖРО, содержащих растворимые комплексы металлов с ЭДТА, в широком диапазоне активности радионуклидов.The technical result obtained by solving the problem is expressed in providing the possibility of purification of LRW containing soluble metal complexes with EDTA. In addition, the hardware complex providing LRW cleaning is simplified. The method is applicable for the purification of LRW containing soluble metal complexes with EDTA in a wide range of radionuclide activity.

Для решения поставленной задачи способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включающий синтез нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды, и последующее отделение осадка, отличается тем, что используют ЖРО, содержащие комплексы Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), при этом осуществляют электрохимический синтез нерастворимых соединений кобальта, для чего к электродам, размещаемым в емкости с ЖРО, подводят электрический ток, с параметрами, соответствующими режиму микродугового оксидирования. Кроме того, процесс осуществляют при нормальных условиях.To solve this problem, the method of processing liquid radioactive waste (LRW), including the synthesis of insoluble compounds that immobilize long-lived radionuclides, and subsequent separation of the precipitate, is characterized in that LRW containing Co complexes with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) are used, while the electrochemical synthesis of insoluble cobalt compounds, for which an electric current is supplied to the electrodes placed in a tank with LRW, with parameters corresponding to the microarc oxidized mode Niya. In addition, the process is carried out under normal conditions.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the essential features of the claimed solution with the essential features of the prototype and analogues indicates the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.The features of the characterizing part of the claims provide a solution to a set of functional tasks.

Признаки «..используют водосодержащие ЖРО, содержащие комплексы Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА)» обеспечивают возможность переработки ЖРО, продуцируемых как отходы дезактивационной обработки оборудования и помещений ядерных реакторов. Известно, что в настоящее время присутствие в ЖРО растворимых комплексов Со с ЭДТА сильно усложняет удаление ионов Со из растворов. Для этого применяют окисление комплексоната кобальта с помощью пероксида водорода, озонирование, перманганатное и электрохимическое окисление, но все перечисленные методы недостаточно эффективны.The signs “..use aqueous LRW containing complexes of Co with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)” provide the possibility of processing LRW produced as decontamination waste from equipment and facilities of nuclear reactors. It is known that at present the presence of soluble Co complexes with EDTA in LRW greatly complicates the removal of Co ions from solutions. For this, cobalt complexonate is oxidized with hydrogen peroxide, ozonation, permanganate and electrochemical oxidation, but all of the above methods are not effective enough.

Признаки указывающие, что «осуществляют электрохимический синтез нерастворимых соединений кобальта», обеспечивают возможность выпадения соединений Со в осадок, без применения специальных реагентов или высоких температур или высокого давления, что позволяет отделить от раствора, соединения, содержащие радионуклиды, фильтрованием.Signs indicating that "carry out the electrochemical synthesis of insoluble cobalt compounds", provide the possibility of precipitation of compounds of Co in the precipitate, without the use of special reagents or high temperatures or high pressure, which allows you to separate from the solution compounds containing radionuclides by filtration.

Признаки указывающие, что электрохимический синтез осуществляют подводом электрического тока к электродам, размещаемым в емкости с ЖРО, обеспечивают реализацию электрохимического синтеза нерастворимых соединений кобальта.Signs indicating that the electrochemical synthesis is carried out by supplying electric current to the electrodes placed in a tank with LRW, provide the implementation of the electrochemical synthesis of insoluble cobalt compounds.

Признаки указывающие, что параметры электрического тока должны соответствовать «режиму микродугового оксидирования», позволяют в приэлектродных зонах резко изменить рН, температуру (до нескольких тысяч градусов) и давление (за счет образования газовых пузырьков давление в может достигать 1000 атм), что обеспечивает эффективную деструкцию комплекса Со с ЭДТА.Signs indicating that the parameters of the electric current must correspond to the “microarc oxidation regime” allow drastic changes in pH, temperature (up to several thousand degrees) and pressure (due to the formation of gas bubbles, the pressure can reach 1000 atm), which ensures effective destruction Co complex with EDTA.

