RU2702096C1 - Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw - Google Patents
Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702096C1 RU2702096C1 RU2018144142A RU2018144142A RU2702096C1 RU 2702096 C1 RU2702096 C1 RU 2702096C1 RU 2018144142 A RU2018144142 A RU 2018144142A RU 2018144142 A RU2018144142 A RU 2018144142A RU 2702096 C1 RU2702096 C1 RU 2702096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radionuclides
- complex
- sorbent
- unit
- sorption
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/16—Processing by fixation in stable solid media
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к обезвреживанию жидких высокоактивных отходов, и может быть реализовано при утилизации радиоактивных отходов методом отверждения в стабильную форму матриц, полученных сорбцией ВАО на неселективном универсальном сорбенте.The invention relates to nuclear energy, and in particular to the disposal of liquid high-level waste, and can be implemented when disposing of radioactive waste by curing in a stable form matrices obtained by sorption of HLW on a non-selective universal sorbent.
Объединение в единый комплекс процессов синтеза сорбента, сорбции ВАО на этом сорбенте и последующего отверждения с одновременным компактированием высокоактивных отходов позволяет перерабатывать ВАО в промышленных масштабах, что весьма актуально при накопленных количествах радиоактивных отходов.The combination of a sorbent synthesis process, HLW sorption on this sorbent and subsequent solidification with the simultaneous compaction of high-level waste into a single complex allows the processing of HLW on an industrial scale, which is very important for the accumulated amounts of radioactive waste.
Известные способы концентрирования и отверждения жидких ВАО связаны, как правило, с большой избирательностью предлагаемых матриц (Алой А.С., Трофименко А.В., Исхакова О.А., Колычева Т.И. «Разработка состава матрицы для остекловывания концентрата Sr и Cs из ВАО», «Радиохимия», 1997, т. 39, №6, стр. 562-568; Лифанов Ф.А., Савкин А.Е., Сластенников Ю.Т. «Очистка высокосолевых жидких радиоактивных отходов методом селективной сорбции». В сб. «Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. Тезисы докладов «Материалы международной конференции 14-18 октября 1996 г. С.-Петербург, ЦНИИ КМ «Прометей»). Недостатком селективного включения радионуклидов в матрицы отверждения является высокая цена такого фракционирования перерабатываемых РАО и существенное увеличение объемов отходов.Known methods for concentrating and curing liquid HLW are associated, as a rule, with the high selectivity of the proposed matrices (Aloi A.S., Trofimenko A.V., Iskhakova O.A., Kolycheva T.I. “Development of the matrix composition for vitrification of Sr and Cs from VAO "," Radiochemistry ", 1997, v. 39, No. 6, pp. 562-568; Lifanov F.A., Savkin A.E., Slastennikov Yu.T." Purification of high-salt liquid radioactive waste by selective sorption ". In the collection" Radioactive waste. Storage, transportation, processing. Impact on humans and the environment. Abstracts "M materials of the international conference October 14-18, 1996 St. Petersburg, Central Research Institute of CM "Prometheus"). The disadvantage of the selective inclusion of radionuclides in the curing matrix is the high cost of such fractionation of the processed radwaste and a significant increase in waste volumes.
Технология комплексной иммобилизации ВАО в кристаллокерамику типа СИНРОК является весьма затратной, так как для нее требуется сложное дорогостоящее оборудование и использование высоких температур (Ringwood А.Е., Oversby V.M., Kesson S.E. "Immobilization of high-level nuclear reactor wastes in SYNROC". "Nuclear and Chemical Waste Management" 1981. V. 2, p. 287-305).The technology of complex immobilization of HLW into SINROK type ceramic ceramics is very expensive, since it requires complex expensive equipment and the use of high temperatures (Ringwood A.E., Oversby VM, Kesson SE "Immobilization of high-level nuclear reactor wastes in SYNROC". " Nuclear and Chemical Waste Management "1981. V. 2, p. 287-305).
