Спосіб очищення радіоактивно-забрудненого матеріалу

1 Спосіб очищення радіоактивнозабрудненого матеріалу, при якому матеріал приводять в контакт з дезактиваційною рідиною, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що дезактиваційна рідина являє собою водний розчин азотної кислоти, що містить засіб генерації NOx 5 Спосіб за одним з пп 1-4, який відрізняється тим, що дезактиваційна рідина містить азотну кислоту з молярною концентрацією від ЗМ до 5М 6 Спосіб за п 5, який відрізняється тим, що дезактиваційна рідина містить азотну кислоту з молярною концентрацією 4М 7 Спосіб за одним з пп 1-6, який відрізняється тим, що дезактиваційну рідину додатково перемішують 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що матеріал додатково промивають після його приве дення в контакт із дезактиваційною рідиною 9 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що в ньому, крім того, забруднений матеріал поміщають до обертового резервуара, який має один чи декілька отворів, здійснюють цикл вилуджування матеріалу, при якому подають дезактиваційну рідину усередину резервуара, і приводять зазначений резервуар в обертання, у результаті чого зазначена дезактиваційна рідина перемішується з матеріалом, припиняють обертання резервуара і видаляють з нього дезактиваційну рідину 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що в нього, крім того включають цикл промивання, в якому подають промивну рідину усередину резервуара, приводять резервуар в обертання для забезпечення перемішування промивної рідини з матеріалом, припиняють обертання резервуара і потім видаляють з нього промивний матеріал 11 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що забруднений матеріал піддають принаймні одному додатковому циклу промивання 12 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що матеріал піддають трьом циклам промивання 13 Спосіб за одним з пп 9 - 12, який відрізняється тим, що забруднений матеріал зберігають у контейнері, що має один чи декілька отворів 14 Спосіб за одним з пп 1 - 13, який відрізняється тим, що оброблюваний забруднений матеріал містить пластик 15 Спосіб за одним з пп 1 - 14, який відрізняється тим, що оброблюваний матеріал забруднений актинідними сполуками 16 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що актинідні сполуки містять уран Даний винахід стосується способу очищення радіоактивно-забрудненого матеріалу, а конкретніше, способу очищення радіоактивнозабрудненого матеріалу з пластмаси Перед відправленням вантажу радіоактивнозабрудненого матеріалу на місце поховання ВІДХОДІВ, наприклад, на смітник, повинно бути забезпечене зниження рівня забруднення матеріалу до значення, меншого заданого граничного значення для даного смітника Тому часто необхідно здійснювати обробку забруднених матеріалів перед їхнім похованням для зниження рівнів забруднення до допустимих для поховання меж При поводженні з радіоактивними матеріалами і при їх обробці широко використовують такі засоби, як, наприклад, рукавички і плівка, виготовлені з пластика При очищенні таких виробів у достатній мірі для того, щоб здійснити їхнє безпечне 2 Спосіб генерації 3 Спосіб генерації 4 Спосіб генерації за п NOx за п NOx за п NOx 1, який містить 2, який містить 1, який містить відрізняється тим, що засіб нітрит відрізняється тим, що засіб нітрит натрію відрізняється тим, що засіб сплав на основі заліза О C O 00 48310 видалення на місце поховання ВІДХОДІВ, виникають певні складності Спроби виконувати очищення пластика за рахунок простої операції вилуджування азотною кислотою із наступним принаймні одним циклом промивання, виявилися незадовільними, оскільки, як з'ясувалося, матеріал після такої обробки не має достатнього рівня очищення для його безпечного поховання