RU2652978C1 - Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием - Google Patents

Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием Download PDF

Info

Publication number
RU2652978C1
RU2652978C1 RU2017112521A RU2017112521A RU2652978C1 RU 2652978 C1 RU2652978 C1 RU 2652978C1 RU 2017112521 A RU2017112521 A RU 2017112521A RU 2017112521 A RU2017112521 A RU 2017112521A RU 2652978 C1 RU2652978 C1 RU 2652978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
borate
calcium
precipitate
boric acid
Prior art date
Application number
RU2017112521A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Иванович Иваненко
Татьяна Андреевна Седнева
Эфроим Пинхусович Локшин
Роман Иванович Корнейков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
Акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях (АО "Концерн Росэнергоатом")
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
Priority to RU2017112521A priority Critical patent/RU2652978C1/ru
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН), Акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях (АО "Концерн Росэнергоатом") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
Priority to KR1020187037951A priority patent/KR102312762B1/ko
Priority to CN201880002622.4A priority patent/CN111226293B/zh
Priority to EP18784976.5A priority patent/EP3611736A4/en
Priority to CA3029432A priority patent/CA3029432C/en
Priority to PCT/RU2018/000179 priority patent/WO2018190751A1/ru
Priority to US16/311,560 priority patent/US10822241B2/en
Priority to BR112018077506-1A priority patent/BR112018077506B1/pt
Priority to JP2018568865A priority patent/JP6972042B2/ja
Priority to MYPI2018003008A priority patent/MY186292A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2652978C1 publication Critical patent/RU2652978C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/08Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
    • C01B35/10Compounds containing boron and oxygen
    • C01B35/1045Oxyacids
    • C01B35/1054Orthoboric acid
    • C01B35/1063Preparation from boron ores or borates using acids or salts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D1/00Oxides or hydroxides of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D1/04Hydroxides
    • C01D1/20Preparation by reacting oxides or hydroxides with alkali metal salts
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/20Disposal of liquid waste

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к комплексной переработке сложных по составу жидких борсодержащих отходов АЭС. Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включает введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия. Исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты. Нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция. Борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция. Раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция. Осадок борной кислоты отделяют и сушат. Электродиализу подвергают маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия. Изобретение позволяет снизить энергоемкость способа и сократить количество захораниваемых вредных отходов. 8 з.п. ф-лы, 5 пр.

Description

Изобретение относится к комплексной переработке сложных по составу жидких борсодержащих отходов АЭС, накопленных при эксплуатации атомных энергетических установок, в том числе ВВЭР, и может быть использовано для выделения борной и азотной кислот, а также соединений щелочных металлов для их повторного использования в технологическом цикле АЭС.
Из жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся на АЭС, самыми сложными для переработки являются кубовые остатки. Такие отходы представляют собой высокосолевые нитратные растворы натрия и калия, содержащие соли борной кислоты и продукты коррозии аппаратуры в виде солей переходных металлов, а также реагенты, используемые при дезактивации и попадающие в раствор с различными сливными водами. После их дезактивации раствор направляется на выпаривание и перевод в плав, который в дальнейшем складируется. Полная переработка таких отходов отсутствует.
Известен способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием (см. пат. 2012076 РФ, МПК5 G21F 9/08, 1994), включающий упаривание отходов, кристаллизацию образовавшегося борсодержащего концентрата, его отделение от маточного раствора, растворение, ультрафильтрацию полученного раствора, пропускание его через ионоселективный фильтр, упаривание до 80-250 г/л в пересчете на борную кислоту и кристаллизацию кислоты. Выход борной кислоты составляет не более 84% с содержанием примесей 10-2-10-3 мас. %.
Основными недостатками данного способа являются высокие энергозатраты на проведение операции упаривания, недостаточная степень извлечения борной кислоты, необходимость доочистки получаемых растворов. Способ предусматривает регенерацию только борной кислоты, что приводит к образованию значительного количества захораниваемых отходов.