В патенте RU №2432631 описывается комплексная иммобилизация радионуклидов в фосфатную керамику, основной матрицей которой является натрий-циркониевый фосфат со структурой природного коснарита. В эту керамику могут быть включены такие элементы как Na, Cs, Sr, Ln, An, Fe. Но возможность включения Mo, Тс и других элементов не анализировалась. Кроме того, для полной фиксации цезия необходима информация о составе отходов, чтобы скорректировать содержание цезия в коснарите.Patent RU No. 2432631 describes the complex immobilization of radionuclides in phosphate ceramics, the main matrix of which is sodium zirconium phosphate with a natural cosnarite structure. Elements such as Na, Cs, Sr, Ln, An, Fe can be included in this ceramic. But the possibility of including Mo, Tc, and other elements has not been analyzed. In addition, complete fixation of cesium requires information on the composition of the waste in order to adjust the cesium content in cosnarite.
Существующие лабораторные и промышленные установки по переработке ВАО представляют собой комплексы оборудования для остекловывания ВАО. Технология остекловывания, как правило, включает стадии предварительного фракционирования и упаривания, что усложняет и укрупняет конструкцию установки (Сб. «90 лет Радиевому институту им. В.Г. Хлопина», 2013 г., АНО «ИЦАО»). Кроме того, при остекловывании не все радионуклиды могут быть иммобилизованы в стекло в одну стадию. Имеющиеся установки по иммобилизации ВАО в керамику и стеклокерамику очень габаритны, энергоемки, а используемые матрицы избирательны по отношению к включаемым радионуклидам (Сб. «90 лет Радиевому институту им. В.Г. Хлопина», 2013, АНО «ИЦАО»).Existing laboratory and industrial plants for the processing of HLW are sets of equipment for vitrification of HLW. The vitrification technology, as a rule, includes the stages of preliminary fractionation and evaporation, which complicates and enlarges the design of the installation (Sat. “90 years to the Radium Institute named after VG Khlopin”, 2013, ANO “IZAO”). In addition, during vitrification, not all radionuclides can be immobilized in glass in one stage. The existing installations for the immobilization of HLW into ceramics and glass ceramics are very dimensional, energy-intensive, and the matrices used are selective with respect to the included radionuclides (Sat. "90 years of the VG Khlopin Radium Institute", 2013, ANO "ICAO").
В предлагаемом комплексе иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО используют сорбент - слоистый титанат гидразиния, свойства которого описаны в патенте RU 2560407, а также охарактеризованы ранее в нескольких публикациях (Patent WO 2011/116788 А1; журнал «Санкт-Петербургский Университет», №6 (3864) от 16 апреля 2013 г.). В этом материале, получаемом в виде наноразмерного порошка, для сорбции самых разных элементов очень удачно сочетаются большая величина поверхности, ионообменные и окислительно-восстановительные свойства. Возможность сорбции этим сорбентом радионуклидов, так же как и многих других элементов, опробована и описана в приведенных выше публикациях. Однако, о компактных, простых в изготовлении и эксплуатации единых комплексах, использующих неселективный сорбент и позволяющих осуществлять процесс иммобилизации ВАО в промышленных масштабах, авторам заявки в настоящее время не известно.The proposed complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW uses a sorbent - layered hydrazinium titanate, the properties of which are described in patent RU 2560407, as well as previously described in several publications (Patent WO 2011/116788 A1; St. Petersburg University journal, No. 6 (3864 ) dated April 16, 2013). In this material, obtained in the form of a nanosized powder, a large surface area, ion-exchange, and redox properties are very successfully combined for sorption of various elements. The possibility of sorption of radionuclides by this sorbent, as well as many other elements, has been tested and described in the above publications. However, the authors of the application are not currently aware of compact, easy to manufacture and operate single complexes that use a non-selective sorbent and allow the process of immobilization of HLW on an industrial scale.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка автономного комплекса для иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО с последующим переводом их в отвержденную керамику.The objective of the invention is the development of an autonomous complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW with their subsequent transfer to cured ceramic.
Работающий комплекс может позволить осуществлять одностадийную иммобилизацию альфа-, бета-, гамма-радионуклидов широкой номенклатуры, в промышленных масштабах, как в условиях непрерывной работы, так и с прерыванием процесса на любой стадии. Заявляемый комплекс обеспечивает максимальное сокращение первоначального объема ВАО: объем высокоактивных отвержденных отходов сокращается ~ в 100 раз, а жидкие отходы переводятся в разряд низкоактивных или очень низкоактивных; обладает невысокой себестоимостью и низким энергопотреблением; простота конструкции всех элементов комплекса обеспечивает возможность компактного демонтажа загрязненных узлов комплекса и утилизацию каждого узла по отдельности.A working complex can allow one-stage immobilization of alpha, beta, gamma-radionuclides of a wide range, on an industrial scale, both in continuous operation and with interruption of the process at any stage. The inventive complex provides the maximum reduction in the initial volume of HLW: the volume of highly active solidified waste is reduced ~ 100 times, and liquid waste is transferred to the category of low-level or very low-level; It has low cost and low power consumption; the simplicity of the design of all elements of the complex provides the possibility of compact dismantling of contaminated nodes of the complex and the disposal of each node separately.
