способ утилизации жидких отходов, содержащих азиды металлов и азотисто-водородную кислоту

Формула изобретения

Способ утилизации жидких отходов, содержащих азиды металлов и азотисто-водородную кислоту, включающий разрушение содержащихся в перерабатываемых растворах азид-ионов или азотисто-водородной кислоты с помощью перманганатов, и/или бихроматов, и/или ферратов щелочных металлов в кислой области рН, после чего растворы перерабатываются любыми известными способами, например упариванием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки жидких отходов химической и радиохимической промышленности, в частности к способам утилизации жидких отходов, содержащих азиды металлов и азотисто-водородную кислоту (АВК).

Известен электрохимический способ [1] переработки жидких отходов, содержащих АВК, с использованием в качестве материала катода - титана, а в качестве нерастворимого анода - оксидов металлов IV или VII групп периодической таблицы, включающий катодное восстановление АВК до иона аммония и анодное окисление до азота.

Недостатками способа являются относительно высокая анодная плотность тока (более 70 А/м²), неполное разложение АВК (остаточная концентрация азид-ионов в отходах 250-350 мг/л), невозможность использования метода для переработки больших объемов жидких отходов, неизбежность образования вторичных отходов в виде отработанных электродов.

При анализе литературы каких-либо других наиболее близких аналогов заявляемому способу не обнаружено.

Технической задачей изобретения является утилизация жидких щелочных и кислых отходов, в том числе радиоактивных, содержащих азиды металлов или АВК, способом, позволяющим разложить азид-ионы или АВК без применения пожаро- и взрывоопасных реагентов, и направить данные растворы на переработку методом упаривания.

Поставленная задача достигается тем, что в кислый раствор или его смесь со щелочным раствором вводят перманганаты, и/или бихроматы, и/или ферраты щелочных металлов, например калия и/или натрия в необходимом мольном отношении к азид-иону или АВК, раствор или смесь растворов выдерживается при температуре не выше (300,5)^oС до водного разложения азид-ионов или АВК, после чего проводят смешивание с другими щелочными сбросными растворами, не содержащими азид-ионы или АВК, до значения рН 7-8, обрабатывается известным способом [2] для отделения осадка, содержащего марганец, и направляется на переработку любым известным способом, например упариванием, или проводят смешивание с кислыми сбросными растворами, не содержащими азид-ионы или АВК, в соотношении, обеспечивающем максимально допустимую концентрацию Мn⁺², исключающую повышенную коррозию оборудования в случае использования перманганатов щелочных металлов, и направляется на переработку любым известным способом, например упариванием.

Примеры 1-11 иллюстрируют заявляемый способ.

Пример 1. Перерабатываются щелочной и кислый растворы следующего состава.

Щелочной раствор, г/л: Na₂CO₃ 30; NаN₃ 3,9 (азид-ион - 2,5);U 0,1; Pu 110^-6; Np 110^-5.

Кислый раствор, г/л: НNО₃ 200; АВК 0,95 (N₃ ^- - 0,93); U 0,05; Pu 1 10^-3; Np 110^-5.

Щелочной раствор смешивается с кислым раствором в соотношении 1:3. В полученную смесь объемом 20 см³ вводится КМnO₄ из расчета создания концентрации МnO₄ ^- в смеси 0,83 г/л. Смесь выдерживается при температуре (202)^oС и анализируется на содержание АВК. Время полного разложения АВК в смеси растворов составило 36 часов. Затем данная смесь, не содержащая АВК, смешивается с кислыми сбросными растворами в соотношении, обеспечивающем максимально допустимую концентрацию Мn⁺², исключающую повышенную коррозию оборудования, и направляется на упаривание. Или смесь щелочного и кислого растворов, не содержащая больше АВК, смешивается с другими щелочными растворами до рН 7-8, обрабатывается специфическим органическим реагентом, например этиленгликолем или ОП-10, из расчета их концентрации в смеси от 0,02 до 0,5 г на 1 г Мn, соответственно, жидкая фаза отделяется от осадка, содержащего марганец, и направляется на упаривание.

Пример 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1, с тем отличием, что смесь растворов выдерживается при температуре (300,5)^oС. Время полного разложения АВК составило 1 час.