Відомий спосіб очищення забрудненого матеріалу з пластмаси описаний у міжнародній заявці на патент No 95/16997 Цей спосіб передбачає промивання матеріалу у воді, що містить сильний луг, такий як каустична сода або поташ у водному розчині Якщо потрібно, у воду може бути додана поверхнево-активна речовина (що змочує), переважно така, що не утворює піни У ході операції промивання протікає реакція омилення, так що матеріал піддається вибірковій ХІМІЧНІЙ обробці, при якій чиниться вплив на певні поверхневоактивні речовини, наприклад, на пластифікатори, що містять більшість забруднень Після проведення цієї операції промитий матеріал ополіскують водою Недолік зазначеного способу полягає в тому, що забруднюючі речовини, такі як уранові сполуки, не стають розчинними, що створює певні складності при їхньому відновленні Відновлення може бути здійснене за допомогою процесу відділення твердого тіла від рідини, наприклад фільтрацією, після чого здійснюють чи пряме вилуджування уранових сполук з фільтра, чи фізичне видалення твердих речовин із фільтра і потім вилуджування уранових сполук з видалених із фільтра твердих речовин Завданням даного винаходу є створення такого способу очищення радіоактивно-забрудненого пластика, який би був ефективним і дозволяв здійснювати безпечне поховання обробленого матеріалу ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу, пропонується спосіб очищення матеріалу, забрудненого радіоактивними речовинами, який включає у себе операцію приведення матеріалу в контакт із дезактиваційною рідиною, яка являє собою водний розчин азотної кислоти, що містить засіб генерації NOx Переважно, засіб генерації NOx містить нітрит Переважно, засіб генерації NOx містить нітрит натрію Переважно, засіб генерації NOx може містити сплав на основі заліза Переважно, дезактиваційна рідина може містити азотну кислоту з молярною концентрацією від ЗМ до 5М, а краще, із молярною концентрацією, що складає 4М Переважно, запропонований спосіб включає у себе операцію перемішування дезактиваційної рідини, а також може включати додаткову операцію промивання матеріалу, яку здійснюють після операції приведення матеріалу в контакт із дезактиваційною рідиною Запропонований спосіб може включати у себе операції, що передбачають поміщення забрудненого матеріалу до обертового резервуара, який має один чи декілька отворів, здійснення циклу вилуджування забрудненого матеріалу, що передбачає подачу дезактиваційної рідини усередину резервуара, і приведення зазначеного резервуара в обертання, у результаті чого зазначена дезактиваційна рідина перемішується із забрудненим матеріалом, припинення обертання резервуара і видалення з нього дезактиваційної рідини Запропонований спосіб може також включати у себе здійснення циклу промивання забрудненого матеріалу, що передбачає подачу промивної рідини усередину резервуара, приведення резервуара в обертання для забезпечення перемішування промивної рідини із забрудненим матеріалом, припинення обертання резервуара і потім видалення з нього промивного матеріалу Переважно, матеріал піддають принаймні одному додатковому циклу промивання Матеріал може бути підданий трьом циклам промивання Переважно, матеріал може зберігатися в контейнері, який має один або декілька отворів (перфорацій) Матеріал, що дезактивується (знезаражується), може бути пластиком і може бути забруднений актинідними сполуками, які можуть містити уран Однією ІЗ переваг запропонованого способу є те, що він є сумісним із процесами, які використовуються в ядерній промисловості для відновлення урану і для його повторного запровадження до уранового паливного циклу Зазначені вище й ІНШІ характеристики даного винаходу розглянуто більш детально у подальшому описі, наведеному в якості прикладу, що не