Спосіб та установка для переробки радіоактивних відходів

1. Спосіб переробки радіоактивних відходів атомних електростанцій з водою під тиском та борним регулюванням активності, що включає роздільне збирання кислих, таких що не містять борних солей, та лужних, що містять борні солі, радіоактивних стічних вод, роздільне концентрування рідких радіоактивних відходів з рН менше 5,5 та більше 5,5, який характеризується тим, що радіоактивні відходи, що містять борну кислоту, концентрують при рН більше 5,5 до досягнення вмісту борної кислоти від 35 до 200г/л, а радіоактивні відходи з рН, меншим за 5,5, що не містять борної кислоти, концентрують до досягнення загального сольового вмісту від 400г/л до 500г/л, після чого концентрати змішують у співвідношенні від 0,5:1 до 1:2 у перерахованих грам-еквівалентах гідрооксиду натрію та борної кислоти, що містяться у відході, таке співвідношення приводить до одержання суміші з рН від 8,0 до 10,1, при якому здійснюють кристалізацію бораксу, послідовне фільтрування, промивання, рекристалізацію та виділення кристалічного, радіоактивно безпечного для навколишнього середовища бораксу, з одного боку, та виділення фільтрату, що містить 20-25г/л борної кислоти, з іншого боку, одну частину якого змішують з солями лужноземельних металів, причому виділяють нерозчинні, радіоактивно безпечні для навколишнього середовища борати лужноземельних металів та рідкий радіоактивний відхід, що містить 2-4г/л борної кислоти, а іншу частину фільтрату, із вмістом від 20 до 25г/л борної кислоти, та розчин бораксу з подібним вмістом борної кислоти переробляють шляхом електродіалізу до одержання розчину гідрооксиду натрію з концентрацією до 150г/л та розчину борної кислоти з концентрацією до 60г/л. 2 (19) 1 3 79944 Винахід відноситься до способу та установки для переробки радіоактивних відходів, одержаних при експлуатації атомних електростанцій з реакторами із водою під тиском та борним регулюванням реактивності і може бути застосований для одержання продуктів таких як боракс, кальцієвомагнієві борати, розчини борної кислоти та гідрооксиду натрію із припустимим вмістом радіоактивних ізотопів, придатних для вторинного використання та більш якісного захисту навколишнього середовища. Є відомим спосіб переробки радіоактивних стічних вод [BG 32683], які концентрують до практично сухої солі, після чого обробляють спиртами з якомога довшим вуглецевим ланцюгом. При обробці солей, що містять борну кислоту, спиртами відбувається естерифікація борної кислоти та спирту. Одержаний естер обробляють шляхом дистиляції при високій температурі (більше 100°С) до одержання борної кислоти. Недоліком способу є те, що він потребує використання високих температур, а також спиртів з якомога довшим вуглецевим ланцюгом і передбачає використання дистиляції естерів борної кислоти за умов значних витрат теплової енергії. В цілому процес є достатньо складним та трудомістким. Також є відомим спосіб переробки радіоактивного відходу [BG 51265А] до одержання розчину борної кислоти, що містить радіонукліди у концентрації, припустимої для навколишнього середовища. Спосіб складається з кількох етапів - концентрування радіоактивних відходів із різними показниками рН, менше 4.5 та більше 8.5 і наступного змішування концентратів. За умов використання прийнятного температурного режиму одержують радіоактивний відхід, що містить борну кислоту з концентрацією 15-20г/л та боракс із припустимим для навколишнього середовища вмістом радіоактивних ізотопів, що є нерадіоактивним відходом. За допомогою придатної технології - іонообміну або електродіалізу з бораксу одержують розчин борної кислоти. Недоліком методу є одержання радіоактивного відходу, що підлягає довготривалому зберіганню, і містить 15-20г/л нерадіоактивної борної кислоти, що займає об'єм у сховища х для радіоактивних відходів, знижує якість цементної матриці та сприяє вимиванню радіоактивних ізотопів з матриці за умов використання способу цементування радіоактивних відходів. Метою даного винаходу є створення способу та установки для переробки рідких радіоактивних відходів, що дозволяють здійснювати підготовку радіоактивних відходів для довготривалого зберігання за умов мінімального вмісту нерадіоактивної борної кислоти і одержання придатних для вторинного використання матеріалів, без небезпеки для навколишнього середовища. Зазначена мета вирішується у спосіб, при якому після окремого збору кислих та лужних радіоактивних відходів здійснюють окреме концентрування радіоактивних відходів, що з одного боку мають рН більше 8.5до досягнення вмісту борної 4 кислоти від 35 до 200г/л та з іншого боку радіоактивних відходів, що мають рН