ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ РЕДКОМЕТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии цветных, редких, рассеянных и радиоактивных металлов и может быть использована для комплексной переработки, обезвреживания и дезактивации радиоактивных отходов, образующихся при переработке редкометального минерального сырья, в частности, предлагаемая полезная модель может быть реализована для дезактивации отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов - радиоактивных солевых растворов и цеховых обмывочных вод.
Известны (Свидетельства РФ на ПМ №23620; №23878; №24591; Патенты РФ на ПМ №35633; №35681; №45394) различные технические решения ("Установки", "Переделы", "Отделения", "Участки", "Комплексы") для переработки, обезвреживания и дезактивации жидких радиоактивных растворов и сточных вод, образующихся в редкометальном производстве.
Недостатком этих известных технических решений является то, что они не предусматривают комплексную переработку радиоактивных отходов (РАО) и извлечения из них ценных компонентов - редких, рассеянных и редкоземельных металлов.
Этот недостаток обусловлен тем, что в составе известных технических решений отсутствует необходимое оборудование для утилизации из отходов соединений редких, рассеянных и редкоземельных металлов с целью последующего их возврата в основной технологический цикл.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известное
7
техническое решение (Патент РФ на ПМ №41022 по заявке №2004116569 с приор. от 03.06.2004; зарег. и опубл. 10.10.2004; МПК С 22 В 60/02; G 21 F 9/04) - "Производственное технологическое отделение для дезактивации радиоактивных растворов и сточных вод" - принято за ПРОТОТИП.
Техническое решение по прототипу включает в себя 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-II 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 отверстий, 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, кроме того, имеются также соединенный с баком-сборником дезактивированных сточных вод.
Производственное технологическое отделение по прототипу обеспечивает переработку, обезвреживание и дезактивацию растворов и сточных вод, кроме того, обеспечивает улавливание и утилизацию радиоактивной пыли после прокалки и при выгрузке из прокалочной печи; это, в свою очередь предотвращает загрязнение рабочих мест радиоактивной пылью и создает радиационно-безопасных условий труда для обслуживающего персонала.
При этом в отличие от других технических решений, полезная модель по прототипу позволяет извлекать из цеховых обмывочных вод соединения Nb, Та, Ti и РЗЭ с их последующим возвратом на передел хлорирования лопаритовых концентратов.
Недостатком технического решения по прототипу является то, что совокупность оборудования, входящего в состав "Производственного технологического отделения для комплексной переработки и дезактивации радиоактивных отходов редкометального производства" не предусматривает возможности избирательного извлечения из солевых хлоридных растворов от растворения - "гидроразмыва" СОФ соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ и возврат их в основной производственный цикл. В соответствии с техническим решением по прототипу все ценные компоненты, находящиеся в растворе от гидроразмыва (растворения) обработанного расплава солевого оросительного фильтра (СОФ) переходят в осадок суммы оксигидратов металлов (радиоактивный "кек"), который либо непосредственно вывозится в хранилище спецотходов (ХСО), либо направляется на операции отверждения и перевода в "блоки" - в хранимую водонерастворимую, экологически-безопасную форму отходов.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности и комплексности переработки радиоактивных отходов.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого технического решения заключается в дополнительном извлечении из солевых растворов - от СОФ соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ и обеспечивает условия их утилизации в "голове" процесса - в отделении хлорирования лопаритовых концентратов.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной модели - "Производственным технологическим отделением для комплексной переработки и дезактивации радиоактивных отходов редкометального производства" включающим (см. рис.2) реакторы-нейтрализаторы (1 и 2) растворов от гидроразмыва отработанного расплава солевого оросительного фильтра (СОФ) - (1) и цеховых обмывочных вод (2), бак с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия (3), соединенный через дозаторы (4) с реакторами-нейтрализаторами (1 и 2), фильтр-прессы (5 и 6) для выделения из пульпы радиоактивных оксигидратных осадков (5) и осадков, содержащих редкие, рассеянные и редкоземельные металлы (6), сушильную камеру (7), прокалочную печь (8), снабженную разгрузочным устройством и системой пылеулавливания (9).
