СПОСОБ ОЧИСТКИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF CLEANING AND DECONTAMINATION OF EQUIPMENT ON NUCLEAR POWER PLANTS (VERSIONS)

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к способам удаления эксплутационных радиоактивных отложений с поверхностей оборудования первых контуров атомных электрических станций (АЭС) с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями (ТЖМТ).
Для ядерной энергетики 21-го века важное значение будут иметь АЭС с внутренней присущей (естественной) безопасностью. К таким объектам относятся, в частности, АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с использованием в качестве теплоносителя первого контура ТЖМТ (свинец, эвтектический сплав свинец-висмут, свинец-литий и др.) [Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях. Министерство по атомной энергии России. ГНЦ РФ ФЭИ им. Лейпунского. Тезисы докладов, г.Обнинск, 5-9 октября, 1998 г., с.1].
При проектировании таких реакторов, наряду с решением проблем по нейтронной физике, теплогидравлике, коррозии, радиационной стойкости конструкционных материалов, технологии теплоносителя и др. [А.И.Филин. Экспериментальные работы в подтверждение концепции быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем (Брест). Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях. Министерство по атомной энергии России. ГНЦ РФ ФЭИ им. Лейпунского. Тезисы докладов, г.Обнинск, 5-9 октября, 1998 г., с.45], немаловажное значение имеет разработка способов (технологий) очистки и дезактивации контурного оборудования от эксплуатационных отложений. Связано это с тем, что физико-химический и фазовый состав эксплуатационных отложений, формирующихся на поверхностях оборудования, работающего в ТЖМТ, существенным образом отличается от отложений, образующихся в среде традиционных теплоносителей (вода, щелочные металлы).
В частности, в циркуляционных контурах с жидким свинцом протекает ряд физико-химических процессов, характерных для контуров и с другими ТЖМТ. К ним относятся: поступление в контур и теплоноситель примесей, их взаимодействие между собой и с теплоносителем с образованием шлаков, термический и изотермический перенос масс, высаждение примесей на поверхностях контура основной циркуляции теплоносителя, загрязнение поверхностей оборудования газового контура примесями и продуктами испарения теплоносителя и др.
При этом основными компонентами загрязнений, образующихся на поверхностях оборудования реакторной установки (РУ) с ТЖМТ в процессе его эксплуатации и извлечения из первого контура являются:
2
4
2
3
3
- «рыхлый» слой отложений, представляющий собой застывший на поверхностях теплоноситель, его оксиды и сложные по составу шлаковые отложения, содержащие смесь частиц примесей γ-Fe, Pb, PbO, FeO, FeO, α-AlO и др.;
x
3-x-y
y
4
- плотный защитный слой отложений, содержащий оксиды металлов, входящих в состав конструкционных материалов контура, и имеющий структуру шпинели типа NiFeCrO, где x и у - переменные.
2
Как показал опыт эксплуатации ЯЭУ со свинцово-висмутовым теплоносителем [А.К.Андрианов, В.Я.Бредихин, Л.Н.Москвин, О.Г.Панов. Совершенствование режимов и регламентов химической технологии свинцово-висмутового теплоносителя ядерной энергетической установки стенда КМ-1. Тяжелые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях. Министерство Российской Федерации по атомной энергии. ГНЦ РФ ФЭИ им. Лейпунского., г.Обнинск, 11-12 декабря, 2003 г., Тезисы докладов, п.4.14] количество «рыхлых» эксплутационных отложений на 1 м поверхности съемного оборудования, извлекаемого из первого контура, может достигать 0,5-1,0 кг. При этом основными радионуклидами, определяющими радиационную обстановку (дозовые нагрузки на персонал) в зоне проведения регламентных работ по контролю состояния металла, техническому обслуживанию и ремонту оборудования являются изотопы, образующиеся в результате активации самого теплоносителя и его основных примесей (Pb-203, Bi-207, Hg-197, Hg-203, Ag-110 m, Au-198 и др.) и примесей металлов, перешедших в теплоноситель из конструкционных материалов первого контура (Со-60, Со-58, Fe-59, Cr-51, Mn-54, Ni-63 и др.). Все они в основном входят в состав «рыхлых» отложений.
Основной целью дезактивации является снижение радиоактивного загрязнения оборудования до допустимой нормы или уровня, позволяющего проводить персоналом АЭС ремонтные работы в течение полного рабочего дня [Н.И.Ампелогова, Ю.М.Симановский, А.А.Трапезников. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат. 1982, с.119].
