Патент на изобретение №2189651

(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОАКТИВНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ К ОТВЕРЖДЕНИЮ МЕТОДОМ ОСТЕКЛОВЫВАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов, образующихся на заводах по регенерации отработавшего ядерного топлива. Сущность изобретения: способ включает приготовление исходного высокоактивного концентрата из смеси высокоактивных растворов методом термического упаривания и подачу подготовленного концентрата в печь остекловывания. При этом в исходный концентрат вводится концентрированный по нитрату натрия кубовый остаток от упаривания среднеактивных растворов и/или раствор гидроокиси натрия из емкостей хранилищ жидких радиоактивных отходов. Приготовленная смесь обрабатывается борной кислотой, и/или тетраборатом натрия, и/или ортофосфорной кислотой. Технический результат: повышение содержания нитрата натрия, снижение концентрации азотной кислоты и исключение кристаллизации малорастворимых солей в концентратах.

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности, в частности к способам подготовки высокоактивных концентратов к отверждению методом остекловывания на заводах по регенерации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

Известен способ [1] безопасного для окружающей среды отверждения высокоактивных водных концентратов, включающий такие этапы подготовки, как установление содержания воды в концентратах в диапазоне 40-60 мас.%, смешивание с неорганическим связующим веществом на основе глины и цемента, формование подготовленных концентратов и изготовление изделий в виде блоков, термообработку при конечной температуре 800-1400^oС. Недостатками способа являются относительно высокая скорость выщелачивания радионуклидов из термически обработанных материалов, содержащих цемент, высокая эрозия блоков при хранении в средах, содержащих влагу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ [2] подготовки высокоактивных азотнокислых концентратов к отверждению, методом остекловывания, включающий приготовление исходного высокоактивного концентрата с содержанием нитрата натрия 55-186 г/л и азотной кислоты 3-5,5 моль/л из смеси высокоактивных растворов, методом термического упаривания и подачу подготовленного концентрата в печь остекловывания.

Недостатками способа являются наличие повторной операции упаривания высокоактивных концентратов, обусловленное необходимостью повышения в них содержания нитрата натрия, являющегося основным модификатором стекломассы, низкое содержание нитрата натрия (до 200 г/л) в подготовленном к остекловыванию концентрате, влияющее на эффективность процесса остекловывания радионуклидов, высокая концентрация азотной кислоты (до 5,5 моль/л), оказывающая существенное коррозионное воздействие на конструкционные материалы печи остекловывания, кристаллизация малорастворимых солей в высокоактивных концентратах, подаваемых на остекловывание.

Технической задачей изобретения является повышение содержания нитрата натрия, снижение концентрации азотной кислоты и исключение кристаллизации малорастворимых солей в высокоактивных концентратах, поступающих на остекловывание за счет изменения химического состава высокоактивных концентратов, позволяющего исключить дополнительную операцию упаривания концентратов перед их остекловыванием.

Поставленная задача достигается тем, что в исходный высокоактивный концентрат вводится концентрированный по нитрату натрия кубовый остаток, полученный от упаривания среднеактивных растворов, в том числе, содержащий поверхностно-активные вещества и различные детергенты, и/или раствор гидроокиси натрия из емкостей хранилищ жидких радиоактивных отходов, приготовленная смесь корректируется по химическому составу известными стеклообразователями и подается в печь остекловывания.

Пример 1 (прототип). В высокоактивный концентрат следующего состава, г/л: NaNO₃ – 120; HNO₃ – 150; Al – 10; U – 0,2; Pu – 0,01; Fe – 0,25; Ni – 0,1; Mn – 0,1; Cr – 0,1; SO₄ ^2- – 0,6; F^– – 0,25, Cl^– – 0,05 и объемной бета-активностью – 15 Ки/л, вводится фосфор в виде ортофосфорной кислоты из расчета создания мольного соотношения натрия к фосфору, равного 1,050,15, выдерживается в течение 20 минут, упаривается с кратностью, равной 2 при температуре 9510^oС, после чего подается в печь остекловывания. Минимальная кратность упаривания обусловлена тем, что при дальнейшем ее повышении происходит кристаллизация солей в подготовленном концентрате.

Примеры 2-5 иллюстрируют заявляемый способ.

