Патент на изобретение №2166809

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ МАТЕРИАЛА С РАДИОАКТИВНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение имеет отношение к области очистки материала с радиоактивным загрязнением. Способ очистки материала от радиоактивного загрязнения включает в себя следующие операции: ввод указанного материала в проницаемый контейнер, помещение контейнера в вращающийся резервуар, имеющий одно или несколько отверстий, подача выщелачивающей жидкости внутрь указанного резервуара и его вращение, после цикла выщелачивания материала проведение цикла промывки материала. После выгрузки из резервуара промывочной жидкости проводят операцию центробежной сушки. Устройство для очистки материала содержит контейнер с одним или несколькими отверстиями для ввода в него указанного материала, вращающийся резервуар с одним или несколькими отверстиями, в который помещается контейнер с обрабатываемым материалом, средство привода для приведения во вращение резервуара, средства для подачи выщелачивающей жидкости и промывочной жидкости внутрь резервуара. Способ и устройство позволяют произвести обезвоживание материала для его безопасного сброса в отходы. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение имеет отношение к созданию способа и устройства для очистки материала с радиоактивным загрязнением. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение имеет отношение к очистке фильтрующих сред с радиоактивным загрязнением, содержащих компонент, изготовленный из стекла, что позволяет сделать среду пригодной для ее удаления (сброса) в отходы.

Перед направлением материала с радиоактивным загрязнением на свалку отходов, например на площадку захоронения отходов, степень загрязнения материала должна быть уменьшена ниже заданных для свалки пределов. Поэтому необходимо производить обработку определенных материалов перед их сбросом для обеспечения уровней загрязнения ниже заданных для сброса пределов.

Один из известных способов обработки предусматривает сжигание материалов. Однако при таком способе обработки возникает специфическая проблема, связанная со сжиганием использованных фильтрующих сред, которые изготовлены из боросиликатного стекловолокна, загрязненного ураном, или содержат такое стекловолокно. Фильтры, имеющие фильтрующие среды такого типа, например, высокоэффективные порошковые воздушные фильтры (НЕРА), используются в вентиляционных системах, применяемых на установках для обработки ядерного топлива. Наличие волокон из боросиликатного стекла приводит к капсулированию урана при сжигании, что затрудняет выщелачивание урана из продукта после операции обжига.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для очистки материала с радиоактивным загрязнением, позволяющих произвести обеззараживание материала в достаточной степени для его безопасного сброса в отходы. Частной задачей является создание способа и устройства для обработки фильтрующих сред с радиоактивным загрязнением, изготовленных из стекловолокна или содержащих такое стекловолокно, таким образом, что указанная среда становится пригодной для ее безопасного сброса в отходы.

В соответствии с настоящим изобретением предусматривается создание способа для очистки материала с загрязнением радиоактивными веществами, который включает в себя следующие операции: ввод указанного материала в контейнер, имеющий одно или несколько отверстий, помещение контейнера с материалом в имеющий возможность вращения резервуар, имеющий одно или несколько отверстий, проведение цикла выщелачивания материала, который предусматривает подачу выщелачивающей жидкости внутрь указанного резервуара, и вращение указанного резервуара, в результате чего выщелачивающая жидкость перемешивается с загрязненным материалом и растворяет радиоактивные вещества, прекращение вращения указанного резервуара и выгрузка из него выщелачивающей жидкости, с последующим проведением цикла промывки материала, который предусматривает подачу промывочной жидкости внутрь указанного резервуара и вращение указанного резервуара, в результате чего промывочная жидкость перемешивается с материалом, прекращение вращения указанного резервуара и выгрузка из него промывочной жидкости.

Преимущественно, материал подвергают по меньшей мере одному дополнительному циклу промывки.

Материал может быть подвергнут трем циклам промывки.

Преимущественно указанный способ дополнительно включает в себя операцию проведения центробежной сушки материала после выгрузки промывочной жидкости из резервуара, которая (сушка) предусматривает приведение резервуара во вращение, когда материал подвергается воздействию центробежной силы, в результате чего удаляется избыток жидкости из материала.

Центробежная сушка материала может быть осуществлена после выгрузки выщелачивающей жидкости из резервуара.

Загрязненный материал преимущественно представляет собой фильтрующую среду, которая содержит компонент, изготовленный из стекла.

Материал, который должен быть очищен, может быть загрязнен радиоактивными веществами, содержащими уран.

Преимущественно выщелачивающая жидкость представляет собой азотную кислоту, а промывочная жидкость преимущественно представляет собой воду.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, в нем предлагается устройство для очистки материала с радиоактивным загрязнением, которое содержит контейнер с одним или несколькими отверстиями для ввода в него указанного материала, резервуар с одним или несколькими отверстиями, в который может быть помещен контейнер, содержащий обрабатываемый материал, средство привода для приведения во вращение указанного резервуара, средство подачи выщелачивающей жидкости внутрь резервуара и средство подачи промывочной жидкости внутрь резервуара.