Сами способы дезактивации должны удовлетворять следующим требованиям:
- обеспечивать эффективное удаление с поверхностей радиоактивных загрязнений;
- не вызывать существенной коррозии и механического разрушения (повреждения) дезактивируемого материала;
- количество радиоактивных отходов должно быть минимальным;
- способы дезактивации должны быть экономичными, безопасными, не приводить к распространению радиоактивных загрязнений, допускать возможность их механизации [Н.И.Ампелогова, Ю.М.Симановский, А.А.Трапезников. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат. 1982, с.137].
Весьма важным при выборе способа дезактивации является также решение проблемы переработки (обезвреживания) и захоронения радиоактивных отходов, образующихся в процессе ее проведения [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат. 1985, с.4-6].
Способы обезвреживания ЖРО должны не только эффективно очищать отходы от радионуклидов и концентрировать последние в минимальном объеме, но и обеспечивать надежную изоляцию радиоактивных отходов от окружающей среды при их длительном хранении [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат. 1985, с.13, 71].
Известно множество способов дезактивации контурного оборудования РУ с водным и жидкометаллическим натриевым теплоносителями, основанных на физических, физико-химических и химических процессах воздействия на удаляемые с поверхностей радиоактивные загрязнения [Н.И.Ампелогова, Ю.М.Симановский, А.А.Трапезников. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, с.137-156 и 212-228, 1982]. Анализ возможности адаптации этих способов для решения проблемы дезактивации оборудования РУ со свинцовым теплоносителем показал их ограниченные возможности.
Использование физико-механических и физико-химических способов не исключает возможности механического повреждения очищаемых поверхностей оборудования при удалении с них макрокомпонентов эксплуатационных отложений (застывшего свинца, его оксидов и шлаков). Способы трудоемки и неэффективны, что приводит к неоправданному увеличению дозовых нагрузок на персонал, участвующий в работах по очистке, ревизии и ремонту оборудования.
Наиболее приемлемым представляется известный способ погружной, химической дезактивации [Н.И.Ампелогова, Ю.М.Симановский, А.А.Трапезников. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1982, с.142]. Способ заключается в погружении оборудования в ванну с растворами химических реагентов или заполнении внутренних полостей дезактивируемого оборудования растворами химических реагентов. Этим способом можно дезактивировать изделия различной конфигурации и габаритных размеров. Основной эффект очистки и дезактивации достигается вследствие химических взаимодействий дезактивирующих растворов на радиоактивные загрязнения и коррозионные отложения, в результате которых они переходят с поверхностей в растворы. Затем радиоактивные загрязнения, переведенные в растворы, дренируются из ванны вместе с ними. Следствием удаления загрязнений с поверхностей является улучшение радиационной обстановки при работе с оборудованием. Эффективность процесса дезактивации возрастает при перемешивании или циркуляции растворов и повышении их температуры. Дезактивацию съемного контурного оборудования, оснастки, арматуры, инструмента и т.п. обычно проводят путем их погружения в ванны с растворами. При дезактивации парогенераторов, теплообменников и т.п. применяют заполнение их дезактивирующими растворами с помощью специальных средств.
3
Авторы считают, что наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу, является способ погружной химической дезактивации [Н.И.Ампелогова, Ю.М.Симановский, А.А.Трапезников. Дезактивация в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат. 1982, с.142] с использованием рецептур растворов на основе уксусной кислоты (СНСООН), содержащих кислород (воздух, перекись водорода) [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, том 1. М.: Мир, 1971, с.439, 454] и [Н.Л.Глинка. Общая химия. Изд. 18. М.: Химия, 1976, с.520]. Данный способ принят в качестве способа-прототипа.