Технический результат достигается использованием предлагаемого комплекса для иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО, содержащего последовательно расположенные установку для синтеза неселективного сорбента, средства подачи сорбента, блок сорбции, систему отделения высокоактивного осадка от низкоактивного раствора, блок компактирования осадка, включающий узел сушки, пресс и печь для спекания и перевода осадка в устойчивую керамику. При этом установка для производства сорбента содержит три реакторных сосуда, два из которых имеют фторопластовую футеровку, системы подогрева и терморегуляции, по меньшей мере одно перемешивающее устройство и механизм слива. Печь для спекания и перевода осадка в устойчивую керамику снабжена системой газоулавливания, а также приспособлением для продува газом, если необходимо создать восстановительную среду, например, при спекании таблеток, содержащих технеций. Кроме того, блок сорбции и блок компактирования выполнены с возможностью расположения в «горячей камере».The technical result is achieved by using the proposed complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW, containing a sequentially located installation for the synthesis of a non-selective sorbent, a sorbent supply means, a sorption unit, a system for separating a highly active sludge from a low-active solution, a sludge compacting unit including a drying unit, a press and a sintering furnace and converting the precipitate into stable ceramics. The installation for the production of sorbent contains three reactor vessels, two of which have a fluoroplastic lining, heating and thermoregulation systems, at least one mixing device and a drain mechanism. The furnace for sintering and converting sludge into stable ceramics is equipped with a gas trapping system, as well as a device for gas purging, if it is necessary to create a reducing medium, for example, when sintering tablets containing technetium. In addition, the sorption unit and the compacting unit are arranged to be located in a “hot chamber”.
При переработке отходов, содержащих технеций, на предлагаемом комплексе иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО, сорбцию технеция проводят без предварительного восстановления растворенных технетатов, а полученные таблетки с технецием спекают с одновременным продувом сухим аргоном.When processing wastes containing technetium at the proposed complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW, sorption of technetium is carried out without preliminary reduction of dissolved technetates, and the resulting tablets with technetium are sintered with simultaneous blowing with dry argon.
При переработке отходов, содержащих технеций, на предлагаемом комплексе иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО, полученные таблетки с технецием спекают при температуре 1100°C.When processing wastes containing technetium on the proposed complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW, the obtained tablets with technetium are sintered at a temperature of 1100 ° C.
После осуществления иммобилизации отходов на описанном комплексе радионуклидные осадки переводятся в компактную химически устойчивую керамику, а растворы - в низкоактивные или очень низкоактивные отходы.After the immobilization of the waste on the described complex, the radionuclide sediments are transferred to compact chemically stable ceramics, and the solutions are converted into low-level or very low-level waste.