менше 6.0 і не містять борної кислоти, до досягнення загального сольового вмісту від 400 до 500 г/л. Після чого концентрати змішують в співвідношенні від 0.5:1 до 1:2 у перерахованих грам-еквівалентах гідрооксиду натрію до борної кислоти, що містяться у відході. Вищевказані співвідношення призводять до зміни рН суміші від 8.0 до 10.1. У разі необхідності додаткової корекції рН використовують коригувальні добавки - азотну або іншу кислоту, карбонат або гідрооксид натрію. При цьому відбувається процес виділення бораксу, а концентрація борної кислоти у маточному розчині сягає 20-25г/л. Виділені кристали бораксу розчиняють та фільтрують з метою виділення спільних осадів солей. З очищеного розчину перекристалізовують боракс із таким вмістом радіоактивних ізотопів, що він є радіаційно безпечним для навколишнього середовища і може зберігатися у стандартних схови ща х для хімікатів. Після фільтрації кристалів бораксу, можливим є використання частини фільтрату з концентрацією 20-25г/л або з виділених кристалів бораксу можна приготувати розчин з тією ж самою концентрацією для переробки шляхом електродіалізу до одержання розчинів борної кислоти з концентрацією від 0.1 до 60г/л та гідрооксиду натрію з концентрацією до 150г/л. Електродіалізний вузол працює при використанні температуростійких мембран та електричного струму з напругою від 5.0 до 55 В і сили струму від 0.2 до 45 А. Основну частину одержаного радіоактивного відходу (фільтрату), що містить борну кислоту з концентрацією 20-25г/л обробляють солями лужноземельних металів, при цьому відбувається виділення нерозчинних боратів. У цій реакції одержують радіоактивний відхід - фільтрат, що містить 2-4г/л борної кислоти. Як солі лужноземельних металів використовують кальцієві і магнієві солі або їх суміші. Способом очистки радіоактивних відходів відповідно до винаходу одержують: - боракс із припустимим для навколишнього середовища вмістом радіоактивних ізотопів, що містить тільки ізотопи цезію з максимальною сумарно концентрацією 800Бк на один кілограм бораксу; - кальцієві, магнієві або кальцієво-магнієві борати із припустимим для навколишнього середовища вмістом радіоактивних ізотопів; - розчин борної кислоти із припустимим для навколишнього середовища вмістом радіоактивних ізотопів; - розчин гідрооксиду натрію, що містить тільки ізотопи цезію з максимальною сумарною концентрацією до 800Бк на кілограм натрієвої основи; - радіоактивний відхід, що містить близько 5г/л борної кислоти. Спосіб за даним винаходом реалізують за допомогою установки для обробки радіоактивних відходів. Установка містить реактор-гомогенізатор, що живиться від з'єднаних з ним резервуарів для радіоактивних відходів з рН нижчим 5.5 та рН біль 5 79944 6 шим 5.5, а також резервуару для коригуючих рН 9 - розділювач домішок. 10 - резервуар для перероблених радіоактивРеактор-гомогенізатор також з'єднаний із сених відходів з концентрацією 2-4г/л борних солей паратором для кристалічної фази бораксу та рід11 - буферний резервуар для розчину бораксу кого радіоактивного відходу, що містить 20-25г/л 12-фільтр борної кислоти. 13 - реактор-кристалізатор Рідкий радіоактивний відхід надходить до змі14 - сепаратор для перекресталізованого бошувача-відстійника, що у вер хній своїй частині раксу з'єднаний із резервуаром для подачі розчинів со15 - проміжний резервуар лей лужноземельних металів, а у нижній частині 16 - розділювач бораксу із сепаратором для лужноземельних боратів. Від 17 - резервуар для розчинення перекристаліостанньої кристалічної фази лужноземельні боразованого бораксу ти надходять для очистки у розділювач, після чого 18 - електродіалізний вузол подаються до пакетувального пристрою, а рідкий 19 - резервуар для розчину борної кислоти радіоактивний відхід із вмістом 2-4г/л борних со20- резервуар для розчину натрієвої основи 21 лей надходить до резервуару для перероблених - пакувальний пристрій. радіоактивних відходів. Установка працює наступним чином: Інший продукт, що виходить із сепаратора Радіоактивний відхід з рН меншим за 5.5. з рез'єднаного із реактором-гомогенізатором, а саме зервуара 1 та радіоактивний відхід з рН більшим кристалічну фаз у бораксу, подають та розчиняють за 5.5. з резервуара 2 змішують у реакторіу буферному резервуарі для розчину бораксу, фігомогенізаторі 4 з добавками з резервуару 3. В льтрують через фільтр, транспортують до реакторезультаті взаємодії виділяють боракс у сепаратору та сепаратору,з яких перекристалізований борі 5. Кристалічну фазу бораксу перекидають та ракс надходить у розділювач, а маточний розчин розчиняють у буферному резервуарі 11, фільтрузбирають у резервуар та повертають до буферноють через фільтр 