WO2008069694A1 - Method for liquid radioactive waste reprocessing (and variants) - Google Patents

Method for liquid radioactive waste reprocessing (and variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2008069694A1
WO2008069694A1 PCT/RU2007/000614 RU2007000614W WO2008069694A1 WO 2008069694 A1 WO2008069694 A1 WO 2008069694A1 RU 2007000614 W RU2007000614 W RU 2007000614W WO 2008069694 A1 WO2008069694 A1 WO 2008069694A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radionuclides
layer
synthesis
particles
oxide
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000614
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Valentin Alexandrovich Avramenko
Vitaly Georgievich Dobrzhansky
Valentin Ivanovich Sergienko
Sergei Ivanovich Shmatko
Original Assignee
Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'nauka - Tekhnologii - Proizvodstvo'
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 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'nauka - Tekhnologii - Proizvodstvo' filed Critical Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'nauka - Tekhnologii - Proizvodstvo'
Priority to EP07852046.7A priority Critical patent/EP2101333B1/en
Publication of WO2008069694A1 publication Critical patent/WO2008069694A1/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
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/16Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/162Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix, e.g. clays, zeolites

Definitions

  • the invention relates to environmental protection, and in particular, to methods for processing liquid radioactive waste (LRW) involving their immobilization into crystalline material, acceptable from an environmental point of view, and can be used in nuclear power plants and chemical and metallurgical industries.
  • LGW liquid radioactive waste
  • a representative of such forms of RW immobilization is a ceramic material commonly known under the trade name Supros, the matrix of which, as a rule, is a combination of hollandite (BaAl 2 Ti 2 O 6 or BaAl 2 Ti 6 O] 6 ), perovskite (CaTiO 3 ) and zirconolite (CaZrTi 2 O 7 ).
  • Synroc ceramics is effective in the case of immobilization of small volumes of radioactive waste, mainly high-level waste (BAO).
  • Hydrothermal methods of processing radioactive waste show that the main problems of hydrothermal treatment of LRW from radionuclides are: the choice of the type of ceramic matrix formed as a result of hydrothermal synthesis, which should be selective to the corresponding radionuclides;
  • the ceramic matrix should be formed in the environment of the purified LRW (pH, salt composition, and other indicators) when appropriate reagents are introduced into the solution at given temperatures and pressures in the system; - separation coefficient of ceramics - the solution should be large enough to provide the necessary coefficient of purification of the solution from radionuclides.
  • purified LRW pH, salt composition, and other indicators
  • sorption-reagent materials The principle of operation of sorption-reagent materials is the continuous formation of an insoluble compound that sorb radionuclides in a porous matrix of an inert material.
  • a continuous growth of crystals of the insoluble compound occurs with the simultaneous sorption of radionuclides.
  • crystalline materials are formed with a very small phase interface and sorbed radionuclides distributed throughout the volume of the crystalline material; therefore, the leaching of radionuclides from sorption-reagent materials is orders of magnitude lower than from selective ion-exchange sorbents with a large exchange capacity and, therefore, a large surface phase separation.
  • JVs 2185671 07/20/2002 describes the extraction of strontium radionuclides from solutions with a high content of hardness salts and liquid radioactive waste of complex chemical composition.
  • CPMs are formed directly during the cleaning process as a result of the interaction of the initial sorption-reagent material containing exchange barium cations with the solution to be purified containing sulfate ions, with the formation of insoluble barium sulfate crystallizing in the matrix of the sorption-reagent material.
  • the objective of the invention is to develop a method for processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides, mainly cobalt, manganese and strontium, in hydrothermal conditions, providing a high degree of purification of solutions from the corresponding radionuclides, a high separation coefficient (ratio of volumes of purified LRW to TPO), the formation of durable durable ceramic matrix with minimal leaching of radionuclides.
  • the problem is solved by the method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides, by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides, in hydrothermal conditions in a stream, when passing processed LRW and reagents necessary for synthesis, through a layer of insoluble particles at a rate that crystallizes the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the layer.
  • the optimal conditions for hydrothermal synthesis are a temperature of 180-250 ° C and a pressure of 20-150 atm.
  • metal oxides or their salts are used as insoluble particles.
  • Iron oxides and / or manganese oxide and / or cobalt oxide are used as metal oxides, and hydroxylapatite is used as a salt.
  • the task in the second embodiment is solved by the method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds that immobilize long-lived radionuclides into a crystal lattice when synthesizing the crystalline phase in the form of oxides in hydrothermal conditions in a stream, bypassing the processed LRW and the reagents necessary for the synthesis through a layer of metal oxides at a rate that crystallizes the synthesized oxides containing radionuclides on the surface of astits oxide layer.
  • iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide are used as transition metal oxides.
  • the task in the third embodiment is solved by a method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides into a crystal lattice, in hydrothermal conditions in a stream, passing processed LRW and reagents necessary for synthesis through a layer of transition metal oxides with speed, providing crystallization of the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the oxide layer.
  • iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide are used as transition metal oxides.
  • Optimally hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
  • the essence of the method in accordance with the first embodiment is as follows.
  • a LRW solution and the reagents necessary for the synthesis of compounds are passed through a layer of insoluble particles under hydrothermal conditions on the particles making up the layer, a new crystalline phase grows, which is a compound that immobilizes radionuclides.
  • One of the differences of the method is that under hydrothermal conditions, the synthesis of oxides occurs by crystallization of a new phase on the surface of the particles of the layer, and not in the volume of the layer, as in the method known from patent RF 2185671.
  • composition of the synthesized compounds formed on the surface of the particles can be different from the composition of the particles of the layer and depends on the composition of the initial solution.
  • the oxides formed on the surface of the oxides which are a layer of particles, can differ in composition from the oxides of the layer, and depend on the composition of the initial solution.
  • crystallization in this case should be understood as the transition of a substance from a liquid state to a solid crystalline state, and by the term “Crystallization on the surface of particles” is a heterogeneous formation of a crystalline phase on the surface of a solid.
  • phase in the context of the present invention should be understood as the generally accepted in the prior art “one-on-one composition and properties part of a thermodynamic system, separated from other phases by interface surfaces on which some properties of the system change abruptly)).
  • immobilization in the present invention should be understood to include radionuclides in the crystal lattice of insoluble compounds that crystallize on the surface of the particles of the layer.
  • a LRW solution is passed through a layer of particles.
  • new compounds are synthesized in the form of crystals that immobilize radionuclides.
  • the rate of transmission of LRW solutions through the particle layer should be such that the formation of crystals on the surface of the particle layer of immobilizing radionuclides provides the necessary degree of purification from radionuclides.
  • crystallization occurs in the volume of the solution, and not on the surface of the particles of the layer.
  • part of the crystals containing radionuclides is carried out beyond the layer and practically no purification takes place.
  • the solution to be purified contains ions that form crystals of compounds immobilizing radionuclides under hydrothermal conditions.
  • reagents are added to the LRW solution, ensuring the presence of ions in the solution necessary for the synthesis.
  • reagents can be used, for example, oxidizing agents, such as hydrogen peroxide or potassium permanganate, oxidizing ions that are part of LRW, to the degree of oxidation at which insoluble compounds and / or metal salts are formed.
  • FIG. 1 shows AFM images of the particles of a layer before carrying out hydrothermal synthesis (initial particle), in FIG. 2 during synthesis, and in FIG. 3 - after completion of hydrothermal synthesis.
  • the necessary reagents corresponding to the type of processed LRW are introduced into the processed LRW, after which the LRW is fed into a flow reactor for hydrothermal synthesis, in which a layer of particles of insoluble compounds is placed.
  • the synthesis is carried out in the temperature range 180-250 C at a pressure of 20-150 atm., which corresponds to a sufficient crystal growth rate and the required degree of purification from radionuclides.