Известен также выбранный в качестве прототипа способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием (см. пат. 7323613 США, МПК G21F 9/06, 9/20, G21C 1/00, B01D 61/42 (2006.01), 2008), содержащих нитраты натрия и калия, включающий раздельный сбор кислых отходов с pH менее 5,5, не содержащих борной кислоты, и щелочных отходов с pH более 5,5, содержащих соли борной кислоты, их концентрирование и смешивание, кристаллизацию бората натрия при pH 8,0-10,1, его отделение от маточного раствора, обработку раствора солями кальция или магния, предпочтительно нитратом кальция или хлоридом магния, и отделение образовавшегося боратного осадка кальция или магния. Затем осадок бората натрия растворяют до обеспечения концентрации раствора 20-25 г/л и подвергают электродиализу в электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами с получением растворов борной кислоты с концентрацией 0,1-60 г/л и гидроксида натрия, содержащего до 150 г/л NaOH. Электродиализ ведут при силе тока 0,2-45 А и напряжении 5-55 В.
Известный способ характеризуется следующими основными недостатками. При его реализации предусмотрена регенерация только борной кислоты и гидроксида натрия, а высокосолевой маточный раствор, не содержащий солей бора, не перерабатывается, что приводит к увеличению количества захораниваемых отходов. К недостаткам способа следует отнести получение нетоварных растворов борной кислоты и раствора гидроксида натрия низкой концентрации, что ограничивает возможность их повторного использования. Недостатком способа также является повышенный расход электроэнергии, обусловленный электродиализом раствора бората натрия с низкой концентрацией натрия и высоким электрическим сопротивлением, что требует использования при электродиализе высоких значений силы тока и напряжения.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в переработке сложных по составу жидких отходов АЭС с высоким солесодержанием с получением более широкого ассортимента продуктов, в том числе борной кислоты в виде товарного продукта, а также концентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС. Технический результат заключается также в снижении энергоемкости способа и сокращении количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включающем введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия, согласно изобретению исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты, нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция, борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция, после чего раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция, осадок борной кислоты отделяют и сушат, а электродиализу подвергают непосредственно маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия.
Технический результат достигается также тем, что нитрат кальция вводят в боратный раствор при pH 9,3-11,0.
Технический результат достигается также и тем, что обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты ведут до обеспечения pH 5-7.
Технический результат достигается и тем, что обработку раствора бората кальция азотной кислотой ведут при температуре 10-20°C до обеспечения pH 1-3.
Технический результат достигается также и тем, что раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Технический результат достигается и тем, что электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе при отношении объема маточного раствора Vмр в средней камере электродиализатора и объемов анолита Vа и католита Vк, соответственно в анодной и катодной камерах, равном Vмр:Vа=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 с получением в анодной камере раствора азотной кислоты, а в катодной камере - раствора гидроксидов натрия и калия.
Достижению технического результата способствует то, что электродиализ производят при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В.
Достижению технического результата способствует также то, что осадок борной кислоты промывают азотнокислым раствором с pH 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты.
Достижению технического результата способствует также и то, что осадок борной кислоты сушат при температуре не более 60°C.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
Присутствие в исходном боратном растворе нитратов и сульфатов натрия и калия позволяет получить в процессе электродиализа растворы азотной кислоты и щелочей, пригодные для повторного использования, после удаления из исходного раствора сульфат-ионов в виде малорастворимых соединений, например гипса, который может быть использован в строительной индустрии.
Введение нитрата кальция в исходный боратный раствор обеспечивает образование коллективного осадка бората и сульфата кальция, что позволяет достаточно полно выделить соединения бора из раствора и очистить раствор, направляемый на электродиализ, от сульфат-ионов.
Обработка коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с переводом бората кальция в раствор и отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция позволяет наиболее полно отделить соединения бора от присутствующих примесей и обеспечить его высокий выход в продукт.