Блок-схема полупромышленного комплекса для иммобилизации жидких ВАО представлена на рисунке (фиг. 1). Цифрами 1 и 2 обозначены реакционные сосуды с растворами гидразина и фтортитановой кислоты, причем температура сосуда 2 поддерживается на уровне 90°C; 3 - реактор для синтеза сорбента (который проводят при 110°C и при постоянном перемешивании); сосуд 2 и реактор 3 имеют внутреннюю фторопластовую футеровку. Раствор после прошедшего синтеза сорбента с помощью специального устройства выливается из реактора в сосуд 4, а сорбент отделяется в блок 5. В блоке 6 путем добавления воды сорбент доводят до состояния пульпы. В условиях «горячей камеры» необходимое количество пульпы сорбента подается в емкость с жидкими ВАО 7. После прохождения блока сорбции происходит удаление жидких отходов, перешедших в разряд НАО или ОНАО, в емкость 8, а высокоактивные, отвержденные на сорбенте отходы, собираются в приемном блоке 9. Далее они поступают в блок компактирования 10, который состоит из узла сушки, пресса и смонтированной в «горячей камере» печи, которая снабжена системой газоулавливания. При необходимости в печи можно выполнять работы с продувом газом. Оборудование блока 10 может быть установлено в соединенных друг с другом цепочкой боксах. Из печи высокоактивные отходы извлекаются в виде компактных химически прочных таблеток.A block diagram of a semi-industrial complex for immobilizing liquid HLW is shown in the figure (Fig. 1). The
Следующие примеры иллюстрируют использование предлагаемого комплекса для извлечения содержащихся в жидких ВАО различных радионуклидных элементов и перевод их в устойчивую керамику. Для проведения экспериментов был смонтирован полупромышленный комплекс иммобилизации радионуклидов из жидких ВАО. Производительность реактора для синтеза - 2 кг сорбента в сутки. При масштабировании процесса производительность наработки сорбента и непрерывной иммобилизации может быть увеличена. Для проверки работы всех узлов изготовленного комплекса проведено отверждение модельных и реальных жидких ВАО (по составу радионуклидов близких к отходам АЭС, в том числе АЭС в Фукусиме) путем осаждения их на предложенном сорбенте и перевода в керамику. Контроль активности исходных жидких ВАО, конечных отвержденных продуктов и маточного раствора показал, что остаточная общая активность маточного раствора составила 0,08 - 3% от первоначальной, по Cs - 10-3-10-4%, по Pu, Am, Np - 10-5-10-6%.The following examples illustrate the use of the proposed complex for the extraction of various radionuclide elements contained in liquid HLW and their conversion to stable ceramics. For the experiments, a semi-industrial complex for the immobilization of radionuclides from liquid HLW was mounted. The productivity of the synthesis reactor is 2 kg of sorbent per day. By scaling up the process, the productivity of sorbent production and continuous immobilization can be increased. To verify the operation of all nodes of the manufactured complex, model and real liquid HLW was cured (by the composition of radionuclides close to the waste of nuclear power plants, including nuclear power plants in Fukushima) by deposition on the proposed sorbent and transfer to ceramic. The control of the activity of the initial liquid HLW, final cured products and the mother liquor showed that the residual total activity of the mother liquor was 0.08 - 3% of the initial, for Cs - 10 -3 -10 -4 %, for Pu, Am, Np - 10 -5 -10 -6% .
Кроме того, для увеличения эффективности работы комплекса, подобраны условия оптимального количественного осаждения радионуклидов на сорбенте в зависимости от pH исходного раствора, номенклатуры нуклидов, времени старения осадков и проведена оценка реального сокращения первоначальных объемов жидких ВАО после перевода их в отвержденную высокоактивную керамику.In addition, to increase the efficiency of the complex, conditions were selected for the optimal quantitative deposition of radionuclides on a sorbent depending on the pH of the initial solution, nuclide nomenclature, aging time of sediments, and an assessment was made of the real reduction in the initial volumes of liquid HLW after transferring them to cured highly active ceramic.
Пример 1.Example 1
Предлагаемый комплекс использовали для иммобилизации компонентов модельного раствора с содержанием соответствующих элементов в тех же количествах, в которых они присутствуют в реальных ВАО (Са - 7,0; Mg - 6,0; Sr - 4,5; K - 9,0; Zr - 5,5; Cs - 11,0, La - 12 г/л). Для сорбции готовили водную суспензию сорбента с содержанием титаната гидразиния ~ 80 г/л. Суспензию вливали в модельный раствор - имитатор ЖРО. После перемешивания, отстаивания (1-30 часов) и фильтрования осадка проводился анализ маточного раствора на содержание контрольных элементов. Результаты анализа продемонстрировали, что сорбция на предлагаемом комплексе с использованием селективного сорбента прошла для Са на 94%, для Mg на 97%, для Sr на 96%, для К на 96%, для Zr на 98%, для Cs на 92%, для La на 99,2%. Повторное добавление сорбента к раствору после отделения осадка улучшает очистку этого раствора до содержания каждого из элементов в количестве не более 0,8% от первоначального.The proposed complex was used to immobilize the components of the model solution containing the corresponding elements in the same amounts in which they are present in real HLW (Ca - 7.0; Mg - 6.0; Sr - 4.5; K - 9.0; Zr - 5.5; Cs - 11.0, La - 12 g / l). For sorption, an aqueous suspension of the sorbent was prepared with a hydrazinium titanate content of ~ 80 g / L. The suspension was poured into a model solution - a simulator of LRW. After stirring, settling (1-30 hours) and filtering the precipitate, the mother liquor was analyzed for the content of control elements. The analysis results showed that sorption on the proposed complex using a selective sorbent was 94% for Ca, 97% for Mg, 96% for Sr, 96% for K, 98% for Zr, 92% for Cs, for La, 99.2%. Re-adding the sorbent to the solution after separation of the precipitate improves the purification of this solution to the content of each of the elements in an amount of not more than 0.8% of the original.
