способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства
Классы МПК: | G21F9/30 виды обработки G21F9/06 способы обработки |
Автор(ы): | Кудрявский Ю.П., Трапезников Ю.Ф., Беккер В.Ф., Белкин А.В. |
Патентообладатель(и): | ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО- технология" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-01-09 публикация патента:
27.05.2003 |
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства. Сущность изобретения: после растворения исходных промпродуктов и/или отходов производства осуществляют обработку полученного продукта известковым молоком, отделяют гидратный осадок и вводят в маточный раствор хлорид бария и серную кислоту при следующих ионных соотношениях: SO4 2-/Ba2+=1-6 и Са2+/Ва2+
5. Затем в образовавшуюся пульпу дополнительно вводят раствор хлорида железа (III), в качестве которого используют сточные воды. После обработки пульпы раствором хлорида железа (III) в количестве 0,5-5 кг железа на 1 м3 маточного раствора ее повторно обрабатывают известковым молоком. Преимущество изобретения заключается в уменьшении радиоактивности фильтратов за счет повышения степени соосаждения радионуклидов с кеками. 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205029/8804.gif)
Формула изобретения
Способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, включающий их растворение, обработку хлоридом бария, серной кислотой, известковым молоком, отделение от раствора радиоактивных осадков и их захоронение, отличающийся тем, что обработку известковым молоком ведут непосредственно после растворения исходных промпродуктов и/или отходов производства, хлорид бария и серную кислоту вводят в маточный раствор после отделения гидратного осадка при ионных соотношениях SO4 2-/Ва2+= 1![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205041/247.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205029/8804.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обезвреживания и дезактивации радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, содержащих Th-232 и дочерние продукты его распада (Ra-228, Ra-224), а также РЗЭ, Fe, Cr, Mn, Al, Ti, Zr, Nb, Та, Са, Mg, Na, К и др. Изобретение может быть использовано для переработки многокомпонентных полиметаллических полупродуктов, содержащих естественные радионуклиды, промпродуктов и/или отходов производства и образующихся на различных стадиях технологических процессов комплексной переработки лопаритовых, цирконовых, ильменитовых концентратов, отвальных шламов ферровольфрамового производства, хвостов мокрой магнитной сепарации титаномагнетиков, красных шламов алюминиевого производства, отходов от переработки колумбита, феррониобия и др. Известен способ переработки (Переработка отходов процесса хлорирования лопарита//Цветная металлургия, 1987, 1, с. 32-33) радиоактивных отходов производства - отработанного расплава солевого оросительного фильтра процесса хлорирования лопаритовых концентратов, заключающийся в выщелачивании расплава путем его слива в воду, перемешивания хлоридной пульпы с растворами хлорида бария, серной кислотой, нагрев пульпы и подачу стального скрапа с целью восстановления трехвалентного железа до двухвалентного и повышения рН до 2,5-3,5; обработку пульпы известковым молоком до рН 4,5-5,0, а затем 0,5%-ным раствором полиакриламида, фильтрование и промывку осадка; сушку осадка и последующий вывоз на захоронение в хранилище спецотходов (ХСО). Известный способ позволяет повысить степень концентрирования тория и его содержание в "кеках", направляемых на захоронение; при этом степень извлечения тория из раствора в осадок - радиоактивный кек превышает 99,9%. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится неудовлетворительная степень дезактивации растворов в связи с высокой радиоактивностью фильтратов после отделения торийсодержащего осадка. Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является известный способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства (Концентрирование хлоридных отходов переработки лопаритовых концентратов//Цветные металлы, 1995, 12, с. 53-56), который выбран в качестве прототипа. Согласно способу-прототипу исходные отходы и/или промпродукты растворяют, полученный раствор (пульпу) обрабатывают раствором ВаСl2, серной кислотой и известковым молоком с последующим фильтрованием пульпы, отделением маточного раствора от оксигидратного сульфатного осадка и его захоронением в хранилище спецотходов. Известный способ позволяет локализовать торий и перевести его в удобную для длительного хранения (в хранилище спецотходов) форму. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится неудовлетворительная степень очистки - дезактивации от дочерних радионуклидов ряда тория-232, в частности от Ra-224 и Ra-228. Это связано с неполным соосаждением радия с осадками сульфатов бария, кальция и оксигидратов металлов. Заявленное техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении степени дезактивации растворов. Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, заключается в уменьшении радиоактивности фильтратов после отделения радиоактивных кеков за счет повышения степени соосаждения естественных радионуклидов ряда Тh-232, в частности Ra-224 и Ra-228 с радиоактивными осадками - кеками. Указанный технический результат при осуществлении заявленного способа достигается тем, что в известном способе переработки и обезвреживания радиоактивных отходов и/или промпродуктов производства, включающем их обработку раствором хлорида бария, серной кислотой и известковым молоком, отделение раствора от радиоактивного осадка и его захоронение, особенность заключается в том, что обработку известковым молоком ведут непосредственно после растворения исходных промпродуктов и/или отходов производства, хлорид бария и серную кислоту вводят в маточный раствор после отделения гидратного осадка, затем в образовавшуюся пульпу дополнительно вводят раствор хлорида железа (III). Особенность заключается в том, что обработку маточного раствора хлоридом бария и серной кислотой ведут при ионных соотношениях SO4 2-/Ва2+=1...6 и Са2+/Ва2+![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205029/8804.gif)