12, транспортують до реактораго проміжного резервуара для розчину бораксу. кристалізатора 13 і перекидають до сепаратора Одну частину від перекристалізованого боракдля перекристалізованого бораксу 14, після чого су з розділювача подають до пакетувального придля відокремлення бораксу подають у розділювач строю, а іншу частину подають для нового розчи16 та пакетують у пакетувальному пристрої 21. нення у резервуарі, після чого розчин надходить Маточний розчин з сепаратора 14 збирають у редо електродіалізного вузла, де отримують розчини зервуарі 15 і подають для вторинного використанборної кислоти та гідрооксиду натрію. ня у буферному резервуарі 11. Переваги способу та установки для переробки Рідкий радіоактивний відхід після виділення радіоактивних відходів відповідно до винаходу бораксу у сепараторі 5 транспортують до змішуваполягають у наступному: ча-відстійника 6, де його змішують із розчином - з радіоактивних відходів одержують придатні лужноземельних солей з резервуару 7, виділяють для використання продукти - боракс, кальцієвоборати в сепараторі 8, очищають у розділювачі 9 магнієві борати, розчини борної кислоти та натрієта пакетують у пакетувальному пристрої 21. Одевої основи із припустимим для навколишнього ржаний у відстійнику 6 рідкий радіоактивний відхід, середовища вмістом радіоактивних ізотопів; що містить борні солі з концентрацією від 2 до 4г/л - радіоактивний відхід, одержаний внаслідок через сепаратор 8 подають для зберігання до резапропонованих способу та установки придатний зервуару перероблених радіоактивних відходів 10. для довготривалого зберігання і містить дуже малі Перекристалізований боракс з розділювача 16, кількості борної кислоти, таким чином нерадіоакпісля розчинення у резервуарі 17 подають до елетивні продукти не займають великі об'єми у схоктодіалізного вузла 18, після чого у резервуарі 19 вища х для радіоактивних відходів. одержують розчини борної кислоти із концентраціВинахід пояснений доданою технологічною єю до 60г/л, а у резервуарі 20 - розчини натрієвої схемою установки для переробки радіоактивних основи із концентрацією до 150г/л. відходів від атомних електростанцій зображеної на Приклади використання винаходу фігурі 1. Приклад 1 Пояснювальний список позначень Установка Беруть 1л радіоактивного відходу з рН 8.0, що складається з наступних споруд: містить 35г/л борної кислоти (борні солі) та змішу1 - резервуар для радіоактивних відходів з рН ють із радіоактивним відходом з рН 10.1 допоки меншим за 5.5 суміш сягне значення рН, що дорівнює 9.1. Після 2 - резервуар для радіоактивних відходів з рН виділення бораксу у вигляді твердої кристалічної більшим за 5.5 маси, до залишку рідкого радіоактивного відходу 3 - резервуар для коригувальних домішок для додають 9.0мл розчину нітрату кальцію з концентрегулювання рН рацією 900г/л. Одержаний нерозчинний борат 4 - реактор-гомогенізатор кальцію виділяють із суміші, а рідкий радіоактив5 - сепаратор для кристалічної фази бораксу ний відхід підлягає концентруванню до одержання та рідкого радіоактивного відходу останнього з концентрацією 2.2г/л борної кислоти. 6 - змішувач-відстійник Окремі кальцієві борати піддають неодноразовій 7 - резервуар для розчинів солей лужноземепромивці водою і виділяють як нерадіоактивні льних металів продукти. Із виділеного та кристалізованого борак8 - сепаратор для боратів (кальцієвих та магсу виготовляють розчин з концентрацією 20г/л та нієвих) направляють на електродіаліз. У електродіалізно 7 79944 8 му вузлі використовують температуростійкі мемконцентрацією 500г/л. Одержані нерозчинні магнібрани та електричний струм з напругою 5.2В та єві борати виділяють із суміші, а рідкий радіоактисилою струму 0.35 А. Виробляють: розчин борної вний відхід концентрують до одержання останньокислоти з концентрацією 10г/л та розчин гідроокго з концентрацією 3.4г/л борної кислоти. сиду натрію з концентрацією 1.5г/л. Виділений боракс подають на перекристалізаПриклад 2 цію після чого з очищеного бораксу виготовляють Беруть 1л радіоактивного відходу з рН 10.0, розчин з концентрацією 25г/л, який направляють що містить 200г/л борної кислоти (борні солі) та на електродіаліз за умови використання темперазмішують з радіоактивним відходом з рН 4.0 допотуростійких мембран та електричного струму з ки суміш сягне значення рН, що дорівнює 8.2. Піснапругою 55В та силою струму 45А. Виробляють: ля виділення бораксу у вигляді твердої кристалічрозчин борної кислоти з концентрацією 59г/л та ної маси, до залишку рідкого радіоактивного розчин гідрооксиду натрію з концентрацією 150г/л. відходу додають 9.4мл розчину хлориду магнію з Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601