способ переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности

Формула изобретения

Способ переработки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности, включающий внесение в перерабатываемый раствор суспензии магнетита, корректировку рН раствора щелочью, выделение осадка отстаиванием и доочистку полученного раствора магнитной сепарацией, отличающийся тем, что на поверхности частиц магнетита осаждается ферроцианид селективного к извлечению цезия металла за счет введения в раствор после суспензии магнетита гексацианоферрата калия и растворимой соли соответствующего металла, после чего рН раствора корректируют щелочью до 9.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкого уровня активности, обусловленной в значительной степени радионуклидами цезия и альфа-излучающими нуклидами, и может быть использовано для очистки сточных вод от радионуклидов в атомной энергетике и на радиохимических производствах.

Известны способы очистки воды от радионуклидов цезия, включающие сорбцию на вводимых в виде суспензии или синтезируемых непосредственно в растворе ферроцианидах металлов, селективных к цезию, с последующим отделением твердой фазы мембранными методами [Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985; Милютин В.В., Гелис В.М., Клиндухов В.Г., Обручников А.В. Исследование соосаждения радионуклидов цезия с ферроцианидами различных металлов. Четвертая Российская конференция по радиохимии "Радиохимия-2003", Озерск, 20-25 октября 2003 г./ Тез. докл. Озерск, ЦЗЛ ФГУП "ПО "Маяк", 2003. С.162]. Недостатком этих способов является малый размер образующихся частиц сорбента, что приводит к необходимости применения специальных методов разделения (например, микрофильтрации) и, следовательно, значительному увеличению эксплуатационных затрат.Обеспечить необходимую степень очистки ЖРО от альфа-излучающих нуклидов подобными способами не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки ЖРО низкого уровня активности магнетитом [Патент №2256965 от 27.05.2003. Опубликован 20.07.2005. Бюл. №20]. Данный метод позволяет эффективно (на 98÷99%) удалять из раствора альфа-излучающие радионуклиды (актиноиды). Процесс очистки заключается в добавлении в перерабатываемый раствор суспензии магнетита. После этого корректируют рН раствора щелочью до 11÷12.

После отстаивания очищенный раствор декантируют и доочищают методом магнитной сепарации. Известно, что магнитная сепарация позволяет эффективно выделить частицы магнетита из раствора при достаточно низкой величине магнитной индукции (от 40 до 50 мТл). Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки раствора от цезия.

Технической задачей изобретения является разработка способа переработки низкоактивных ЖРО, позволяющего за одну стадию удалять с высокой эффективностью из раствора как радионуклиды цезия, так и альфа-излучающие нуклиды.

Указанная задача достигается тем, что в качестве сорбента для одновременного выделения радионуклидов цезия и альфа-излучающих нуклидов используется композиция на основе магнетита с нанесенным на нем слоем ферроцианида металла, селективного к извлечению цезия, обладающая ярко выраженными магнитными свойствами.

Технология осуществления способа заключается в следующем. Для осуществления очистки в объем ЖРО вносится суспензия магнетита. Далее на частицах магнетита осаждается слой селективно сорбирующего цезий ферроцианида металла (никеля, меди, кобальта, цинка, кадмия, железа, висмута, свинца), который извлекает данный радионуклид из раствора. Для этого в очищаемую воду подаются последовательно раствор гексацианоферрата калия (желтой кровяной соли) и растворимая соль соответствующего металла (никеля, меди и т.д.). При этом ферроцианид данного металла осаждается на поверхности частиц магнетита и в дальнейшем прочно на ней удерживается. Далее производится корректировка рН раствора до 9 щелочью. Выбор рН раствора, равного 9, определяется тем, что, с одной стороны, для магнетита характерно повышение коэффициентов очистки с ростом рН, а, с другой стороны, при рН>10 происходит растворение ферроцианидов перечисленных металлов [Тананаев И.В., Сейфер Г.Б. и др. Химия ферроцианидов. - М.: "Наука", 1971, с.320]. После выдержки раствора (порядка 1÷2 ч) для установления сорбционного равновесия и седиментации взвешенных частиц производится отделение очищенного раствора от использованного сорбента декантированием с дальнейшей его доочисткой. Поскольку основой сорбента является магнетит, обладающий ярко выраженными магнитными свойствами, то доочистка раствора от взвешенных частиц магнетита с осажденным на них ферроцианидным сорбентом и захваченными загрязнителями проводится методом магнитной сепарации при величине магнитной индукции 45÷50 мТл.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что синтезированная композиция совмещает в себе достоинства ферроцианидных сорбентов и магнетита: обеспечивает высокую степень очистки раствора как от радионуклидов цезия, так и от альфа-излучающих нуклидов. При этом полученный сорбент обладает магнитными свойствами, присущими магнетиту, что позволяет эффективно и просто удалять его из раствора методом магнитной сепарации в полях с низкой величиной магнитной индукции. Данный факт значительно упрощает операцию удаления отработанного сорбента по сравнению с последовательным применением магнетита и ферроцианидного сорбента по отдельности.

Как показали проведенные исследования очистки низкоактивных ЖРО смешанным сорбентом с удалением последнего методом отстаивания и последующей магнитной сепарации, в диапазоне концентраций магнетита от 5 до 100 мг/л и ферроцианида никеля-калия - от 2 до 20 мг/л степень очистки раствора от радионуклидов изменяется в пределах: ¹³⁷Cs - 53,7÷99,2%, альфа-излучающих нуклидов - 92,4÷99,9%.

Результаты опытов по удалению отработавшего сорбента методами отстаивания и магнитной сепарации представлены в таблице 1.

Таблица 1
Результаты экспериментов по разделению фаз методами отстаивания и магнитной сепарации
Сорбционные добавки, мг/л		Степень очистки, %
Fe3 O4	Ферроцианид Ni-K	137Cs
Отстаивание (в течение 24 часов)
10	20	95,4	90,8
20	40	95,1	92,2
Отстаивание (в течение 24 часов)+Магнитная сепарация (магнитная индукция 45 мТл, скорость пропускания 6 к.о./ч)
10	20	98,6	96,6
20	40	99,2	98,2
Примечание: - сумма альфа-излучающих нуклидов

Как показывают результаты, представленные в таблице 1, совместное применение методов отстаивания и магнитной сепарации позволяет достичь высокой степени очистки раствора от частиц сорбента (большей, чем при одном только отстаивании).

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующим примером.

Пример. Исходный раствор спецканализации промплощадки ФГУП "ПО "Маяк" объемом 20 л, объемной активностью альфа-излучающих нуклидов 1,1·10³ Бк/л, объемной активностью радионуклида ¹³⁷ Cs 6,2·10³ Бк/л после добавления 20 мг/л магнетита, синтеза на поверхности частиц магнетита ферроцианда никеля-калия в количестве 40 мг/л и корректировки рН до 9 выдерживается в течение 24 часов, декантируется и подается на электромагнитный сепаратор. После прохождения суспензии через насадку сепаратора в поле с величиной магнитной индукции 45 мТл со скоростью 6 к.о./ч получен раствор с объемной активностью альфа-излучающих нуклидов 20 Бк/л, объемной активностью радионуклида ¹³⁷ Cs 50 Бк/л, который может быть дополнительно очищен известными методами.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет очистить ЖРО низкого уровня активности от радионуклидов цезия и альфа-излучающих нуклидов (актиноидов). Полученный раствор может быть эффективно доочищен известными методами. При этом процесс удаления из раствора отработанного сорбента характеризуется высокими параметрами разделения, простотой аппаратурного оформления и эксплуатации.