СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПЛУТОНИЙ И АМЕРИЦИЙ
TREATMENT METHOD OF RADIOACTIVE SOLUTIONS CONTAINING PLUTONIUM AND AMERICIUM

Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных вод и растворов химико-металлургического и радиохимического производств с целью очистки от радионуклидов плутония и америция.
Известен способ обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО) путем очистки ЖРО на селективных сорбентах после их предварительной обработки различными окислителями и последующего цементирования радиоактивного сорбента (Лифанов Ф.А., Савкин А.Е., Сластенников Ю.Т. Очистка высокосолевых жидких радиоактивных отходов методом селективной сорбции. - В сб. «Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. Тезисы докладов». Материалы международной конференции 14-18 октября 1996 г., С.-Петербург: Администрация С.-Петербурга, ЦНИИ КМ «Прометей», доклад С-21, 1996). К недостаткам этого способа относятся необходимость использования специального оборудования, дополнительных реактивов и материалов для оксидирования ЖРО и улавливания радионуклидов, выделяющихся с продуктами оксидирования. Кроме того, при его осуществлении используют дорогостоящие синтетические сорбенты, а в результате получают цементные компаунды с относительно невысокой водостойкостью.
Известен способ переработки кислых жидких среднеактивных отходов (САО) с использованием смолы КУ-2×8. Процесс включает двойное разбавление исходных САО водой, смешивание с жидкими низкоактивными растворами при объемном отношении 1:20 с последующей обработкой смешанного раствора ронгалитом. Недостатками способа являются большое разбавление (примерно в 40 раз) и вывод америция-241 с водно-хвостовыми растворами после смолы КУ-2х8, которые требуют дальнейшей переработки [Никифоров А.С. и др. «Обезвреживание жидких радиоактивных отходов». - М., Энергоатомиздат, 1985].
Наиболее близким техническим решением является способ переработки жидких среднеактивных отходов, согласно которому в растворе ЖРО создают солесодержание суммы неорганических и органических веществ не более 25 г/л, корректируют рН до величины от 8 до 12, вводят в подготовленный раствор ЖРО отобранные фракции природного сорбента и осуществляют сорбцию радионуклидов в статических условиях путем перемешивания раствора ЖРО с сорбентом в течение 1 ч. Затем отделяют полученный радиоактивный сорбент от раствора, сбрасывают сорбент в накопитель и цементируют [№2189650, МПК G21F 9/12 «Способ обезвреживания жидких радиоактивных отходов» опубликован 20.09.2002].
К недостаткам способа относятся:
- корректировка рН раствора от 8 до 12, что указывает на значительный расход раствора гидроксида натрия;
- введение солей неорганических и органических веществ;
- использование природного сорбента, что значительно увеличивает массу конечных твердых отходов, содержащих радионуклиды;
- радиоактивный сорбент цементируют, что неприемлемо для таких высокоактивных радионуклидов, как плутоний и америций, которые легко выщелачиваются из цементной матрицы.
Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки, упростить и удешевить технологический процесс переработки САО, облегчить обращение с водно-хвостовыми растворами.
Для решения этой задачи предлагается способ переработки САО, включающий двухстадийный процесс нейтрализации САО раствором гидроксида натрия: в начале до величины рН 3,5±0,5 для зародышей первичных флоккул основных солей железа и алюминия, на второй стадии рН доводят до величины 8,4±0,2 для соосаждения плутония и америция на осадках гидроксидов железа, алюминия и других элементов, которые осаждаются при таком значении рН.
Способ осуществляется следующим образом
8
9
2
2
5
6
В растворе САО, имеющем суммарную альфа-активность по плутонию и америцию от 10 до 10 Бк/л, содержащем азотную кислоту от 4 до 5 моль/л, до 6 г/л железа, от 2 до 3 г/л кальция, от 0,3 до 9 г/л алюминия, от 0,2 до 2 г/л магния, от 0,2 до 0,5 г/л бария и другие микроэлементы, корректируют раствор САО до величины рН 3,5±0,5, перемешивают 25±5 мин. Затем проводят вторую стадию нейтрализации до величины рН 8,4±0,2, перемешивают 25±5 мин до образования гидроксидов элементов и соосаждают плутоний и америций. Разделяют фазы (фильтрованием или отстаиванием). Сгущенную суспензию трижды промывают водой при объемном соотношении пульпа : вода 1:3. Декантаты (фильтраты) и промводы, содержащие общую альфа-активность от 4·10 до 8·10 Бк/л, направляют на существующие очистные сооружения переработки этих низкоактивных вод. Коэффициент очистки САО от плутония и америция до получения НАО составляет от 2·10 до 1,6·10.
Сгущенную промытую суспензию термообрабатывают при температуре не выше 850°С с получением «кальцината», содержащего до 100 г/кг плутония и америция, и направляют либо на «временное» хранение с целью будущего извлечения ценных элементов, либо на иммобилизацию в минералоподобные матрицы (ферро-силикатную, Sinroc-C и др.), пригодные для долговременного безопасного захоронения (более 1000 л) [Ровный С.И., Гужавин В.И. Иммобилизация альфа-активных отходов от переработки облученного ядерного топлива на ФГУП ПО «Маяк». Книга. - Озерск, 2009].
В таблице 1 представлены данные по использованию предлагаемого способа.
Таблица 1
Результаты экспериментов по переработке реальных САО по предлагаемому способу
Номер опыта
Исходная альфа-активность САО, Бк/л
Первая ступень нейтрализации САО
Вторая ступень нейтрализации САО
Конечная активность НАО, Бк/л
Масса кальцината от переработки 1 м<sup>3</sup> САО, кг
Коэффициент очистки САО
C<sub>NaOH</sub>, г/л
рН
г/л
рН
1
10<sup>8</sup>
600
2,75
120
8,2
5·10<sup>2</sup>
5,0
2,0·10<sup>5</sup>
2
10<sup>9</sup>
600
3,00
120
8,4
7·10<sup>2</sup>
5,3
1,4·10<sup>6</sup>
3
6·10<sup>8</sup>
600
3,50
120
8,6
4·10<sup>2</sup>
5,5
1,5·10<sup>6</sup>
4
10<sup>9</sup>
600
4,00
120
8,5
8·10<sup>2</sup>
5,6
1,2·10<sup>6</sup>
5
8·10<sup>8</sup>
600
4,20
120
8,6
5·10<sup>2</sup>
6,0
1,6·10<sup>6</sup>
Из приведенных примеров следует, что оптимальными параметрами процесса переработки САО, содержащих плутоний и америций, по предлагаемому способу являются:
- первая стадия нейтрализации в интервале рН от 3 до 4;
- вторая стадия нейтрализации в интервале рН от 8,2 до 8,6.
3
От 1 м переработанного САО образуется от 5 до 6 кг «кальцината».