Обработка раствора бората кальция азотной кислотой обеспечивает получение осадка борной кислоты, который может быть легко отделен от раствора нитрата кальция.
Сушка промытого осадка борной кислоты позволяет повысить массовое содержание борной кислоты в продукте.
Проведение электродиализа маточного раствора, полученного после отделения коллективного осадка бората и сульфата кальция, позволяет при пониженных значениях тока и напряжения осуществить извлечение полезных компонентов в виде высококонцентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении более широкого ассортимента продуктов, в том числе товарной борной кислоты и концентрированных растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС, а также в снижении энергоемкости способа и сокращении количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.
В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие операции и режимные параметры.
Введение нитрата кальция в боратный раствор при pH 9,3-11,0 обеспечивает наиболее полное выделение соединения бора из раствора и позволяет очистить раствор, направляемый на электродиализ, от сульфат-ионов. Введение нитрата кальция при pH менее 9,3 и более 11,0 приводит к частичному растворению бората кальция, что снижает его извлечение в коллективный осадок.
Обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты предпочтительно вести до обеспечения pH 5-7, поскольку в этом диапазоне значений pH боратные соединения имеют наибольшую растворимость. При pH боратного раствора менее 5 выход бора в раствор снижается по причине образования менее растворимой борной кислоты, поэтому получение высококонцентрированных борсодержащих растворов становится невозможным. При pH боратного раствора более 7 образуются малорастворимые бораты кальция, что исключает возможность разделения коллективного осадка.
Обработку раствора бората кальция азотной кислотой предпочтительно вести до обеспечения pH 1-3. Обработка раствора бората кальция до pH менее 1 приводит к неоправданным затратам азотной кислоты на выделение осадка борной кислоты. При значениях pH более 3 выход борной кислоты в твердую фазу уменьшается.
Обработка раствора бората кальция азотной кислотой при температуре 10-20°C позволяет создать наиболее благоприятные условия осаждения борной кислоты из раствора. Увеличение температуры выше 20°C приводит к увеличению растворимости борной кислоты и понижению выхода продукта. Обработка при температуре ниже 10°C требует охлаждения раствора и не приводит к существенному повышению выхода продукта.
Добавление раствора нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты к исходному боратному раствору позволяет уменьшить количество отходов и более полно использовать реагенты.
Проведение электродиализа маточного раствора при заданном соотношении объемов маточного раствора Vмр в средней камере трехкамерного электродиализатора и объемов анолита Vа и католита Vк соответственно в анодной и катодной камерах позволяет регулировать концентрации получаемых продуктов - раствора азотной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия. Выход за пределы заявленных интервалов значений Vмр:Vа=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 объема перерабатываемого маточного раствора относительно объемов анолита и католита не позволит получить растворы азотной кислоты и щелочей в требуемом интервале концентраций 300-600 г/л для повторного использования.
Проведение электродиализа при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В обеспечивает при пониженных энергозатратах извлечение из солевого раствора более 99% ионов с выходом по току около 50-70%. Электродиализ при силе тока менее 1 А и напряжении менее 4 В приводит к необоснованному увеличению длительности процесса и снижению его производительности, а при силе тока более 3 А и напряжении выше 10 В снижается выход по току и увеличиваются энергозатраты.
Промывка осадка борной кислоты азотнокислым раствором с pH 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты, обеспечивает удаление примесей для получения необходимой чистоты товарного продукта - борной кислоты Н3ВО3. В данных интервалах значений режимных параметров борная кислота имеет наименьшую растворимость. Присутствие борной кислоты в промывном азотнокислом растворе обеспечивает стабильную величину принятого интервала значений pH азотнокислого раствора. Промывка азотнокислым раствором, содержащим менее 30 г/л борной кислоты, приводит к частичному растворению промываемого осадка, а при содержании более 35 г/л из промывного раствора будет выпадать осадок.