Новым в предлагаемом техническом решении является то, что "Производственное технологическое отделение" дополнительно содержит сборные баки-усреднители (11 и 12) растворов от гидроразмыва отработанного расплава СОФ (11) и цеховых обмывочных вод (12), реактор для предварительной обработки раствора (пульпы) - СОФ (17), имеющий соединения через дозатор (4) с баком для приготовления раствора гидроксида натрия (3) и дополнительно установленным баком с мешалкой (18) для приготовления раствора высокомолекулярного флокулянта, например гидролизованного полиакриламида и дозатором (19). Патрубок нижнего слива этого реактора направлен на вакуумный нутч-фильтр (20), выход из которого очищенного от твердой фазы раствора соединен с реактором-нейтрализатором раствора СОФ (1), а узел разгрузки осадка с нутч-фильтра
нутч-фильтра (20) имеет соединение с установленным перед сушильной камерой смесителем (21), реакторы-нейтрализаторы (1, 2 и 17) оборудованы нагревательным устройством (13), выполненным, преимущественно, в виде вертикально установленной трубы для подачи в нижнюю зону реактора острого пара, в каждый реактор-нейтрализатор помещена штанга (14) с электродами рН метров (15), имеющих сопряжения с запорно-регулирующим клапаном (16), установленным на линии подачи раствора гидроксида натрия из дозаторов (4) в реакторы-нейтрализаторы (1, 2 и 17). Выход маточных растворов после выделения из пульпы радиоактивных оксигидратных осадков на фильтр-прессе ФП - 1 (5) направлен в реактор-нейтрализатор растворов СОФ (1), в сборные баки-усреднители цеховых обмывочных вод (12) и в реактор-нейтрализатор цеховых обмывочных вод
2
3
4
Совокупность вышеперечисленного оборудования и их конструктивные особенности, а также определенная последовательность соединения между собой баков, реакторов, дозаторов, фильтровального оборудования обеспечивает при работе данного "Отделения" повышение (по сравнению с другими аналогичными техническими решениями) степени извлечения из радиоактивных отходов ценных компонентов (соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ) и их возврат в основной технологический цикл - на стадию хлорирования лопаритовых концентратов. При этом важно отметить следующее: наличие у реакторов (1 и 2) обогревательных устройств с одной стороны и системы регулирования подачи пульпы в реакторы - с использованием рН метров, сопряженными с линией подачи щелочи в реакторы, обеспечивающие при прочих равных условиях возможность осуществления процесса дезактивации без использования для этого традиционно используемых реагентов: BaCl, НSО: по предлагаемому техническому решению соосаждение радия происходит весьма эффективно с осадками суммы оксигидратов металлов, находящихся в дезактивируемых растворах (Fe, Al, Nb, Та, Ti, РЗЭ и др.). В конечном итоге это приводит к существенному упрощению технологии в
связи с уменьшением количества (номенклатуры) используемых реагентов, так и сокращением числа операций обработки растворов.
Необходимо подчеркнуть также, что вышеуказанный технический результат достигается лишь при одновременном выполнении всех перечисленных условий и при наличии в составе "Отделения" всего вышеперечисленного оборудования.
РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Разработанное и описанное в настоящей заявке "Производственное технологическое отделение для комплексной переработки и дезактивации радиоактивных отходов редкометального производства" работает и эксплуатируется следующим образом.
Исходные радиоактивные солевые растворы, получаемые после растворения - "гидроразмыва" отработанного расплава СОФ процесса хлорирования лопаритовых концентратов поступают из отделения хлорирования и закачиваются в сборный бак-усреднитель (11), радиоактивные цеховые "обмывочные" воды поступают со всех отделений цеха и со всех переделов и закачиваются в баки-усреднители (12). Из сборных баков-усреднителей (11 и 12) растворы СОФ и цеховые обмывочные воды подают (сливают самотеком или закачивают насосом) соответственно в реактор (17), реакторы-нейтрализаторы (2). Перед проведением операций нейтрализации и дезактивации растворов/пульпы СОФ предварительно этот раствор/пульпу подвергают термообработке в реакторе (17) и частичной нейтрализацией раствора/пульпы до рН 1,5-2,5. Эта операция обеспечивает переход раствора в твердую фазу (в фазе коллоидных и полуколлоидных частиц) соединений Nb, Та и Ti с примесями других металлов. Для обеспечения возможности выделения этого осадка из водной фазы, образующуюся пульпу обрабатывают - при непрерывно работающей мешалке высокомолекулярным флокулянтом, например 0,1-0,2% раствором гидролизованного полиакриламида (ГПАА) - из бака (18) через дозатор (4).
Пульпу выдерживают 2-4 часа и подают на вакуумный нутч-фильтр (19). Осадок, содержащий оксигидраты Nb, Та и Ti, а также пылевую фракцию лопаритового концентрата, "выносимую" из хлоратора с парогазовой смесью и уловленная 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
Хлоридный радиоактивный раствор закачивают в реактор-нейтрализатор (1). Для предотвращения образования густых, трудноперемешиваемых пульп, исходный раствор СОФ в этом реакторе (1) предварительно разбавляют в 1,5-2,5 раза маточными растворами с фильтр-пресса (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 ракторах-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 80-90°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 (радиоактивного) раствора и затем либо выводят в хранилище спецотходов (ХСО), либо направляют на дальнейшую переработку, например путем перевода в экологически-безопасное для длительного складирования отвержденное состояние.
Степень дезактивации растворов в реакторе-нейтрализаторе составляет более 99%. Остаточная удельная активность маточных растворов - до 1000 Бк/кг. Эти растворы с фильтр-пресса ФП-1 (5) разделяют на два потока,
причем 40-60% маточных растворов с фильтр-пресса (5) закачивают в реактор-нейтрализатор (1) для разбавления исходных растворов СОФ. Оставшуюся часть (60-40%) маточных растворов с фильтр-пресса ФП-1 (5) закачивают либо в сборник-усреднитель цеховых обмывочных вод (12), либо непосредственно подают в реактор-нейтрализатор (2) цеховых обмывочных вод. Для обезвреживания и дезактивации цеховых обмывочных вод, объединенных с маточными растворами от фильтр-пресса ФП-1 (5), в реактор-нейтрализатор (2) из бака (3) через дозатор (4) подают раствор гидроксида натрия. Процесс нейтрализации - дезактивации ведут при 80-90°С, для чего в реактор (2) через обогревательное устройство 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 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.
Эти операции обеспечивают повышение степени извлечения ценных компонентов (соединений Nb, Та, Ti и РЗЭ в товарной продукции на 2-3%).