3
2
Несмотря на свои неоспоримые достоинства (простота, технологичность и эффективность), способ-прототип имеет существенный недостаток. Образующиеся при растворении остатков жидкометаллического теплоносителя - свинца, составляющего основу радиоактивных загрязнений поверхностей съемного оборудования после его демонтажа из контура, отработанные дезактивирующие растворы содержат большое количество ацетатов двухвалентного свинца. Данные растворы, иначе жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), подлежат переработке с целью уменьшения их объема. Наиболее широко при переработке применяют термический метод упаривания ЖРО. Получаемые солевые концентраты отверждают, включая их в инертные вяжущие матрицы, например цемент, битум, полимерные материалы и т.д. и захоранивают. Захоронение продуктов отверждения требует их устойчивости к воздействию влаги (атмосферных осадков, грунтовых вод), чтобы не допустить вымывания радиоактивных элементов из отвержденных продуктов и их попадания в окружающую среду. Учитывая высокую растворимость ацетатов двухвалентного свинца в воде, а именно 443 и 2210 г/кг Pb(СНСОО) при температурах 20 и 50°С, соответственно [В.И.Перельман. Справочник химика. М.: Госхимиздат, 1955, с.164-165]), данные отрицательные процессы при захоронении отвержденных солей ацетатов свинца не исключены.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа очистки и дезактивации контурного оборудования РУ со свинцовым теплоносителем, позволяющего не только снизить количество ЖРО, образующихся в процессе дезактивации оборудования растворами уксусной кислоты, но и регенерировать уксусную кислоту для ее повторного использования, перевести растворенные в концентратах ЖРО соли ацетата свинца в водонерастворимое состояние, упростить технологию отверждения радиоактивных солевых концентратов, повысить качество конечных продуктов и надежность их длительного хранения.
Поставленная задача решается предлагаемым способом дезактивации, реализуемом в двух вариантах.
Для достижения указанного технического результата в первом варианте способа очистки и дезактивации радиационно опасного оборудования методом его погружения в водные растворы уксусной кислоты, содержащие кислород (воздух, перекись водорода), и обработки поверхностей в растворах при заданной температуре в режиме их принудительного перемешивания с последующим обезвреживанием жидких радиоактивных отходов, предлагается:
3
4
2
4
- после извлечения оборудования из дезактивирующего раствора или слива раствора (ЖРО) вводить в отработанный раствор уксусной кислоты порциями стехиометрическое количество (реакции 1 и 2) ортофосфорной (HPO) или серной (HSO) кислоты
- после завершения ввода кислоты образующийся гетерогенный продукт подвергать термической обработке при температуре 100-120°С;
- образующийся при этом конденсат, представляющий собой водный раствор уксусной кислоты, использовать повторно (многократно) в качестве основы дезактивирующего раствора;
- полученный после отгонки раствора уксусной кислоты обезвоженный сыпучий осадок, представляющий собой смесь нерастворимых в воде солей фосфатов или сульфатов свинца (основа) с оксидами и гидрооксидами металлов, отверждать с использованием в качестве матрицы традиционных вяжущих веществ.
В частном случае выполнения в первом варианте предлагается в качестве вяжущих веществ использовать такие вяжущие вещества, как, например, битум, цемент или полимерные материалы.
Для достижения указанного технического результата во втором варианте способа очистки и дезактивации радиационно-опасного оборудования путем его погружения в водные растворы уксусной кислоты, содержащие кислород (воздух, перекись водорода), и обработки поверхностей в растворах при заданной температуре в режиме их принудительного перемешивания с последующим обезвреживанием жидких радиоактивных отходов, предлагается:
- после извлечения оборудования из дезактивирующего раствора или слива раствора (ЖРО) вводить в отработанный раствор уксусной кислоты порциями концентрированную ортофосфорную кислоту в количестве, превышающем стехиометрически необходимое (реакция 3)
- после завершения ввода кислоты образующийся при этом гетерогенный продукт подвергать термической обработке при температуре 100-120°С;
- образующийся при этом конденсат, представляющий собой водный раствор уксусной кислоты, использовать повторно (многократно) в качестве основы дезактивирующего раствора;
- полученный после отгонки раствора уксусной кислоты текучий квазигомогенный продукт, представляющий собой смесь нерастворимых в воде солей фосфатов металлов (основа - фосфат свинца) с их оксидами и гидрооксидами в избытке частично нейтрализованной ортофосфорной кислоты, отверждать с использованием в качестве матрицы вяжущих веществ фосфатного твердения.
В частном случае выполнения второго способа предлагается в качестве вяжущих веществ использовать природные минералы (магнетит, лимонит и др.) или бросовые отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды «тяжелых» металлов [С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. Химия, Ленинградское отделение, 1968, с.18-45, 130-133].
Дополнительно предлагается процесс дезактивации по предлагаемым способам заканчивать при стабилизации в растворе удельной активности и концентрации свинца при наличии в растворе свободной уксусной кислоты.
В качестве альтернативы, при переводе (трансформации) уксуснокислого свинца в нерастворимые в воде соединения в предлагаемом способе, помимо фосфорной и серной кислот, могут быть использованы сероводород (реакция 4) или углекислый газ (реакция 5) [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, том 1. М.: Мир, 1971, с.448, 453].