  • radionuclides After completion of the process, when all particles of the layer are coated with crystals of synthesized compounds containing radionuclides, they are sent for storage or for further processing.
  • the solution purified from radionuclides is an industrial non-radioactive waste.
  • Figure l shows the cleaning process at the initial time t.
  • the LRW solution flow rate is sufficient for the formation of crystals on the surface of the particles of the fixed layer.
  • Figure 2 shows the process at an intermediate time t '.
  • a new crystalline phase in the form of layered polycrystals was formed on the surface of particles forming a layer of insoluble particles. This corresponds to the implementation of the cleaning process under optimal conditions.
  • Scheme 3 shows the process at a finite time t effet ⁇ admirably when layered polycrystals immobilizing radionuclides formed on all insoluble particles of the layer.
  • EXAMPLE 1 (option 1).
  • LRW containing 2 g / l Trilon B and 0.5 g / l trisodium phosphate, having a concentration of calcium ions of 0.1 g / l and containing radionuclides strontium-90 (1.5-10 "6 Ku / l), are passed through the layer hydroxylapatite Ca 3 PO 4 -Ca (OH) 2 with a particle size of 0.1-0.3 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm, The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 atm
  • the solution flow is provided by a high-pressure chromatographic pump, while a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the reactor at a high with a capacity of 0.6 ml / min, the Activity of the resulting solution is shown in table 1.
  • Table 1 The values of the leaching coefficients of the strontium radio
  • EXAMPLE 2 (option 2).
  • the bottom residue of evaporating devices for special water treatment of nuclear power plants purified from cesium radionuclides by filtration through ferrocyanide sorbents and containing cobalt-60 (1-10 "5 Ku / l) and manganese-54 (1-10 ⁇ 8 Ku / l) radionuclides, is passed through a layer iron-cobalt ferrite (iron-cobalt oxides) with a molar ratio of iron: cobalt 1: 01 and a particle size of 0.2-0.5 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm, The process is carried out at a flow rate of 2 ml / min, at a temperature of 220 0 C and pressure 100 atm.
  • the flow of the solution is provided by a high pressure chromatography pump.
  • a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the reactor with a second high-pressure pump at a rate of 0.6 ml / min.
  • the activity of the effluent solution is shown in table 2.
  • the values of the cobalt radionuclide leach coefficient from the mixture of the formed oxides determined after the completion of the experiment are also given there.
  • EXAMPLE 3 (option 3).
  • LRW containing 2 g / l Trilon B and 0.5 g / l trisodium phosphate having a concentration of calcium ions of 0.1 g / l and containing radionuclides strontium-90 (1.5-10 "6 Ku / l) are passed through a layer of zirconium oxide with a particle size of 0, 1-0.3 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm.
  • the process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 atm.
  • the flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump.
  • a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the first reactor with a high pressure pump at a rate of 0.6 ml / min.
  • the activity of the effluent solution is shown in table 3.
  • Table 3 The values of the leaching coefficients of the strontium radionuclide from the mixture of calcium and zirconium phosphates determined after the completion of the experiment are also given there. Table 3
  • EXAMPLE 4 Sea water contaminated with radionuclide strontium-90 activity 2-10 "6 Ci is passed through a layer of manganese dioxide with a particle size of 0.05-0.1 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with a size of 100x10 mm. The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 220 0 C and a pressure of 100 atm The solution flow is provided by a high-pressure chromatographic pump, while a 0, ln solution of manganese chloride (P) and 0, ln solution of potassium permanganate are introduced into the reactor with a speed of 0.6 ml / min. Activity arising of solution is shown in Table 4. Also shown are the values of the coefficients of leaching of radionuclide from a charge formed strontium oxides determined after completion of a test.
  • EXAMPLE 5 Decontamination LRW containing 2 g / l sodium oxalate and 0.5 g / l Trilon B, purified from cesium radionuclides by filtration through ferrocyanide sorbents and containing cobalt-60 radionuclides (1-10 "7 Ku / l) and station-90 (4-10 "7 Ku / l) is sequentially passed through a layer of iron-cobalt ferrite with a molar ratio of iron: cobalt 1: 0.1 and a particle size of 0.2-0.5 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with a size of 100x10 mm and through a layer of manganese dioxide with a particle size of 0.05-0.1 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm.
  • the process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 bar.
  • the flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump.
  • a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the first reactor with a high-pressure pump at a rate of 0.6 ml / min, and a solution of manganese (P) chloride 0, ln, is introduced into the second reactor.
  • the activity of the effluent solution is shown in Table 5.
  • the values of the cobalt radionuclide leaching coefficients from the resulting oxides determined after the completion of the experiment are also given there.
  • Alkaline LRW containing 0.3 g / l sodium hydroxide and cobalt-60 radionuclides (G10 "7 Ku / l) and cesium-137 (6-10 " 7 Ku / l) are passed through a filter-perlite layer with an iron content of 3, 4%, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm.
  • the process is conducted at a flow rate of 0.3 ml / min at a temperature of 170 ° C and a pressure of 100 atm.
  • the flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump.
  • the activity of the effluent solution is shown in Table 6.
  • the experimental data presented show that during the processing of LRW by the proposed methods, a charge is formed, which is either metal salts or metal oxides immobilizing radionuclides suitable for burial.
  • the degree of leaching of radionuclides from them is at the level of 10 "5 - 10 " 7 g / cm 2 cells.
  • the solutions obtained after purification with a degree of purification of 10 2 - 10 4 are non-radioactive industrial waste.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

The inventive methods are used for liquid radioactive waste reprocessing by immobilising radionuclides into a crystal material. The inventive methods consist in synthesizing nonsoluble compounds which immobilise long-lived radionuclides. The nonsoluble compounds in the form of salts or oxides are synthesised in hydrothermal conditions in a flow by passing treatable liquid radioactive waste and reagents required for synthesis through a layer of nonsoluble particles at a speed enabling synthesizable radionuclide-containing compounds to be crystallised on the surface of the particles of the layer. The nonsoluble particles are embodied in the form of metal oxides, for example iron, manganese, cobalt or zirconium oxides or salts, for example hydroxylapatite. The hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250°C and a pressure ranging from 20 to 150 atm.

Description

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ METHOD FOR PROCESSING LIQUID RADIOACTIVE WASTE
(ВАРИАНТЫ)(OPTIONS)
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно, к способам переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) предусматривающим их иммобилизацию в кристаллический материал, приемлемый с экологической точки зрения, и может быть использовано на предприятиях атомной энергетики и химико- металлургических производств.The invention relates to environmental protection, and in particular, to methods for processing liquid radioactive waste (LRW) involving their immobilization into crystalline material, acceptable from an environmental point of view, and can be used in nuclear power plants and chemical and metallurgical industries.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Переработка жидких радиоактивных отходов связана с необходимостью достижения безопасного долговременного хранения радиоактивных отходов (РАО), для чего должен быть осуществлен перевод твердых радиоактивных отходов (TPO) в состояние, обеспечивающее минимальное выщелачивание радионуклидов природными водами. Эту задачу решают с помощью таких известных методов, как битумирование, цементирование и остекловывание РАО (патент РФ N° 2088986, 27.08.1997; патент РФ Xo 2271586, 10.03.2006; патент РФ JY° 2131152, 27.05.1999; Donald LW., Меtсаlfе B.L., Тауlоr R.N.J. Тhе immоbilizаtiоп оf high lеvеl rаdiоасtivе wаstеs usiпg сегаmiсs апd glаssеs. Rеviеw. Jоurпаl оf Маtеriаls Sсiепсе, 32, 1997. р. 5856-5862). Наименьшая степень выщелачивания обеспечивается при остекловывании РАО и имеет величину порядка 10"6 г/см2 -сутки.The processing of liquid radioactive waste is associated with the need to achieve safe long-term storage of radioactive waste (RW), for which the solid radioactive waste (TPO) must be transferred to a state that minimizes the leaching of radionuclides by natural waters. This problem is solved using such well-known methods as bitumen, cementing and vitrification of radioactive waste (RF patent N ° 2088986, 08/27/1997; RF patent Xo 2271586, 03/10/2006; RF patent JY ° 2131152, 05/27/1999; Donald LW., Metalself BL, Taulor RNJ The immobilizofiof high leveled radio usstg segamis ap glaesses. Rev. Jurpal оf Matheriles Сiepse, 32, 1997. 586. The smallest degree of leaching is provided by the vitrification of radioactive waste and has a value of the order of 10 "6 g / cm 2 day.
