RU2788675C1 - Способ дезактивации отработанных ионообменных смол ядерно-топливного цикла, загрязненных гематитом - Google Patents
Способ дезактивации отработанных ионообменных смол ядерно-топливного цикла, загрязненных гематитом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788675C1 RU2788675C1 RU2022128791A RU2022128791A RU2788675C1 RU 2788675 C1 RU2788675 C1 RU 2788675C1 RU 2022128791 A RU2022128791 A RU 2022128791A RU 2022128791 A RU2022128791 A RU 2022128791A RU 2788675 C1 RU2788675 C1 RU 2788675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exchange resins
- solution
- decontamination
- hematite
- spent
- Prior art date
Links
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011019 hematite Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 title abstract description 18
- 230000003588 decontaminative Effects 0.000 title abstract description 18
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title 1
- GUTLYIVDDKVIGB-YPZZEJLDSA-N cobalt-57 Chemical compound [57Co] GUTLYIVDDKVIGB-YPZZEJLDSA-N 0.000 claims abstract 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 15
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 15
- 230000002285 radioactive Effects 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L Iron(II) sulfate Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000460 iron oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000003068 static Effects 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Inorganic materials [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 201000005804 Eastern equine encephalitis Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000000291 inelastic electron tunnelling spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible Effects 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к технологии обработки радиоактивных отходов, и может быть использовано для дезактивации отработанных ионообменных смол (ОИОС). Способ переработки содержащих кобальт-57 ионообменных смол, загрязненных гематитом, проводят дезактивационным раствором, состоящим из 1М H2SO4 и 0.1M FeSO4 при температуре 50 °С. Изобретение позволяет упростить способ дезактивации отработанных ионообменных смол. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к технологии обработки радиоактивных отходов и может быть использовано для дезактивации отработанных ионообменных смол (ОИОС).
В процессе эксплуатации установок очистки радиоактивных технологических сред атомных электростанций (АЭС) образуются отработавшие ионообменные смолы различного уровня активности. Существует несколько способов обращения с ОИОС АЭС, которые, однако, не лишены недостатков. Например, отверждение пульп отработавших ионообменных смол АЭС с использованием традиционных технологий прямого цементирования, которые широко применяются для кондиционирования ОИОС, приводит к значительному увеличению объема компаунда, подлежащего хранению и (или) захоронению. Использование для отверждения (омоноличивания) ионообменных смол полимерных связующих является достаточно дорогим процессом. А сжигание ионообменных смол приводит к образованию токсичных и коррозионно-активных продуктов в виде окислов азота и серы, в процессе сжигания ионообменных смол высока вероятность образования диоксинов. Другие известные в настоящее время технологии обращения с отработавшими смолами АЭС также обладают теми или иными недостатками, которые затрудняют их использование в практике АЭС.
Помимо этого, на эффективность переработки ОИОС сильно влияют присутствующие в них загрязнения различного характера, так при частичной коррозии стальных элементов в конденсационной воде контура АЭС происходит необратимое загрязнение ионообменных смол частицами гематита. Дезактивация ОИОС, загрязненных железооксидными отложениями, стандартными методами малоэффективна и требует специальных подходов.
Использование методов химической и электрохимической дезактивации позволяет переводить ОИОС в разряд нерадиоактивных отходов, а повторное использование дезактивирующих растворов позволяет сокращать объемы вторичных радиоактивных отходов. Одним из таких известных способов переработки ОИОС является дезактивация их раствором HNO3 и NaNO3 при 60-80°С [Korchagin Yu.P. et. al. Improvement of Technology for Treatment of Spent Radioactive Ion-Exchange Resins at Nuclear Power Stations // Therm. Engin. 2010. V. 57. P. 593-597]. Дезактивационный раствор после очистки от Cs-137, Co-60 и корректировки рН используют повторно, что позволяет более чем в 100 раз сократить объем вторичных отходов.
Недостатком данного метода является отсутствие экспериментов по очистке смол, загрязненных гематитом, также при этом, известно, что азотная кислота плохо растворяет железооксидные отложения.
Еще одним известным методом, предложенным в работе [Jo Y.-S. et al. Decontamination Technology for Low Activity Spent Resin From PWR’s / Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference. 2017. P. 169-170.], является разделение радиоактивного круда и ОИОС методом ультразвуковой обработки, с дальнейшим отделением железооксидных отложений из раствора магнитной сепарацией.
Однако известно, что гематит относится к наиболее трудно растворимой части железооксидных отложений, и он практически не удаляется ультразвуком, что и является главным недостатком данного метода.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является дезактивация ОИОС, загрязненной железооксидными отложениями [пат. JP №6439242В2, опубл.19.12.2018], осуществляемая обработкой данной смолы растворами серной или щавелевой кислот при температуре 80 - 120 °С. С последующим осаждением радионуклидов из кислотного дезактивирующего раствора с помощью электроосаждения на катоде.
Основным недостатком известного способа является высокая концентрация используемых растворов кислот, а также высокая температура реакции, приводящая к большим затратам электроэнергии, следовательно, удорожающая процесс переработки.