Сущность заявляемого способа заключается в том, что дезактивацию контурного оборудования РУ со свинцовым теплоносителем предлагается проводить по известной традиционной погружной технологии с использованием дезактивирующих растворов на основе уксусной кислоты, содержащих кислород. После завершения дезактивации (стабилизация в растворе удельной активности и концентрации свинца при наличии в растворе свободной уксусной кислоты), предлагается в отработанный раствор (ЖРО) вводить ортофосфорную или серную кислоту в количестве, необходимом для полного перевода легко растворимого в воде уксуснокислого свинца в трудно растворимые в воде фосфаты или сульфаты свинца (варианты 1) или избыток фосфорной кислоты (вариант 2). Полученные при этом гетерогенные продукты подвергать термообработке, образующийся конденсат, представляющий собой водный раствор уксусной кислоты, использовать повторно (многократно) в качестве основы дезактивирующего раствора, а конечное замоноличивание (отверждение) образующихся солевых концентратов предлагается проводить с использованием в качестве инертных матриц традиционных связующих или вяжущих веществ фосфатного твердения.
Положительным моментом включения в предлагаемый способ дезактивации стадии обработки ЖРО минеральными кислотами является то, что данная технологическая операция позволяет перевести хорошо растворимые в воде соли ацетата свинца в трудно растворимые фосфаты (сульфаты) свинца [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, том 1. М.: Мир, 1971, с.450, 453], что, априори, существенно снижает вымываемость радионуклидов из конечных отвержденных продуктов, подлежащих длительному захоронению.
При этом при проведении предлагаемой технологической операции в процессе
- образования в растворе ЖРО коллоидных и кристаллических форм фосфата (сульфата) свинца и протекания процессов соосаждения радионуклидов совместно со стабильными нуклидами,
- захвата взвешенных в очищаемой воде частиц, особенно коллоидных, образующимся осадком,
- адсорбции радионуклидов, находящихся в растворе в ионном состоянии,
на развитой поверхности образующегося осадка происходит коагуляционная очистка ЖРО [В.М.Седов и др.. Химическая технология теплоносителей ядерных энергетических установок. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.191, 292] не только от стабильных и радиоактивных изотопов свинца (основа отложений), но и от других радиоактивных компонентов эксплуатационных отложений, перешедших в раствор в процессе дезактивации.
Обработка отработанных дезактивирующих растворов, образующихся при реализации способа-прототипа минеральными кислотами, не только повышает эффективность очистки ЖРО от радионуклидов при их обезвреживании, но и снижает объем твердых солевых отходов (шламов), подлежащих последующему отверждению. Известно, что в практике обезвреживания ЖРО осадительными методами [В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. М.: Атомиздат, 1979, с.217] обычно используют метод соосаждения радионуклидов при коагуляции стабильных (нерадиоактивных) соединений различных химических веществ. В предлагаемом способе функцию коагулянта (соосадителя) при обезвреживании уксуснокислого раствора ЖРО выполняют радиоактивные и стабильные фосфаты (сульфаты) свинца, образующиеся в объеме ЖРО в процессе их обработки минеральными кислотами.
Положительным является и то, что реализация предлагаемого способа на практике дает возможность на стадии термообработки ЖРО не только регенерировать уксусную кислоту и возвратить ее в станционный технологический цикл, что существенно снижает общий объем ЖРО, образующихся в процессе дезактивации (температура кипения уксусной кислоты - 118,1°С, ортофосфорной кислоты 213°С [В.И.Перельман. Спровочник химика. М.: Госхимиздат, 1955, с.154-155, 66-67], но и получить трудно растворимые в воде радиоактивные солевые концентраты (продукты), пригодные к отверждению с использованием в качестве матриц традиционных связующих [А.С.Никифиров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.115-140], или вяжущих веществ фосфатного твердения [С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. Химия, Ленинградское отделение, 1968, с.18-45, 130-133]. При этом предлагаемый способ позволяет обеспечить выполнение практически всех требований (максимальную степень наполнения конечных продуктов радиоактивными компонентами отходов, высокую механическую и химическую стойкость отвержденных отходов, низкую скорость выщелачивания радионуклидов водой и др.), предъявляемых к отвержденным радиоактивным отходам, подлежащим длительной изоляции от окружающей среды [А.С.Никифиров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.71].