Сушка промытого осадка борной кислоты при температуре не более 60°C позволяет обеспечить массовое содержание борной кислоты в продукте не менее 99,9 мас. %. При температуре более 60°C возможен переход кислоты в оксидную форму вследствие глубокой ее дегидратации. Нижнее значение температуры обусловлено соображениями продолжительности сушки и может зависеть от разреженности рабочей атмосферы.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения более широкого ассортимента продуктов, пригодных для повторного использования в технологическом цикле АЭС, а также снижения энергоемкости способа и количества складируемых и захораниваемых вредных отходов.
Сущность предлагаемого способа может быть проиллюстрирована следующими Примерами.
Пример 1. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 104 Na+, 50,8 K+, 263 NO3, 24 SO4 2-, 5,3 Cl-, 42 H3BO3, при pH раствора 8,7. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 11 путем введения 69 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 149 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1168 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.
Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 48,4 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 120 мл воды до обеспечения pH 5 с переводом бората кальция в раствор и отделением 34 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 6,95% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 48,4 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 20°C до обеспечения pH 1. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 35 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 55°C. Получают 32,4 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1168 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 319 NO3 -, 0,8 SO4 2-, 4,6 Cl-, 102 Na+, 44 K+ и 4,8 H3BO3, при силе тока 2 А, напряжении 6 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,5 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 584 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 648,3 HNO3, 1,63 H2SO4, 9,5 HCl, в катодной камере - 584 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 354,8 NaOH, 181,4 KOH, а в средней камере - 1168 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,6 г/л ионов NO3 -, SO4 2-, Cl-, Na+, K+ и 4,8 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,5%. Выход продуктов электродиализа по току - 60%.
Пример 2. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 111,3 Na+, 31,5 K+, 244,3 NO3 -, 35,5 SO4 2-, 10,2 Cl-, 34,6 H3BO3, при pH раствора 8,5. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 9,3 путем введения 54 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 132 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1150 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.
Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 41 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 150 мл воды до обеспечения pH 7 с переводом бората кальция в раствор и отделением 50,3 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 10,8% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 41 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 10°C до обеспечения pH 3. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 3, содержащим 30 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 60°C. Получают 27,5 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1150 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 291,4 NO3 -, 1,2 SO4 2-, 8,9 Cl-, 106,7 Na+, 27,4 K+ и 3,1 H3BO3, при силе тока 2 А, напряжении 6,2 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,5 и Vмр:Vк=1:0,4 с получением в анодной камере 575 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 592,2 HNO3, 2,45 H2SO4, 18,3 HCl, в катодной камере - 460 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 463,9 NaOH, 56,2 KOH, а в средней камере - 1150 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,17 г/л ионов NO3 -, SO4 2-, Cl-, Na+, K+ и 3,1 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,6%. Выход продуктов электродиализа по току - 60%.
Пример 3. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 101,9 Na+, 19 K+, 141,1 NO3 -, 4,8 SO4 2-, 15,1 Cl-, 80,3 Н3ВО3, при pH раствора 8,2. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 10,1 путем введения 82 мл раствора 8,5 моль/л гидроксида натрия NaOH. Затем в боратный раствор вводят 236 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1250 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.
Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 103 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 200 мл воды до обеспечения pH 6,6 с переводом бората кальция в раствор и отделением 6,8 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 1,9% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 103 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 18°C до обеспечения pH 2. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 33 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 40°C. Получают 69,3 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1250 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 241,8 NO3 -, 1,4 SO4 2-, 12,1 Cl-, 94,3 Na+, 15,2 K+ и 1,9 H3BO3, при силе тока 1 А, напряжении 4 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,6 и Vмр:Vк=1:0,6 с получением в анодной камере 750 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 409,5 HNO3, 2,38 H2SO4, 27,7 HCl, в катодной камере - 750 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 273,3 NaOH, 36,4 KOH, а в средней камере - 1250 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 2,42 г/л ионов NO3 -, SO4 2-, Cl-, Na+, K+ и 1,9 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99%. Выход продуктов электродиализа по току - 70%.
