Способ флюсования и получения гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора

 

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ флюсования и получения гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора включает корректировку исходного радиоактивного раствора по натрию, алюминию и фосфору. Затем осуществляют подачу откорректированного раствора в питатель и производят флюсование его в питателе с гомогенным жидким концентрированным по бору флюсом при температуре не ниже 40±5°С. Получают в питателе гомогенный стеклообразующий раствор, содержащий в качестве стеклообразователей бор или бор и фосфор. Далее подают приготовленный гомогенный стеклообразующий раствор в печь остекловывания. Преимущества изобретения заключаются в том, что получают гомогенный, концентрированный по бору стеклообразующий раствор.

Изобретение относится к технологии отверждения жидких радиоактивных отходов, образующихся на предприятиях атомной промышленности, в частности к способам флюсования и получения гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора.

В настоящее время в странах, занимающихся переработкой жидких радиоактивных отходов методом остекловывания, наибольшее развитие получили аппаратурно-технологические схемы двухстадийного [1] и одностадийного непрерывного процесса остекловывания [2].

По двухстадийному процессу [1] жидкие радиоактивные отходы предварительно кальцинируют при температуре от 130 до 700°С, а затем образовавшийся кальцинат смешивают с сухими флюсующими добавками, содержащими соединения бора, кремния и стеклянную фритту. Приготовленная таким образом твердая смесь поступает в печь на остекловывание. Существенным недостатком данного способа является наличие пылящих операций в технологическом цикле переработки биологически опасных радионуклидов.

При использовании одностадийного непрерывного процесса остекловывания [2] жидкие радиоактивные отходы предварительно флюсуются в емкости с жидким стеклообразующим флюсом - ортофосфорной кислотой, а затем приготовленный стеклообразующий раствор подается через трубчатые питатели в варочную зону печи остекловывания. Обязательным условием проведения процесса остекловывания радиоактивных растворов по способу [2] является обеспечение гомогенности стеклообразующего раствора, подаваемого в керамический тигель. В случае использования в процессе [2] в качестве стеклообразователей соединений бора возникают трудности как в методе флюсования, так и в получении после данной операции гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора, а именно стеклообразующего раствора, содержащего в своем составе бор, или бор и фосфор. При введении в жидкие отходы соединений бора в качестве флюсующей добавки из-за низкой их растворимости соединения бора выпадают в осадок.

Существует способ [3] остекловывания жидких радиоактивных отходов с использованием соединений бора в качестве стеклообразователя. Согласно способу [3] процесс остекловывания осуществляют путем раздельной подачи раствора, содержащего продукты деления, и гетерогенной суспензии, содержащей кремнезем-бораты, непосредственно в тигель индукционной печи. К недостаткам способа [3] можно отнести неравномерность распределения стеклообразователей в объеме отверждаемого раствора, обусловленную использованием гетерогенного флюса, невозможность обеспечения точности дозирования стеклообразователей в отверждаемый раствор, вероятность получения стекла с различными зонами по обогащению элементами стеклообразователями.

При проведении анализа общедоступной литературы других наиболее близких аналогов заявляемому способу не найдено.

Технической задачей изобретения является разработка способа флюсования и получения гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора, содержащего бор или бор и фосфор.

Поставленная задача достигается тем, что высокоактивные растворы, подлежащие включению в боратные стекла, предварительно корректируются по содержанию натрия и алюминия, а в случае включения растворов в борофосфатное стекло и по содержанию фосфора. Затем после корректировки указанными элементами раствор подается в питатель печи остекловывания, где флюсуется при температуре не ниже 40±5°С с гомогенным боратным флюсом, например, имеющим концентрацию по бору вплоть до 200 г/л [4]. Приготовленный в питателе гомогенный, концентрированный по бору стеклообразующий раствор подается в печь остекловывания.

Примеры 1-2 иллюстрируют заявляемый способ.

