способ обезвреживания солевых отходов от радиоактивных компонентов

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания солевых отходов от радиоактивных компонентов, включающий растворение отходов и химическое осаждение радиоактивных компонентов, отличающийся тем, что перед операцией растворения отходов проводят термическую возгонку нерадиоактивных хлоридов металлов с последующим введением карбоната натрия в расплав радиоактивных отходов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую возгонку проводят путем распыления и/или перемешивания расплава отходов при 480-550°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонат натрия вводят в расплав радиоактивных отходов в стехиометрическом соотношении к хлоридам алюминия, железа и магния, содержащимся в термически обработанном расплаве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии редкоземельных элементов и может использоваться при обезвреживании солевых отходов от радиоактивных компонентов с целью снижения объемов нерадиоактивного балласта в отходах, подлежащих захоронению.

Известен способ обезвреживания солевых отходов от радиоактивных компонентов производства редкоземельных элементов, в частности плава солевого оросительного фильтра, образующегося при переработке лопаритового концентрата, от радиоактивного тория /1/. Способ заключается в растворении солевых радиоактивных отходов в воде с последующим химическим осаждением на осадках сульфата бария гидроксида тория, фильтрацией нерастворимых осадков гидроксидов алюминия, железа, магния, тория и захоронением осадков в спецхранилищах. Недостатком способа являются большие объемы образующихся и загрязненных радиоактивными компонентами осадков гидроксида алюминия, железа, магния, что приводит к увеличению затрат на фильтрацию, увеличению объемов спецхранилищ или снижению сроков их заполнения (работы).

Известен также способ обезвреживания солевых отходов от радиоактивных компонентов путем продувки через радиоактивный расплав солевого оросительного фильтра при повышенных температурах водяного пара с последующим растворением радиоактивных отходов в воде и химическим осаждением радиоактивного тория на осадке сульфата бария /2/. Недостатком способа парового гидролиза является низкая степень превращения примесных хлоридов железа, алюминия и магния в оксиды, что на последующих стадиях химического осаждения приводит к увеличению длительности и энергоемкости операций отделения радиоактивного осадка от жидкой фазы.

Целью изобретения является снижение объемов нерадиоактивного балласта в отходах, подлежащих захоронению, и снижение затрат на обезвреживание отходов.

Указанная цель достигается тем, что в способе обезвреживания солевых отходов от радиоактивных компонентов, включающем растворение отходов и химическое осаждение радиоактивных компонентов, перед операцией растворения отходов проводят термическую возгонку нерадиоактивных хлоридов металлов с последующим введением карбоната натрия в расплав радиоактивных отходов. Причем, термическую возгонку проводят путем распыления и/или перемешивания расплава отходов при 480-550^oC, а карбонат натрия вводят в расплав радиоактивных отходов в стехиометрическом соотношении к хлоридам алюминия, железа и магния, содержащимся в термически обработанном расплаве.

Использование операции возгонки хлоридов алюминия и железа позволяет выделить из радиоактивных отходов нерадиоактивные компоненты AlCl₃, FeCl₃, FeCl₂, что значительно снижает объем отходов, подлежащих захоронению. Введение после возгонки карбоната натрия в расплав радиоактивных отходов позволяет снизить затраты на проведение операции фильтрации осадка от водного раствора. Использование операции распыления расплава и/или перемешивания при возгонке позволяет интенсифицировать процесс возгонки. При этом скорость процесса возгонки при 480-550^oC имеет наибольшие значения, а при температурах ниже 480^oC или выше 550^oC резко уменьшается, что приводит к снижению степени выделения легколетучих компонентов из радиоактивного расплава. Величина стехиометрического соотношения карбоната натрия к хлоридам алюминия, железа и магния в расплаве отходов выбрана исходя из условий обеспечения полноты протекания реакции восстановления хлоридов до оксидов указанных соединений. При избыточном количестве карбоната натрия будет наблюдаться нерациональный перерасход Na₂CO₃, а при недостаточном количестве Na₂CO₃ будет происходить неполное превращение хлоридов алюминия, железа и магния в солевом расплаве в оксиды, что приведет к замедлению процесса фильтрации осадка Mg(OH)₂ и увеличению затрат на обезвреживание.

Способ обезвреживания солевых отходов производства редкоземельных элементов осуществляют согласно описанию в примерах N 1, 4-5 (см. таблицу).

Пример 1. Подлежащий обезвреживанию радиоактивный отработанный плав солевого оросительного фильтра (СОФ), полученный при хлорировании лопаритового концентрата на Соликамском магниевом заводе, содержит (%): AlCl₃ - 15,0; FeCl₃ - 15,0; MgCl₂ - 4,05; KCl - 47,25; NaCl - 13,5; ThCl₄ - 2,5. Для обезреживания 200 г плава СОФ подвергают термической обработке при перемешивании при 500^oC в течение 20 мин. Образующиеся при этом возгоны хлоридов алюминия и железа охлаждают до 170^oC и конденсируют. В термически обработанный солевой расплав далее при перемешивании и 500^oC добавляют 60 г карбоната натрия в соотношении Na₂CO₃/плав=1:2,5. Расплав перемешивают в течение 20 мин и затем выливают в воду. Далее по известной технологии проводят осаждение радиоактивного тория на осадке сульфата бария. Для этого, в водную суспензию раствора плава СОФ подают Ca(ОН)₂ до величины pH 8,5, затем раствор подкисляют серной кислотой, вводят раствор хлорида бария. Суспензию далее нагревают до 90^oC в течение 1 ч, нейтрализуют Ca(ОН)₂ до величины pH 8 и далее фильтруют. Образующийся сульфатно-гидратный кек удаляют в спецхранилище. Получаемый при этом радиоактивный осадок имеет небольшой объем, меньший в 2,39 раза по сравнению с объемом осадка, полученного по прототипу, и минимальное время фильтрации осадка - 1,9 мин.

Пример 2. Обезвреживание радиоактивного плава СОФ проводят согласно прототипу, без возгонки летучих хлоридов и без введения в плав СОФ карбоната натрия. Плав СОФ растворяют в воде, проводят осаждение радиоактивного тория на осадке сульфата бария, образующийся сульфатно-гидратный осадок фильтруют и удаляют в спецхранилище. Получаемый при этом радиоактивный осадок имеет наибольший объем и наибольшее время фильтрации осадка.

Примеры 3-6. Обезвреживание радиоактивного плава СОФ проводят по примеру 1 с тем отличием, что температуру возгонки плава СОФ поддерживают различной (от 450 до 600^oC).

Примеры 7-8. Обезвреживание радиоактивного плава СОФ проводят по примеру 1 с тем отличием, что поддерживают нестехиометрическое соотношение карбоната натрия и хлоридов алюминия, железа и магния.

Из анализа данных таблицы следует, что наименьший объем радиоактивного осадка и минимальное время фильтрации осадка поддерживается при обезвреживании осадка по заявляемому способу (примеры 1, 4-5). Использование предложенного способа позволит также утилизировать хлориды алюминия и железа.

Список источников

1 Кудрявский Ю.П. Комплексная переработка и обезвреживание отходов процесса хлорирования ильменитовых и лопаритовых концентратов: Дис. докт. техн. наук /Екатеринбург, 1996/.

2 Абрамов Д.С. и др. Исследование процесса очистки хлоридных расплавов РЗЭ //Цветная металлургия, 1980, N 1, с. 69-72.