Преимущественно контейнер для размещения материала является проницаемым.

Альтернативно, контейнер содержит проницаемый мешок (пакет).

Резервуар преимущественно представляет собой полый цилиндрический барабан.

Преимущественно в цилиндрической стенке барабана имеется множество отверстий.

Преимущественно барабан смонтирован внутри кожуха для создания вращения вокруг горизонтальной оси, причем кожух имеет окно доступа, нормально закрытое дверцей, которое расположено вблизи от открытого конца барабана.

Устройство может содержать первый бак для хранения выщелачивающей жидкости и второй бак для хранения промывочной жидкости, а также насосное средство для подачи (накачки) выщелачивающей и промывочной жидкостей из указанных первого и второго баков внутрь барабана.

Может быть предусмотрено дополнительное насосное средство для удаления (откачки) указанных выщелачивающей и промывочной жидкостей из внутренней части барабана в указанные первый и второй баки.

Преимущественно насосное средство содержит диафрагменный насос с пневматическим управлением.

В непосредственной близости от барабана может быть предусмотрен дозиметр радиации для контроля радиоактивности материала внутри барабана.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания вариантов его осуществления, приведенных в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показано поперечное сечение устройство для очистки материала с радиоактивным загрязнением.

На фиг. 2 схематично показана схема подключения устройства для очистки материала, показанного на фиг. 1.

Настоящее изобретение особенно, но не исключительно, подходит для очистки фильтрующей среды, которая может быть загрязнена ураном. Такая фильтрующая среда может быть использована в фильтрах такого типа, которые известны как высокоэффективные порошковые воздушные фильтры (НЕРА) и используются, например, в вентиляционных системах, применяемых в сооружениях, где производится обработка радиоактивного урана или где он хранится. Фильтры, известные под названием предварительных фильтров, также могут подвергаться обработке в соответствии с настоящим изобретением.

Типичный НЕРА фильтр имеет квадратный или круглый корпус, изготовленный из ДСП или фанеры, в котором размещена фильтрующая среда, образованная листами боросиликатных волокон, разделенных бумажными листами. Некоторые типы НЕРА фильтров имеют пластмассовые решетки. Предварительные фильтры имеют аналогичное строение, но их корпус изготовлен из картона.

Перед тем как произвести операцию очистки НЕРА фильтра, загрязненного ураном, из корпуса фильтра извлекают фильтрующую среду. Корпус и пластмасовую решетку, если она есть, подвергают операции струйной промывки, что позволяет отправлять их непосредственно в отходы. Извлеченная фильтрующая среда разделяется на секции и помещается в контейнер с отверстиями, который преимущественно представляет собой проницаемый полиэфирный пакет, который затем закрывают при помощи хомутов. Подходящий вес фильтрующей среды в пакете лежит в диапазоне около 2,5 кг. Предварительные фильтры могут загружаться в проницаемые пакеты непосредственно, без извлечения фильтрующей среды из картонного корпуса. Если предварительные фильтры разломать или сложить, то в один пакет можно поместить три предварительных фильтра.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на которой схематично показан пример построения устройства для очистки 1, которое подходит для обработки фильтрующих сред. Устройство 1 содержит кожух 2 с окном доступа 3, которое нормально закрыто дверцей 4, установленной с возможностью поворота в точке 5 и снабженной запорным устройством 6. Предусмотрены уплотнительные прокладки, которые обеспечивают водонепроницаемость дверцы 4 в закрытом положении. Блокировки гарантируют невозможность открывания дверцы при работе устройства 1. Внутри кожуха 2 расположен цилиндрический резервуар, преимущественно барабан 7, в цилиндрической стенке которого выполнено множество отверстий, который обладает возможностью вращения вокруг горизонтальной оси внутри стационарного цилиндрического кожуха 8. Преимущественно барабан 7 и кожух 8 изготовлены из нержавеющей стали. Барабан 7 имеет открытый конец вблизи от дверцы 4 и жестко закреплен на валу 9, который проходит через внешний кожух 8. Приводной шкив 10, установленный на конце вала 9, приводится во вращение при помощи приводного ремня 11. Привод ремня 11 и, следовательно, вращение барабана 7 осуществляются при помощи блока привода 12, который может содержать электродвигатель и редуктор с выходом переменной скорости. Следует иметь в виду, что для привода барабана могут быть использованы любые блоки привода переменной скорости. Прибор для измерения радиации 13, например гамма-дозиметр, может быть установлен вне кожуха 2.