В настоящее время заметно усилился интерес к оксидным материалам, как матрицам для концентрирования и отверждения растворов солей радионуклидов и тяжелых металлов, используемым в процессах переработки жидких радиоактивных отходов. Такая форма захоронения отходов представляется наиболее перспективной, т.к. обеспечивает более высокую радиационную, химическую и термическую стойкость в сравнении с указанными выше методами.Currently, interest in oxide materials has significantly increased as matrices for the concentration and curing of solutions of salts of radionuclides and heavy metals used in the processing of liquid radioactive waste. This form of waste disposal seems to be the most promising, because provides higher radiation, chemical and thermal resistance in comparison with the above methods.
Представителем таких форм иммобилизации РАО является керамический материал, широко известный под торговым наименованием Sупrос, матрица которого, как правило, представляет собой комбинацию голландита (BaAl2Ti2O6 или BaAl2Ti6O]6), перовскита (CaTiO3) и цирконолита (CaZrTi2O7).A representative of such forms of RW immobilization is a ceramic material commonly known under the trade name Supros, the matrix of which, as a rule, is a combination of hollandite (BaAl 2 Ti 2 O 6 or BaAl 2 Ti 6 O] 6 ), perovskite (CaTiO 3 ) and zirconolite (CaZrTi 2 O 7 ).
Синтезу и использованию керамики Sупrос для иммобилизации РАО посвящено большое количество работ (патент РФ Nz 2153717, 27.07.2000, EP Mb 0007236, 23.01.1980; US Ш 4274976, 23.06.1981; Riпgwооd A.E., Кеssоп S.E., Rееvе K.D., Lеviпs D.M., Ramm EJ. Synroc In: Rаdiоасtivе Wаstе Fоrms fоr thе Futurе. Еds. Lutzе W. апd Еwiпg R.С. Аmstеrdаm: Еlsеviеr Sсiепсе Рublishеrs B.V., 1988. P. 233-334; Dопаld I. W., Меtсаlfе B.L., Тауlоr R.NJ. Thе immоbilizаtiоп оf high lеvеl rаdiоасtivе wаstеs usiпg сеrаmiсs апd glаssеs. Rеviеw. Jоumаl оf Маtеriаls Sсiепсе, 32, 1997. р. 5862-5865 и другие). Материалы указанного типа позволяют уменьшить степень выщелачивания РАО из керамической матрицы до 10"9 г/см2 -сутки.A large number of works have been devoted to the synthesis and use of Supros ceramics for RW immobilization (RF patent Nz 2153717, 07/27/2000, EP Mb 0007236, 01/23/1980; US Ш 4274976, 06/23/1981; Ripgwood AE, Kessop SE, Reevе KD, Leviсs DM, Ramm EJ. Synroc In: Radio Waste Forms For Future. Eds. Lutze W. apd Ewipg R.C. Amstördam: Elsever Sieppse Publishers BV, 1988. P. 233-334; Dopal IW, Metalslе BL, Taulor R.NJ. Thе immobilizatiоf оf high level radio radio wаstеs usіpg сеrаmісs аd glаssеs. Revеw. Joumal of Matheriles Sciepse, 32, 1997. 5862-5865 and others). Materials of this type can reduce the degree of leaching of radioactive waste from the ceramic matrix to 10 "9 g / cm 2 day.
Указанные способы переработки РАО, в которых осуществляется иммобилизация радиоактивных отходов в керамическую матрицу, наряду с указанными выше достоинствами обладают и рядом недостатков, обусловленных высокой энергоемкостью проводимых высокотемпературных процессов (1000 С и выше), многооперационностью и необходимостью использования специального оборудования.The indicated methods for RW processing, in which the radioactive waste is immobilized into a ceramic matrix, along with the above advantages have a number of disadvantages due to the high energy intensity of the high-temperature processes (1000 C and above), multi-operation and the need to use special equipment.
Кроме того, следует отметить, что использование керамики Synroc эффективно в случае иммобилизации небольших объемов РАО, главным образом, высокоактивных отходов (BAO).In addition, it should be noted that the use of Synroc ceramics is effective in the case of immobilization of small volumes of radioactive waste, mainly high-level waste (BAO).
В последние годы развиваются ' работы по гидротермальному синтезу керамических материалов и минералов, пригодных для иммобилизации радионуклидов в процессах переработки РАО.In recent years, work has been developing on the hydrothermal synthesis of ceramic materials and minerals suitable for the immobilization of radionuclides in RW processing processes.
Гидротермальный синтез, в процессе которого скорость роста кристаллов увеличивается многократно по сравнению с синтезом при обычных температурах, представляет новые возможности для селективного извлечения радионуклидов. Однако количество керамических материалов, синтезированных гидротермально и способных иммобилизовать радионуклиды, весьма ограничено (Jоhпsоп CD, Skаklе J.M.S., Jоhrtsоп М.G. Feldmann J. Масрhее D.Е. Нуdrоthеrmаl sупthеsis, сrуstаl stгасturе апd аquеоus stаbilitу оf twо саdmium аrsепаtе рhаsеs, CdNH4(HAsO4)OH апd Cd5H2(As04)4 -4H2O. J. Маtеr. Сhеm., 2003, 13, 1429-1432).Hydrothermal synthesis, during which the crystal growth rate increases manyfold compared with synthesis at ordinary temperatures, presents new opportunities for the selective extraction of radionuclides. However, the amount of ceramic materials synthesized hydrothermally and able to immobilize the radionuclides rather limited (Johpsop CD, Skakle JMS, M.G. Johrtsop Feldmann J. Masrhee D.E. Nudrothermal supthesis, srustal stgasture apd aqueous stabilitu ° F two sadmium arsepate rhases, CdNH 4 (HAsO 4 ) OH and Cd 5 H 2 (As0 4 ) 4 -4H 2 OJ Mat. Chem., 2003, 13, 1429-1432).
Гидротермальные методы переработки радиоактивных отходов показывают, что основными проблемами гидротермальной очистки ЖРО от радионуклидов являются: выбор типа керамической матрицы, образующейся в результате гидротермального синтеза, которая должна быть селективной к соответствующим радионуклидам;Hydrothermal methods of processing radioactive waste show that the main problems of hydrothermal treatment of LRW from radionuclides are: the choice of the type of ceramic matrix formed as a result of hydrothermal synthesis, which should be selective to the corresponding radionuclides;
- керамическая матрица должна образовываться в среде очищаемых ЖРО (рН, солевой состав и др. показатели) при введении в раствор соответствующих реагентов при заданных температурах и давлении в системе; - коэффициент разделения керамика - раствор должен быть достаточно велик, чтобы обеспечить необходимый коэффициент очистки раствора от радионуклидов.- the ceramic matrix should be formed in the environment of the purified LRW (pH, salt composition, and other indicators) when appropriate reagents are introduced into the solution at given temperatures and pressures in the system; - separation coefficient of ceramics - the solution should be large enough to provide the necessary coefficient of purification of the solution from radionuclides.
Новыми, перспективными для извлечения радионуклидов, являются сорбционно- реагентные материалы (CPM).New, promising for the extraction of radionuclides are sorption reagent materials (CPM).