Пример 4. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 155,8 Na+, 11,2 K+, 227 NO3 -, 6 SO4 2-, 3,8 Cl-, 18 H3BO3, при pH раствора 12. Осуществляют корректировку pH исходного раствора до 10,6 путем введения 130 мл раствора 4 моль/л азотной кислоты HNO3. Затем в боратный раствор вводят 62 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 5,5 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1190 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.
Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 23 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 м/л и 150 мл воды до обеспечения pH 6,2 с переводом бората кальция в раствор и отделением 8,5 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 2% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 23 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 16°C до обеспечения pH 2,3. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2,3, содержащим 33 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 57°C. Получают 15,6 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1190 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 346 NO3 -, 0,8 SO4 2-, 3,2 Cl-, 130,9 Na+, 9,44 K+ и 0,6 H3BO3, при силе тока 3 А, напряжении 10 В и соотношениях Vмр:Vа=1:1 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 1190 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 352 HNO3, 0,81 H2SO4, 3,3 HCl, в катодной камере - 595 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 455,3 NaOH, 27,0 KOH, а в средней камере - 1190 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,04 г/л ионов NO3 -, SO4 2-, Cl-, Na+, K+ и 0,6 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99,7%. Выход продуктов электродиализа по току - 50%.
Пример 5. Берут 1000 мл исходного боратного раствора, содержащего, г/л: 89,2 Na+, 22,4 K+, 132,7 NO3 -, 17,3 SO4 2- 11,7 Cl-, 37 H3BO3, при pH раствора 10,7. Затем в боратный раствор вводят 336 мл раствора нитрата кальция Ca(NO3)2 с концентрацией 4 моль/л. Получают коллективный осадок бората и сульфата кальция. После отделения фильтрацией коллективного осадка 1220 мл маточного раствора направляют на электродиализ, а осадок бората и сульфата кальция - на получение борной кислоты.
Коллективный осадок бората и сульфата кальция обрабатывают раствором, содержащим 53 мл азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л и 150 мл воды до обеспечения pH 6 с переводом бората кальция в раствор и отделением 24,5 г осадка сульфата кальция, что составляет в пересчете на безводную соль 7,9% от общего содержания солей в исходном растворе. Затем раствор бората кальция обрабатывают 53 мл раствора азотной кислоты с концентрацией 12,2 моль/л при температуре 20°C до обеспечения pH 2. Образовавшийся осадок борной кислоты отделяют от раствора нитрата кальция, промывают азотнокислым раствором с pH 2, содержащим 35 г/л борной кислоты, и сушат при температуре 60°C. Получают 36,1 г борной кислоты. Раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
Электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе с катионообменной и анионообменной мембранами. Электродиализу подвергают 1220 мл маточного раствора, содержащего, г/л: 198,4 NO3 -, 0,9 SO4 2-, 9,6 Cl-, 79,1 Na+, 18,4 K+ и 2,5 H3BO3, при силе тока 1 А, напряжении 5 В и соотношениях Vмр:Vа=1:0,6 и Vмр:Vк=1:0,5 с получением в анодной камере 732 мл раствора азотной кислоты, содержащего, г/л: 336 HNO3, 1,53 H2SO4, 16,4 HCl, в катодной камере - 610 мл раствора гидроксидов натрия и калия, содержащего, г/л: 275,1 NaOH, 53,1 KOH, а в средней камере - 1220 мл обессоленного маточного раствора, содержащего 1,98 г/л ионов NO3 -, SO4 2-, Cl-, Na+, K+ и 2,5 г/л H3BO3. Извлечение ионов из маточного раствора составляет 99%. Выход продуктов электродиализа по току - 70%.
