RU2731015C1 - Method of processing liquid radioactive wastes - Google Patents

Method of processing liquid radioactive wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2731015C1
RU2731015C1 RU2019124858A RU2019124858A RU2731015C1 RU 2731015 C1 RU2731015 C1 RU 2731015C1 RU 2019124858 A RU2019124858 A RU 2019124858A RU 2019124858 A RU2019124858 A RU 2019124858A RU 2731015 C1 RU2731015 C1 RU 2731015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid radioactive
reagent
dicyandiamide
radioactive wastes
nitrate
Prior art date
Application number
RU2019124858A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Алексеенко
Антон Сергеевич Дьяченко
Константин Юрьевич Катцын
Андрей Викторович Обедин
Евгения Сергеевна Скурыдина
Денис Валерьевич Тихомиров
Владимир Иванович Волк
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Priority to RU2019124858A priority Critical patent/RU2731015C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731015C1 publication Critical patent/RU2731015C1/en

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to nuclear engineering, particularly to radiochemical processing of irradiated nuclear fuel. Method of processing liquid radioactive wastes containing nitrates of mono- and polyvalent cations involves evaporation of liquid radioactive wastes to salt melt, adding a reagent to the still residue, which is a nitrate ion reducer, and treating the still residue with subsequent calcination. Reagent reducing agent used is dicyandiamide (cyanoguanidine).
EFFECT: invention increases safety of the process by eliminating ammonia release during solidification of liquid radioactive wastes, reducing the specific consumption of the reducing reagent with respect to the weight of sodium nitrate in the processing solution.
3 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к радиохимической переработке облученного ядерного топлива, и может быть использовано в технологических схемах переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих нитрат-ион.The invention relates to nuclear technology, in particular to the radiochemical processing of irradiated nuclear fuel, and can be used in technological schemes for the processing of liquid radioactive waste (LRW) containing nitrate ion.

Радиохимическая переработка облученных топливных элементов ядерных реакторов с целью извлечения рециклируемых компонентов топлива генерирует большое количество водных растворов, содержащих радиоактивные отходы. Указанные отходы, являясь коррозионно-опасными, создают проблемы при обращении с ними. При длительном хранении происходит распад высокоактивных продуктов деления. Отходы, содержащиеся в водных растворах, путем упаривания, кальцинации с последующим спеканием или остекловыванием переводят в твердую форму, которая позволяет сократить объем продукта по отношению к объему раствора, и минимизирует проблемы при долговременном хранении. Радиоактивные растворы содержат значительные количества нитрат- и нитрит ионов, преимущественно в виде солей натрия. Подготовка твердой матрицы для хранения отходов посредством вышеупомянутых процедур связано с образованием большого количества токсичных оксидов азота (NOx), особенно диоксида азота.Radiochemical reprocessing of irradiated fuel elements of nuclear reactors in order to extract recyclable fuel components generates a large amount of aqueous solutions containing radioactive waste. The specified wastes, being corrosive and dangerous, create problems when handling them. With prolonged storage, the decomposition of highly active fission products occurs. Waste contained in aqueous solutions, by evaporation, calcination, followed by sintering or vitrification, is converted into a solid form, which allows reducing the volume of the product in relation to the volume of the solution, and minimizes problems during long-term storage. Radioactive solutions contain significant amounts of nitrate and nitrite ions, mainly in the form of sodium salts. The preparation of a solid matrix for storing waste through the above procedures is associated with the formation of a large amount of toxic nitrogen oxides (NO x ), especially nitrogen dioxide.

Известен способ переработки ЖРО, содержащих нитрат натрия, путем перевода их в твердое состояние путем высушивания с последующим разложением высушенных солей до образования смеси окислов (Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 143-148).A known method of processing LRW containing sodium nitrate, by converting them into a solid state by drying, followed by decomposition of dried salts to form a mixture of oxides (Nikiforov A.S. et al. Neutralization of liquid radioactive waste. - M .: Energoatomizdat, 1985, p. 143-148).

Недостатком данного решения является значительное выделение токсичных газов, отсутствие компактности конечного продукта, высокая степень выщелачивания радионуклидов.The disadvantage of this solution is the significant release of toxic gases, the lack of compactness of the final product, a high degree of leaching of radionuclides.