Принцип действия сорбционно-реагентных материалов заключается в непрерывном образовании нерастворимого соединения, сорбирующего радионуклиды в пористой матрице инертного материала. При этом происходит непрерывный рост кристаллов нерастворимого соединения с одновременной сорбцией радионуклидов. В результате образуются кристаллические материалы с очень малой поверхностью раздела фаз и сорбированными радионуклидами, распределенными по всему объему кристаллического материала, поэтому выщелачивание радионуклидов из сорбционно- реагентных материалов на порядки ниже, чем из селективных ионообменных сорбентов, обладающих большой обменной емкостью и, следовательно, большой поверхностью раздела фаз.The principle of operation of sorption-reagent materials is the continuous formation of an insoluble compound that sorb radionuclides in a porous matrix of an inert material. In this case, a continuous growth of crystals of the insoluble compound occurs with the simultaneous sorption of radionuclides. As a result, crystalline materials are formed with a very small phase interface and sorbed radionuclides distributed throughout the volume of the crystalline material; therefore, the leaching of radionuclides from sorption-reagent materials is orders of magnitude lower than from selective ion-exchange sorbents with a large exchange capacity and, therefore, a large surface phase separation.
Так, в патенте РФ JVs 2185671 20.07.2002 описано извлечение радионуклидов стронция из растворов с высоким содержанием солей жесткости и жидких радиоактивных отходов сложного химического состава. CPM формируются непосредственно в процессе очистки в результате взаимодействия исходного сорбционно-реагентного материала, содержащего обменные катионы бария, с очищаемым раствором, содержащим сульфат-ионы, с образованием нерастворимого сульфата бария, кристаллизующегося в матрице сорбционно-реагентного материала.So, in the patent of the Russian Federation JVs 2185671 07/20/2002 describes the extraction of strontium radionuclides from solutions with a high content of hardness salts and liquid radioactive waste of complex chemical composition. CPMs are formed directly during the cleaning process as a result of the interaction of the initial sorption-reagent material containing exchange barium cations with the solution to be purified containing sulfate ions, with the formation of insoluble barium sulfate crystallizing in the matrix of the sorption-reagent material.
Этот способ является наиболее близким к предложенному способу.This method is the closest to the proposed method.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является разработка способа переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, преимущественно, кобальт, марганец и стронций, в гидротермальных условиях, обеспечивающего высокую степень очистки растворов от соответствующих радионуклидов, высокий коэффициент разделения (отношение объемов очищенных ЖРО к TPO), формирование прочной долговечной керамической матрицы с минимальным выщелачиванием радионуклидов .The objective of the invention is to develop a method for processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides, mainly cobalt, manganese and strontium, in hydrothermal conditions, providing a high degree of purification of solutions from the corresponding radionuclides, a high separation coefficient (ratio of volumes of purified LRW to TPO), the formation of durable durable ceramic matrix with minimal leaching of radionuclides.
Поставленная задача решается способом переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизующих долгоживущие радионуклиды, в гидротермальных условиях в потоке, при пропускании перерабатываемых ЖРО и реагентов, необходимых для синтеза, через слой нерастворимых частиц со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых соединений, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя.The problem is solved by the method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides, by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides, in hydrothermal conditions in a stream, when passing processed LRW and reagents necessary for synthesis, through a layer of insoluble particles at a rate that crystallizes the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the layer.
Оптимальными условиями гидротермального синтеза являются температура 180- 2500C и давление 20-150 атм.The optimal conditions for hydrothermal synthesis are a temperature of 180-250 ° C and a pressure of 20-150 atm.
Преимущественно в качестве нерастворимых частиц используют оксиды металлов или их соли.Mostly, metal oxides or their salts are used as insoluble particles.
В качестве оксидов металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта, а в качестве соли гидроксилапатит.Iron oxides and / or manganese oxide and / or cobalt oxide are used as metal oxides, and hydroxylapatite is used as a salt.
Поставленная задача во втором варианте решается способом переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизующих долгоживущие радионуклиды в кристаллическую решетку, при синтезе кристаллической фазы в виде оксидов в гидротермальных условиях в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой оксидов металлов со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых оксидов, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя оксидов.The task in the second embodiment is solved by the method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds that immobilize long-lived radionuclides into a crystal lattice when synthesizing the crystalline phase in the form of oxides in hydrothermal conditions in a stream, bypassing the processed LRW and the reagents necessary for the synthesis through a layer of metal oxides at a rate that crystallizes the synthesized oxides containing radionuclides on the surface of astits oxide layer.
Преимущественно в качестве оксидов переходных металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта и/или оксид циркония.Preferably, iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide are used as transition metal oxides.
Оптимально осуществлять гидротермальный синтез при температуре 180-2500C и давлении 20-150 атм.It is optimal to carry out hydrothermal synthesis at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
Поставленная задача в третьем варианте решается способом переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизующих долгоживущие радионуклиды в кристаллическую решетку, в гидротермальных условиях в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой оксидов переходных металлов со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых соединений, содержащих радионуклиды на поверхности частиц оксидов слоя.The task in the third embodiment is solved by a method of processing liquid radioactive waste containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides into a crystal lattice, in hydrothermal conditions in a stream, passing processed LRW and reagents necessary for synthesis through a layer of transition metal oxides with speed, providing crystallization of the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the oxide layer.
Преимущественно в качестве оксидов переходных металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта и/или оксид циркония.Preferably, iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide are used as transition metal oxides.
Оптимально гидротермальный синтез осуществляют при температуре 180-2500C и давлении 20-150 атм.Optimally hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
Сущность способа в соответствии с первым вариантом заключается в следующем. При пропускании раствора ЖРО и реагентов, необходимых для синтеза соединений, через слой нерастворимых частиц в гидротермальных условиях на частицах, составляющих слой, происходит рост новой кристаллической фазы, представляющей собой соединения, иммобилизующие радионуклиды.The essence of the method in accordance with the first embodiment is as follows. When a LRW solution and the reagents necessary for the synthesis of compounds are passed through a layer of insoluble particles under hydrothermal conditions on the particles making up the layer, a new crystalline phase grows, which is a compound that immobilizes radionuclides.
Одним из отличий способа является то, что в гидротермальных условиях синтез оксидов происходит путем кристаллизации новой фазы на поверхности частиц слоя, а не в объеме слоя, как в способе известном из патента РФ 2185671.One of the differences of the method is that under hydrothermal conditions, the synthesis of oxides occurs by crystallization of a new phase on the surface of the particles of the layer, and not in the volume of the layer, as in the method known from patent RF 2185671.
Следует также отметить, что состав синтезируемых соединений, образующихся на поверхности частиц, может быть отличен от состава частиц слоя и зависит от состава исходного раствора.It should also be noted that the composition of the synthesized compounds formed on the surface of the particles can be different from the composition of the particles of the layer and depends on the composition of the initial solution.
Сущность способа в соответствии со вторым вариантом заключается в следующем. * The essence of the method in accordance with the second option is as follows. *
При пропускании раствора ЖРО и реагентов через слой оксидов нерастворимых частиц в гидротермальных условиях на частицах оксидов, составляющих слой, происходит рост новой кристаллической фазы, представляющей собой оксиды, иммобилизующие радионуклиды.When a solution of LRW and reagents is passed through an oxide layer of insoluble particles under hydrothermal conditions on the oxide particles that make up the layer, a new crystalline phase, which is an oxide immobilizing radionuclides, grows.
Одним из отличий способа является то, что в гидротермальных условиях синтез оксидов происходит путем кристаллизации новой фазы на поверхности частиц слоя, а не в объеме слоя, как в известном способе (РФ 2185671).One of the differences of the method is that under hydrothermal conditions, the synthesis of oxides occurs by crystallization of a new phase on the surface of the particles of the layer, and not in the volume of the layer, as in the known method (RF 2185671).