Пример 2. Перерабатывается высокоактивный концентрат состава, приведенного в примере 1, и кубовый остаток от упаривания среднеактивных растворов состава, г/л: NaNO₃ – 500; Na₂C₂O₄ – 2; NaF – 1; U – 0,5; Pu – 0,01; Ni – 0,1; Fe – 0,2; Al – 0,1; Mn – 0,1; Ca – 0,6; C1^– – 0,2, объемная бета-активность 3 Ки/л. Высокоактивный концентрат и кубовый остаток от упаривания среднеактивных отходов, смешиваются в соотношении 1:6, соответственно, для создания концентрации в смеси по NaNO₃-450 г/л, и НNО₃-20 г/л, смесь обрабатывается любыми известными стеклообразователями, например, борной кислотой, и/или тетраборатом натрия, и/или ортофосфорной кислотой в требуемом мольном соотношении с натрием для получения стекломассы и подается в печь. Кристаллизация солей в подготовленном концентрате отсутствует.

Пример 3. Перерабатывается высокоактивный концентрат состава, приведенного в примере 1, и кубовый остаток от упаривания среднеактивных растворов состава, приведенного в примере 2, отличающийся тем, что в его составе содержатся поверхностно-активные вещества в количестве 20 г/л и различные детергенты в количестве 10 г/л. Переработка смеси аналогична примеру 2. Кристаллизация солей в подготовленном концентрате отсутствует.

Пример 4. Перерабатывается высокоактивный концентрат состава, приведенного в примере 1, с тем отличием, что концентрация НNО₃ в концентрате равна 5,5 моль/л, и раствор из емкостей хранилищ, содержащий гидроокись натрия следующего состава, г/л: NaOH – 230; NaNO₃ – 250; Pu – 0,0002; U – 0,1; Fe – 0,25; Cr – 3; Ni – 0,1; Ca – 0,25; Al – 8; Mn – 0,1, объемная бета-активностъ – 3,5 Ки/л. Высокоактивный концентрат и раствор из емкостей-хранилищ смешиваются в соотношении, необходимом для получения концентрации в смеси NaNО₃ – 500 г/л. Дальнейшая переработка аналогична примеру 2. Кристаллизация солей в подготовленном концентрате отсутствует.

Пример 5. Перерабатываются высокоактивный концентрат состава, приведенного в примере 1, кубовый остаток от упаривания среднеактивных растворов состава, приведенного в примерах 2, 3, раствор из емкостей-хранилищ состава, приведенного в примере 4. Высокоактивный концентрат, кубовый остаток, раствор из емкостей-хранилищ смешиваются в соотношении из расчета концентрации NaNO₃ в смеси, указанной в примерах 2, 4, и обрабатывается аналогично примеру 2. Кристаллизация солей в подготовленном концентрате отсутствует.

Преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом состоят в том, что предлагаемый способ подготовки высокоактивных концентратов к отверждению методом остекловывания позволяет повысить содержание нитрата натрия до 450-500 г/л, снизить концентрацию азотной кислоты в высокоактивном концентрате до 0,1-0,3 моль/л, исключить дополнительную операцию упаривания концентрата, исключить кристаллизацию солей в подготовленном концентрате за счет изменения его состава, утилизировать попутно кубовые остатки от упаривания среднеактивных растворов и щелочные растворы из емкостей-хранилищ радиоактивных отходов. Вопроизводимость заявляемых результатов подтверждена опытной проверкой на реальных растворах завода РТ.

Источники информации
1. Заявка Германии 2819085, кл. G 21 F 9/16, 1980.

2. В. П. Шведов и др. Ядерная технология. М., Атомиздат, 1979, с. 242-246.

Формула изобретения

Способ подготовки высокоактивных концентратов к отверждению методом остекловывания, включающий приготовление исходного высокоактивного концентрата из смеси высокоактивных растворов методом термического упаривания и подачу подготовленного концентрата в печь остекловывания, отличающийся тем, что в исходный высокоактивный концентрат вводится концентрированный по нитрату натрия кубовый остаток от упаривания среднеактивных растворов и/или раствор гидроокиси натрия из емкостей хранилищ жидких радиоактивных отходов, приготовленная смесь обрабатывается борной кислотой, и/или тетраборатом натрия, и/или ортофосфорной кислотой, обработанный концентрат подается в печь остекловывания.