Способ очистки жидких радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к технологии очистки воды от радиоактивных загрязнений. Сущность изобретения: способ включает введение в раствор, содержащий радиоактивные отходы, ионов кальция, магния, фосфат-ионов и нейтрализацию щелочью до рН 9,5-11. Ионы магния вводят в количестве 300-600 мг/л. Дополнительно могут быть введены в раствор ионы цезия и/или рубидия, в количестве 0,5-5 мг/л и ионы стронция в количестве 1-300 мг/л. В качестве источника ионов кальция, стронция, фосфат-иона может быть использован апатит, а в качестве источника ионов магния - продукты кислотного разложения форстерита. Технический результат: повышение степени очистки за счет очистки от радиоактивных рубидия и цезия, а также дополнительной очистки от стронция. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии очистки воды от радиоактивных загрязнений.

Известны способы очистки воды от радиоактивных загрязнений с помощью различных сорбентов (см. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. Ю. В. Кузнецов, В.Н. Щебетковский, А.Г. Трусов. М.: Атомиздат. - 1974 - С. 202-250). С помощью сорбентов можно вести глубокую очистку воды практически от всех примесей, однако природные сорбенты мало селективны ко многим радионуклидам, а синтетические достаточно дороги, учитывая, что они после насыщения, как правило, не подлежат регенерации, а должны идти на захоронение.

Известен также способ очистки воды от радиоактивных загрязнений коагуляцией на фосфатах (см. там же, с. 137-144). Способ включает введение солей кальция и фосфат-ионов и нейтрализацию раствора до рН 10-11,5. Осаждение на фосфатах - более простой процесс и позволяет эффективно очищать воду от стронция, редкоземельных и других 2-4 валентных металлов.

Недостатком способа является то, что при этом не происходит очистки от одновалентных металлов, главным образом от рубидия и цезия, которые всегда присутствуют в продуктах распада и вносят в общую активность основную долю. В условиях осаждения стронция максимальное осаждение цезия составляет не более 15%.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени очистки за счет очистки от радиоактивных рубидия и цезия, а также дополнительной очистки от стронция.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки раствора фосфатной коагуляцией, включающей введение в раствор ионов кальция и фосфата и нейтрализацию раствора до рН 10-11,5 вводят также ионы магния. Введение ионов магния обусловлено тем, что совместно с фосфатами двух- и более валентных ионов происходит осаждение одновалентных рубидия и цезия в виде малорастворимых солей Cs(Rb)MgPO₄6H₂O.

Поставленная задача решается также тем, что для более полного осаждения стронция и цезия вводят дополнительно ионы стронция в количестве 1-300 мг и цезия или (и) рубидия в количестве 0,5-5 мг на 1 л раствора.

Поставленная задача решается также тем, что для удешевления процесса очистки в качестве источника кальция, стронция и фосфат-ионов используют кислотную вытяжку апатита, а источника магния - кислотную вытяжку форстерита (оливина). Преимуществом таких источников является также то, что в оливине присутствуют железо и кремний, способствующие дополнительной очистке.

Количество вводимого иона магния зависит от состава раствора: для раствора, содержащего 45510 Бк/л введение 300 мг/л MgO в виде хлорида или сульфата дает 80-ти %-ную очистку. С увеличением количества вводимого магния степень очистки увеличивается, однако при введении свыше 600 мг/л эффект увеличения незначителен. До санитарных норм очистка возможна ступенчатым введением солей магния после отделения осадка.

Введение в раствор 0,5 мг/л Cs₂O или Rb₂O дает заметный эффект, причем больший при их совместном введении. Увеличение добавки свыше 5 мг/л хотя и, но не настолько большой, чтобы быть экономически оправданным.

Введение в раствор уже 1 мг/л стронция дает заметное увеличение степени очистки, с увеличением количества вводимого стронция степень очистки повышается. Возможна полная замена кальция на стронций, и это определяется доступностью реагента.

Препараты на основе апатита и оливина вводятся в количествах, близких к обоснованным.

Сущность заявляемого способа можно пояснить следующими примерами.

Пример 1. В 100 мл раствора (ЖРО), содержащего ⁹⁰Sr - 15650 Бк/л, ¹³⁷Cs - 45510 Бк/л (842 имп/100 с), ввели по 300 мг/л хлоридов кальция и магния (здесь и далее концентрация металлов в пересчете на оксиды) и до 1,5 г/л РO₄ ^{3 -}. Раствор при перемешивании нейтрализовали натриевой щелочью до рН 10 и выделившийся осадок отфильтровали. Активность раствора: ⁹⁰Sr - 630 Бк/л, ¹³⁷Cs - 140 имп/100 с. Степень очистки от стронция - 96%, от цезия - 83,4%.

Пример 2. В 100 мл раствора, как в примере 1, ввели 300 мг/л хлоридов кальция, 600 мг/л магния, 1,0 мг/л стронция, 0,5 мг/л цезия и до 2 г/л PO₄ ³. Раствор при перемешивании нейтрализовали натриевой щелочью до рН 10,5 и выделившийся осадок отфильтровали. Активность раствора: ⁹⁰Sr - 160 Бк/л, ¹³⁷Cs - 89 имп/100 с. Степень очистки от стронция - 99%, от цезия - 89,5%.

Пример 3. В 100 мл раствора, как в примере 1, ввели 100 мг/л хлоридов кальция, 200 мг/л стронция, по 1 мг/л цезия и рубидия, до 2,5 г/л РO₄ ³, 500 мг/л магния и нейтрализовали натриевой щелочью до рН 10,5, выделившийся осадок отфильтровывали. Активность раствора: ⁹⁰Sr - 160 Бк/л, ¹³⁷Cs-66 имп/100 с. Степень очистки от стронция - 99,2%, от цезия после 1-ой фильтрации - 92,2%. В раствор снова добавили до 500 мг/л магния и по 1 мг/л цезия и рубидия и осадок отфильтровали. Активность раствора по ¹³⁷Cs - 26 имп/100 сек или, примерно, 75 Бк/л, что соответствует санитарным нормам. При необходимости раствор можно подвергнуть дальнейшей очистке.

Пример 4. В 100 мл раствора, как в примере 1, ввели до 5 мг/л цезия, пульпу от разложения 0,5 г апатита (0,25 г соляной и 0,25 г серной кислотами) и пульпу от разложения 0,15 г оливина соляной кислотой, что примерно соответствовало содержанию в растворе 1,1 г/л кальция, 600 мг/л магния, 3 мг/л стронция, до 1,9 г/л PО4³. Раствор при перемешивании нейтрализовали натриевой щелочью до рН 11,5 и выделившийся осадок отфильтровали. Активность раствора: ⁹⁰Sr - 120 Бк/л, ¹³⁷Cs- 64 имп/100 с. Степень очистки от стронция - 99,3%, от цезия - 92.4%. Таким образом, заявляемый способ позволяет вести очистку от стронция и цезия, и более всего эффективно может быть применен для очистки высокоактивных отходов.

Формула изобретения

1. Способ очистки жидких радиоактивных отходов фосфатной коагуляцией, включающий введение в очищаемый раствор ионов кальция и фосфат-иона в нейтрализацию щелочью до рН 10-11,5, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят ионы магния в количестве 300-600 мг/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в раствор дополнительно вводят ионы стронция в количестве 1-300 мг/л и ионы цезия и/или рубидия в количестве 0,5-5 мг/л.

3. Способ по п. 1 и/или 2, отличающийся тем, что в качестве источника ионов кальция, фосфат-иона и ионов стронция используют продукты кислотного разложения апатита, а в качестве источника ионов магния - продукты кислотного разложения форстерита.