ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ РЕДКОМЕТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предлагаемая полезная модель относится к оборудованию для переработки, обезвреживания и дезактивации радиоактивных отходов, образующихся при хлорировании лопаритовых концентратов - радиоактивных солевых растворов и цеховых обмывочных вод.
Известно производственное технологическое отделение для дезактивации радиоактивных растворов и сточных вод (Патент RU на полезную модель №41022, МПК С22В 60/02; G21F 9/04, 2004), включающее реактор для нейтрализации пульпы от растворения отработанного расплава солевого оросительного фильтра (СОФ) солевого хлоратора, бак-дезактиватор, баки-дозаторы раствора хлорида бария и серной кислоты для дезактивации пульпы от СОФ, фильтр-пресс-I для отделения гидратно-сульфатных осадков от дезактивированных хлоридных растворов, бак с мешалкой для приготовления раствора щелочи (NaOH), соединенный через бак-дозатор и расходомер с реакторами-нейтрализаторами солевых растворов и цеховых обмывочных сточных вод, патрубок нижнего слива реактора-нейтрализатора цеховых обмывочных сточных вод направлен на фильтр-пресс-П для отделения осадка суммы гидроксидов металлов от сточных вод, поступающих в баки-сборники, выход из корыта фильтра-пресса направлен в сушильную камеру и затем в прокалочную печь. После прокалочной печи установлены разгрузочное устройство и вытяжной зонт с вентилятором, соединенным с водоорошаемым скруббером с подвижной насадкой, помещенной между двумя неподвижно-закрепленными горизонтальными перегородками, имеющими по всей поверхности отверстия, диаметр которых составляет 0,5-0,9 условного диаметра подвижных элементов насадки - площадь отверстий в перегородках составляет 30-70% от их общей площади, а соотношение внутреннего диаметра скруббера к высоте подвижной насадки равна 1:(1-5), патрубок нижнего слива скруббера соединен с циркуляционным баком, выход из которого имеет соединение с орошающим устройством, расположенным над поверхностью подвижной насадки скруббера и реактором-нейтрализатором цеховых обмывочных вод, а также фильтр-прессом для вытеснения радиоактивного осадка, орошающее устройство скруббера.
Известная технологическая линия обеспечивает переработку, обезвреживание и дезактивацию растворов и сточных вод, кроме того, дает возможность улавливать и утилизировать радиоактивную пыль после прокалки и выгрузке из прокалочной печи; что, в свою очередь предотвращает загрязнение рабочих мест радиоактивной пылью и создает радиационно-безопасные условия труда для обслуживающего персонала. При этом, известная технологическая линия обеспечивает технологическую возможность извлечения из цеховых обмывочных вод соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ с их последующим возвратом на передел хлорирования лопаритовых концентратов.
К недостаткам следует отнести то, что известная технологическая линия не предусматривает конструктивную возможность избирательного извлечения из солевых хлоридных растворов от растворения - «гидроразмыва» СОФ соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ и возврат их в основной производственный цикл.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является производственное технологическое отделение для комплексной переработки и дезактивации радиоактивных отходов редкометального производства (Патент RU на полезную модель №64631, МПК С22В 60/00, 2007), включающее в себя реакторы-нейтрализаторы растворов от гидроразмыва отработанного расплава солевого оросительного фильтра (СОФ) и цеховых обмывочных вод, бак с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия, соединенный через дозаторы с реакторами-нейтрализаторами, фильтр-прессы для выделения из пульпы радиоактивных оксигидратных осадков, сушильную камеру, прокалочную печь, снабженную разгрузочным устройством и системой пылеулавливания, сборные баки-усреднители растворов от гидроразмыва отработанного расплава СОФ и цеховых обмывочных вод, реактор для предварительной обработки раствора (пульпы) - СОФ, дозаторы, бак для приготовления раствора гидроксида натрия, бак с мешалкой для приготовления раствора высокомолекулярного флокулянта, дозатор, вакуумный нутч-фильтр, выход которого соединен с реактором-нейтрализатором раствора СОФ, узел разгрузки осадка с нутч-фильтра, соединенный с установленным перед сушильной камерой смесителем. Реакторы-нейтрализаторы оборудованы нагревательным устройством, выполненным, преимущественно, в виде вертикально установленной трубы для подачи в нижнюю зону реактора острого пара, в каждый реактор-нейтрализатор помещена штанга с электродами рН-метров, имеющих сопряжения с запорно-регулирующим клапаном, установленным на линии подачи раствора гидроксида натрия из дозаторов в реакторы-нейтрализаторы. Выход маточных растворов после выделения из пульпы радиоактивных оксигидратных осадков на фильтр-прессе ФП-1 направлен в реактор-нейтрализатор растворов СОФ, в сборные баки-усреднители цеховых обмывочных вод.