Пример 3. Способ осуществляется аналогично примеру 1, с тем отличием, что щелочной раствор смешивается с кислым раствором в соотношении 1:1. Время полного разложения АВК составило 40 часов.

Пример 4. Способ осуществляется аналогично примеру 3, с тем отличием, что смесь растворов выдерживается при температуре (300,5)^oС. Время полного разложения АВК составило 4 часа.

Пример 5. Щелочной и кислый растворы состава, приведенного в примере 1, смешиваются в соотношении 1:1. В полученную смесь объемом 20 см³ вводится Na₂Cr₂O₇ из расчета создания концентрации в смеси 2,36 г/л. Смесь выдерживается при температуре (202)^oС и анализируется на содержание АВК. Время полного разложения АВК в смеси растворов составило 74 часа. После разложения азотисто-водородной кислоты смесь растворов направляется на переработку любым известным способом, например упариванием.

Пример 6. Способ осуществляется аналогично примеру 5 с тем отличием, что концентрация НNО₃ в смеси растворов была равна в опыте 136,1 г/л, а концентрация АВК - 0,78 г/л. Смесь растворов выдерживается при температуре (300,5)^oС. Время полного разложения АВК составило 24 часа.

Пример 7. Перерабатывается кислый раствор состава, приведенного в примере 1. В раствор объемом 20 см³ вводится КМnO₄ для создания концентрации МnO₄ ^- в растворе 0,51 г/л. Обработанный раствор выдерживается при температуре (202)^oС и анализируется на содержание АВК. Время полного разложения АВК в растворе составило 72 часа. Далее раствор, не содержащий АВК, смешивается с кислыми сбросными растворами в соотношении, обеспечивающем максимально допустимую концентрацию Мn⁺² для предотвращения повышенной коррозии оборудования, и направляется на упаривание, или смешивается со щелочными растворами до рН 7-8, смесь обрабатывается органическим реагентом, например этиленгликолем или ОП-10 из расчета их концентрации в смеси от 0,02 до 0,5 г на 1 г Мn, соответственно, жидкая фаза отделяется от осадка, содержащего марганец, и направляется на упаривание.

Пример 8. Способ осуществляется аналогично примеру 7 с тем отличием, что обработанный раствор выдерживается при температуре (300,5)^oС. Время полного разложения АВК составило 1 час.

Пример 9. Способ осуществляется аналогично примеру 7 с тем отличием, что в раствор вводится феррат натрия из расчета его концентрации в растворе 3,64 г/л. Время полного разложения АВК составило 72 часа.

Пример 10. Способ осуществляется аналогично примеру 7 с тем отличием, что в раствор вводится феррат калия из расчета его концентрации в растворе 4,35 г/л. Время полного разложения АВК составило 72 часа.

Пример 11. Способ осуществляется аналогично примеру 9 с тем отличием, что обработанный раствор выдерживается при температуре (300,5)^oС. Время полного разложения АВК составило 4 час.

Результаты, полученные в примерах 1-11, приведены в таблице.

Концентрация перманганатов, бихроматов и ферратов щелочных металлов в растворах обусловлена исходной концентрацией азид-ионов и/или АВК и рассчитывается исходя из необходимого мольного соотношения. Так, для перманганатов или бихроматов щелочных металлов и АВК мольное соотношение равно, соответственно, 0,2-0,25 : 1, а для ферратов 0,05-0,22 : 1. Температура процесса разрушения азид-ионов и/или АВК определяется температурой кипения азотисто-водородной кислоты, равной 37^oC.

Преимущества заявляемого способа состоят в том, что предлагаемый способ утилизации жидких отходов, содержащих азиды металлов и/или АВК, позволяет полностью разрушить азид-ионы и/или АВК в широком диапазоне составов перерабатываемых растворов без использования пожаро- и взрывоопасных реагентов, сократить время разрушения азид-ионов и/или АВК не менее, чем в 2 раза, проводить процесс переработки растворов на типовом технологическом оборудовании химической и радиохимической промышленности. Воспроизводимость заявляемых результатов подтверждена опытной проверкой на реальных среднеактивных и высокоактивных растворах, образующихся при регенерации облученного ядерного топлива на заводе РТ.

Источники информации

1. Патент России 2123211, кл. G 21 F 9/04, С 02 F 1/46, C 01 B 21/08, 1998.

2. Патент России 2131627, кл. G 21 F 9/16, 1999.