Признаки дополнительного пункта формулы изобретения задают условия, обеспечивающие реализацию способа, минимизирующие требования к режимным параметрам (способ реализуется при давлении 760 мм рт.ст. и температуре 20°С).Signs of an additional claim specify conditions ensuring the implementation of the method, minimizing requirements for operational parameters (the method is implemented at a pressure of 760 mm Hg and a temperature of 20 ° C).

Заявленный способ иллюстрируется материалами, где на фиг.1 приведена таблица 1 «Параметры процесса в модельном растворе комплексоната (Со-ЭДТА)»; на фиг.2 показана рентгенограмма образца сухого осадка до отжига (после сушки при температуре 100°С); на фиг.3 показана рентгенограмма образца осадка после отжига до 1050°С; на фиг.4 показана термограмма образца осадка; на фиг.5-7 показана морфология образца после сушки 100°С соответственно при локальном содержании Со и Al в весовых и (атомных) %: 1,44 (0,45) и 33,2 (22, 8); 18,12 (5, 79) и 18,89 (1, 18); 9,43 (6, 8) и 23,86 (18, 23).The claimed method is illustrated by materials where in figure 1 shows table 1 "Process Parameters in a model solution of complexonate (Co-EDTA)"; figure 2 shows the x-ray sample of the dry precipitate before annealing (after drying at a temperature of 100 ° C); figure 3 shows the x-ray sample of the precipitate after annealing to 1050 ° C; figure 4 shows a thermogram of a sample of sediment; 5-7 show the morphology of the sample after drying at 100 ° C, respectively, with a local content of Co and Al in weight and (atomic)%: 1.44 (0.45) and 33.2 (22, 8); 18.12 (5, 79) and 18.89 (1, 18); 9.43 (6, 8) and 23.86 (18, 23).

Для реализации способа может быть использована известная установка для микродугового оксидирования металлов и их сплавов (не показана), содержащая гальваническую ванну, тиристорный преобразователь, включающий тиристоры, установленные на выходных выводах источника тока, управляющую вычислительную машину, связанную посредством микропроцессора с управляющими входами тиристоров тиристорного преобразователя, измерительные преобразователи, по крайней мере, один из которых выполнен в виде датчика тока, а другой - в виде датчика напряжения, по типу, описанному в патенте RU №2181392, 2002, или его модификация, описанная в патенте RU №2333299, 2008.To implement the method, a known installation for microarc oxidation of metals and their alloys (not shown) can be used, containing a galvanic bath, a thyristor converter, including thyristors installed on the output terminals of a current source, a control computer connected via a microprocessor to the control inputs of the thyristor converter thyristors , measuring transducers, at least one of which is made in the form of a current sensor, and the other in the form of a voltage sensor , according to the type described in patent RU No. 2181392, 2002, or its modification described in patent RU No. 2333299, 2008.

Понятно, что для использования в целях дезактивации описанная установка должна иметь соответствующую защиту, обеспечивающую радиационную безопасность (не показана).It is understood that, for use in decontamination purposes, the described installation must have appropriate protection ensuring radiation safety (not shown).

В основе заявленного способа лежат следующие соображения. Разработка перспективных способов и материалов для очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от долгоживущих радионуклидов 137Cs, 60Co, 90Sr остается одной из актуальных задач, над решением которой работают многие исследователи. Решение проблемы усложняется тем, что при дезактивации загрязненных радионуклидами поверхностей очень часто используют не только щелочи и кислоты, но и комплексоны типа слабой четырехосновной этилендиаминтетрауксусной кислоты или ее дигидрат-динатриевую соль (Na2H2Y2H2O, «Трилон Б», ЭДТА), двухзарядный анион которой способен образовывать с ионами металлов шесть связей: две - за счет атомов азота и четыре - за счет ацетатных групп. Реакцию между ионами металлов и трилоном Б записывают в общем виде:The basis of the claimed method are the following considerations. The development of promising methods and materials for the purification of liquid radioactive waste (LRW) from long-lived 137 Cs, 60 Co, 90 Sr radionuclides remains one of the urgent tasks that many researchers are working on. The solution to the problem is complicated by the fact that when decontaminating surfaces contaminated with radionuclides, they often use not only alkalis and acids, but also complexones such as weak tetrabasic ethylenediaminetetraacetic acid or its dihydrate-disodium salt (Na 2 H 2 Y 2 H 2 O, Trilon B, EDTA), a doubly charged anion of which is capable of forming six bonds with metal ions: two due to nitrogen atoms and four due to acetate groups. The reaction between metal ions and Trilon B is written in the general form:

M n + + H 2 Y 2 = M Y n 4 + 2 H + .             (1)

Figure 00000001
M n + + H 2 Y 2 - = M Y n - four + 2 H + . (one)
Figure 00000001

Согласно теории в реакции комплексообразования ионов металла с комплексоном принимает участие только ионизированная форма лиганда Y4-:According to the theory, only the ionized form of the ligand Y 4- takes part in the reaction of complexation of metal ions with a complexon:

M n + + Y 4 + = M Y n 4   .           (2)

Figure 00000002
M n + + Y four + = M Y n - four . (2)
Figure 00000002

Реакция (1) может быть сдвинута как в сторону образования, так и в сторону разрушения комплексоната при изменении величины рН раствора. Уменьшение величины рН смещает равновесие реакции влево - к образованию исходных реагентов. Подщелачивание приводит к образованию комплексонатов.Reaction (1) can be shifted both towards the formation and destruction of the complexonate with a change in the pH of the solution. A decrease in pH shifts the reaction equilibrium to the left - to the formation of starting reagents. Alkalization leads to the formation of complexonates.

Константа устойчивости продуктов реакции (2) не зависит от рН и концентрации компонентов реакции и определяется природой иона металла, его зарядом, радиусом, электронным строением, ионной силой раствора, природой растворителя и температурой.The stability constant of reaction products (2) does not depend on the pH and concentration of the reaction components and is determined by the nature of the metal ion, its charge, radius, electronic structure, ionic strength of the solution, nature of the solvent, and temperature.

Присутствие в жидких радиоактивных отходах растворимых комплексов металлов с ЭДТА, согласно реакции (1), например Со-ЭДТА, сильно усложняет его удаление из растворов. Для этого применяют окисление комплексоната кобальта с помощью пероксида водорода (H2O2), озонирование, перманганатное и электрохимическое окисление, но все перечисленные методы недостаточно эффективны (см. Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание ЖРО // М.: Атомиздат, 1985. - 356 с., 184 с. или «Combined Methods for Liquid Radioactive Waste Treatment», IAEA-TECDOC-1336, Vienna, 2003).The presence of soluble metal complexes with EDTA in liquid radioactive waste, according to reaction (1), for example, Co-EDTA, greatly complicates its removal from solutions. For this, cobalt complexonate is oxidized using hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ozonation, permanganate and electrochemical oxidation, but all of these methods are not effective enough (see Nikiforov A.S., Kulichenko V.V., Zhikharev M.I. LRW disposal // M .: Atomizdat, 1985. - 356 p., 184 p. Or Combined Methods for Liquid Radioactive Waste Treatment, IAEA-TECDOC-1336, Vienna, 2003).

Проводимые исследования эффективности различных способов разрушения комплексоната кобальта: ультразвуком, импульсами изменяющегося давления, ультрафиолетовым облучением пока не позволили создать эффективные методы разрушения комплексоната кобальта.Studies of the effectiveness of various methods for the destruction of cobalt complexonate: by ultrasound, pulses of varying pressure, and ultraviolet irradiation have not yet allowed the creation of effective methods for the destruction of cobalt complexonate.