Пример 2.Example 2
Комплекс испытан для иммобилизации реальных радионуклидов. Готовились растворы, содержащие 137Cs, 90Sr, 239Pu, 238U, 243Am, 237Np в виде нитратных и хлоридных солей в количествах от 80 до 140 МБк/л для 90Sr, 243Am, 137Np и 137Cs и от 5 до 30 г/л для 239Pu и 238U. Очень кислые исходные растворы подщелачивались аммиаком до значения pH=6-7. Далее объединение раствора с нуклидами и суспензии сорбента, а также процесс сорбции осуществлялись как описано в примере 1. Если в растворе после добавления аммиака образовывался осадок, проводили сорбцию без отделения осадка. Доказано, что, обладая ионообменными свойствами, слоистый титанат гидразиния может сорбировать катионы не только из растворов, но и из пульп с осадками. Четкая граница раздела между раствором и осадком образовывалась в опытах по сорбции цезия и стронция за 2-5 часов, а в опытах с ураном, америцием и плутонием за 24-30 часов. Весь процесс сорбции и отстаивания осадка осуществлялся в емкости 7 комплекса. При необходимости более полного извлечения компонентов отходов из раствора добавлялось дополнительное количество сорбента; возможно также проведение повторной сорбции из уже отфильтрованного раствора. После отделения высокоактивного осадка активность маточного раствора понижалась в 1000-10000 раз. Отфильтрованный осадок высушивался, из сухого осадка прессовались таблетки, которые подвергались кальцинации в печи. Разработанная специально для эксплуатации в боксе или горячей камере печь позволяет проводить спекание активных образцов по заданной программе в диапазоне температур от комнатной до 1500°C. При сорбции нуклидов в этом примере спекание таблеток проводилось на воздухе при 1100°C. Содержание нуклидов в растворе после отделения его от осадка составило для 90Sr - 0,04%, для 137Cs - 0,82%, для Am, Pu, Np, U - 0,8-1,2% от первоначального.The complex has been tested to immobilize real radionuclides. Solutions were prepared containing 137 Cs, 90 Sr, 239 Pu, 238 U, 243 Am, 237 Np in the form of nitrate and chloride salts in quantities from 80 to 140 MBq / L for 90 Sr, 243 Am, 137 Np and 137 Cs and from 5 to 30 g / l for 239 Pu and 238 U. Very acidic stock solutions were made alkaline with ammonia to pH = 6-7. Then, the solution with the nuclides and the sorbent suspension were combined, as well as the sorption process was carried out as described in Example 1. If a precipitate formed in the solution after adding ammonia, sorption was performed without separation of the precipitate. It is proved that, having ion-exchange properties, layered hydrazinium titanate can sorb cations not only from solutions, but also from pulps with precipitates. A clear interface between the solution and the precipitate was formed in experiments on the sorption of cesium and strontium in 2-5 hours, and in experiments with uranium, americium and plutonium in 24-30 hours. The entire process of sorption and sedimentation of the sediment was carried out in the
Пример 3.Example 3
В предложенном комплексе была проведена иммобилизация растворов с плутонием с различным валентным составом. Использовались растворы, содержащие 238Pu или 239Pu в четырехвалентном состоянии и 239Pu в трехвалентной форме. Оказалось, что время отстаивания до появления четкой границы между раствором и сформировавшимся осадком для разных валентных форм плутония не одинаково. Сорбция из раствора четырехвалентного плутония проходит за 30-32 часа, тогда как максимальная сорбция трехвалентного плутония осуществлялась за 24-30 часов, о чем свидетельствовало полное обесцвечивание голубого раствора. Было доказано, что за пределы комплекса во внешнюю среду выхода радионуклидов не происходило.In the proposed complex, immobilization of solutions with plutonium with different valence composition was carried out. Solutions containing 238 Pu or 239 Pu in the tetravalent state and 239 Pu in the trivalent form were used. It turned out that the settling time before the appearance of a clear boundary between the solution and the formed precipitate is not the same for different valence forms of plutonium. Sorption from a solution of tetravalent plutonium takes place in 30-32 hours, while the maximum sorption of trivalent plutonium was carried out in 24-30 hours, as evidenced by the complete discoloration of the blue solution. It was proved that no radionuclides were released outside the complex into the external environment.