Из вышеприведенного описания и Примеров 1-5 видно, что предлагаемый способ переработки жидких отходов по сравнению с прототипом позволяет получить товарную кристаллическую борную кислоту и высококонцентрированные растворы азотной кислоты (до 648,3 г/л) и гидроксидов натрия (до 463,9 г/л) и калия (до 181,4 г/л), пригодные для повторного использования в технологическом цикле АЭС и для общепромышленного применения. Проведение электродиализа при пониженных значениях силы тока и напряжения обеспечивает снижение энергоемкости. Вовлечение в переработку всех основных компонентов сбросных маточных растворов сокращает количество складируемых и захораниваемых вредных отходов. При реализации способа используется преимущественно стандартное химическое оборудование.

Claims (9)

1. Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием, содержащих соли натрия и калия, включающий введение нитрата кальция в боратный раствор с осаждением бората кальция и его отделением от маточного раствора, электродиализ с использованием электродиализатора с катионообменной и анионообменной мембранами, получение борной кислоты и раствора гидроксидов натрия и калия, отличающийся тем, что исходный боратный раствор в качестве солей натрия и калия содержит их нитраты и сульфаты, нитрат кальция вводят в исходный боратный раствор с получением коллективного осадка бората и сульфата кальция, борную кислоту получают путем обработки коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты с отделением осадка сульфата кальция от раствора бората кальция, после чего раствор бората кальция обрабатывают азотной кислотой с образованием осадка борной кислоты и раствора нитрата кальция, осадок борной кислоты отделяют и сушат, а электродиализу подвергают непосредственно маточный раствор с получением растворов азотной кислоты и гидроксидов натрия и калия.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нитрат кальция вводят в боратный раствор при рН 9,3-11,0.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку коллективного осадка бората и сульфата кальция раствором азотной кислоты ведут до обеспечения рН 5-7.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку раствора бората кальция азотной кислотой ведут при температуре 10-20°С до обеспечения рН 1-3.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор нитрата кальция после отделения осадка борной кислоты добавляют к исходному боратному раствору.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электродиализ маточного раствора ведут в трехкамерном электродиализаторе при отношении объема маточного раствора Vмр в средней камере электродиализатора и объемов анолита Va и католита Vк, соответственно в анодной и катодной камерах, равном Vмр:Va=1:0,5-1,0 и Vмр:Vк=1:0,4-0,6 с получением в анодной камере раствора азотной кислоты, а в катодной камере - раствора гидроксидов натрия и калия.
7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что электродиализ производят при силе тока 1-3 А и напряжении 4-10 В.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок борной кислоты промывают азотнокислым раствором с рН 2-3, содержащим 30-35 г/л борной кислоты.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок борной кислоты сушат при температуре не более 60°С.