Недостатком известной технологической линии является образование вторичных радиоактивных осадков (РАО) в форме влажных осадков, требующих захоронения в специально построенных для этого хранилищах специальных отходов (ХСО) - пунктах хранения радиоактивных отходов (ПХРО), представляющих собой большие по объему и габаритным размерам бетонные емкости, размещенные в открытых котлованах на отчужденной и изъятой из землепользования территории. Строительство таких спецхранилищ (ХСО) требует значительных капитальных затрат и, затем, больших эксплуатационных расходов на их содержание.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение экологической безопасности технологической линии за счет исключения хранилищ спецотходов (ХСО, ПХРО).
Поставленная задача решается тем, что технологическая линия для переработки радиоактивных отходов редкометального производства, включает сборные баки-усреднители растворов от гидроразмыва отработанного расплава солевого оросительного фильтра (СОФ) и цеховых обмывочных вод, реактор для предварительной обработки раствора солевого оросительного фильтра, снабженный рН-метром и нагревательным устройством, имеющий соединения через дозатор с баком для приготовления раствора высокомолекулярного флокулянта, нутч-фильтр, реакторы-нейтрализаторы, снабженные нагревательными устройствами и рН-метрами, соединенные с баком для приготовления и дозировки раствора гидроксида натрия, фильтр-пресс ФП-1 для выделения радиоактивного осадка из пульпы от нейтрализации растворов от гидроразмыва отработанного расплава СОФ и фильтр-пресса ФП-2 для выделения из пульпы от нейтрализации цеховых обмывочных вод осадка, смесительную и сушильную камеры и прокалочную печь, при этом, выход из разгрузочного бункера фильтр-пресса ФП-1 направлен в транспортный кюбель, соединенный со смесительным устройством, последнее снабжено дозаторами хлорида магния, гидроксида и/или оксида магния, а после смесительного устройства установлен технологический узел для термообработки и прессования композиционной смеси.
Новым в предлагаемой конструкции является то, что выход из разгрузочного бункера фильтр-пресса ФП-1 направлен в транспортный кюбель, соединенный со смесительным устройством, в которое направлены дозаторы хлорида магния, гидроксида и/или оксида магния, после смесительного устройства установлен технологический узел для термообработки и прессования композиционной смеси.
Осуществление полезной модели позволяет обеспечить техническую возможность получения вторичных РАО в отвержденном состоянии (брусблоки), непылящей водонерастворимой форме, не разрушающейся под воздействием атмосферных осадков, не наносящую ущерба окружающей природной среде и здоровью населения.
Заявляемая технологическая линия иллюстрируется рис.1 и состоит из реакторов-нейтрализаторов (1), (2), и (17), баков-усреднителей (11) и (12), бака для приготовления и дозировки раствора гидроксида натрия (3), дозаторов (4), фильтр-прессов ФП1 (5) и ФП2 (6), сушильной камеры (7), прокалочной печи (8), вытяжного зонта (9), сборной емкости (10), в каждом реакторе-нейтрализаторе (1), (2), и (17) размещены обогревательные устройства (13), выполненные, преимущественно, в виде вертикально установленной трубы для подачи в нижнюю зону реактора острого пара, штанги (14) с электродами рН-метров (15), имеющих сопряжения с запорно-регулирующими клапанами (16), установленными на линии подачи раствора гидроксида натрия из дозаторов (4) в реакторы-нейтрализаторы (1, 2 и 17), бака (18) с мешалкой для приготовления раствора высокомолекулярного флокулянта, нутч-фильтра (19), смесителя (20), на выходе ФП-1 (5) установлен транспортный кюбель (21), вход последнего соединен со смесительным устройством (22), соединенный с дозатором хлорида магния (23) и дозатором оксида и/или гидроксида магния (24), технологический узел для термообработки и прессования композиционной смеси (25), вакуумного фильтра (26).
Заявляемая технологическая линия работает следующим образом.
В бак-усреднитель (11) закачивают исходные радиоактивные солевые растворы, получаемые после растворения - «гидроразмыва» отработанного расплава СОФ процесса хлорирования лопаритовых концентратов, а в бак-усреднитель (12) закачивают радиоактивные цеховые «обмывочные» воды со всех отделений и со всех переделов. Из баков-усреднителей (11 и 12) растворы СОФ и цеховые обмывочные воды поступают (сливают самотеком или закачивают насосом) соответственно в реактор (17) и реактор-нейтрализатор (2) для проведения операций нейтрализации и дезактивации. Контроль рН растворов/пульпы осуществляют посредством рН-метров (15). При значении рН 1,5-2,5 образуется пульпа соединений Nb, Та и Ti с примесями других металлов. Из бака для приготовления высокомолекулярного флокулянта (18) при непрерывно работающей мешалке через патрубок нижнего слива нутч-фильтра (19) в реактор (17) подают высокомолекулярный флокулянт, в качестве которого может быть использован, например, 0,1-0,2% раствор гидролизованного полиакриламида (ГПАА).