має обмежувального характеру, з роз'ясненням на малюнках, що додаються На Фіг 1 показаний графік, який ілюструє вплив добавки нітриту натрію на час очищення зразка На Фіг 2 показаний схематично поперечний перетин пристрою для очищення радіоактивнозабрудненого матеріалу На Фіг 3 показана схематично блок-схема системи очищення, до якої входить пристрій, показаний на Фіг 2 При проведенні випробувань з очищення пластиків, забруднених урановими сполуками, із використанням водного розчину азотної кислоти, було виявлено, що між виготовленими зі сплавів на основі заліза компонентами пристрою й азотною кислотою протікає реакція, яка сприятливо впливає на процес очищення Ця реакція між сплавом на основі заліза, а конкретно, між м'якою сталлю й азотною кислотою, приводить до утворення в об'ємі азотної кислоти газоподібних (NOx) нітрату заліза (азотнозалізної солі) і оксиду азоту Лабораторні випробування показали, що наявність нітрату заліза в азотній кислоті не впливає на процес очищення пластика кислотою Проте добавка до кислоти залізних ошурок майже негайно впливає на забруднений пластик, занурений в азотну кислоту Усього протягом декількох секунд відбувається повне очищення матеріалу без будь-яких видимих СЛІДІВ знебарвлення Додаткові випробування, при яких проводили барботування в азотній кислоті газом NOx, одержуваним при реакції заліза із азотною кислотою, показали, що наявність газу NOx є важливим чинником для успішного очищення матеріалу Варто мати на увазі, що, незважаючи на те, що хоч використання заліза в якості добавки в 48310 процес і давало сприятливі для очищення результати, все ж його присутність може створювати проблеми при наступній обробці відновленого урану Добавкою, яка генерує NOx і могла б бути прийнятною на наступній стадії обробки, переважно є нітрит, такий як нітрит натрію Аналіз впливу нітриту натрію на час, необхідний для очищення забрудненого пластика, проводили таким чином Приклад Здійснювали роздрібнення пластика, забрудненого двоокисом урану в КІЛЬКОСТІ приблизно 2,5 3,5% (мас), за допомогою потужної офісної машини для знищення паперу До порцій водного розчину 4М азотної кислоти, в якій був занурений невеличкий зразок матеріалу вагою біля 0,2г, добавляли різноманітні маси нітриту натрію Відмічали час, необхідний для того, щоб зазначений зразок став при візуальному спостереженні чистим у неперемішаному розчині Результати випробування показані на графіку Фіг 1, уздовж осей якого відкладено ВІДПОВІДНИЙ час у хвилинах і маса в грамах нітриту натрію, що добавляється на ЮОмл 4М азотної кислоти На графіку відкладено час, необхідний для того, щоб зразок пластика став чистим Беручи до уваги, що нітрит є сполукою, нестабільною у кислотному середовищі, використання терміна «концентрація нітриту» втрачає сенс, і тому добавку нітриту натрію виражали в термінах добавки маси на 100мл 4М азотної кислоти ВІДПОВІДНО ДО ОДНОГО ІЗ варіантів здійснення даного винаходу, призначений до очищення пластик поміщали в резервуар, що містив дезактиваційну рідину у формі водного розчину азотної кислоти, до якого був доданий нітрит натрію Резервуар був обладнаний ВІДПОВІДНОЮ мішалкою для перемішування розчину Нітрит натрію реагував з азотною кислотою, генеруючи (утворюючи) гази NOx у розчині, що ефективно впливало на очищення пластика На Фіг 2 і 3 схематично показані пристрій і система для очищення забрудненого пластика в промисловому масштабі Пристрій для очищення містить корпус 2 з отвором доступу 3, в нормальному стані закритим дверима 4, установленими на петлях 5 і обладнаними замком 6 Передбачено ущільнення для забезпечення вологонепроникності дверей 4 після їхнього зачинення Передбачено блокування, яке не дозволяє відчинити двері при роботі пристрою 1 Усередині корпуса 