RU2017112521A 2017-04-12 2017-04-12 Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием RU2652978C1 (ru)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112521A RU2652978C1 (ru) 2017-04-12 2017-04-12 Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием
CN201880002622.4A CN111226293B (zh) 2017-04-12 2018-03-22 用硼控制处理核电站废液的方法
EP18784976.5A EP3611736A4 (en) 2017-04-12 2018-03-22 PROCESS FOR TRANSFORMING LIQUID WASTE FROM A NUCLEAR POWER PLANT WITH BORON REGULATION
CA3029432A CA3029432C (en) 2017-04-12 2018-03-22 Recycling of nuclear liquid waste with boron control
KR1020187037951A KR102312762B1 (ko) 2017-04-12 2018-03-22 붕소 제어를 갖춘 원자력발전소 액체 폐기물 처리 방법
PCT/RU2018/000179 WO2018190751A1 (ru) 2017-04-12 2018-03-22 Способ переработки жидких отходов аэс с борным регулированием
US16/311,560 US10822241B2 (en) 2017-04-12 2018-03-22 Recycling of nuclear liquid waste with boron control
BR112018077506-1A BR112018077506B1 (pt) 2017-04-12 2018-03-22 Método de processamento de resíduos líquidos de usina atômica com regulamentação borácica
JP2018568865A JP6972042B2 (ja) 2017-04-12 2018-03-22 ホウ素濃度制御による液体核廃棄物のリサイクル方法
MYPI2018003008A MY186292A (en) 2017-04-12 2018-03-22 Method for treating liquid waste from a nuclear power plant with boron control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112521A RU2652978C1 (ru) 2017-04-12 2017-04-12 Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2652978C1 true RU2652978C1 (ru) 2018-05-04

Family

ID=62105363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017112521A RU2652978C1 (ru) 2017-04-12 2017-04-12 Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10822241B2 (ru)
EP (1) EP3611736A4 (ru)
JP (1) JP6972042B2 (ru)
KR (1) KR102312762B1 (ru)
CN (1) CN111226293B (ru)
CA (1) CA3029432C (ru)
MY (1) MY186292A (ru)
RU (1) RU2652978C1 (ru)
WO (1) WO2018190751A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112408717B (zh) * 2020-11-27 2022-11-08 苏州聚微环保科技有限公司 一种硼酸废液的资源化利用新工艺
CN114349016B (zh) * 2021-12-23 2023-03-03 大连理工大学 一种脱除高纯硼酸中痕量钙的方法
CN116143145A (zh) * 2022-12-12 2023-05-23 杭州水处理技术研究开发中心有限公司 一种盐湖提锂脱硼与硼酸回收装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4540512A (en) * 1983-04-06 1985-09-10 Westinghouse Electric Corp. Recovery of boric acid from nuclear waste
UA15840C2 (ru) * 1992-12-07 1997-06-30 Акціонєрноє Общєство Закритого Тіпа "Hаучно-Проізводствєнноє Объєдінєніє "Дєком Інжінірінг" Способ обработки жидких радиоактивных отходов аэс с борной регулировкой
RU2206132C2 (ru) * 2001-04-09 2003-06-10 Производственное объединение "МАЯК" Способ получения боросодержащего флюса для остекловывания радиоактивных жидких отходов
EA200400644A1 (ru) * 2001-11-09 2004-12-30 Владимир Асенов Владимиров Способ и устройство для переработки радиоактивных отходов
CN104200860B (zh) * 2014-09-05 2017-01-18 上海华畅环保设备发展有限公司 硼回收系统除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU654010A1 (ru) * 1977-02-01 1979-12-30 Предприятие П/Я Р-6575 Способ концентрировани жидких радиоактивных отходов
JPS6024439B2 (ja) * 1981-08-29 1985-06-12 旭化成株式会社 硝酸塩含有放射性廃液の処理方法
HU185105B (en) * 1982-06-10 1984-12-28 Magyar Asvanyolaj Es Foeldgaz Method for producing waste solution concentrates of atomic power station having high salt concantration
JPS6463900A (en) * 1987-09-03 1989-03-09 Power Reactor & Nuclear Fuel Treatment of radioactive waste liquid containing sodium sulfate
JPH08271692A (ja) * 1995-03-28 1996-10-18 Toshiba Corp 放射性廃液の処理方法
JP3886689B2 (ja) * 1999-01-29 2007-02-28 株式会社東芝 ほう素含有廃棄物の処理方法