Пульпу выдерживают 2-4 часа и подают на вакуумный фильтр (26). Осадок, содержащий оксигидраты Nb, Та и Ti, а также пылевую фракцию лопаритового концентрата, «вносимую» из хлоратора с парогазовой смесью и уловленную в солевом оросительном фильтре, отделяют от раствора и направляют в смеситель (20), в котором этот осадок перед сушкой смешивают с осадком редких, рассеянных и редкоземельных металлов, образующихся при нейтрализации и дезактивации цеховых обмывочных вод.
3
3
В реактор-нейтрализатор (1) закачивают хлоридный радиоактивный раствор. Для предотвращения образования густых, трудноперемешиваемых пульп, исходный раствор СОФ в реакторе-нейтрализаторе (1) предварительно разбавляют в 1,5-2,5 раза маточными растворами с фильтр-пресса ФП-1 (5) от предыдущей операции нейтрализации и дезактивации растворов СОФ. Перед подачей в реакторы-нейтрализаторы (1 и 2) щелочи (раствора гидроксида натрия), раствор в реакторе (1) и цеховые обмывочные воды в реакторах-нейтрализаторах (2) предварительно нагревают до 80-90°С, для чего в обогревательные устройства (13) подают острый пар. Затем из бака (3) через дозаторы (4) в реакторы-нейтрализаторы (1) подают раствор (80-150 г/дм) гидроксида натрия до достижения рН пульпы 11-13, преимущественно 11,5-12,5. Процесс нейтрализации ведут при 80-95°С, для чего под слой пульпы непрерывно подают острый пар. По окончании нейтрализации оксигидратную пульпу в реакторе (1) выдерживают 1-2 часа при 80-90°С, после чего пульпу направляют (закачивают) на фильтр-пресс ФП-1 (5), на котором радиоактивный оксигидратный осадок (вторичные РАО) отделяют от маточного с остаточной удельной активностью - до 1000 Бк/кг. Эти растворы с фильтр-пресса ФП-1 (5) закачивают в сборник-усреднитель цеховых обмывочных вод (12). Для обезвреживания и дезактивации цеховых обмывочных вод, объединенных с маточными растворами от фильтр-пресса ФП-1 (5), в реактор-нейтрализатор (2) из бака (3) подают раствор (140-160 г/дм) гидроксида натрия. Процесс нейтрализации - дезактивации ведут при 80-95°С, для чего в реактор (2) через обогревательное устройство (13) подают острый пар. После нейтрализации и дезактивации пульпу в реакторе (2) выдерживают в течение 1-2 часов и закачивают на фильтр-пресс ФП-2 (6), дезактивированный раствор направляют в сборную емкость (12) откуда (после контрольного измерения удельной активности) его сбрасывают в цеховую канализацию. Осадок с фильтр-пресса ФП-2 (6), содержащий оксиды и оксигидраты Nb, Та, Ti, РЗЭ, Fe, Al выгружают и направляют в смеситель (20), где этот осадок смешивают с осадком, полученным на первой стадии обработки пульпы СОФ в реакторе (17) и последующего выделения на нутч-фильтре (19), затем полученную смесь загружают в сушильную камеру (7), после которой осадок перегружают в прокалочную печь (8). Прокаленный осадок утилизируют путем использования для приготовления шихты - совместно с лопаритовым концентратом для хлорирования в солевых хлораторах.
Радиоактивный оксигидратный осадок - вторичные РАО из разгрузочного бункера фильтр-пресса ФП-1 (5) выгружают в транспортируемый кюбель (21), из которого влажный радиоактивный осадок оксигидратов металлов выгружают в смесительное устройство (22), соединенное с дозатором хлорида магния (23), и дозатором оксидам/или гидроксида магния (24). После тщательного перемешивания композиционную смесь направляют в обогреваемый технологический узел (25) для термообработки и прессования с получением в конечном итоге отвержденного материала (брус, блоки и т.п.), удобного для транспортировки и последующего открытого складирования, т.е. в форме непылящего и водонерастворимого материала, не разрушающегося под влиянием атмосферных осадков и не наносящего ущерба окружающей природной среде - водному и воздушному бассейну.