2 розташований циліндричний резервуар, переважно у формі барабана 7, у циліндричній СТІНЦІ ЯКОГО виконані численні отвори, причому зазначений барабан має можливість обертання навколо горизонтальної осі в стаціонарній циліндричній оболонці 8 У кращому варіанті барабан 7 і оболонка 8 виготовлені з неіржавкої сталі Барабан 7 має суміжний із дверима 4 відкритий кінець і є жорстко закріплений на валу 9, що виступає в задньому напрямку назовні з оболонки 8 Ведений шків 10, установлений на КІНЦІ вала 9, приводиться в обертання приводним ременем 11 Рух приводного ременя 11 і, отже, обертання барабана 7, здійснюється за допомогою блока приводу 12, що може містити електродвигун і редуктор із регульованою вихідною швидкістю Варто мати на увазі, що для обертання барабана можуть бути використані й ІНШІ ТИПИ приводів із регульованою вихідною швидкістю Зовні ВІД корпуса 2 може бути встановлений прилад 13 для вимірювання радіації, наприклад, монітор гамавипромінювання (пристрій для виявлення гамавипромінювання) На Фіг 3 схематично показана спрощена система підключення пристрою 1 очищення до бака 14, який містить водний розчин азотної кислоти, а також до бака 15, який містить промивну рідину, переважно, воду У кращому варіанті здійснення молярна концентрація азотної кислоти може знаходитися в діапазоні від ЗМ до 5М і ще краще, якщо вона складає 4М Пристрій 1 обладнаний постачальним насосом 16 і відкачувальним насосом 17 У якості насосів 16 і 17 використовують переважно здвоєні діафрагмові насоси із неіржавкої сталі, які працюють за допомогою стиснутого повітря, що подається по ЛІНІЯХ 18 Постачальний насос 16 підключений за допомогою труби 19, в якій стоїть клапан 20, до бака азотної кислоти 14, а за допомогою труби 21, в якій стоїть клапан 22, - до водяного бака 15 Подібним чином, відкачувальний насос 17 підключений за допомогою труби 23, в якій стоїть клапан 24, до бака азотної кислоти 14, а за допомогою труби 25, в якій стоїть клапан 26, до водяного бака 15 Азотна кислота може надходити до бака 14 по трубі 27, а вода може подаватися в бак 15 по трубі 28 Передбачено дозатор 29 для подачі усередину пристрою 1 ВІДПОВІДНОГО засобу генерації NOx, переважно нітриту натрію У процесі роботи спочатку двері 4 відчинені, і через них до барабана 7 поміщають проникний мішок ЗО, що містить роздрібнений забруднений пластик 31 Одночасно може провадитися обробка декількох МІШКІВ ЗО Потім двері 4 зачиняють, клапан 20 відчиняють, а клапани 22, 24 і 26 зачиняють Після ЦЬОГО починають цикл вилуджування шляхом подачі стиснутого повітря по лінії 18 до діафрагмового насоса 16, який накачує азотну кислоту з бака 14 по трубі 19 у пристрій 1 Азотна кислота спрямовується до оболонки 8 і проходить крізь отвори в СТІНЦІ барабана 7 Нітрит натрію вводять у барабан 7 пристрою 1 крізь дозатор 29 порошку В альтернативному варіанті нітрит натрію може знаходитися в перфорованому контейнері, який поміщають безпосередньо у барабан 7 разом з мішками ЗО Необхідна КІЛЬКІСТЬ нітриту натрію складає зазвичай 1000г на 10кг завантаженого пластика Нітрит натрію дозволяє генерувати гази NOx в азотній кислоті для утворення дезактиваційної рідини Коли в пристрої 1 утворюється достатня КІЛЬКІСТЬ дезактиваційної рідини, подають команду на блок приводу 12 для приведення в обертання барабана 7, наприклад, із швидкістю 30об/хв Проникність МІШКІВ ЗО дозволяє дезактиваційній рідині чинити відповідну дію на пластик 31, але запобігає блокуванню пластиком отворів у барабані 7 Обертання барабана 7 дозволяє перемішувати рідину, що вилуджує, і сприяє початковому перемішуванню її з пластиком Цілком очевидно, що ХІМІЧНИЙ процес, який приводить до очищення пластика, є надзвичайно складним Проте можна припустити, що гази NOx 48310 чинять