Схематичное размещение упрощенной трубопроводной сети показано на фиг. 2, где можно видеть, что устройство для очистки 1 подключено к баку 14 для хранения выщелачивающей жидкости и к баку 15 для хранения промывочной жидкости. Преимущественно выщелачивающая жидкость представляет собой азотную кислоту, а промывочная жидкость представляет собой свежую воду. Устройство 1 снабжено насосом накачки 16 и насосом откачки 17. Каждый из насосов 16, 17 преимущественно изготовлен из нержавеющей стали и представляет собой сдвоенный диафрагменный насос с управлением при помощи сжатого воздуха, подаваемого по линиям 18. Насос накачки 16 соединен при помощи трубы 19, снабженной вентилем 20, к баку 14 азотной кислоты, а при помощи трубы 21, снабженной вентилем 22, к водяному баку 15. Аналогично, насос откачки 17 соединен при помощи трубы 23, снабженной вентилем 24, к водяному баку 15, а при помощи трубы 25, снабженной вентилем 26, к баку 14 азотной кислоты. Азотная кислота может подаваться в бак 14 по трубе 27, а вода может подаваться в бак 15 по трубе 28.

Устройство работает следующим образом. Открывают дверцу 4 и вводят через окно доступа 3 в барабан 7 проницаемый пакет 29, содержащий фильтрующую среду 30. В барабан 7 можно поместить несколько пакетов 29 для создания типичной загрузки около 22 кг. После этого дверцу 4 закрывают, запирают (блокируют) и проверяют, что вентиль 20 открыт, а вентили 22, 24 и 26 закрыты. После этого начинают цикл выщелачивания, подавая сжатый воздух по линии 18 к диафрагменному насосу 16, который нагнетает азотную кислоту из бака 14 через трубу 19 и открытый вентиль 20 в устройство для очистки 1. Азотная кислота поступает в кожух 8 и проходит через перфорированные стенки барабана 7. После прекращения подачи азотной кислоты в устройство для очистки 1, включают блок привода 12, который приводит барабан 7 во вращение, например, со скоростью 30 об/мин. Проницаемость пакета 29 позволяет азотной кислоте воздействовать на фильтрующую среду 30, однако наличие пакета не позволяет материалу, который при помощи азотной кислоты превращен в пульпу, забивать отверстия барабана 7. Вращение барабана 7 способствует хорошему перемешиванию азотной кислоты и фильтрующей среды, при этом в течение короткого промежутка времени происходит эффективное растворение веществ, содержащих уран. Нашли, что удовлетворительная концентрация азотной кислоты составляет 4М. По желанию барабан 7 на некоторое время может быть приведен во вращение в противоположном направлении или может поочередно совершать вращение по часовой и против часовой стрелки, чтобы улучшить перемешивание азотной кислоты и фильтрующей среды. По истечении определенного промежутка времени, например, 15-90 мин, вращение барабана 7 прекращают и включают насос 17 для откачки азотной кислоты из устройства для очистки 1 в бак 14 по трубе 25 через вентиль 26, который теперь находится в открытом положении. После этого барабан 7 приводят во вращение на высокой скорости, например, 400 об/мин, для осуществления центробежной сушки материала, чтобы полностью удалить азотную кислоты из него, после чего эта азотная кислота откачивается в бак 14.

После этого начинают цикл промывки, включая насос 16, при этом клапан 20 закрыт, а клапан 22 открыт. В этом случае вода поступает из бака 15 через трубу 21 в устройство для очистки 1. Затем включается блок привода 12, который приводит барабан 7 во вращение, например, со скоростью 30 об/мин, при этом вода хорошо перемешивается с фильтрующей средой 30 и вымывает растворенные вещества, содержащие уран, которые могли остаться в среде после цикла выщелачивания азотной кислотой. После определенного промежутка времени, который обычно составляет 15 минут, вращение барабана 7 прекращают и при открытом вентиле 24 и закрытом вентиле 26 включают насос 17 для откачки воды в бак 15 по трубе 23. Цикл промывки может быть повторен, если в этом есть необходимость. Нашли, что на практике 3 цикла промывки обеспечивают удовлетворительные результаты.

После этого барабан 7 приводят во вращение на высокой скорости, например, 400 об/мин, для осуществления центробежной сушки фильтрующей среды 30, чтобы полностью удалить из нее влагу. Преимущественно барабан 7 вращается при скоростью, достаточной для приложения к фильтрующей среде центробежной силы порядка 150 г. После проведения операции центробежной сушки пакет 29, который теперь содержит сухую обработанную среду, может быть извлечен из устройства 1.