Следует отметить, что оксиды, образующихся на поверхности оксидов, представляющих собой слой частиц, могут отличаться по своему составу от оксидов слоя, и зависят от состава исходного раствора.It should be noted that the oxides formed on the surface of the oxides, which are a layer of particles, can differ in composition from the oxides of the layer, and depend on the composition of the initial solution.
Сущность способа в соответствии с третьим вариантом заключается в следующем.The essence of the method in accordance with the third option is as follows.
При пропускании раствора ЖРО и реагентов через слой нерастворимых оксидов в гидротермальных условиях на частицах, составляющих слой оксидов, происходит рост новой кристаллической фазы, представляющей собой соединения, иммобилизующие радионуклиды.When a solution of LRW and reagents is passed through a layer of insoluble oxides under hydrothermal conditions on the particles making up the oxide layer, a new crystalline phase grows, which is a compound that immobilizes radionuclides.
Одним из отличий способа является то, что в гидротермальных условиях синтез нерастворимых частиц происходит путем кристаллизации новой фазы на поверхности оксидов слоя, а не в объеме слоя, как в известном способе (РФ 2185671).One of the differences of the method is that under hydrothermal conditions the synthesis of insoluble particles occurs by crystallization of a new phase on the surface of the oxide of the layer, and not in the volume of the layer, as in the known method (RF 2185671).
Под термином «кpиcтaллизaция» в данном случае следует понимать переход вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое состояние, а под термином «кpиcтaллизaция на поверхности чacтиц» - гетерогенное образование кристаллической фазы на поверхности твердого тела.The term “crystallization” in this case should be understood as the transition of a substance from a liquid state to a solid crystalline state, and by the term “Crystallization on the surface of particles” is a heterogeneous formation of a crystalline phase on the surface of a solid.
Под термином «фaзa» в контексте настоящего изобретения следует понимать общепринятую в уровне техники «oднopoднyю по составу и свойствам часть термодинамической системы, отделенную от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы)).The term "phase" in the context of the present invention should be understood as the generally accepted in the prior art "one-on-one composition and properties part of a thermodynamic system, separated from other phases by interface surfaces on which some properties of the system change abruptly)).
Под термином иммобилизация в настоящем изобретении следует понимать включение радионуклидов в кристаллическую решетку нерастворимых соединений, кристаллизующихся на поверхности частиц слоя.The term immobilization in the present invention should be understood to include radionuclides in the crystal lattice of insoluble compounds that crystallize on the surface of the particles of the layer.
В ходе осуществления процесса через слой частиц пропускают раствор ЖРО. При этом на поверхности слоя в гидротермальных условиях, т.е. при повышенных температуре и давлении, синтезируются новые соединения в виде кристаллов, которые иммобилизуют радионуклиды. Скорость пропускания растворов ЖРО через слой частиц должна быть такой, чтобы образование кристаллов на поверхности слоя частиц иммобилизующих радионуклиды обеспечивало необходимую степень очистки от радионуклидов. При скорости потока больше некоторого значения, определяемого экспериментально в каждом конкретном случае, происходит кристаллизация в объеме раствора, а не поверхности частиц слоя. При этом часть кристаллов, содержащих радионуклиды, выносится за слой и очистки практически не происходит.During the process, a LRW solution is passed through a layer of particles. Moreover, on the surface of the layer under hydrothermal conditions, i.e. at elevated temperatures and pressures, new compounds are synthesized in the form of crystals that immobilize radionuclides. The rate of transmission of LRW solutions through the particle layer should be such that the formation of crystals on the surface of the particle layer of immobilizing radionuclides provides the necessary degree of purification from radionuclides. At a flow rate greater than a certain value determined experimentally in each case, crystallization occurs in the volume of the solution, and not on the surface of the particles of the layer. At the same time, part of the crystals containing radionuclides is carried out beyond the layer and practically no purification takes place.
Для осуществления процесса очистки необходимо, чтобы очищаемый раствор содержал ионы, образующие в гидротермальных условиях кристаллы соединений, иммобилизующие радионуклиды. Для синтеза кристаллической фазы в раствор ЖРО добавляют реагенты, обеспечивающие наличие в растворе ионов, необходимых для синтеза. В качестве таких реагентов могут быть использованы, например, окислители, такие как пероксид водорода или перманганат калия, окисляющие ионы, входящие в состав ЖРО, до степени окисления, при которой образуются нерастворимые соединения, и/или соли металлов.To carry out the cleaning process, it is necessary that the solution to be purified contains ions that form crystals of compounds immobilizing radionuclides under hydrothermal conditions. For the synthesis of the crystalline phase, reagents are added to the LRW solution, ensuring the presence of ions in the solution necessary for the synthesis. As such reagents can be used, for example, oxidizing agents, such as hydrogen peroxide or potassium permanganate, oxidizing ions that are part of LRW, to the degree of oxidation at which insoluble compounds and / or metal salts are formed.
В результате проведенных исследований было установлено, что синтез кристаллов зависит от конкретных условий гидротермального процесса. Так, при одной и той же скорости потока исходного раствора, не превышающей скорости кристаллизации в области температур от 1800C до 2500C и давлении от 20 до 150 атм. кристаллизации происходит на поверхности частиц слоя. В случае осуществления процесса при давлении менее 20 атм. и температуре менее 1800C кристаллизации частично происходит в объеме. Проведение процесса при давлении выше 150 атм. и температуре выше 2500C экономически не оправдано.As a result of the studies, it was found that the synthesis of crystals depends on the specific conditions of the hydrothermal process. So, at the same flow rate of the initial solution, not exceeding the crystallization rate in the temperature range from 180 0 C to 250 0 C and pressure from 20 to 150 atm. crystallization occurs on the surface of the particles of the layer. In the case of the process at a pressure of less than 20 atm. and at temperatures below 180 0 C crystallization partially occurs in volume. Carrying out the process at a pressure above 150 atm. and temperatures above 250 0 C are not economically justified.
Более подробно процесс может быть пояснен с использованием схем, приведенных на фигурах 1-3.In more detail, the process can be explained using the schemes shown in figures 1-3.
На фиг. 1 показаны АСМ-изображения частиц слоя, до проведения гидротермального синтеза (исходная частица), на фиг.2 в процессе синтеза, а на фиг. 3 - после завершения гидротермального синтеза.In FIG. 1 shows AFM images of the particles of a layer before carrying out hydrothermal synthesis (initial particle), in FIG. 2 during synthesis, and in FIG. 3 - after completion of hydrothermal synthesis.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Способ для любого из вариантов осуществляют следующим образом.The method for any of the options is as follows.
В перерабатываемые ЖРО вводят необходимые реагенты, соответствующие типу перерабатываемых ЖРО, после чего ЖРО подают в проточный реактор для гидротермального синтеза, в который помещен слой частиц нерастворимых соединений.The necessary reagents corresponding to the type of processed LRW are introduced into the processed LRW, after which the LRW is fed into a flow reactor for hydrothermal synthesis, in which a layer of particles of insoluble compounds is placed.
Синтез проводят в интервале температур 180-250 С при давлении 20-150 атм., что соответствует достаточной скорости роста кристаллов и требуемой степени очистки от радионуклидов.The synthesis is carried out in the temperature range 180-250 C at a pressure of 20-150 atm., Which corresponds to a sufficient crystal growth rate and the required degree of purification from radionuclides.
Образующиеся в результате гидротермального синтеза соединения осаждаются на нерастворимых частицах, образующих слой.Compounds formed as a result of hydrothermal synthesis precipitate on insoluble particles forming a layer.
После завершения процесса, когда все частицы слоя покрыты кристаллами синтезированных соединений, содержащих радионуклиды, их направляют на хранение или для дальнейшей переработки. Раствор, очищенный от радионуклидов, является промышленным нерадиоактивным отходом.After completion of the process, when all particles of the layer are coated with crystals of synthesized compounds containing radionuclides, they are sent for storage or for further processing. The solution purified from radionuclides is an industrial non-radioactive waste.