Пример 1. На переработку методом включения в боратное стекло поступает высокоактивный раствор следующего состава: HNO₃ - 1 моль/л, SO^2-₄ - 1,5 г/л, Сl^- - 1 г/л, F^- - 0,75 г/л, U - до 10 г/л, Рu - до 0,5 г/л, Na - 25 г/л, Аl - 15 г/л, Мn - 10 г/л, Fe - 2 г/л, Сr - 1 г/л, Ni - 0,9 г/л, Са - 3 г/л, Тс - 5 г/л, РЗЭ - 1,5 г/л, парафины - 0,1 г/л, ТБФ - 0,2 г/л, продукты деления и активации - 150 Ки/л.

Раствор корректируется по содержанию натрия и алюминия, например по алюминию до 30 г/л, а натрию до 40 г/л. В качестве натриевого коллектора используются кубовые растворы, получаемые от упаривания среднеактивных отходов и содержащие в своем составе не менее 100 г/л нитрата натрия. В качестве коллектора, содержащего алюминий, используется концентрированный раствор азотнокислого алюминия и/или жидкие азотнокислые отходы, содержащие в своем составе алюминий от 15 до 40 г/л. После проведения операции корректировки раствор подается в питатель, где производится его флюсование при температуре не ниже 40±5°С с гомогенным жидким боратным флюсом, содержащим, например, 95 г/л бора. Приготовленная таким образом гомогенная смесь, содержащая не менее 5 г/л бора, подается из питателя в печь остекловывания.

Пример 2. На переработку методом включения в борофосфатное стекло поступает высокоактивный раствор состава, приведенного в примере 1. Раствор корректируется по содержанию натрия и алюминия аналогично примеру 1 и дополнительно ортофосфорной кислотой из расчета создания концентрации фосфора в растворе 54 г/л. Дальнейшее приготовление гомогенного стеклообразующего раствора, содержащего бор и фосфор, производится аналогично примеру 1, с тем отличием, что концентрация бора в приготовленной смеси равна не менее 10 г/л.

При условии флюсования высокоактивных растворов непосредственно в емкости-хранилище при температуре 25°С жидкими гомогенными боратными флюсами, приготовленными на основе борной кислоты или тетрабората натрия, невозможно получить гомогенный стеклообразующий раствор с высоким содержанием бора, так как при повышении концентрации бора выше 2-3 г/л в азотнокислом стеклообразующем растворе соединения бора выпадают в осадок. При флюсовании азотнокислого стеклообразующего раствора в емкости-хранилище боратным флюсом, приготовленным по способу [4], удается получить максимальную концентрацию бора в растворе до 6,5 г/л при температуре 25°С, однако данной концентрации бора также недостаточно для получения боратных стекол с требуемыми характеристиками.

Диапазон концентраций нитрата натрия и алюминия в коллекторных растворах выбран с учетом эффекта разбавления раствора при его корректировке, а также обусловлен экономикой термического процесса остекловывания.

Источники информации

1. Заявка Франции № 2054464, кл. G 21 F 9/00, 1971.

2. Шведов В.П., Седов В.М. и др. Ядерная технология. М.: Атомиздат, 1979, с.246.

3. Шведов В.П., Седов В.М. и др. Ядерная технология. М.: Атомиздат, 1979, с.243.

4. Авторское свидетельство СССР № 1746831 А1, опубл. 15.07.1994.

Формула изобретения

Способ флюсования и получения гомогенного, концентрированного по бору стеклообразующего раствора, включающий корректировку исходного радиоактивного раствора по натрию, алюминию и фосфору, подачу откорректированного раствора в питатель, флюсование его в питателе с гомогенным жидким концентрированным по бору флюсом при температуре не ниже (40±5)°С, получение в питателе гомогенного стеклообразующего раствора, содержащего в качестве стеклообразователей бор или бор и фосфор, подачу приготовленного гомогенного стеклообразующего раствора в печь остекловывания.