Известна [А.С.Никифиров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энегоатомиздат, 1985, с.118-119] плохая совместимость с битумом у солей, образующих гидраты. После включения таких солей в битум и охлаждения продукта может проявляться эффект гидратации солей, создающий благоприятные условия для проникновения воды внутрь смеси битум - наполнитель и связывания ее в гидраты. Это приводит к увеличению объема наполнителя, разбуханию смеси, нарушению и ухудшению гидроизоляции. Поэтому в этих случаях приходится существенно понижать степень наполнения битума, что, в общем, ухудшает показатели метода битумирования. Одним из недостатков метода цементирования, существенно снижающего степень включения в него радиоактивных солей и приводящего к увеличению объема отвержденных продуктов, является значительная вымываемость из цемента включенных в него водорастворимых солевых компонентов [А.С.Никифиров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.130]. При использовании в качестве связующих полиэфирных смол необходима глубокая степень обезвоживания радиоактивных солевых концентратов, что требует существенных энергетических затрат. Известно, что глубокое обезвоживание солевых концентратов может быть осуществлено при температурах до 500°С [А.С.Никифиров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.136, 113, 72]. При обезвреживании ЖРО, образующихся при реализации способа-прототипа, основным (определяющим) компонентом ЖРО является водорастворимая соль кристаллогидрата уксуснокислого свинца, что, исходя из вышесказанного, создает определенные проблемы при их обезвреживании и захоронении.
Предлагаемый способ практически лишен отмеченных выше недостатков, так как образующиеся в растворе ЖРО после ввода в него минеральных кислот осадки представляют собой нерастворимые в воде безводные соли фосфатов (сульфатов) свинца с сорбированными на них радионуклидами (осадки, шламы). Принимая во внимание закон Хана и правила соосаждения, согласно которым адсорбция или соосаждение ионов соосадителем происходит тем полнее, чем менее растворимо образующееся в растворе соединение (коагулянт) [Ю.В.Кузнецов, В.Н.Щебетковский, А.Г.Трусов. Основы дезактивации воды. М.: 1968, с.121], можно с уверенностью утверждать, что при реализации предлагаемого способа, раствор ЖРО, образующийся по способу-прототипу, может быть эффективно очищен не только от радиоактивного и стабильного свинца (основа отложений), но и от других радиоактивных примесей, перешедших в раствор в процессе дезактивации.
Авторами экспериментально установлено, что образующиеся в процессе реализации предлагаемого способа осадки имеют тонкодисперсную структуру с общей пористостью, определенной по методике, изложенной в [О.Н.Григорьев, И.Ф.Карпова и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. Изд. Химия. М., 1964, Ленинград, с.52], от 40,8 до 42,8%. Сами осадки по химическому и фазовому составу близки к природным безводным минералам, таким как пироморфит и англезит [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, том 1. М.: Мир, 1971, с.427, 428], что естественно, при их включении в любые традиционные связующие (битум, цемент, полиэфирные смолы) обеспечит низкую пористость, высокую водостойкость и прочность конечных продуктов, подлежащих длительному хранению, и позволит, в отличие от прототипа, существенно повысить содержание радиоактивных солей в отвержденном материале (матрице).
При реализации предлагаемого способа по варианту 2 конечным продуктом, подлежащим отверждению, является солевой текучий (подвижный) плав, представляющий собой нерастворимые в воде кристаллы обезвоженных солей свинца (основа), оксиды и гидрооксиды металлов в избытке частично нейтрализованной фосфорной кислоты. Сведений о способах отверждения такого продукта в научно-технических и патентных источниках нет. Однако известно, что весьма эффективными матрицами для стабилизации радиоактивных отходов являются фосфатные цементы, представляющие собой неорганические вещества и их композиции химического твердения. Твердые и прочные образцы цементов такого рода могут быть получены в результате реакций оксидов различных металлов с ортофосфорной кислотой при низких температурах [Патент. RU №2101791, С1, БИ №1, 1998 г.]. Известен, например, успешный опыт отверждения радиоактивных отходов (ферроцианидная пульпа состава, г/л: нитрат калия (натрия) - 125, Fe-6, Al, Cr, Mn по 0,5, pH 6-7) непосредственно в пульпохранилище одного из радиохимических заводов с использованием ортофосфорной кислоты и каустического магнезита, являющегося отходом крупнотоннажного производства огнеупоров [Г.Б.Борисов, Н.Н.Егоров, Ю.А.Ревенко и др. Отвержение сред неактивных отходов на месте хранения. Атомная энергия, т.77, вып.6, 1994, с.399-451].