Задачей изобретения является создание рентабельного и простого в осуществлении способа дезактивации отработанной ионообменной смолы, загрязненной гематитом и содержащей радионуклид Со-57, с возможностью дальнейшего концентрирования радионуклидов и иммобилизации в цементные матрицы.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является упрощение способа дезактивации отработанных ионообменных смол и снижение затрат на его осуществление за счет увеличения эффективности дезактивации, снижение расходов реактивов, и, следовательно, уменьшение объемов вторичных отходов.
Указанный технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что отработанные радиоактивные ионообменные смолы обрабатывают дезактивирующим раствором, состоящим из 1М H2SO4 и 0.1M FeSO4 при температуре 50 °С, а дополнительная промывка ОИОС раствором NaNO3 (3 моль/л) позволяет элюировать значительную часть обменного Со-57, избежав его вторичной адсорбции на ионите.
Дезактивированная ионообменная смола передается на полигон промышленных отходов, а отработанный дезактивирующий раствор в последствии может быть утилизирован путем коррекции рН в щелочную область с использованием NaOH с формированием осадка Fe(OH)3, который одновременно соосаждает радионуклид Со-57.
Заявляемый способ позволяет повысить эффективность растворения железооксидных отложений, благодаря этому появляется возможность с использованием менее концентрированного раствора серной кислоты без внесения дополнительных органических добавок сохранять высокую эффективность дезактивации отработанных ионообменных смол.
Примеры реализации заявляемого способа представлены ниже.
Пример 1.
Дезактивацию модельной ОИОС, содержащей Со-57 и гематит, с активностью 5×104 Бк/кг проводили в статических условиях при непрерывном контакте смолы с дезактивирующим раствором в колбе, размещенной в термостатируемом шейкере-бане, при температуре 50 °С. Дезактивирующий раствор состоял из раствора 1М H2SO4 и 0.1M FeSO4. Соотношение объема дезактивирующего раствора и объема набухшей смолы составляло 50:1. Для снижения вторичной адсорбции Со-57 модельные ОИОС дополнительно промывали 3 М раствором NaNO3 сразу после обработки дезактивирующим раствором, суммарный объем раствора NaNO3 составлял 30 мл на 2 мл набухшей смолы. Для оценки эффективности дезактивации смолы через заданные промежутки времени из колбы отбирали аликвоту раствора и измеряли ее активность, после измерения, раствор возвращали в колбу. Помимо этого, измеряли убыль активности самой смолы.
Коэффициент дезактивации в статических условиях рассчитывали по уравнению:
где, Ao - исходная активность пробы смолы (Бк), At - активность пробы смолы после дезактивации в статических условиях (Бк).
Удельную активность Со-57 (энергия фотопика: 122 кэВ) определяли прямым радиометрическим методом на гамма-спектрометре с детектором, выполненным из NaI(Tl) размером 63x63 мм.
В результате проведенного эксперимента коэффициент дезактивации превышал 103, что говорит о высоком уровне дезактивации ионообменной смолы, загрязненной гематитом, заявляемым способом.
Пример 2.
Дезактивацию модельных ОИОС, содержащих Со-57 и гематит, с активностью 5×104 Бк/кг проводили в динамических условиях с использованием стеклянной колонки. Поддержание температуры 50 °С осуществляли с использованием нагревательного элемента и контроллера с термопарой, расположенной непосредственно внутри колонки. Подачу дезактивирующего раствора в колонку осуществляли снизу, после чего собирали с использованием коллектора фракций для последующего измерения активности. Дезактивирующий раствор состоял из раствора 1М H2SO4 и 0.1M FeSO4. Скорость подачи раствора в колонку составляла 3 мл/ч при объеме смолы 2 мл. После прокачки через колонку заданного объема дезактивирующего раствора, оценивали его активность и остаточную активность смолы.
Коэффициент дезактивации в динамических условиях рассчитывали по уравнению:
где, Ao - исходная активность пробы смолы (Бк), Av - активность пробы смолы после дезактивации в динамических условиях (Бк).
Удельную активность Со-57 (энергия фотопика: 122 кэВ) определяли прямым радиометрическим методом на гамма-спектрометре с детектором, выполненным из NaI(Tl) размером 63x63 мм.
В результате проведенного эксперимента при пропускании через колонку более 200 мл раствора коэффициент дезактивации превышал 103, а эффективность дезактивации достигала 100%, что также подтверждает высокий уровень дезактивации ионообменной смолы, загрязненной гематитом, заявляемым способом.
Дезактивация отработанных ионообменных смол более предпочтительна в динамических условиях, так как исключается вторичная адсорбция Со-57 и отпадает необходимость дополнительной промывки раствором NaNO3.