Известен способ отверждения ЖРО для последующего длительного хранения в твердой фазе, содержащих существенные количества натриевых соединений посредством прокаливания в обжиговой печи с псевдоожиженным слоем. Образование нитрата натрия, вызывающего агломерацию частиц псевдоожиженного слоя, замедляется при помощи добавления алюминия и фторида к отходам с целью получения во время прокаливания криолита. Отходящий газ обжиговой печи очищают раствором, содержащим алюминий, для связывания в комплексное соединение любого фторида, который может быть высвобожден при последующем растворении криолита, и предотвращения коррозии в системе очистки отходящих газов (патент US 3943062, МПК G21F 9/16; опубл. 09.03.1976).A known method of solidification of LRW for subsequent long-term storage in the solid phase, containing significant amounts of sodium compounds by calcining in a kiln with a fluidized bed. The formation of sodium nitrate, which causes agglomeration of fluidized bed particles, is slowed down by the addition of aluminum and fluoride to the waste to produce cryolite during calcination. The off-gas of the kiln is purified with a solution containing aluminum to bind into a complex compound of any fluoride that can be released during the subsequent dissolution of cryolite and to prevent corrosion in the off-gas purification system (US patent 3943062, IPC G21F 9/16; publ. 09.03. 1976).

Недостатком данного способа является выделение токсичных газов, возможность образования отложений фтористых солей в коммуникациях, коррозионное воздействие на конструкционные материалы оборудования.The disadvantage of this method is the release of toxic gases, the possibility of the formation of deposits of fluoride salts in communications, corrosive effects on the structural materials of equipment.

Известен способ переработки ЖРО, согласно которому указанные отходы, содержащие нитраты одно- и поливалентных катионов, упаривают до солевого плава, добавляют к кубовому остатку реагент-восстановитель нитрат-ионов и проводят термическую обработку кубового остатка с последующей кальцинацией; в качестве реагента-восстановителя используют карбамид (патент US 3 962 114, МПК G21F 9/08; опубл. 08.06.1976).There is a known method for LRW processing, according to which the said waste containing nitrates of mono- and polyvalent cations is evaporated to a salt melt, a reagent-reducing agent of nitrate ions is added to the bottom residue and heat treatment of the bottom residue is carried out followed by calcination; urea is used as a reducing agent (patent US 3 962 114, IPC G21F 9/08; publ. 08.06.1976).

Разложение нитрата натрия протекает по следующей схеме The decomposition of sodium nitrate proceeds according to the following scheme

NaNO3+3CO(NH2)2+O2=NaOH+2N2+3CO2+3NH3+H2ONaNO 3 + 3CO (NH 2 ) 2 + O 2 = NaOH + 2N 2 + 3CO 2 + 3NH 3 + H 2 O

Данный способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, выбран нами в качестве прототипа.This method of processing liquid radioactive waste containing sodium nitrate was chosen by us as a prototype.

Основными недостатками указанного способа являются:The main disadvantages of this method are:

- низкая эффективность восстановления нитрат-иона за счет разложения карбамида при температуре 132°С и выше;- low efficiency of nitrate ion reduction due to the decomposition of carbamide at a temperature of 132 ° C and higher;

- выделение аммиака (3 моля газа на 1 моль нитрата натрия) в качестве продукта реакции и, как следствие, возникновение пожароопасных условий при ведении процесса с подачей кислорода (газ-реагент) в зону реакции;- the release of ammonia (3 moles of gas per 1 mole of sodium nitrate) as a reaction product and, as a consequence, the occurrence of fire hazardous conditions during the process with the supply of oxygen (reagent gas) to the reaction zone;

- высокий удельный расход карбамида - 68% масс. карбамида на 32% масс. нитрата натрия.- high specific consumption of carbamide - 68% of the mass. urea by 32% of the mass. sodium nitrate.

Задачей изобретения является повышение безопасности проведения процесса путем исключения выделения аммиака в процессе отверждения жидких радиоактивных отходов, уменьшение удельного расхода восстанавливающего агента по отношению к массе нитрату натрия в перерабатываемом растворе.The objective of the invention is to improve the safety of the process by eliminating the release of ammonia in the process of solidification of liquid radioactive waste, to reduce the specific consumption of the reducing agent in relation to the mass of sodium nitrate in the solution being processed.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих нитраты одно- и поливалентных катионов, включающий упаривание ЖРО до солевого плава, добавление к кубовому остатку реагента-восстановителя нитрат-ионов и термическую обработку кубового остатка с последующей кальцинацией, в качестве реагента-восстановителя используют дициандиамид (цианогуанидин) в виде насыщенного раствора.The problem is solved by the fact that in the method of processing liquid radioactive waste containing nitrates of mono- and polyvalent cations, including the evaporation of liquid radioactive waste to a salt melt, the addition of a reducing agent-reducing agent of nitrate ions to the bottom residue and heat treatment of the bottom residue followed by calcination, as a reagent the reducing agent is used dicyandiamide (cyanoguanidine) in the form of a saturated solution.