руйнацію матеріалу, що оточує уранові сполуки, так, що ці сполуки витискуються, звільняються і переходять у рідину, що вилуджує Як видно, швидкість дезактивації визначається початковими умовами в пристрої для промивання, а не миттєвими умовами в ході процесу вилуджування Протягом перших кількох моментів процесу вилуджування існує можливість поглинання пластиком «активних різновидів (речовин)», за рахунок яких протікає процес дезактивації КІЛЬКІСТЬ зазначених поглинених «різновидів» є функцією тільки початкових умов в пристрої для промивання За бажанням, час від часу барабан 7 може приводитися в обертання в протилежному напрямку, або по черзі в напрямках годинникової і проти годинникової стрілки, щоб поліпшити перемішування із пластиком рідини, що вилуджує По закінченні визначеного проміжку часу, наприклад 15 90 хвилин, обертання барабана 7 припиняють, і включають насос 17 для відкачки дезактиваційної рідини з пристрою 1 до бака 14 по лінії 25 крізь попередньо відчинений клапан 26 Після цього, якщо потрібно, барабан 7 може бути приведений в обертальний рух з високою швидкістю, наприклад, 400об/хв, для здійснення відцентрового сушіння (центрифугування) матеріалу з видаленням із нього дезактиваційної рідини, що запишається, яка потім відкачується в бак 14 Після цього починають цикл промивання, вмикаючи насос 16 при зачиненому клапані 20 і відкритому клапані 22 При цьому вода подається з бака 15 по трубі 21 до пристрою 1 Включенням блока приводу 12 барабан приводиться в обертання, наприклад зі швидкістю 30об/хв, так що вода миттєво перемішується з пластиком 31 і вимиває з нього розчинені уранові сполуки, що ще залишалися після циклу вилуджування Через деякий час, зазвичай від 10 до 15 хвилин, обертання барабана 7 припиняють, і при відчиненому клапані 24 і зачиненому клапані 26 включають насос 17 для повернення води в бак 15 V \ 70 60 50 40 30 20 Ю 0 \ \ \ о 02 0.4 as / 12 U Маса нітриту натрію, добавленного на 100 мл 4М азотно! кислоти (г) ФІГ. 1 8 по трубі 23 Якщо потрібно, цикл промивання може бути повторений За спостереженнями авторів, на практиці три цикли промивання дають задовільні результати При номінальному завантаженні 10кг забрудненого пластика і при використанні 1000г нітриту натрію типовий цикл кислотного вилуджування має тривалість 60 хвилин, слідом за яким проводять три цикли промивання, кожний тривалістю 10 хвилин Після ЦЬОГО барабан 7 може бути приведений в обертання з високою швидкістю, зазвичай 400об/хв, так щоб здійснити відцентрове сушіння матеріалу 31 з видаленням із нього вологи, що залишається При цьому краще, якщо барабан 7 приводять в обертання зі швидкістю, достатньою для створення в матеріалі 31 відцентрової сили приблизно 150д СЛІДОМ за операцією відцентрового сушіння з пристрою 1 можна здобути мішок ЗО, який буде містити сухий, оброблений і очищений матеріал 31 Радіоактивність вмісту пристрою 1 може бути виміряна за допомогою монітора 13 для детектування гама-випромінювання До здобуття МІШКІВ ЗО з пристрою 1 монітор 13 для детектування гама-випромінювання може бути використаний для перевірки того, чи є оброблений матеріал очищений у достатньому ступені для його безпечного поховання За необхідністю може бути передбачена окрема станція моніторингу для перевірки рівня забруднення обробленого матеріалу Було виявлено, що при застосуванні пристрою ВІДПОВІДНО ДО даного винаходу може бути забезпечений коефіцієнт очищення (дезактивації) більший за 100 На практиці керування ПОСЛІДОВНІСТЮ І тривалістю роботи насосів, клапанів і приводів може здійснюватися автоматично ВІДПОВІДНО ДО згаданої програми, причому зміни часу тих чи інших циклів можуть здійснюватися шляхом змін в цій програмі 48310 ЇЇ ФІГ. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10