Вместе с тем известно, что при поляризации металлов и сплавов в водных электролитах в приэлектродных зонах, в результате разряда ОН- групп, протонов, воды изменяется рН, особенно это проявляется при высоких потенциалах, когда образовавшиеся оксидные слои на анодно-поляризованной поверхности электрода разрушаются в результате формирования локальных зон пробоя оксидного слоя с высокими плотностями тока (см., например, Гордиенко П.С. Образование покрытий на анодно-поляризованных электродах в водных электролитах при потенциалах искрения и пробоя // Владивосток: изд-во «Дальнаука», 1996. - 216 с. или Гордиенко П.С., Василенко О.С., Панин Е.С. и др. Формирование покрытий на вентильных металлах и сплавах в электролитах с индуктивным регулированием энергии при микродуговом оксидировании // Защита металлов, 2006. - Т.43. - №5. - С.300-305.). В зоне пробоя резко изменяется не только рН, но и температура достигает нескольких тысяч градусов, образуются газовые пузырьки, давление в которых может достигать 1000 атм. (см., например, Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде // М: Наука, 1971. - 155 с.). Электрохимический процесс микродугового оксидирования металлов используется при формировании покрытий на металлах и сплавах.However, it is known that when metals and alloys polarization in aqueous electrolytes in the electrode regions, resulting in the discharge of OH - groups of protons of water is changed pH, particularly manifested at high potentials, when the formed oxide layers on anodically polarized electrode surface are destroyed in as a result of the formation of local breakdown zones of the oxide layer with high current densities (see, for example, P. Gordienko, Coating formation on anode-polarized electrodes in aqueous electrolytes at sparking potentials and breakdown // Vladivostok: Dalnauk Publishing House, 1996. - 216 pp. or Gordienko PS, Vasilenko OS, Panin ES and others. Formation of coatings on valve metals and alloys in electrolytes with inductive energy regulation during microarc oxidation // Metal Protection, 2006. - T.43. - No. 5. - S.300-305.). In the breakdown zone, not only the pH changes sharply, but the temperature reaches several thousand degrees, gas bubbles are formed, the pressure in which can reach 1000 atm. (see, for example, Nugolnykh K.A., Roy N.A. Electric discharges in water // M: Nauka, 1971. - 155 p.). The electrochemical process of microarc oxidation of metals is used in the formation of coatings on metals and alloys.

Заявленный способ реализуется следующим образом: объем жидких радиоактивных отходов, содержащих комплексы радиоактивных изотопов Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой, вводят в заземленную гальваническую ванну установки, размещают в ней электрод, выполненный, например, из алюминия, и подают питание от источника питания на этот электрод и на ванну. Величину напряжения контролируют датчиком напряжения установки (не показан), установленным между токоподводом к корпусу ванны и токоподводом к алюминиевому электроду. Управляющая машина программным путем обеспечивает задание числа импульсов, их полярности, напряжения и тока импульсов, а также формирует заданный цикл данной программы импульсов. После прохождения заданного числа циклов, которые определяются, например, опытным путем, управляющая машина отключает установку из работы. В результате обеспечивается синтез нерастворимых соединений, иммобилизирующих радионуклиды кобальта и их выпадение в осадок, отделение которого осуществляют одним из известных способов, например фильтрацией.The claimed method is implemented as follows: the volume of liquid radioactive waste containing complexes of radioactive Co isotopes with ethylenediaminetetraacetic acid is introduced into the grounded galvanic bath of the installation, an electrode made of aluminum, for example, is placed in it and power is supplied from a power source to this electrode and to a bath. The voltage value is monitored by a voltage sensor of an installation (not shown) installed between the current supply to the bath body and the current supply to the aluminum electrode. The control machine programmatically provides the setting of the number of pulses, their polarity, voltage and current of the pulses, and also generates a given cycle of this program of pulses. After passing a given number of cycles, which are determined, for example, empirically, the control machine disables the installation from work. The result is the synthesis of insoluble compounds that immobilize cobalt radionuclides and their precipitation, the separation of which is carried out by one of the known methods, for example by filtration.

Для установления режимных параметров способа был выполнен комплекс работ, включающий исследование состава продуктов реакции водного раствора Со-ЭДТА комплексонов, взятого в качестве электролита с продуктами электрохимического процесса в электрохимической ячейке при высоких потенциалах, определение степени очистки растворов (на этом этапе - модельных растворов) от ионов кобальта в зависимости от режимов электролиза.To establish the operational parameters of the method, a set of works was carried out, including studying the composition of the reaction products of an aqueous solution of Co-EDTA complexones taken as an electrolyte with the products of an electrochemical process in an electrochemical cell at high potentials, determining the degree of purification of solutions (model solutions at this stage) from cobalt ions depending on the electrolysis conditions.

