Способ очистки растворов от радионуклидов

/ ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ (19) ВУ (Н) 1964(12) (51)6 Б 211 9/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комитет РЕСПУБЛИКИ БЕПАРУСЬ6 СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРОВ ОТ РАЩИОНУКЛИДОВ(71) Заявитель Институт радиоэкологическиэс проблем Акадешати наук Беларуси (В)Способ очистки растворов от радионуклидов путем сорбционного извлечения радионуклидов на ионообменных материалах, отличаюцлтйся тем, что предварительно растворы обрабатывают щавелевой кислотой в количестве 5 - 104 - 5 - 104 моль/л, доводят содержание азотной кислоты до 0,1-0,5 моль/л (рН 1,0-0,3) после чего сорбционное извлечение радионуклидов осуществляют пропусканием растворов в слабокислой среде последовательно через катионит и анионит.2. Никифоров А.С. И др. Обезвреживание хшдких радиоактивных отходов.М. Энергоатомиадат,1985.-С.25-34, 46-60,(73) Патентообладатель Институт радиоэкологи ческих проблем Академии наук Беларуси (ВТ)ИЗОРСТСНИС КЗСЗВТСЯ обезвреживания РЕДИОЗКТИВНЫХ растворов И МОЖСТ бЫТЬ ИСПОЛЬЗОВЗно преимущественно В ЯДЕРНОЙ ТСХНОЛОГИИ, ГДЕ На РЗПИЧНЬШ этапах ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГОцикла образуются хцщкие радиоактивные отходы (ЖРО). Изобретение может быть Использовано при очистке воды и сточных вод от радионуклидов. Известен способ очистки растворов от радионуклидов путем сорбционного извлечения радионуклидов на ионообменных материалах 2. Очистка ЖРО и получение фильтрата, удовлеЮ творяюшего нормам для сброса воды в открытую гидросеть, обеспечивается пропусканием- радиоактивных растворов через катионит (КУ-2-8) И анионит АН-2 Ф на первой ступени очистки, АН-31 на второй ступени очистки. Однако, по этому методу необходимо поддержание ОПрСДЕПСННОГО солесодержания ПЕРВРЭЗТЬКВЗВМСГО РЗСТВОРН И применение КОЗГУЛЯНТОВ ДЛЯ 0 Светления растворов, например, гидроокиси железа. В свою очередь, осадок гидроокиси представляет собой источник вторичных отходов, вызывает необходимость его отделения, что, в конечном счете, усложняет процесс обезвреживания ЖРО. Пошшю этого, требуется поддержание определенного химического состава ЖРО, т.к. эффективность очистки растворов любыми методами в сильной степени зависит от природы и концентрации присутствующих в растворе веществ,например, комплексообразующих анионов (фторида Цитрат-, фосфат- и других анионов). Задачей настоящего Изобретения является создание эффективного способа очистки растворов от радионуклидов, обеспечивающего упрощение и удешевление, а также повышение экологической безопасности процесса переработки ЖРО. Данный технический результат достигается путем сорбционного извлечения радионуклидов на ионообменных материалах при предварительной обработке радиоактивных растворов. Предварительная обработка раствора заключается в добавлении щавелевой кислоты в количестве 5-10 - 5-10 моль/л, в доведении концентрации азотной кислоты в растворе до О,1-О,5 моль/л (рН 1,0-03). После этого сорбционное гнев-течение радионуклидов осуществляется ироиусканием раствора в слабокислой среде последовательно через катионит и анионит. ОСНОВОЙ ДЛЯ предлагаемого ТЕХНИЧЕСКОГО рСШСНИЯ ЯВЛПОТСЯ ДЗННЫС О СОСТОЯНИИ РЭЛИОНУЪШХЩОВ в водных растворах в присутствии оксалат-ионов. Введение в раствор Сдод - ионов приводит к тому. что увеличивается область рН нахождения радионуклидов 2 г, М) и др. в ионном состоянии.Напртипиер, в растворах в отсутствии оксалат-ионов 2 г, ЫЪ переходят в КОЛЛОИДНОС состояние при рН 2. Добавление в раствор оксалат-ионов в Количестве 10-2 моль/л приводит к тому, что до рН 8 радионуклиды 2 г, ЫЪ находятся в ионном состоянии. А это подтверждает применимость метода ионного обмена для вьщелешхя радионуклидов из растворов в слабокислых растворах. При этом на основании имеющихся экспериментальных данных можно закдпочить, что в присутствии в растворах оксалат-ионов радионуклиды циркония, ниобия находятся в виде ионных монодцерътьвт отрицательно заряженных форм. А это говорит о возможном сорбционном выделении радионуклидов 2, МЬ из растворов с помошъю анионига в присутствии СдОЕ-анионов. С