способ окислительного разрушения азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений

Формула изобретения

1. Способ окислительного разрушения азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений, а также их смесей, включающий окислительную обработку азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений азотной кислотой при нагревании, отличающийся тем, что процесс ведут в автоклаве при концентрации азотной кислоты от 1 до 8 моль/л и температуре 130-220°С в зависимости от прочности соединений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагревание проводят в несколько стадий при ступенчатом подъеме температуры.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что образовавшиеся газы после охлаждения автоклава до температуры ниже 100°С регулируемо сдувают в один или несколько газгольдеров, из которых их дозируют с постоянной скоростью в систему газоочистки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят при постоянном верхнем давлении 1,5-2,0 МПа, поддерживаемом регулирующим клапаном, и сдуваемые газы обрабатывают в непрерывном режиме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки растворов, в том числе радиоактивных растворов, образующихся при производстве и переработке ядерного топлива, содержащих соединения восстановленного азота, а также фосфорсодержащие соединения, к которым относятся растворы от регенерации экстрагента и комплексоны, образующие при упаривании среднеактивных хвостовых растворов неразлагаемые остатки, что не позволяет направлять растворы на остекловывание.

Предлагаемое изобретение направлено на преодоление этого недостатка и может быть использовано в радиохимической и рудной промышленности.

Известны различные способы разрушения нитрата аммония. В частности, известен окислительный способ разрушения солей аммония в азотной кислоте при добавлении в качестве индуктора муравьиной кислоты [Ананьев А.В., Тананаев И.Г., Шилов В.П. Разложение нитрата аммония в процессах гомогенной и каталитической денитрации// Радиохимия, 2005. - Том 47, вып.2. - С.140-144]. Недостатками метода являются продолжительный индукционный период, высокий расход реагентов, большая продолжительность процесса и узкие диапазоны кислотности и температуры.

Более удобен способ окислительного разрушения солей аммония при температуре 95°C и добавлении в качестве индуктора реакции окисления формальдегида при мольном отношении CH₂O:NH₄ ⁺=1 [Патент RU 2329554 С2, МПК G21F 9/06, опубликован 20.07.2008], выбранный в качестве прототипа. Недостатками данного способа является большой расход индуктора и, как следствие, большой объем отходящих газов. Способ оказывается не применим для разрушения большинства органических соединений восстановленного азота, в частности аминов, аминокислот и их производных, таких как аминацетаты, которые совместно оказываются в кубовых растворах упаривания объединенных среднеактивных технологических отходов при переработке отработавшего ядерного топлива, а также фосфорсодержащих соединений, широко используемых в качестве экстрагентов в радиохимической технологии.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в упрощении технологии обращения с технологическими и нетехнологическими радиоактивными отходами, в состав которых входят азотсодержащие соединения и фосфорсодержащие соединения.

Технический результат состоит в проведении процесса разрушения как неорганических, так и органических азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений без индуктора за непродолжительный период времени и в широких диапазонах концентрации азотной кислоты и температуры.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе окислительного разрушения азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений, а также их смесей процесс окислительной обработки азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений азотной кислотой при нагревании ведут в автоклаве при концентрации азотной кислоты от 1 до 8 моль/л и температуре 130-220°C в зависимости от прочности соединений.

В частном варианте реализации способа нагревание проводят в несколько стадий при ступенчатом подъеме температуры.

В другом частном варианте реализации способа образовавшиеся газы после охлаждения автоклава до температуры ниже 100°C регулируемо сдувают в один или несколько газгольдеров, из которых их дозируют с постоянной скоростью в систему газоочистки.

В другом частном варианте реализации способа процесс проводят при постоянном верхнем давлении 1,5-2,0 МПа, поддерживаемом регулирующим клапаном, и сдуваемые газы обрабатывают в непрерывном режиме.

Пример 1

Кубовый остаток от упаривания технологических среднеактивных отходов от переработки отработавшего ядерного топлива, содержащий 4 моль/л нитрата аммония и 4 моль/л азотной кислоты, загружают в автоклав; степень загрузки 30%. В автоклаве производится его ступенчатый нагрев до 160°C и выдержка при общей длительности 4-6 часов. Конечное давление составляет 1,5 МПа. В результате разложения получен раствор с концентрацией нитрата аммония <0,005 моль/л и азотной кислоты 3,9 моль/л. По окончании процесса автоклав охлаждают до 90°C и проводят регулируемую сдувку газов в газгольдер 10-кратного объема, из которого их дозируют с постоянной скоростью в систему газоочистки.

Пример 2

Раствор с концентрацией нитрата метиламмония 1 моль/л и азотной кислоты 2 моль/л загружают в автоклав, степень загрузки 30%. Процесс осуществляется аналогично примеру 1 до конечной температуры 180°C и при постоянном верхнем давлении 1,5-2,0 МПа, поддерживаемом регулирующим клапаном, сдуваемые газы обрабатывают в непрерывном режиме. В результате разложения получен раствор с концентрацией нитрата метиламмония <0,01 моль/л и азотной кислоты 0,4 моль/л.

Пример 3

Кубовый остаток от упаривания технологических среднеактивных отходов от переработки отработавшего ядерного топлива, содержащий диэтилентриаминпентауксусную кислоту с концентрацией 0,3 моль/л и азотную кислоту с концентрацией 8 моль/л загружают в автоклав, степень загрузки 20%. Процесс осуществляют аналогично примеру 1 до конечной температуры 220°С при поддержании конечного давления 2,5 МПа. Газы поступают в систему газоочистки. В результате разложения получен раствор с концентрацией <0,01 моль/л диэтилентриаминпентауксусной кислоты и 4 моль/л азотной кислоты. По окончании процесса автоклав охлаждают до 90°C и проводят окончательную сдувку газов в газгольдер с последующей их газоочисткой.

Пример 4

Кубовый остаток от ректификации экстрагента, на основе трибутилфосфата в разбавителе, с водяным паром по патенту [SU 1630556 А1, МПК G21C 19/00] с объемной концентрацией в эмульсии 10% и 6 моль/л азотной кислоты загружают в автоклав, степень загрузки 25%. Нагрев осуществляется ступенчато с выдержкой при температуре 130°C в течение 4 ч, а затем до конечной температуры 200°C с выдержкой еще 3 ч при поддержании конечного давления 2,0 МПа. В результате разложения получен гомогенный раствор органических соединений <0,01 моль/л и 3 моль/л азотной кислоты. По окончании процесса автоклав охлаждают до 90°C и проводят сдувку газов.

Как видно из примеров, предлагаемый способ позволяет проводить процесс разрушения как неорганических, так и органических азотсодержащих соединений и фосфорсодержащих соединений без индуктора в широких диапазонах концентраций азотной кислоты и за непродолжительный период времени.