Пример 4.Example 4
Были испытаны возможности комплекса для иммобилизации технеция, содержащегося в исходном растворе в семивалентном состоянии. Все предыдущие работы по иммобилизации технеция в ту или иную прочную матрицу приводили к необходимости перевода технеция в четырехвалентную форму, что требовало использования восстановительных условий и усложнения технологических операций. С применением предлагаемого комплекса и используемого сорбента появилась возможность сорбции технеция без предварительного восстановления растворенных технетатов. Лучше всего технеций сорбировался из растворов с pH=6-8. Восстановлению технеция в процессе сорбции способствуют восстановительные свойства содержащегося в сорбенте межслоевого гидразина в сочетании с очень большой удельной поверхностью порошка. Полное разделение раствора и осадка с адсорбированным технецием проходит за 24-28 часов. При дальнейшей обработке таблетки сорбента с технецием спекаются при 1100°C с одновременным продувом сухим аргоном, после чего остаются устойчивыми в виде керамики, состоящей в основном из рутилоподобных фаз (Ti,Tc)O2. Дозиметрическим контролем рабочих поверхностей доказано, что при спекании описанным способом высокоактивных образцов улетучивания технеция и загрязнения оборудования не происходит.The capabilities of the complex for immobilizing technetium contained in the initial solution in a heptavalent state were tested. All previous work on the immobilization of technetium in one or another strong matrix led to the need to convert technetium into tetravalent form, which required the use of reducing conditions and the complexity of technological operations. Using the proposed complex and the used sorbent, it became possible to sorb technetium without preliminary reduction of dissolved technetates. Technetium was best sorbed from solutions with pH = 6-8. The restoration of technetium during sorption is facilitated by the restoration properties of the interlayer hydrazine contained in the sorbent in combination with a very large specific surface area of the powder. Complete separation of the solution and the precipitate with adsorbed technetium takes 24-28 hours. During further processing, the sorbent tablets with technetium are sintered at 1100 ° C with simultaneous blowing with dry argon, after which they remain stable in the form of ceramics, consisting mainly of rutile-like phases (Ti, Tc) O 2 . Dosimetric control of the working surfaces proved that when sintering highly active samples of volatilization of technetium and equipment contamination in the described manner
Пример 5.Example 5
Определены условия наиболее эффективного осаждения радионуклидов выбранным сорбентом в условиях работы предлагаемого комплекса. Осадок после сорбции состоит из титанатно-гидратных и гидразиновых слоев. При этом металлы с небольшими ионными радиусами входят в титанатные слои, а атомы металлов с большими размерами, как правило, осаждаются в межслоевых областях. Большие ионные радиусы имеют атомы щелочных и щелочноземельных металлов. Атомы с меньшими ионными радиусами, существующие в разных валентных состояниях, в связях которых с другими атомами присутствует ковалентная составляющая, с большой вероятностью входят в титанатные слои. К таким атомам относятся An, Ln, Mo, Zr, Тс. Выявлено различие в скорости осаждения на сорбенте между ионами щелочных и щелочноземельных металлов и ионами многовалентных, иногда имеющих переменную валентность, металлов. Первые осаждаются с большей скоростью, чем вторые. Так, при сорбции цезия четкая граница между осадком и раствором появлялась через 2-3 часа, стронция - через 4-6 часов, а осадок, содержащий актиниды, лантаниды, технеций полностью сформировывался за 24-38 часов. Так как растворы ВАО чаще всего имеют сильнокислую реакцию, были определены оптимальные значения pH жидких отходов перед сорбцией. Оказалось, что зависимость полноты осаждения от pH, так же как и скорость осаждения, связаны с видом сорбируемых атомов. Ионы более крупных атомов с валентностью +1 - +2 почти полностью сорбируются при значении pH 3-6, а для более полной сорбции актинидов, лантанидов, технеция раствор следует предварительно подщелочить до значения pH 6-8.The conditions for the most efficient deposition of radionuclides by the selected sorbent under the operating conditions of the proposed complex are determined. The precipitate after sorption consists of titanate-hydrated and hydrazine layers. In this case, metals with small ionic radii enter the titanate layers, and metal atoms with large sizes, as a rule, are deposited in the interlayer regions. Large ionic radii have atoms of alkali and alkaline earth metals. Atoms with smaller ionic radii that exist in different valence states, in the bonds of which with other atoms have a covalent component, are most likely to enter titanate layers. Such atoms include An, Ln, Mo, Zr, Tc. A difference in the deposition rate on the sorbent between the alkali and alkaline earth metal ions and the polyvalent, sometimes variable valence, metals was revealed. The former are precipitated at a faster rate than the latter. So, during cesium sorption, a clear boundary between the precipitate and the solution appeared after 2-3 hours, strontium - after 4-6 hours, and the precipitate containing actinides, lanthanides, technetium was completely formed in 24-38 hours. Since HLW solutions most often have a strongly acidic reaction, the optimal pH values of liquid wastes were determined before sorption. It turned out that the dependence of the deposition completeness on pH, as well as the deposition rate, are related to the type of adsorbed atoms. Ions of larger atoms with a valency of +1 - +2 are almost completely sorbed at a pH of 3-6, and for a more complete sorption of actinides, lanthanides, technetium, the solution should be pre-alkalized to a pH of 6-8.