Также известно широкое применение в народном хозяйстве вяжущих веществ, в основном, оксидов металлов фосфатного твердения [С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. Химия, Ленинградское отделение, 1968, с.3, 117-162, 164-188]. В зубоврачебной практике широко используются фосфатные цементы на основе оксидов металлов и их композиций. При этом для улучшения качества цементного теста, повышения его пластичности и удлинения сроков схватывания в качестве жидкости затворения обычно используют частично нейтрализованную фосфорную кислоту [С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. Химия, Ленинградское отделение, 1968, с.166-167, 184-185].
В обоснование предлагаемого способа были проведены лабораторные эксперименты по определению основных технологических параметров проведения процессов (стадий) обезвреживания жидких отходов, содержащих уксуснокислый свинец. В качестве исходного использовали раствор ацетата свинца концентрацией по свинцу 93,3 г/кг, полученный при растворении гранулированного свинца марки «ч» (ТУ 6-09-3523-80) в 30% уксусной кислоте (ГОСТ 61-75) с перекисью водорода (способ-прототип).
Эксперимент №1.
Стадия осаждения ортофосфата свинца.
В 25 мл раствора уксуснокислого свинца, полученного по способу-прототипу и содержащему около 3,66±0,05 г ацетата свинца в пересчете на безводную соль или 2,33±0,05 г свинца, порциями вводят при температуре 25°С и постоянном перемешивании стехиометрическое количество 85% ортофосфорной кислоты (0,75 мл).
Стадия термической отгонки раствора уксусной кислоты.
3
После окончания ввода кислоты и завершения реакции 1 образовавшийся гетерогенный продукт, представляющий собой кристаллы фосфата свинца (3,04±0,05 г в пересчете на безводную соль) в растворе уксусной кислоты, подвергают термической обработке при температуре 100-120°С и постоянном перемешивании продукта до прекращения поступления конденсата в приемную емкость и получения в реакционном аппарате сыпучего продукта. В результате термической обработки получено 23,0 мл конденсата, представляющего собой водный раствор уксусной кислоты, и 2,6 мл воздушно-сухого, сыпучего порошка, представляющего собой кристаллы фосфата свинца (вес осадка 3,05±0,05 г, насыпной вес - 1,23 г/см).
Стадия повторного использования конденсата.
Далее полученный конденсат с добавкой в него перекиси водорода используют в эксперименте по растворению свинца. Одновременно проводят эксперимент по растворению свинца в 23,0 мл 30% водного раствора реактивной уксусной кислоты с перекисью водорода. Установлено, что кинетика растворения гранулированного свинца и емкость растворов по свинцу за время эксперимента продолжительностью 6 часов в обоих случаях практически одинаковы.
Эксперимент №2.
Стадия осаждения ортофосфата свинца.
В 25 мл раствора уксуснокислого свинца, полученного по способу-прототипу и содержащего около 3,66±0,05 г ацетата свинца в пересчете на безводную соль или 2,33±0,05 г свинца, порциями вводят при температуре 25°С и постоянном перемешивании вводят 85% ортофосфорную кислоту в количестве в 2 раза превышающем стехиометрическое (1,5 мл).
Стадия термической отгонки раствора уксусной кислоты.
После окончания ввода кислоты и завершения реакции 1 образовавшийся гетерогенный продукт, представляющий собой кристаллы фосфата свинца (3,04±0,05 г в пересчете на безводную соль) в растворе фосфорной и уксусной кислот, подвергают термической обработке при температуре 100-120°С и постоянном перемешивании до прекращения поступления конденсата в приемную емкость и получения в реакционном аппарате текучего продукта, представляющего собой кристаллы фосфата свинца в ортофосфорной кислоте. В результате термической обработки получено 24,0 мл конденсата, представляющего собой водный раствор уксусной кислоты.
Стадия повторного использования конденсата.
Далее полученный конденсат с добавкой в него перекиси водорода используют в эксперименте по растворению свинца. Одновременно проводят эксперимент по растворению свинца в 24,0 мл 30% водного раствора реактивной уксусной кислоты с перекисью водорода. Установлено, что кинетика растворения гранулированного свинца и емкость растворов по свинцу за время эксперимента продолжительностью 6 часов в обоих экспериментах практически одинаковы.
В целом заявляемый способ позволяет упростить технологию дезактивации оборудования и обезвреживания ЖРО, снизить расход химических реагентов на проведение дезактивации и объем радиоактивных отходов, повысить степень включения солей в предлагаемые матрицы, повысить качество отвержденных продуктов и надежность их длительного хранения и улучшить экологическую обстановку в местах длительного хранения радиоактивных отходов.