В качестве электродов были взяты пластины алюминия АДО (99,5% Al). Раствор, содержащий соли кобальта, готовили растворением CoCl2·6Н2О (ч.д.а.) в дистиллированной воде (концентрация 3,19 г/л). В качестве комплексообразователя взята соль Na2H2C10H16O8N2·2H2O (ч.д.а.), рН исходного раствора с Со-ЭДТА комплексами равен 1,19 (таблица 1). Соотношение площадей Sa/Sк составляло 2,4 и 3,5, исходная температура электролита составляла 20°С. По количеству затраченного электричества рассчитан выход ионов алюминия в электролит (без учета потерь количества электричества на газовыделение на аноде).Aluminum electrodes ADO (99.5% Al) were taken as electrodes. A solution containing cobalt salts was prepared by dissolving CoCl 2 · 6H 2 O (analytical grade) in distilled water (concentration 3.19 g / l). The Na 2 H 2 C 10 H 16 O 8 N 2 · 2H 2 O salt (analytical grade) was taken as a complexing agent, the pH of the initial solution with Co-EDTA complexes was 1.19 (table 1). The ratio of the areas S a / S to was 2.4 and 3.5, the initial temperature of the electrolyte was 20 ° C. The yield of aluminum ions in the electrolyte was calculated based on the amount of electricity consumed (without taking into account losses of the amount of electricity due to gas evolution at the anode).

Использовалась автоматическая установка с компьютерной обработкой результатов, разработанная для микродуговой обработки металлов и сплавов при высоких потенциалах (см. Гордиенко П.С., Василенко О.С., Панин Е.С. и др. Формирование покрытий на вентильных металлах и сплавах в электролитах с индуктивным регулированием энергии при микродуговом оксидировании // Защита металлов, 2006. - Т.43. - №5. - С.300-305). В табл.1 представлены экспериментальные данные, в т.ч. и по энергозатратам на единицу веса удаленного из раствора кобальта, т.к. это является важным критерием практического применения данного способа.An automatic installation with computer processing of results was used, developed for microarc processing of metals and alloys at high potentials (see Gordienko PS, Vasilenko OS, Panin ES and others. Formation of coatings on valve metals and alloys in electrolytes with inductive energy regulation during microarc oxidation // Metal Protection, 2006. - T.43. - No. 5. - S.300-305). Table 1 presents the experimental data, including and energy costs per unit weight of the cobalt solution removed from the solution, because This is an important criterion for the practical application of this method.

С уменьшением исходной концентрации электролита по Со-ЭДТА количество электричества, затраченного на выделение из раствора Со-ЭДТА, увеличилось, соответственно увеличились и удельные энергозатраты на «осаждение» комплексонов с ионами кобальта.With a decrease in the initial concentration of the electrolyte by Co-EDTA, the amount of electricity spent on the separation of Co-EDTA from the solution increased, and the specific energy consumption for the “deposition” of complexones with cobalt ions increased accordingly.

Из данных табл.1 следует, что на «осаждение» 1 мкг Со затрачено от 2,75 Вт·сек до 17 Вт·сек. В процессе электрохимической обработки электрохимическую ячейку и электролит не охлаждали. Температура электролита за время электролиза 360 секунд повышалась до 80-90°С.From the data of Table 1 it follows that 1 μg Co spent from “2.75 W · sec to 17 W · sec” to “precipitate”. During the electrochemical treatment, the electrochemical cell and the electrolyte were not cooled. The electrolyte temperature during the electrolysis 360 seconds increased to 80-90 ° C.

Концентрация ионов кобальта в растворе уменьшилась примерно на два порядка, рН электролита после электрохимической обработки увеличилось до 3,5-45 (рН растворов измеряли ионометром известной конструкции).The concentration of cobalt ions in the solution decreased by about two orders of magnitude, the pH of the electrolyte after electrochemical treatment increased to 3.5-45 (the pH of the solutions was measured with an ionometer of known design).

Концентрацию Со2+ в растворе до и после электрохимической обработки определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрометре Solar GM по аналитической линии кобальта. Осадок (образец) отделяли фильтрованием. В качестве фильтра использован бумажный фильтр «синяя лента».The concentration of Co 2+ in the solution before and after electrochemical treatment was determined by atomic absorption spectrometry on a Solar GM spectrometer using a cobalt analytical line. The precipitate (sample) was separated by filtration. A “blue ribbon” paper filter was used as a filter.