Claims (3)
1. Способ дезактивации ионообменных смол, содержащих кобальт-57 и гематит, включающий обработку отработанных радиоактивных ионообменных смол дезактивирующим раствором, отличающийся тем, что обработку радиоактивных ионообменных смол проводят дезактивирующим раствором состава 1М H2SO4, 0.1M FeSO4 при температуре 50 °С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для снижения вторичной адсорбции кобальта-57 в следствии ионного обмена на функциональных группах смолы отработанную ионообменную смолу после обработки дезактивирующим раствором дополнительно промывают 3М раствором NaNO3.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения объемов вторичных отходов из отработанного дезактивирующего раствора путем подщелачивания может быть проведено осаждение Fe(OH)3, адсорбирующего радионуклиды кобальта-57, после чего дезактивирующий раствор может быть использован повторно.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2788675C1 true RU2788675C1 (ru) | 2023-01-24 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU890738A1 (ru) * | 1980-04-07 | 1988-03-07 | Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов | Способ регенерации ионообменных смол, насыщенных благородными металлами |
| US4737315A (en) * | 1983-06-08 | 1988-04-12 | Jgc Corporation | Method of treating radioactive organic wastes |
| RU2412495C1 (ru) * | 2009-12-16 | 2011-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ переработки радиоактивных ионообменных смол |
| RU2624631C1 (ru) * | 2016-07-20 | 2017-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Способ переработки радиоактивных ионообменных смол |
| JP6439242B2 (ja) * | 2013-10-24 | 2018-12-19 | 栗田工業株式会社 | 放射性廃イオン交換樹脂の除染方法および除染装置 |
| RU2733055C1 (ru) * | 2020-01-23 | 2020-09-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ переработки отработавших ионообменных смол |
| RU2748055C1 (ru) * | 2020-11-28 | 2021-05-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ электрохимической дезактивации отработанных радиоактивных ионообменных смол |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU890738A1 (ru) * | 1980-04-07 | 1988-03-07 | Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов | Способ регенерации ионообменных смол, насыщенных благородными металлами |
| US4737315A (en) * | 1983-06-08 | 1988-04-12 | Jgc Corporation | Method of treating radioactive organic wastes |
| RU2412495C1 (ru) * | 2009-12-16 | 2011-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ переработки радиоактивных ионообменных смол |
| JP6439242B2 (ja) * | 2013-10-24 | 2018-12-19 | 栗田工業株式会社 | 放射性廃イオン交換樹脂の除染方法および除染装置 |
| RU2624631C1 (ru) * | 2016-07-20 | 2017-07-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук" | Способ переработки радиоактивных ионообменных смол |
| RU2733055C1 (ru) * | 2020-01-23 | 2020-09-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ переработки отработавших ионообменных смол |
| RU2748055C1 (ru) * | 2020-11-28 | 2021-05-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ электрохимической дезактивации отработанных радиоактивных ионообменных смол |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9208915B2 (en) | Ion exchange regeneration and nuclide specific selective processes | |
| US10762997B2 (en) | Decontamination method reducing radioactive waste | |
| IL27663A (en) | Method and composition for decontamination of stainless steel surfaces of the cooling systems of nuclear reactors | |
| KR101919200B1 (ko) | 전해액 재생성 전해제염 방법 | |
| EP0090512A1 (en) | Process for treatment of oxide films prior to chemical cleaning | |
| RU2788675C1 (ru) | Способ дезактивации отработанных ионообменных смол ядерно-топливного цикла, загрязненных гематитом | |
| Murray | A chemical decontamination process for decontaminating and decommissioning nuclear reactors | |
| KR930005582B1 (ko) | 금속 표면의 오염 제거방법 | |
| US3737373A (en) | Method of decontaminating heavy water cooled and moderated reactor | |
| RU2123732C1 (ru) | Способ переработки натриевого теплоносителя ядерного реактора | |
| Won et al. | Dissolution of magnetite by the hydrazine base solution | |
| Miller | High-level radioactive waste | |
| Rizzato | Investigation on retained and released $^ 14} $ C and effects of gamma-radiation for spent Ion-exchange resins arising from boiling water reactors | |
| Verguts et al. | Recovery of cesium and strontium isotopes | |
| Bolshakov et al. | Pilot Plant for Decontamination of Laboratory Liquid Wastes | |
| WO2022087738A1 (en) | Process for the selective removal of anionic radionuclides | |
| RU2440631C1 (ru) | Способ дезактивации отработавшей ионообменной смолы | |
| Sturzer | REMOVAL OF RADIOACTIVE IONS FROM VERY DILUTE AQUEOUS SOLUTIONS BY CO-PRECIPITATION | |
| Craven | INVESTIGATION OF METHODS FOR RADIOACTIVE RESIN DISPOSAL. Final Report M 786 | |
| Ishigure | Water chemistry of nuclear reactor systems | |
| Hsu | Ammonium generation during SRAT cycle | |
| Bibler et al. | Mercury removal from SRP radIOactive waste streams using ion exchange | |
| Andronov et al. | Treatment of locally accumulated liquid radioactive waste at the shelter to remove transuranium elements | |
| Swanton et al. | LIQUID RADIOACTIVE WASTE DISPOSAL FACILITY. Final Engineering Report | |
| JPH0430560B2 (ru) |