СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ СМОЛ
METHOD OF PROCESSING RADIOACTIVE RESINS

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способам переработки (обезвоживания) отработавших на АЭС радиоактивных ионообменных смол (ИОС).
Известны способы переработки радиоактивных ИОС, включающие их разложение в автоклавах при 250°С с крепкой азотной кислотой (патент РФ №2062517, опубл. 1996 г.), крекинг ИОС при 700°С в среде азота (патент РФ №2156511, опубл. 2000 г.), сжигание ИОС в расплавах щелочей (патент РФ №2160300, опубл. 1999 г.) и т.п. технологии. Все эти способы сложны, энергоемки, многостадийны и опасны. Кроме того, при их осуществлении в процессе термической обработки образуются конденсаты, содержащие токсичные органические вещества, требующие дополнительной утилизации.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и назначению является известный способ переработки радиоактивных ИОС, включающий их обезвоживание при 101-150°С в растворе органического теплоносителя и последующее отверждение гранул смолы с использованием этиленгликоля и фталиевого ангидрида (патент РФ №2381579, опубл. 10.02.2010). Недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является образование большого количества (более 60% от массы перерабатываемой смолы) конденсата, содержащего различные токсичные органические компоненты.
Авторами заявляемого способа экспериментально установлено, что ИОС, хранящиеся более 2-х лет в виде пульпы, при нагревании свыше 60°С выделяют различные органические вещества, которые поступают в образующийся при сушке смол конденсат и создают большие проблемы при его утилизации.
Целью заявляемого изобретения является разработка эффективного, экологически безопасного, простого и недорогого способа переработки (обезвоживания) ИОС.
2
2
2
2
2
2
Поставленная цель достигается тем, что влажную ИОС смешивают с мелкодисперсным порошком двуокиси кремния (SiO) в соотношении на 1 объем смолы 0,1-0,2 объема SiO. Размер частиц SiO не должен быть больше 15 мк, тогда при равномерном смешении ИОС и SiO объем всей массы, направляемой на переработку, не увеличится, так как частицы SiO заполнят пустоты между гранулами смолы. Полученную смесь ИОС и SiO помещают в вакуумируемую нагреваемую камеру, где создают давление 2000-3350 Па (15-25 мм рт.ст.). При давлении 2000-3350 Па температура кипения воды находится в интервале 10-20°С, что позволяет удалять воду из ИОС при 35-40°С за 8-10 минут.
При этом получаемый конденсат не содержит органических продуктов деструкции смолы, которые образуются при температурах обработки ИОС более 60°С.
2
2
3
Мелкодисперсный порошок SiO, имея развитую поверхность (до 300 м/г), объем пор дл 1 см/г и высокую влагоемкость, заполняя пространство между гранулами смолы, значительно повышает эффективность сушки ИОС и ускоряет процесс удаления воды из смолы.
Ниже приведены примеры осуществления заявляемого способа.
Пример 1.
2
100 мл влажной ИОС смешивают с 15 мл мелкодисперсного SiO с исходной влажностью 5% и помещают в герметичный подогреваемый контейнер, соединенный с охлаждаемым сборником конденсата и вакуумным насосом. В контейнере создают давление 2000 Па и температуру 40°С. Через 8 минут конденсат перестает поступать в сборник, что говорит о завершении процесса сушки. Химический анализ конденсата на наличие продуктов деструкции смолы (по перманганатной окисляемости - ПО) показал отсутствие органических веществ в конденсате.
В Таблице 1 представлены результаты проведенных исследований, полученные в различных режимах при осуществлении заявляемого способа.
Таблица 1
Режимы
Объем смолы, мл
Объем SiO<sub>2</sub>, мл
Размер частиц SiO<sub>2</sub>, микрон
Температ. сушки, °С
Давление в контейнере, Па
Время сушки, мин
Убыль веса ИОС, %
Снижение объема ИОС, %
ПО, мг О<sub>2</sub>/дм<sup>3</sup>
1
100
15
10
40
2000
8
68
46
0
2
100
10
10
35
3000
10
67
45
0
3
100
5
10
40
2000
60
59
34
0
4
100
15
50
35
2000
46
58
30
0
5
100
20
15
40
3350
10
66
45
0
6
100
15
10
35
5000
56
55
43
0
7
100
15
15
62
3000
34
59
44
83
8
100
15
10
20
3500
53
52
40
0
2
2
2
Как видно из приведенных в таблице данных, оптимальные соотношение объемов смешиваемых ИОС и SiO находится в интервале 0,1-0,2. При их меньшем соотношении (режим 3) резко увеличивается время сушки. При соотношениях объемов ИОС и SiO более 0,2, как показали эксперименты, увеличивается объем высушенной смеси ИОС и SiO, направляемой на отверждение или долговременное хранение. Увеличение размера частиц более 15 микрон (режим 4) ухудшает показатели сушки, поскольку у такого силикагеля меньше поверхность и влагоемкость, а уменьшение размера частиц менее 10 микрон потребует дополнительных затрат.
Температура сушки менее 35°С (режим 8) приводит к замедлению процесса, а повышение температуры более 40°С (режим 7) вызывает термическую деструкцию ИОС и загрязнение конденсата органическими веществами (появление высокой перманганатной окисляемости ПО).
Сушка под давлением более 3350 Па (режим 6) увеличивает время процесса, а снижение давления менее 2000 Па требует дополнительных энергозатрат.