Для количественного определения элементного состава осадка (Со, Al) использовали энергодисперсионный рентгенофлюоресцентный метод (спектрометр Shimadzy EDX 800 HS), время измерения 200 сек. Для этого осадок из раствора после МДО процесса сушили (~100°С) до постоянного веса, навеску растирали в агатовой ступке совместно с мелкодисперсным тефлоном (2:1 по весу), помещали в пресс-форму диаметром 200 мм и прессовали таблетку в течение 2 мин при давлении 5000 кг. Без легких элементов: О, N, С, Н в образце содержится, % вес.: Al - 40,17; Со - 56,5. По данным энергодисперсионного анализа, без учета содержаний примесей весовое отношение Co/Al в образце равно ~1,4, а мольное - 0,95:1,4.For the quantitative determination of the elemental composition of the precipitate (Co, Al), the energy dispersive X-ray fluorescence method (Shimadzy EDX 800 HS spectrometer) was used, the measurement time was 200 sec. For this, the precipitate from the solution after the MAO process was dried (~ 100 ° C) to constant weight, the sample was ground in an agate mortar together with finely dispersed Teflon (2: 1 by weight), placed in a mold with a diameter of 200 mm and a tablet was pressed for 2 min at a pressure of 5000 kg. Without light elements: O, N, C, H in the sample contains,% weight .: Al - 40.17; Co - 56.5. According to energy dispersive analysis, without taking into account impurity contents, the Co / Al weight ratio in the sample is ~ 1.4, and the molar ratio is 0.95: 1.4.

Рентгенограмму сухого осадка до отжига (фиг.2) снимали на автоматическом дифрактометре D8 ADVANCE с вращением образца в Cu Кα-излучении. Рентгенофазовый анализ образцов проводили с использованием программы поиска ЕВА с банком порошковых данных. Пики отнесены: (1) - CoAl2O4; (2) - СоО.ОН (гетерогенит); (3) - СоО и (4) - Al(ОН)3. The X-ray diffraction pattern of the dry precipitate before annealing (Fig. 2) was recorded on a D8 ADVANCE automatic diffractometer with rotation of the sample in Cu Kα radiation. X-ray phase analysis of the samples was carried out using an EBA search program with a powder data bank. Peaks are assigned: (1) - CoAl 2 O 4 ; (2) - CoO.OH (heterogenite); (3) - CoO and (4) - Al (OH) 3.

На рентгенограмме исходного образца после отжига до 1050°С не присутствуют пики, относящиеся к шпинели типа Al0,27Со0,73(Al0,73Со1,27)O4 или Co3O4 (эти соединения изоструктурны) и гало, относящееся к рентгеноаморфной фазе (фиг.3). Все пики отнесены к шпинели Al0,27Со0,73(Al0,73Co1,27) и Co3O4. The roentgenogram of the initial sample after annealing to 1050 ° С does not contain peaks related to spinels of the type Al 0.27 Co 0.73 (Al 0.73 Co 1.27 ) O 4 or Co 3 O 4 (these compounds are isostructural) and halo related to the x-ray amorphous phase (figure 3). All peaks are assigned to spinel Al 0.27 Co 0.73 (Al 0.73 Co 1.27 ) and Co 3 O 4.

Проведен термогравиметрический анализ образца на дериватографе Q-1500D системы Ф. Паулик-П, Паулик-Л, Эрдеи фирмы МОП (точность определения температуры 5°С). При этом нагревали образец со скоростью 5°С/мин до 900°С в платиновом тигле, масса образца 100 мг. Термограмма приведена на фиг.4.Thermogravimetric analysis of the sample was carried out on a Q-1500D derivatograph system F. Paulik-P, Paulik-L, Erdei firm MOS (accuracy of determining the temperature of 5 ° C). In this case, the sample was heated at a rate of 5 ° C / min to 900 ° C in a platinum crucible, the mass of the sample was 100 mg. The thermogram is shown in figure 4.