На фиг.l представлен процесс очистки в начальное время t. Скорость потока раствора ЖРО достаточна для образования кристаллов на поверхности частиц неподвижного слоя.Figure l shows the cleaning process at the initial time t. The LRW solution flow rate is sufficient for the formation of crystals on the surface of the particles of the fixed layer.
На схеме 2 представлен процесс в промежуточное время t'. Новая кристаллическая фаза в виде слоистых поликристаллов образовалась на поверхности частиц, образующих слой нерастворимых частиц. Это соответствует осуществлению процесса очистки в оптимальных условиях.Figure 2 shows the process at an intermediate time t '. A new crystalline phase in the form of layered polycrystals was formed on the surface of particles forming a layer of insoluble particles. This corresponds to the implementation of the cleaning process under optimal conditions.
На схеме 3 представлен процесс в конечное время t" когда на всех нерастворимых частицах слоя образовались слоистые поликристаллы, иммобилизовавшие радионуклиды.Scheme 3 shows the process at a finite time t когда when layered polycrystals immobilizing radionuclides formed on all insoluble particles of the layer.
На изображениях видна слоистая структура синтезируемого соединения, нарастающая на исходной глобулярной структуре. Установлено, что степень очистки растворов от соответствующихThe layered structure of the synthesized compound growing on the initial globular structure is visible in the images. It was found that the degree of purification of solutions from the corresponding
2 „„ щ4 радионуклидов в процессе гидротермального синтеза оксидов составила от 10^ до 10\ Отношение объемов очищенных ЖРО к объему реактора, частично заполненного исходными частицами, составило 500-2000 и более, что соответствует коэффициентам разделения более 106.2 „„ 4 radionuclides in the process of hydrothermal synthesis of oxides ranged from 10 ^ to 10 \ The ratio of the volumes of purified LRW to the volume of the reactor, partially filled with the initial particles, was 500-2000 or more, which corresponds to separation coefficients of more than 10 6 .
Возможность осуществления изобретения демонстрируется следующими примерами.The possibility of carrying out the invention is demonstrated by the following examples.
ПРИМЕР 1 (вариант 1). ЖРО, содержащие 2 г/л Трилона Б и 0,5 г/л тринатрийфосфата, имеющие концентрацию ионов кальция 0,1 г/л и содержащие радионуклиды cтpoнция-90 (1,5-10"6 Кu/л), пропускают через слой гидроксилапатита Ca3PO4-Ca(OH)2 с размером частиц 0,1-0,3 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 1 мл/мин, при температуре 2000C и давлении 100 атм. Поток раствора обеспечивается хроматографическим насосом высокого давления. Одновременно в реактор вводится насосом высокого давления 6% раствор перекиси водорода со скоростью 0,6 мл/мин. Активность вытекающего раствора приведена в таблице 1. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида стронция из слоя гидроксилапатита с синтезированными поликристаллами фосфатов кальция, иммобилизовавшими радионуклиды (шихта), определенные после завершения опыта.EXAMPLE 1 (option 1). LRW containing 2 g / l Trilon B and 0.5 g / l trisodium phosphate, having a concentration of calcium ions of 0.1 g / l and containing radionuclides strontium-90 (1.5-10 "6 Ku / l), are passed through the layer hydroxylapatite Ca 3 PO 4 -Ca (OH) 2 with a particle size of 0.1-0.3 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm, The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 atm The solution flow is provided by a high-pressure chromatographic pump, while a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the reactor at a high with a capacity of 0.6 ml / min, the Activity of the resulting solution is shown in table 1. The values of the leaching coefficients of the strontium radionuclide from the hydroxylapatite layer with synthesized polycrystals of calcium phosphates immobilizing the radionuclides (charge) determined after the experiment are also given there.
Таблица 1Table 1
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
ПРИМЕР 2 (вариант 2). Кубовый остаток выпарных устройств спецводоочистки АЭС, очищенный от радионуклидов цезия с помощью фильтрации через ферроцианидные сорбенты и содержащий радионуклиды кoбaльтa-60 (1 -10"5 Кu/л) и мapгaнцa-54 (1-10~8 Кu/л) пропускают через слой железо-кобальтового феррита (оксиды железа-кобальта) с мольным соотношением железо: кобальт 1 :01 и размером частиц 0.2- 0.5 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 2 мл/мин, при температуре 2200C и давлении 100 атм. Поток раствора обеспечивается хроматоrрафическим насосом высокого давления. Одновременно в реактор вводится вторым насосом высокого давления 6% раствор перекиси водорода со скоростью 0.6 мл/мин. Активность вытекающего раствора приведена в таблице 2. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида кобальта из шихты образовавшихся оксидов, определенные после завершения опыта.EXAMPLE 2 (option 2). The bottom residue of evaporating devices for special water treatment of nuclear power plants, purified from cesium radionuclides by filtration through ferrocyanide sorbents and containing cobalt-60 (1-10 "5 Ku / l) and manganese-54 (1-10 ~ 8 Ku / l) radionuclides, is passed through a layer iron-cobalt ferrite (iron-cobalt oxides) with a molar ratio of iron: cobalt 1: 01 and a particle size of 0.2-0.5 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm, The process is carried out at a flow rate of 2 ml / min, at a temperature of 220 0 C and pressure 100 atm. The flow of the solution is provided by a high pressure chromatography pump. At the same time, a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the reactor with a second high-pressure pump at a rate of 0.6 ml / min. The activity of the effluent solution is shown in table 2. The values of the cobalt radionuclide leach coefficient from the mixture of the formed oxides determined after the completion of the experiment are also given there.
Таблица 2table 2
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
ПРИМЕР 3 (вариант 3). ЖРО, содержащие 2 г/л Трилона Б и 0,5 г/л тринатрийфосфата, имеющие концентрацию ионов кальция 0,1 г/л и содержащие радионуклиды cтpoнция-90 (1,5-10"6 Кu/л) ЖРО, содержащие 2 г/л Трилона Б и 0,5 г/л тринатрийфосфата, имеющие концентрацию ионов кальция 0,1 г/л и содержащие радионуклиды cтpoнция-90 (1.5-10"6 Кu/л) пропускают через слой оксида циркония с размером частиц 0,1-0,3 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 1 мл/мин, при температуре 2000C и давлении 100 атм. Поток раствора обеспечивается хроматографическим насосом высокого давления. Одновременно в первый реактор вводится насосом высокого давления 6% раствор перекиси водорода со скоростью 0,6 мл/мин. Активность вытекающего раствора приведена в таблице 3. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида стронция из шихты фосфатов кальция и циркония, определенные после завершения опыта. Таблица 3EXAMPLE 3 (option 3). LRW containing 2 g / l Trilon B and 0.5 g / l trisodium phosphate, having a concentration of calcium ions of 0.1 g / l and containing radionuclides construction-90 (1.5-10 "6 Ku / l) LRW containing 2 g / l Trilon B and 0.5 g / l trisodium phosphate having a concentration of calcium ions of 0.1 g / l and containing radionuclides strontium-90 (1.5-10 "6 Ku / l) are passed through a layer of zirconium oxide with a particle size of 0, 1-0.3 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm. The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 atm. The flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump. At the same time, a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the first reactor with a high pressure pump at a rate of 0.6 ml / min. The activity of the effluent solution is shown in table 3. The values of the leaching coefficients of the strontium radionuclide from the mixture of calcium and zirconium phosphates determined after the completion of the experiment are also given there. Table 3
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0001
ПРИМЕР 4. Морскую воду, загрязненную радионуклидом cтpoнция-90 активность 2-10"6 Ки пропускают через слой диоксида марганца с размерами частиц 0.05-0.1 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 1 мл/мин, при температуре 2200C и давлении 100 атм. Поток раствора обеспечивается хроматографическим насосом высокого давления. Одновременно в реактор вводится насосами высокого давления 0,lн раствор хлорида марганца (П) и 0,lн раствор перманганата калия со скоростью 0,6 мл/мин. Активность вытекающего раствора приведена в таблице 4. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида стронция из шихты образовавшихся оксидов, определенные после завершения опыта.EXAMPLE 4. Sea water contaminated with radionuclide strontium-90 activity 2-10 "6 Ci is passed through a layer of manganese dioxide with a particle size of 0.05-0.1 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with a size of 100x10 mm. The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 220 0 C and a pressure of 100 atm The solution flow is provided by a high-pressure chromatographic pump, while a 0, ln solution of manganese chloride (P) and 0, ln solution of potassium permanganate are introduced into the reactor with a speed of 0.6 ml / min. Activity arising of solution is shown in Table 4. Also shown are the values of the coefficients of leaching of radionuclide from a charge formed strontium oxides determined after completion of a test.