Разложение нитрата натрия с участием в реакции дициандиамида (ДЦДА) протекает по следующей схеме:The decomposition of sodium nitrate with the participation of dicyandiamide (DCDA) in the reaction proceeds according to the following scheme:

5C2H4N4+12NaNO3=4CO2+10Н2О+16N2+6Na2CO3 5C 2 H 4 N 4 + 12NaNO 3 = 4CO 2 + 10H 2 O + 16N 2 + 6Na 2 CO 3

Удельный расход дициандиамида составляет 29% масс. на 71% масс. нитрата натрия.The specific consumption of dicyandiamide is 29% of the mass. by 71% of the mass. sodium nitrate.

Пример выполнения.Execution example.

Имитатор жидких радиоактивных отходов был приготовлен аналогично прототипу. Реагент-восстановитель (дициандиамид) вводили после упаривания имитатора до состояния солевого плава при массовом дициандиамид : нитрат-ион равном 1:1,9 в виде предварительно приготовленного насыщенного при 80°С раствора (концентрация ДЦДА - 30%). Полученную смесь доупаривали и нагревали далее до стадии интенсивного газовыделения. Анализ отходящих газов показал ожидаемое отсутствие в них аммиака.A simulator of liquid radioactive waste was prepared similarly to the prototype. The reducing agent (dicyandiamide) was introduced after evaporation of the simulator to the state of salt melt at a mass of dicyandiamide: nitrate ion equal to 1: 1.9 in the form of a previously prepared solution saturated at 80 ° C (DCDA concentration - 30%). The resulting mixture was evaporated and heated further to the stage of intense gas evolution. Exhaust gas analysis showed the expected absence of ammonia.

Процесс газовыделения полностью завершился при температуре 350°С. Далее прореагировавшую смесь, в основном карбонат натрия, охлаждали. После чего конечный продукт проанализировали на наличие нитрат-иона. Нитрат-ион не был обнаружен. Массовый расход реагента-восстановителя уменьшается в 5 раз по сравнению со способом по прототипу.The gassing process was completely completed at a temperature of 350 ° C. Then the reacted mixture, mainly sodium carbonate, was cooled. Then the final product was analyzed for the presence of nitrate ion. No nitrate ion was detected. The mass consumption of the reducing agent is reduced by 5 times compared with the prototype method.

Claims (3)

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих нитраты одно- и поливалентных катионов, включающий упаривание ЖРО до солевого плава, добавление к кубовому остатку реагента-восстановителя нитрат-ионов и термическую обработку кубового остатка с последующей кальцинацией, отличающийся тем, что в качестве реагента-восстановителя используют дициандиамид (цианогуанидин) в виде насыщенного раствора.1. A method for processing liquid radioactive waste containing nitrates of mono- and polyvalent cations, including the evaporation of liquid radioactive waste to a salt melt, the addition of a nitrate-ion reducing reagent to the bottom residue and heat treatment of the bottom residue followed by calcination, characterized in that the reagent is the reducing agent is used dicyandiamide (cyanoguanidine) in the form of a saturated solution. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дициандиамид смешивают с кубовым остатком при массовом соотношении дициандиамид:нитрат-ион не менее 1:1,8.2. The method according to claim 1, characterized in that the dicyandiamide is mixed with the distillation residue at a mass ratio of dicyandiamide: nitrate ion of at least 1: 1.8. 3. Способ по п. 1, 2, отличающийся тем, что дициандиамид вводят в виде раствора, насыщенного при температуре не менее 60°С.3. The method according to claim 1, 2, characterized in that the dicyandiamide is administered in the form of a solution saturated at a temperature of at least 60 ° C.
RU2019124858A 2019-08-05 2019-08-05 Method of processing liquid radioactive wastes RU2731015C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124858A RU2731015C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of processing liquid radioactive wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124858A RU2731015C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of processing liquid radioactive wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731015C1 true RU2731015C1 (en) 2020-08-28