Пример 6.Example 6
Проведена оценка эффективного сокращения объема жидких имитаторов ВАО после отверждения их в предлагаемом комплексе иммобилизации. В двух литрах приготовленного азотнокислого модельного раствора содержалось La - 12, Cs - 10, Mo - 8, Rb - 0,6, Zr - 4 г/л. Аммиаком pH раствора был доведен до значения 5, после чего образовался рыхлый осадок. Без отделения осадка в емкость было добавлено 1,8 л суспензии сорбента, в которой количество самого сорбента было 150 г. После отстаивания в течение полутора суток прозрачный раствор был отделен от осадка. Анализ этого раствора показал, что некоторое количество лантана и циркония не целиком перешло в осадок, а осталось в растворенном виде. Дополнительное введение в раствор 600 мл суспензии сорбента привело к тому, что после объединения двух осадков сорбентов с включенными модельными элементами в растворе практически не осталось лантана и циркония. Более полному осаждению лантанидов способствовало также повышение pH модельного раствора перед введением сорбента до значения 6-7. Осадок после постепенного высушивания при температурах 80→380°C прессовался в таблетки, которые затем спекались при 1100°C с выдержкой при этой температуре 1 час. После остывания был измерен общий объем керамизированных таблеток. Он составил 20,5 см3. Таким образом, объем первоначального модельного раствора - имитатора жидких ВАО - сократился в 97,6 раза. При соблюдении технологического регламента на проведение сорбции в предлагаемом комплексе иммобилизации отделенный от осадка раствор по содержанию в нем радионуклидов должен перейти в разряд низкоактивных (НАО) или очень низкоактивных (ОНАО) отходов.An assessment was made of the effective reduction in the volume of liquid HLW simulators after curing them in the proposed immobilization complex. Two liters of the prepared nitric acid model solution contained La - 12, Cs - 10, Mo - 8, Rb - 0.6, Zr - 4 g / l. With ammonia, the pH of the solution was adjusted to a value of 5, after which a loose precipitate formed. Without separating the precipitate, 1.8 L of the sorbent suspension was added to the container, in which the amount of the sorbent itself was 150 g. After settling for a day and a half, the transparent solution was separated from the precipitate. Analysis of this solution showed that a certain amount of lanthanum and zirconium did not completely precipitate, but remained in dissolved form. An additional introduction of 600 ml of the sorbent suspension into the solution led to the fact that after combining the two precipitates of the sorbents with the included model elements, practically no lanthanum and zirconium remained in the solution. A more complete precipitation of lanthanides was also promoted by an increase in the pH of the model solution before the introduction of the sorbent to a value of 6–7. The precipitate after gradual drying at temperatures of 80 → 380 ° C was pressed into tablets, which were then sintered at 1100 ° C with holding at this temperature for 1 hour. After cooling, the total volume of ceramic tablets was measured. It amounted to 20.5 cm 3 . Thus, the volume of the initial model solution - a simulator of liquid HLW - decreased by 97.6 times. Subject to the technological regulations for sorption in the proposed immobilization complex, the solution separated from the precipitate must be transferred to the category of low-level (NAO) or very low-level (VLLW) waste by the content of radionuclides in it.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144142A RU2702096C1 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144142A RU2702096C1 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702096C1 true RU2702096C1 (en) | 2019-10-04 |
Family
ID=68170922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144142A RU2702096C1 (en) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702096C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483789A (en) * | 1979-11-08 | 1984-11-20 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method for permanently storing radioactive ion exchanger resins |
RU2203513C2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-04-27 | Производственное объединение "МАЯК" | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes |
RU2271587C2 (en) * | 2003-11-06 | 2006-03-10 | ФГУП Новосибирский государственный проектно-изыскательский институт "ВНИПИЭТ" | Method for treatment of sulfuric ammonium radioactive solutions and method for immobilizing radionuclide-containing deposits in glass-ceramics |
RU2340968C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-12-10 | Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Method of long-live radionuclide immobilisation |
RU2432631C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Immobilisation method of liquid radioactive waste to ceramics |
-
2018
- 2018-12-12 RU RU2018144142A patent/RU2702096C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4483789A (en) * | 1979-11-08 | 1984-11-20 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method for permanently storing radioactive ion exchanger resins |
RU2203513C2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-04-27 | Производственное объединение "МАЯК" | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes |
RU2271587C2 (en) * | 2003-11-06 | 2006-03-10 | ФГУП Новосибирский государственный проектно-изыскательский институт "ВНИПИЭТ" | Method for treatment of sulfuric ammonium radioactive solutions and method for immobilizing radionuclide-containing deposits in glass-ceramics |
RU2340968C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-12-10 | Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН | Method of long-live radionuclide immobilisation |
RU2432631C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" | Immobilisation method of liquid radioactive waste to ceramics |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rahman et al. | Liquid radioactive wastes treatment: a review | |
Ma et al. | Radioactive wastewater treatment technologies: a review | |
Thomson et al. | Removal of metals and radionuclides using apatite and other natural sorbents | |
EP3242298B1 (en) | Method for processing liquid radioactive waste | |
WO2012048116A2 (en) | Ion exchange regeneration and nuclide specific selective processes | |
CN102208223A (en) | Preparation method for strontium-cesium co-solidified body | |
Lukens et al. | Aqueous synthesis of technetium-doped titanium dioxide by direct oxidation of titanium powder, a precursor for ceramic nuclear waste forms | |
Vance et al. | Advantages hot isostatically pressed ceramic and glass-ceramic waste forms bring to the immobilization of challenging intermediate-and high-level nuclear wastes | |
Bartoś et al. | Adsorption of 137 Cs on titanium ferrocyanide and transformation of the sorbent to lithium titanate: a new method for long term immobilization of 137 Cs | |
Shadrin et al. | Hydrometallurgical and combined technologies fast reactor MNUP and MOX UNF reprocessing | |
RU2702096C1 (en) | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw | |
JPS63100936A (en) | Removal of heavy metal and heavy-metallic radioactive isotope from liquid | |
TWI537981B (en) | Method of disposing radioactive waste of molybdenum-99 | |
TWI643208B (en) | Apparatus of treating radioactive waste of molybdenum-99 | |
Forberg et al. | Synthetic rutile microencapsulation: a radioactive waste solidification system resulting in an extremely stable product | |
Raj et al. | Radioactive waste management in U/Th fuel cycles | |
Straub | Observations on the Removal of Radioactive Materials from Waste Solutions | |
Poirier | Evaluation of Solid-Liquid Separation Technologies to Remove Sludge and Monosodium Titanate from SRS High Level Waste | |
Pepper et al. | Adsorption of strontium from aqueous solution using ethyl butyl phosphonate (EBP) silica | |
Gao et al. | High Efficient Mineralization of Cesium in Waste Liquid by Hydrothermal Method | |
Avramenko et al. | Novel technology for hydrothermal treatment of NPP evaporator concentrates | |
Nzama | Adsorptive Separation of Ce Co Ru Sb And Sr Ions Using Inorganic Ion Exchangers | |
Fuks et al. | Clay-salt slimes of the «Belaruskali»-prospective sorbents for management of the liquid radioactive wastes and decontamination of aqueous solutions | |
Thorogood et al. | Comparison of thermal expansion of Tc and Re salts | |
CAMPBELL et al. | TA DILLOW, JL COLLINS |