Радиоактивность содержимого устройства 1 может быть измерена при помощи гамма-дозиметра 13. Перед извлечением пакетов 29 из устройства 1 гамма-дозиметр 13 может быть использован для проверки удовлетворительности очистки обработанной фильтрующей среды, позволяющей произвести ее безопасный сброс в отходы. По желанию может быть предусмотрена отдельная дозиметрическая станция, позволяющая проверять уровень загрязнения обработанной фильтрующей среды.

На практике выбор последовательности операций и длительности работы насосов и средств привода, а также переключение вентилей производится автоматически в соответствии с заданной программой. Вариации промежутков времени в цикле могут быть осуществлены путем изменения программы.

По желанию описанное устройство может быть использовано для обеззараживания не фильтрующих сред, а других материалов. Такие материалы могут содержать загрязненные перчатки, текстильные изделия, бумагу и т.п.

Формула изобретения

1. Способ очистки материала с радиоактивным загрязнением, отличающийся тем, что он включает в себя следующие операции: ввод указанного материала в контейнер, имеющий одно или несколько отверстий, помещение контейнера с материалом в имеющий возможность вращения резервуар, имеющий одно или несколько отверстий, проведение цикла выщелачивания материала, который предусматривает подачу выщелачивающейся жидкости внутрь указанного резервуара, и приведение указанного резервуара во вращение, в результате чего выщелачивающая жидкость перемешивается с загрязненным материалом и растворяет радиоактивные вещества, прекращение вращения указанного резервуара и выгрузка из него выщелачивающей жидкости с последующим проведением цикла промывки материала, который предусматривает подачу промывочной жидкости внутрь указанного резервуара и приведение указанного резервуара во вращение, в результате чего промывочная жидкость перемешивается с материалом, прекращение вращения указанного резервуара и выгрузка из него промывочной жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал подвергают по меньшей мере одному дополнительному циклу промывки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал подвергают трем циклам промывки.

4. Способ по одному из пп.1 – 3, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию проведения центробежной сушки материала после выгрузки промывочной жидкости из резервуара, которая предусматривает приведение резервуара во вращение, так что материал подвергается воздействию центробежной силы, в результате чего удаляется избыток жидкости из материала.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию проведения центробежной сушки после выгрузки выщелачивающей жидкости из резервуара.

6. Способ по одному из пп.1 – 5, отличающийся тем, что загрязненный материал преимущественно представляет собой фильтрующую среду, которая содержит компонент, изготовленный из стекла.

7. Способ по одному из пп.1 – 6, отличающийся тем, что материал загрязнен радиоактивными веществами, содержащими уран.

8. Способ по одному из пп.1 – 7, отличающийся тем, что выщелачивающая жидкость представляет собой азотную кислоту.

9. Способ по одному из пп.1 – 8, отличающийся тем, что промывочная жидкость представляет собой воду.

10. Устройство для очистки материала с радиоактивным загрязнением, отличающееся тем, что оно содержит контейнер с одним или несколькими отверстиями для ввода в него указанного материала, резервуар (7) с одним или несколькими отверстиями, в который может быть помещен контейнер (29), содержащий обрабатываемый материал (30), средство привода (12) для приведения во вращение указанного резервуара (7), средство (14, 19, 16) подачи выщелачивающей жидкости внутрь резервуара (7) и средство (15, 21, 16) подачи промывочной жидкости внутрь резервуара.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что контейнер (29) для размещения материала является проницаемым.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что контейнер (29) содержит проницаемый пакет.

13. Устройство по одному из пп.10 – 12, отличающееся тем, что резервуар представляет собой полый цилиндрический барабан (7).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что в цилиндрической стенке барабана (7) имеется множество отверстий.

15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что барабан (7) смонтирован внутри кожуха (8) для создания вращения вокруг горизонтальной оси, причем кожух (8) имеет окно доступа (3), нормально закрытое дверцей (4), которое расположено вблизи от открытого конца барабана (7).

16. Устройство по одному из пп.10 – 15, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый бак (14) для хранения выщелачивающей жидкости и второй бак (15) для хранения промывочной жидкости, а также насосное средство (16) для подачи выщелачивающей и промывочной жидкостей из первого и второго баков внутрь барабана.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что предусмотрено дополнительное насосное средство (17) для удаления выщелачивающей и промывочной жидкостей из внутренней части барабана (7) в указанные первый и второй баки.

18. Устройство по п.16 или 17, отличающееся тем, что насосное средство (16, 17) содержит диафрагменный насос с пневматическим управлением.

19. Устройство по одному из пп.10 – 18, отличающееся тем, что в непосредственной близости от барабана (7) предусмотрен дозиметр радиации (13) для контроля радиоактивности материала (30) внутри барабана.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.01.2006

Извещение опубликовано: 20.12.2007 БИ: 35/2007