Family

ID=72421505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124858A RU2731015C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of processing liquid radioactive wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731015C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962114A (en) * 1975-04-11 1976-06-08 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Method for solidifying liquid radioactive wastes
RU2066493C1 (en) * 1995-11-13 1996-09-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория технологий водоочистки - Наука-LTD" Method of atomic power stations liquid radioactive wastes treatment
RU2347757C2 (en) * 2007-04-02 2009-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств" Method of detoxicating spent solution from steel oxidation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962114A (en) * 1975-04-11 1976-06-08 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Method for solidifying liquid radioactive wastes
RU2066493C1 (en) * 1995-11-13 1996-09-10 Товарищество с ограниченной ответственностью "Лаборатория технологий водоочистки - Наука-LTD" Method of atomic power stations liquid radioactive wastes treatment
RU2347757C2 (en) * 2007-04-02 2009-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств" Method of detoxicating spent solution from steel oxidation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Meijid;e, A., Díez, J.A., Sánchez;-;Martín, L., López;-;Fernández, S., Vallejo, A. (2007). ‘Nitrogen oxide emissions ;from an irrigated maize crop amended with treated pig slurries and composts in a Mediterranean climate’, ;Agriculture, Ecosystems and Environment;, 121;pp.;383-394. *
НИКОЛАС ХАТЧИНГС и др. Животноводческие хозяйства и использование навоза, Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009, обновлено в июне 2010. *
НИКОЛАС ХАТЧИНГС и др. Животноводческие хозяйства и использование навоза, Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009, обновлено в июне 2010. Meijid;e, A., Díez, J.A., Sánchez;-;Martín, L., López;-;Fernández, S., Vallejo, A. (2007). ‘Nitrogen oxide emissions ;from an irrigated maize crop amended with treated pig slurries and composts in a Mediterranean climate’, ;Agriculture, Ecosystems and Environment;, 121;pp.;383-394. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3673086A (en) Method of removing nitric acid, nitrate ions and nitrite ions out of aqueous waste solutions
CN112077124A (en) Treatment method for harmless comprehensive utilization of secondary aluminum ash and preparation method thereof
US3962114A (en) Method for solidifying liquid radioactive wastes
RU2731015C1 (en) Method of processing liquid radioactive wastes
Ivanets et al. Composite metal phosphates for selective adsorption and immobilization of cesium, strontium, and cobalt radionuclides in ceramic matrices
CN111121048A (en) Efficient control method for dioxin in waste incineration
US3006859A (en) Processing of radioactive waste
CN115921501A (en) Secondary aluminum ash treatment method for removing salt and fixing fluorine by wet and dry combined nitrogen and fluorine removal
EP1564188B1 (en) A method for processing spent ion-exchange resins
RU2624270C1 (en) Processing of reactor graphite waste material
RU2293385C1 (en) Liquid radioactive waste immobilizing process
US20220161225A1 (en) Method for treating flue gas from combustion units
RU2394659C1 (en) Method of decontaminating toxic industrial wastes
Mason et al. Thor® steam reforming technology for the treatment of ion exchange resins and more complex wastes such as fuel reprocessing wastes
US20170087511A1 (en) Low Temperature Vapor Phase Digestion of Graphite
Hwang et al. Characteristics of lagoon sludge waste generated from an uranium conversion plant
US20220193475A1 (en) Zero-valent metal and black carbon framework and method of using same
KR20110091162A (en) Removal of toxic material in municipal solid waste incineration bottom ash using ultrasonication
RU2671243C1 (en) Method of processing bituminous-salt radioactive compounds
WO2016034745A2 (en) A method for concentrating and/or entrapping radioisotopes from an aqueous solution
Rodriguez et al. Study of optimal transformation of liquid effluents resulting from the destruction of radioactive sodium by water into ultimate solid wastes
RU2526547C1 (en) Method for reagent recovery of liquid salt nitrite-nitrate heat carrier
CS202109B1 (en) Method of denitrification and stabilization of radioactive water solutions of the distruction isotopes nitrates
US4209399A (en) Process for the working up and regeneration of wash waters containing ammonium
Takaoka Alkali-activated materials for the stabilization/solidification of heavy metals and radioactive substances in incineration residues