Таблица 4Table 4
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002
ПРИМЕР 5. Дезактивационные ЖРО, содержащие 2 г/л оксалата натрия и 0,5 г/л Трилона Б, очищенные от радионуклидов цезия с помощью фильтрации через ферроцианидные сорбенты и содержащие радионуклиды кoбaльтa-60 (1-10"7 Кu/л) и cтpoнция-90 (4-10"7 Кu/л) последовательно пропускают через слой железо-кобальтового феррита с мольным соотношением железо: кобальт 1:0,1 и размером частиц 0,2-0,5 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм и через слой диоксида марганца с размерами частиц 0,05-0,1 мм, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 1 мл/мин, при температуре 2000C и давлении 100 бар. Поток раствора обеспечивается хроматографическим насосом высокого давления. Одновременно в первый реактор вводится насосом высокого давления 6% раствор перекиси водорода со скоростью 0,6 мл/мин, а во второй реактор 0,lн раствор хлорида марганца (П). Активность вытекающего раствора приведена в таблице 5. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида кобальта из образовавшихся оксидов, определенные после завершения опыта.EXAMPLE 5. Decontamination LRW containing 2 g / l sodium oxalate and 0.5 g / l Trilon B, purified from cesium radionuclides by filtration through ferrocyanide sorbents and containing cobalt-60 radionuclides (1-10 "7 Ku / l) and station-90 (4-10 "7 Ku / l) is sequentially passed through a layer of iron-cobalt ferrite with a molar ratio of iron: cobalt 1: 0.1 and a particle size of 0.2-0.5 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with a size of 100x10 mm and through a layer of manganese dioxide with a particle size of 0.05-0.1 mm, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm. The process is carried out at a flow rate of 1 ml / min, at a temperature of 200 0 C and a pressure of 100 bar. The flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump. At the same time, a 6% hydrogen peroxide solution is introduced into the first reactor with a high-pressure pump at a rate of 0.6 ml / min, and a solution of manganese (P) chloride 0, ln, is introduced into the second reactor. The activity of the effluent solution is shown in Table 5. The values of the cobalt radionuclide leaching coefficients from the resulting oxides determined after the completion of the experiment are also given there.
Таблица 5Table 5
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
ПРИМЕР 6EXAMPLE 6
Щелочные ЖРО, содержащие 0,3 г/л гидроксида натрия и радионуклиды кoбaльтa-60 (Г10"7Ku/л) и цeзия-137 (6-10"7Ku/л) пропускают через слой фильтр-перлита с содержанием железа 3,4%, загруженного в обогреваемый цилиндрический реактор размерами 100x10 мм. Процесс ведут при скорости потока 0,3 мл/мин при температуре 170 С и давлении 100 атм. Поток раствора обеспечивается хроматографическим насосом высокого давления. Активность вытекающего раствора приведена в таблице 6. Там же приведены значения коэффициентов выщелачивания радионуклида кобальта и цезия из шихты смешанных оксидов железа и алюмосиликатов (главным образом фожазита), определенные после завершения опыта. Таблица 6Alkaline LRW containing 0.3 g / l sodium hydroxide and cobalt-60 radionuclides (G10 "7 Ku / l) and cesium-137 (6-10 " 7 Ku / l) are passed through a filter-perlite layer with an iron content of 3, 4%, loaded into a heated cylindrical reactor with dimensions of 100x10 mm. The process is conducted at a flow rate of 0.3 ml / min at a temperature of 170 ° C and a pressure of 100 atm. The flow of the solution is provided by a high pressure chromatographic pump. The activity of the effluent solution is shown in Table 6. The values of the leaching coefficients of the cobalt and cesium radionuclide from the mixture of mixed iron oxides and aluminosilicates (mainly faujasite) determined after the completion of the experiment are also given there. Table 6
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
Приведенные экспериментальные данные показывают, что при переработке ЖРО предлагаемыми способами образуется шихта, представляющая собой либо соли металлов, либо оксиды металлов, иммобилизовавшие радионуклиды, пригодные для захоронения. Степень выщелачивания из них радионуклидов находится на уровне 10"5 — 10"7 г/cм2cyтки. Полученные после очистки со степенью очистки 102 - 104 растворы являются нерадиоактивными промышленными отходами. The experimental data presented show that during the processing of LRW by the proposed methods, a charge is formed, which is either metal salts or metal oxides immobilizing radionuclides suitable for burial. The degree of leaching of radionuclides from them is at the level of 10 "5 - 10 " 7 g / cm 2 cells. The solutions obtained after purification with a degree of purification of 10 2 - 10 4 are non-radioactive industrial waste.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды, отличающийся -тем, что синтез нерастворимых соединений ведут в гидротермальных условиях в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой нерастворимых частиц со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых соединений, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя.1. A method of processing liquid radioactive waste (LRW) containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides, characterized in that the synthesis of insoluble compounds is carried out under hydrothermal conditions in a stream, passing processed LRW and reagents necessary for synthesis through a layer of insoluble particles at a rate that crystallizes the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the layer.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве частиц используют оксиды металлов или соли.2. The method according to p. 1, characterized in that the particles are metal oxides or salts.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве оксидов металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта, а в качестве соли гидроксилапатит.3. The method according to claim 2, characterized in that iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide are used as metal oxides, and hydroxylapatite is used as a salt.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидротермальный синтез осуществляют при температуре 180-2500C и давлении 20-150 атм.4. The method according to p. 1, characterized in that the hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
5. Способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды в кристаллическую решетку, отличающийся тем, что кристаллическую фазу синтезируют в виде оксидов в гидротермальных условиях в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой оксидов металлов со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых оксидов, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя оксидов.5. A method of processing liquid radioactive waste (LRW) containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides into a crystal lattice, characterized in that the crystalline phase is synthesized in the form of oxides under hydrothermal conditions in a stream, bypassing the processed LRW and the reagents necessary for synthesis, through a layer of metal oxides at a rate that crystallizes the synthesized oxides containing radionuclides on the surface of the particles of the oxide layer.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве оксидов металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта и/или оксид циркония.6. The method according to p. 5, characterized in that the iron oxides and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide are used as metal oxides.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что гидротермальный синтез осуществляют при температуре 180-2500C и давлении 20-150 атм.7. The method according to p. 6, characterized in that the hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
8. Способ переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих долгоживущие радионуклиды, путем синтеза нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды в кристаллическую решетку, отличающийся тем, что синтез кристаллической фазы ведут в гидротермальных условиях в потоке, пропуская перерабатываемые ЖРО и реагенты, необходимые для синтеза, через слой оксидов металлов со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию синтезируемых соединений, содержащих радионуклиды, на поверхности частиц слоя оксидов.8. A method of processing liquid radioactive waste (LRW) containing long-lived radionuclides by synthesizing insoluble compounds immobilizing long-lived radionuclides into a crystal lattice, characterized in that the synthesis of the crystalline phase is carried out in hydrothermal conditions in the stream, passing the processed LRW and the reagents necessary for synthesis through a layer of metal oxides at a rate that crystallizes the synthesized compounds containing radionuclides on the surface of the particles of the oxide layer.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве оксидов металлов используют оксид железа и/или оксид марганца и/или оксид кобальта и/или оксид циркония.9. The method according to p. 8, characterized in that as the metal oxides use iron oxide and / or manganese oxide and / or cobalt oxide and / or zirconium oxide.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что гидротермальный синтез осуществляют при температуре 180-2500C и давлении 20-150 атм. 10. The method according to p. 9, characterized in that the hydrothermal synthesis is carried out at a temperature of 180-250 0 C and a pressure of 20-150 atm.