US20090123751A1 (en) 2005-10-27 2009-05-14 Nisshinbo Indrstries, Inc. Method for Producing Fine Particles of Salt, Hydroxide or Oxide, and Fine Particles of Salt, Hydroxide or Oxide Produced by Such Method
JP5649383B2 (ja) * 2010-09-07 2015-01-07 株式会社東芝 ホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置
US8999171B2 (en) * 2011-07-18 2015-04-07 Hl Seawater Holdings, Llc Membrane and electrodialysis based seawater desalination with salt, boron and gypsum recovery
JP2014145619A (ja) * 2013-01-28 2014-08-14 Shimizu Corp 放射化セメントの処理方法
CN104229815B (zh) * 2014-05-16 2017-04-19 肖景波 一种以硝酸处理钠硼解钙石矿或硼镁矿制备硼酸和硝酸钠的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4540512A (en) * 1983-04-06 1985-09-10 Westinghouse Electric Corp. Recovery of boric acid from nuclear waste
UA15840C2 (ru) * 1992-12-07 1997-06-30 Акціонєрноє Общєство Закритого Тіпа "Hаучно-Проізводствєнноє Объєдінєніє "Дєком Інжінірінг" Способ обработки жидких радиоактивных отходов аэс с борной регулировкой
RU2206132C2 (ru) * 2001-04-09 2003-06-10 Производственное объединение "МАЯК" Способ получения боросодержащего флюса для остекловывания радиоактивных жидких отходов
EA200400644A1 (ru) * 2001-11-09 2004-12-30 Владимир Асенов Владимиров Способ и устройство для переработки радиоактивных отходов
US7323613B2 (en) * 2001-11-09 2008-01-29 Vladimir Asenov Vladimirov Method and installation for the treatment of radioactive wastes
CN104200860B (zh) * 2014-09-05 2017-01-18 上海华畅环保设备发展有限公司 硼回收系统除硼工段冷却剂旋流净化方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200024146A1 (en) 2020-01-23
CA3029432A1 (en) 2018-10-18
MY186292A (en) 2021-07-06
EP3611736A1 (en) 2020-02-19
KR20200014177A (ko) 2020-02-10
EP3611736A4 (en) 2021-01-06
BR112018077506A2 (pt) 2020-05-26
KR102312762B1 (ko) 2021-10-25
JP6972042B2 (ja) 2021-11-24
US10822241B2 (en) 2020-11-03
WO2018190751A1 (ru) 2018-10-18
JP2020516850A (ja) 2020-06-11
CA3029432C (en) 2023-02-28
CN111226293B (zh) 2023-09-01
CN111226293A (zh) 2020-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2867388B1 (en) Process and apparatus for generating or recovering hydrochloric acid from metal salt solutions
CN102531025B (zh) 一种稀土氯化铵废水的处理方法
RU2652978C1 (ru) Способ переработки жидких отходов АЭС с борным регулированием
CN107720782A (zh) 一种从高盐废水分盐制取硫酸钾的工艺及所用系统
CN110436482A (zh) 一种去除氯化铵母液中高钾钠的方法
CN103787523A (zh) 一种双极膜处理湿法冶金废水工艺
CN105859005A (zh) 一种不锈钢冷轧酸洗废酸的处理方法及处理系统
CN105236650A (zh) 一种废水处理方法
CN103693787B (zh) 一种柠檬酸钠结晶母液的净化处理工艺
JP4131991B2 (ja) 浸出方法
CN101182009B (zh) 一种腈纶生产中硫氰酸钠水溶液的净化回收方法
CN109534369B (zh) 一种膜集成制备氯化锂设备及其方法
RU2289638C1 (ru) Способ регенерации отработанных травильных кислотных растворов, образующихся при обработке титановых сплавов
CN214611993U (zh) 矿井浓盐水零排放处理系统
JP2013245159A (ja) クラウス法テールガスを包括的に処理するとともに硫酸マンガンを製造する方法
CN112520924A (zh) 一种钽铌湿法冶炼中碱性废水的循环使用及资源化治理方法
RU2367605C1 (ru) Способ переработки титансодержащего концентрата
RU2374343C1 (ru) Способ выделения ванадия из водных натрийсодержащих растворов
RU2780562C1 (ru) Способ получения иодата калия из иодида калия
CN114409157B (zh) 一种废盐水电解制氯碱资源化方法
CN109912093B (zh) 一种基于镨、钕反萃取液的零排放生产工艺
CN117430149A (zh) 电极箔化成槽液废液的回收利用方法
CN104261606A (zh) 一种固体碱吸附净化高浓盐水的方法
BR102023009407A2 (pt) Método e sistema para o processamento de concentrado de terras raras
RU2147621C1 (ru) Способ получения окислов тугоплавких металлов из лопаритового концентрата