Общая потеря массы образца составляет 71%. На термограмме четко выделяются четыре температурных интервала: (90-135)°С - 20,4%; (135-350)°С - 14,3%; (350-450)°С - 33,2% и (450-850)°С - 3,1%. Пики на термограмме при ~130°С следует отнести к потере воды, а экзоэффекты при температурах 380-450°С - к окислению образца.The total weight loss of the sample is 71%. Four temperature ranges are clearly distinguished on the thermogram: (90-135) ° С - 20.4%; (135-350) ° C - 14.3%; (350-450) ° С - 33.2% and (450-850) ° С - 3.1%. Peaks in the thermogram at ~ 130 ° C should be attributed to the loss of water, and exo effects at temperatures of 380-450 ° C - to the oxidation of the sample.

Исходный образец, содержащий гидратированные формы соединения на основе алюминия и кобальта, имел розовый (красноватый) цвет, после отжига до 800°С - черный, а после высокотемпературного отжига - синий цвет.The initial sample containing hydrated forms of the compound based on aluminum and cobalt had a pink (reddish) color, after annealing to 800 ° C - black, and after high-temperature annealing - blue.

Морфология кристаллического осадка (фиг.5) и локальное отношение Al/Co в осадке после электрохимической обработки по данным элементного микроанализа, выполненного на сканирующем электронном микроскопе EVO 50 XVP с энергодисперсионной приставкой для микроанализа INCA 350, изменяется в широких пределах от 2,5 до 50, т.е. можно предположить, что некоторые частицы состоят в основном из гидроксида алюминия (на рентгенограмме пики, относящиеся к кристаллической модификации гидрооксида алюминия, обнаружены), но некоторые пики отнесены к кристаллическим фазам гетегогенита, алюмокобальтовой шпинели, оксида кобальта (фиг.2), но большая часть интенсивных рентгеновских пиков не отнесена ни к одному из соединений, имеющихся в базе данных. Состав неустановленной кристаллической фазы не определен. В состав осадка после электрохимической обработки входит около 25% (вес.) легких элементов, т.е. в их составе присутствуют соединения на «основе» продуктов деструкции комплексоната кобальта (Со-ЭДТА) и продуктов электрохимического растворения анодно-поляризованного электрода.The morphology of the crystalline precipitate (Fig. 5) and the local Al / Co ratio in the precipitate after electrochemical processing according to elemental microanalysis performed on an EVO 50 XVP scanning electron microscope with an energy dispersion attachment for INCA 350 microanalysis varies widely from 2.5 to 50 , i.e. it can be assumed that some particles mainly consist of aluminum hydroxide (peaks related to the crystalline modification of aluminum hydroxide were detected in the X-ray diffraction pattern), but some peaks are attributed to the crystalline phases of hetegenite, aluminocobalt spinel, cobalt oxide (Fig. 2), but most intense x-ray peaks are not assigned to any of the compounds available in the database. The composition of the unidentified crystalline phase has not been determined. After electrochemical treatment, the sediment contains about 25% (wt.) Of light elements, i.e. they contain compounds based on the "products of the destruction of cobalt complexonate (Co-EDTA) and the products of electrochemical dissolution of the anode-polarized electrode.

Claims (2)

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включающий синтез нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды, и последующее отделение осадка, отличающийся тем, что используют ЖРО, содержащие комплексы Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), при этом осуществляют электрохимический синтез нерастворимых соединений кобальта, для чего к электродам, размещаемым в емкости с ЖРО, подводят электрический ток, с параметрами, соответствующими режиму микродугового оксидирования.1. A method of processing liquid radioactive waste (LRW), including the synthesis of insoluble compounds that immobilize long-lived radionuclides, and subsequent separation of the precipitate, characterized in that they use LRW containing Co complexes with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), while performing electrochemical synthesis of insoluble cobalt compounds why, to the electrodes placed in a tank with LRW, an electric current is supplied with parameters corresponding to the microarc oxidation mode. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при нормальных условиях. 2. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out under normal conditions.
RU2013130193/07A 2013-07-01 2013-07-01 Method of recycling liquid radioactive wastes RU2537391C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130193/07A RU2537391C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Method of recycling liquid radioactive wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130193/07A RU2537391C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Method of recycling liquid radioactive wastes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013130193A RU2013130193A (en) 2015-01-10
RU2537391C1 true RU2537391C1 (en) 2015-01-10