PCT/RU2007/000614 2006-12-06 2007-11-07 Method for liquid radioactive waste reprocessing (and variants) WO2008069694A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07852046.7A EP2101333B1 (en) 2006-12-06 2007-11-07 Method for liquid radioactive waste reprocessing

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006143293 2006-12-06
RU2006143293/06A RU2321909C1 (en) 2006-12-06 2006-12-06 Method for recovering liquid radioactive waste (alternatives)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008069694A1 true WO2008069694A1 (en) 2008-06-12

Family

ID=39366851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000614 WO2008069694A1 (en) 2006-12-06 2007-11-07 Method for liquid radioactive waste reprocessing (and variants)

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2101333B1 (en)
RU (1) RU2321909C1 (en)
WO (1) WO2008069694A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537391C1 (en) * 2013-07-01 2015-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ) Method of recycling liquid radioactive wastes
RU2643362C1 (en) * 2017-01-16 2018-02-01 Российская Федерация, от имени которой выступает Госкорпорация "Росатом" Method for radioactive solutions handling after deactivation of protection equipment surfaces
DE102018114550A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-19 Nukem Technologies Engineering Services Gmbh Process for pre-cleaning solutions containing radionuclides

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833676A1 (en) * 1988-10-04 1990-04-05 Petri Juergen Dipl Ing Dr Process for the final storage of bound waste materials
JPH06160593A (en) * 1992-11-24 1994-06-07 Toshiba Corp Solidifying method for radioactive waste solvent
RU2088986C1 (en) 1994-12-15 1997-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Filter-perlitic pulp hardening method
RU2131152C1 (en) 1998-02-24 1999-05-27 Чечельницкий Геннадий Моисеевич Method for processing liquid radioactive wastes of nuclear power plants
RU2185671C1 (en) * 2001-01-10 2002-07-20 Государственное учреждение - Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method for extracting strontium radionuclides from aqueous solutions (versions)
RU2212069C2 (en) * 2001-04-17 2003-09-10 Производственное объединение "МАЯК" Method for solidifying solutions of long-living radionuclides
RU2271586C2 (en) 2004-04-01 2006-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" Method for immobilizing concentrated liquid radioactive wastes (alternatives)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5678233A (en) * 1994-09-14 1997-10-14 Brown; Paul W. Method of immobilizing toxic or radioactive inorganic wastes and associated products
IL136685A0 (en) * 2000-06-12 2001-06-14 Gribbitz Arthur Process for treatment of radioactive waste

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3833676A1 (en) * 1988-10-04 1990-04-05 Petri Juergen Dipl Ing Dr Process for the final storage of bound waste materials
JPH06160593A (en) * 1992-11-24 1994-06-07 Toshiba Corp Solidifying method for radioactive waste solvent
RU2088986C1 (en) 1994-12-15 1997-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им.акад.А.А.Бочвара Filter-perlitic pulp hardening method
RU2131152C1 (en) 1998-02-24 1999-05-27 Чечельницкий Геннадий Моисеевич Method for processing liquid radioactive wastes of nuclear power plants
RU2185671C1 (en) * 2001-01-10 2002-07-20 Государственное учреждение - Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method for extracting strontium radionuclides from aqueous solutions (versions)
RU2212069C2 (en) * 2001-04-17 2003-09-10 Производственное объединение "МАЯК" Method for solidifying solutions of long-living radionuclides
RU2271586C2 (en) 2004-04-01 2006-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" Method for immobilizing concentrated liquid radioactive wastes (alternatives)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DONALD I.W.; METCALFE B.L.; TAYLOR R.N.J.: "The immobilization of high level radioactive wastes using ceramics and glasses", REVIEW. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, vol. 32, 1997, pages 5856 - 5862
JOHNSON C.D.; SKAKLE J.M. S.; JOHNSON M.G.; FELDMANN J.; MACPHEE D.E.: "Hydrothermal synthesis, crystal structure and acqueous stability of two cadmium arsenate phases, CdNH4(HAS04)OH and Cd5H2(AsO4)4.4H2O.", J. MATER.CHEM., vol. 13, 2003, pages 1429 - 1432
See also references of EP2101333A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2321909C1 (en) 2008-04-10
EP2101333B1 (en) 2014-04-30
EP2101333A1 (en) 2009-09-16
EP2101333A4 (en) 2011-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Figueiredo et al. Inorganic ion exchangers for cesium removal from radioactive wastewater
US5745861A (en) Method for treating mixed radioactive waste
US4800024A (en) Removal of heavy metals and heavy metal radioactive isotopes from liquids
Lehto et al. Separation of radioactive strontium from alkaline nuclear waste solutions with the highly effective ion exchanger SrTreat
KR102015961B1 (en) Rare earth removal of hydrated and hydroxyl species
Zhao et al. pH‐Controlled Switch over Coadsorption and Separation for Mixed Cs+ and Sr2+ by an Acid‐Resistant Potassium Thioantimonate
JP2013088391A (en) Processing method of material containing radioactive cesium and radioactive strontium
Gao et al. Selective capture of Ba2+, Ni2+, and Co2+ by a robust layered metal sulfide
US20150343436A1 (en) Method for preparing silicotitanate and cs adsorbent
US9527756B2 (en) Process for removal of radioactive contamination from wastewater
WO2008069694A1 (en) Method for liquid radioactive waste reprocessing (and variants)
Liu et al. Open-framework hybrid zinc/tin selenide as an ultrafast adsorbent for Cs+, Ba2+, Co2+, and Ni2+
Sorg et al. Treatment Technology to Meet the Interim Primary Drinking Water Regulations for Inorganics: Part 5: Committee Report
RU2185671C1 (en) Method for extracting strontium radionuclides from aqueous solutions (versions)
RU2226726C2 (en) Method for recovering liquid radioactive wastes of nuclear power plant
Holmes et al. Reuse of drinking water treatment waste for remediation of heavy metal contaminated groundwater
Rao et al. Copper ferrocyanide—polyurethane foam as a composite ion exchanger for removal of radioactive cesium
UA82581C2 (en) Method for deactivation of liquid radioactive wastes (variants)
Mott et al. Factors Affecting Radium Removal Using Mixed Iron—Manganese Oxides
US9301542B1 (en) Recyclable high capacity selective sorbant for heavy metals, radionuclides, and actinides
Lokshin et al. Purification of water–salt solutions by Ti (IV) and Zr (IV) phosphates
RU2391727C1 (en) Procedure for neutralisation of low mineralised low-activity waste under field conditions
RU2144708C1 (en) Method for decontaminating low- mineralized and low-active liquid wastes under field conditions
MdS et al. Selective Removal of Cs+ and Sr2+ in Seawater by Novel Zeolite Honeycomb Modeling
RU2676624C1 (en) Method for immobilization of thorium(iv) from aqueous solutions with sorbent based on cerium(iv) dipotassium hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07852046

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007852046

Country of ref document: EP