особенность заключается в том, что раствор хлорида железа (III) вводят в количестве 0,5-5,0 кг железа на 1 м3 маточного раствора;
особенность также заключается в том, что в качестве раствора хлорида железа используют "обмывочные" сточные воды;
особенность, кроме того, заключается также в том, что после введения в пульпу раствора хлорида железа (III) ее вновь обрабатывают известковым молоком. При прочих равных условиях предлагаемый способ, характеризующийся новыми приемами выполнения действий и новым порядком выполнения действий, использованием определенных веществ, без которых невозможно осуществление самого способа, новыми режимами и параметрами осуществления процесса, обеспечивает достижение технического результата при осуществлении заявляемого изобретения. Проверка патентоспособности заявляемого изобретения показывает, что оно соответствует изобретательскому уровню, так как не следует для специалистов явным образом. Анализ уровня техники свидетельствует о том, что в книжной, журнальной и патентной литературе отсутствуют сведения о переработке и обезвреживании радиоактивных отходов и/или промпродуктов от тория и его дочерних продуктов распада - радия путем последовательной обработки исходных растворов (пульпы) сначала известковым молоком, затем отделения осадка хлоридом бария, серной кислотой при ионном соотношении SO4 2-/Ва2+=1...6 и Са2+:Ва2+
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205029/8804.gif)
В качестве радиоактивных отходов производства, полупродуктов и промпродуктов для проведения опытов были использованы: отработанные расплавы солевого оросительного фильтра и расплавы РЗЭ процесса хлорирования лопаритовых концентратов (г. Соликамск), растворы от выщелачивания первичных скандиевых концентратов, редкоземельные концентраты, получаемые при комплексной переработке отходов производства тетрахлорида титана; промпродукты от переработки и предварительного концентрирования хвостов мокрой магнитной сепарации титаномагнетиков (г. Качканар), красных шламов глиноземного производства (г. Каменск-Уральский), отходов хлорной технологии переработки цирконовых концентратов (г. Глазов) и отвальных шламов ферровольфрамового производства (г. Челябинск). Пример 1. Сопоставление эффективности известного по прототипу и предлагаемого способов
Радиоактивные отходы, содержащие, мас.%: 2,5 ThCl4, 20 АlСl3, 7 LnCl3, а также примеси TiCl4, NbCl3, TaCl5, NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, водонерастворимый остаток (5%), растворяли при Ж:Т=4:1 воды. С полученной хлоридной пульпой проведены сравнительные испытания по эффективности дезактивации и определению производительности по прототипу и предлагаемому способу. По известному способу пульпу нагревали до 75
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205001/945.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205001/945.gif)
1,0 кг отработанного расплава солевого оросительного фильтра процесса хлорирования липарита, содержащего, %: 1,9 Th; 10,2 Fe(III); 7,8 Al; 12,3 РЗЭ, выщелачивали в 4,0 дм3 воды. Полученную пульпу обрабатывали раствором гидроксида кальция до рН 8 и фильтровали. Маточный раствор после отделения гидратного осадка разделили на семь порций по 500 см3; 0,5 дм3 маточного раствора обрабатывали 10 см3 10%-ного раствора хлорида бария и 0,5 см3 78%-ого раствора серной кислоты, перемешивали, затем в пульпу вводили определенное количество железосодержащих сточных вод с концентрацией СFe=0,8 г/дм3, т.е. вводили определенное количество железа на 1 дм3 маточного раствора. После введения железа пульпу обрабатывали известковым молоком до рН 8,0
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205001/945.gif)
1. по предлагаемому способу;
2. хлорид бария и серную кислоту вводили до обработки известковым молоком;
3. хлорид бария и серную кислоту вводили после обработки известковым молоком, но до отделения гидратного осадка. Радиоактивность фильтрата по предлагаемому способу составила по трем вариантам:
1. 0,64 экв. мг Th/дм3;
2. 832,0 экв. мг Th/дм3;
3. 1324,0 экв. мг Th/дм3. Пример 4. Обоснование введения раствора FеС13 после соответствующей обработки известковым молоком и введения в маточный раствор ВаСl2 и H2SО4
Пульпу, полученную после выщелачивания расплава солевого оросительного фильтра указанного в примере 1 состава, обрабатывали по двум вариантам:
1. по предлагаемому способу;
2. хлорид железа вводили в раствор до обработки гидроксидом кальция. Радиоактивность фильтрата по предлагаемому способу по двум вариантам составила:
1. 0,59 экв. мг Th/дм3;
2. 774,6 экв. мг Th/дм3. Пример 5. Обоснование необходимости определенного соотношения SO4 2-/Ba2+иCr2+/Ba2+
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205029/8804.gif)
Радиоактивные солевые отходы, содержащие, мас.%: 1,9 Th, 12,3 РЗЭ, 10,2 Fe (III), 7,8 Al, до 50%
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205031/931.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
![способ переработки и обезвреживания радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, патент № 2205461](/images/patents/265/2205002/177.gif)
Класс G21F9/06 способы обработки