Способ разрушения нитрата аммония
AMMONIUM NITRATE DESTRUCTION METHOD

Изобретение относится к области радиохимической технологии, а именно к переработке радиоактивных растворов, содержащих соли аммония.
Наличие нитрата аммония в растворах не позволяет проводить их цементирование из-за газовыделения и вызывает затруднения при их остекловывании (безопасная концентрация нитрата аммония 1-5 г/л). Поэтому необходимым условием является разложение нитрата аммония в среднеактивных отходах (САО) и в ряде случаев, в высокоактивных отходах (ВАО), при окончательной утилизации технологических аммоний-содержащих растворов и жидких радиоактивных отходов (ЖРО).
Известен способ окислительного разрушения нитрата аммония в технологических растворах радиохимического производства [Патент РФ №2593163, МПК G21F 9/06, опубл. 27.07.2016]. Способ заключается в удалении избыточных количеств азотной кислоты и нитрата аммония путем взаимодействия жидких радиоактивных отходов со щавелевой кислотой на твердофазном катализаторе в динамическом режиме в термостатируемом аппарате колонного типа непрерывного действия. Недостатками данного способа являются невысокая растворимость щавелевой кислоты в азотнокислых растворах, что усложняет аппаратурное оформление процесса.
Наиболее близким техническим решением является способ окислительного разрушения солей аммония с использованием формальдегида в качестве индуктора реакции окисления [Патент РФ №2329554, МПК G21F 9/06, опубл. 20.07.2008].
Способ включает следующие стадии:
- перевод солей аммония, при необходимости, в кислую нитратную форму, доводка раствора до концентрации азотной кислоты от 2 до 10 моль/л и нагрев полученного исходного раствора до температуры 60°С и выше;
- окисление иона аммония азотной кислотой при дозировке раствора формальдегида через образование промежуточного соединения гексаметилентетраамин (уротропин) во время выдержки исходного раствора в реакционной емкости в диапазоне температуры от 60°С до температуры кипения перерабатываемого азотнокислого раствора.
Недостатком данного способа является то, что дозирование индуктора проводят только под зеркало раствора и небольшими порциями. При увеличении скорости ввода индуктора процесс становится неуправляемым.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа разрушения нитрата аммония, позволяющего проводить процесс безопасно, при небольших расходах реагентов и за непродолжительный период времени, в широких диапазонах концентрации азотной кислоты и температуры, но не зависящего от способа внесения индуктора реакции.
Технический результат заключается в упрощении способа разрушения нитрата аммония.
Технический результат достигается за счет того, что способ разрушения нитрата аммония включает нагрев и смешение раствора с индуктором, а в качестве индуктора реакции используют этиленгликоль, который вносят в полном объеме на поверхность раствора, и процесс проводят в присутствие гомогенного ванадиевого катализатора.
2
5
Предлагаемый способ реализуют в следующей последовательности: в исходный раствор, содержащий азотную кислоту с концентрацией 4,0÷6,0 моль/л и нитрат аммония с концентрацией до 2,0 моль/л, вносят гомогенный ванадиевый катализатор в виде VO или растворимого в воде соединения ванадия (V) в концентрации 0,006-0,01 моль/л. Раствор нагревают до температуры 68±2°С и вносят этиленгликоль в мольном отношении нитрата аммония к этиленгликолю (2,9-3,3)/1 за один раз и в полном объеме на поверхность раствора для прохождения процесса разрушения нитрата аммония до конца. Температуру реакционной смеси поддерживают в интервале 68-85°С, обеспечивая тем самым образование диоксида азота.
Эксперименты, проведенные в указанной выше последовательности, показывают, что для достижения безопасной для дальнейшей переработки растворов концентрации нитрата аммония (1-5 г/л) требуется от 1 до 3 часов в зависимости от исходной концентрации нитрата аммония и азотной кислоты. Результаты экспериментов приведены в таблице.
Предлагаемый способ имеет преимущество перед прототипом в более простом способе внесения индуктора реакции. Способ позволяет в течение 2-3 часов разрушить нитрат аммония в растворах САО и ВАО до требуемых концентраций (1-5 г/л) для включения в цементную матрицу или остекловывания.