другой стороны радионуклиды цезия в присутствии анионов щавелевой кислоты в растворах находятся в виде комплексов, имеющих положительный заряд (вероятно, в виде гидратировашчьтх С 5(Н 2 О)6 - катионов). При этом радионуклиды цезия способны сорбироваться катионитом и не сорбируются анионитом. Таким образом, введение оксалат-ионов в раствор приводит к образованию отрицательно заряженных оксалатньвс коштлексов шитркония и т-шобия, в то же время радионуклиды цезия при этом находятся в растворе в виде положительно заряженных С 5 катионов. Таким образом возможно выделение при одновременном разделении радионуклидов цезия от радионуклтщов циркония, ниобия, др. из растворов в присутствии оксалат-ионов.Пример 1. Исходный раствор готовили путем сливания концентрированных растворов НЫОЗ,щавелевой всислоты, ЭДТА, ЫаЫО 3 с дистиллированной водой в количествах, необходимых для получения растворов с заданной концентрацией выбранного компонента. К полученным кислым растворам добавляли радиоактивные изотопы С 5-137 2 т 95, ЫЪ-95, концентрация которых в растворе составляла величину 104 - 104 Ки/л. Добавлением концентрированного раствора аммиака тк растворам децимолярных кислот доводили рН раствора до необходимого значения. Определе- Ф ние содержания радиоактивных элементов проводили с помощью полупроводникового детектора гамма-излучения с использованием анализатора импульсов Нокия ЬР-49 ОО.Были поставлены опыты по изучению сорбционного поведения радионуклидов цезия, циркония, ниобия по отношению к катиониту КУ-2. Для этого определенную навеску сорбента, предварительно переведенного в Ыа - форму, заливали определенным объемом раствора, составы которых приведены в табл.1. Опыты по ионному обмену проводили в статических условиях при перемешивании раствора. Сорбцию определяли по убыли концентрации радионуклида В растворе в виде коэффициента распределения (Кр) и рассчитывали по уравнениюгде АО, Ар - исходная и равновесная концентрации исследуемого радионуклида в растворе У объем раствора, мл тп - навеска сорбента, г.Полученные данные в условиях равновесия приведены в табл.1. Из полученных данных следует, что при концентрации ионов водорода 0,1-0,5 моль/л не наблюдается сорбция радионуклидов 2 г 95, тчъ-95, если в растворах концентрация щавелевой кислоты составляет 5-10-4 5-104 моль/л. При этих же условиях радионуклиды цезия сорбируются катионитом. Причем с увеличением величины рН раствора более 1 эффективность поглощения радиоцезия снижает-Ф ся. Таким образом, в присутствии щавелевой кислоты на катионите происходит выделение преимущественно радионуклидов цезия. а в растворе остаются 2 г-95, ЫЪ-95.Изотоп Состав раствора Концентрация щаве- Коэффициент раслевой кислоты, пределения, Кр моль л С 5137 0,1 моль/л НС 1 1-104- 1-104 моль/л (2-4) -103ЩМПШППНШ ШШП МИ ШН НИШ ПИШИ И 1 НШННПШ Н НПШНГШ ННН МИЛИПример 2. Исходные растворы, содержащие радиоактивные изотопы, готовили как в примере 1. В данном примере приводятся результаты опьтгов по сорбции радионуклидов анионитом АВ-17, который был предварительно переведен в НО - форму. Постановка опытов и расчет количественной характеристики процесса сорбции радионуклидов анионитом описаны в примере 1. Полученные данные представлены в таблице 2. Из полученных данных следует, что в присутствии щавелевой кислотьт 5-104 - 5-104 моль/л анионитом достаточно эффективно сорбируются из раствора радионуклиды 2 г-95, ЫЪ-95.А Таблица Сорбция радионуклидов С 5-137 2 т-95, МЬ-95 анионитом АВ-17Состав раствора Концентрация щавелевой кислоты, моль лИспользование предлагаемого способа позволяет- улучшить технологшо обезвреживания ЖРО за счет ее упрощения и уменьшения объемов ЖРОи уменьшить экологическую опасность процессов переработки ЖРОповысить экономические показатели процесса переработки НОЭО за счет упрощения процесса. при сохранении эффективности извлечения радионуклидов из растворов с одновременным их разделением на ерши/шестом ионообменных материалах и возможностью возврата их в топливный Цикл.Заказ 8978 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Белирусь. ЛОТЕ, г, Минск, проспект Ф. Скориньт. 66.