Family

ID=53278959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130193/07A RU2537391C1 (en) 2013-07-01 2013-07-01 Method of recycling liquid radioactive wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537391C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695811C2 (en) * 2016-03-31 2019-07-29 Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" Complex plant for decontamination of solid radioactive wastes and conditioning of formed liquid radioactive wastes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833676A1 (en) * 1988-10-04 1990-04-05 Petri Juergen Dipl Ing Dr Process for the final storage of bound waste materials
US6120745A (en) * 1997-01-15 2000-09-19 Centre D'etude De L'energie Nucleaire, Cen Method for the oxidation of at least one alkali metal
RU2181392C1 (en) * 2001-02-21 2002-04-20 Орловский государственный аграрный университет Apparatus for micro arc oxidation of metals and alloys thereof
RU2321909C1 (en) * 2006-12-06 2008-04-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Наука-Технологии-Производство" Method for recovering liquid radioactive waste (alternatives)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833676A1 (en) * 1988-10-04 1990-04-05 Petri Juergen Dipl Ing Dr Process for the final storage of bound waste materials
US6120745A (en) * 1997-01-15 2000-09-19 Centre D'etude De L'energie Nucleaire, Cen Method for the oxidation of at least one alkali metal
RU2181392C1 (en) * 2001-02-21 2002-04-20 Орловский государственный аграрный университет Apparatus for micro arc oxidation of metals and alloys thereof
RU2321909C1 (en) * 2006-12-06 2008-04-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Наука-Технологии-Производство" Method for recovering liquid radioactive waste (alternatives)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695811C2 (en) * 2016-03-31 2019-07-29 Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" Complex plant for decontamination of solid radioactive wastes and conditioning of formed liquid radioactive wastes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130193A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Swain et al. Separation and recovery of ruthenium: a review
EP3045223A1 (en) Tritium adsorbent, method for separating tritium from within water, and method for regenerating tritium adsorbent
EP3221048B1 (en) Method and apparatus for the recovery of radioactive nuclides from spent resin materials
Beaudoux et al. Ultrasound-assisted reductive dissolution of CeO 2 and PuO 2 in the presence of Ti particles
Jayachandran et al. Remarkably enhanced direct dissolution of plutonium oxide in task-specific ionic liquid: insights from electrochemical and theoretical investigations
Samuels et al. Integrated computational and experimental protocol for understanding Rh (III) speciation in hydrochloric and nitric acid solutions
RU2577329C2 (en) Conditioning of wastes resulted from nuclear plant mothballing
Swain et al. Separation and recovery of ruthenium from nitric acid medium by electro-oxidation
RU2537391C1 (en) Method of recycling liquid radioactive wastes
Benjamin et al. Ozone-facilitated formation of uranyl peroxide in humid conditions
Vichot et al. Tc (IV) chemistry in mixed chloride/sulphate acidic media. Formation of polyoxopolymetallic species
Wang et al. Separation of Re (VII) from aqueous solution by acetone-enhanced photoreduction: an insight into the role of acetone
Xue et al. An efficient system for uranyl electrodeposition and investigation of the uranyl electrochemical behavior
Arman et al. Electrochemical oxidation of terbium (III) in aqueous media: influence of supporting electrolyte on oxidation potential and stability
JP6666612B2 (en) Method for recovering tritium from tritium absorbent
Rajak et al. Electrochemical investigation of uranyl species reduction in alkaline oxalate electrolyte and microstructural characterization of deposited nanocrystalline UO2 thin films
Ohashi et al. Studies on electrochemical behavior of uranium species in choline chloride-urea eutectic for developing electrolytically treating method of uranium-bearing wastes
Huang et al. Removal of cobalt from liquid radioactive waste by in situ electrochemical synthesis of ferrite
Dombovári et al. Accumulation of uranium on austenitic stainless steel surfaces
Rotmanov et al. Anodic dissolution of Tc metal in HNO 3 solutions
Sheha et al. Exchange character of caesium ions onto zirconium tungstate
Adekola et al. Interaction of silver ions in solution with copper hexacyanoferrate (II) Cu2Fe (CN) 6
RU2493295C1 (en) Method for electrochemical deposition of actinides
Milyutin et al. Liquid Radwaste Denitration by Electrochemical Reduction of Nitric Acid
Ohashi et al. Studies on processes for recovering uranium from sediment wastes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190702