Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургической промышленности, в частности, к металлургии цветных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов и может быть использована для переработки, обезвреживания и дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов, в частности, отработанных расплавов солевого оросительного фильтра (СОФ) солевых хлораторов для хлорирования лопаритовых концентратов. Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности процесса и сокращение числа операций перекачки растворов и пульп. Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении повышения степени дезактивации солевых растворов от естественных радионуклидов (Th и Ra) и сокращения продолжительности одного цикла нейтрализации и дезактивации. Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов, включающая реактор для нейтрализации и дезактивации, соединенный с баками-дозаторами растворов хлорида бария и сульфата натрия, реактор для приготовления раствора гидроксида натрия, фильтр-пресс для отделения гидра тно-сульфатного осадка, новым является то, что технологическая установка дополнительно содержит баки с мешалками для приготовления исходных растворов хлорида бария, сульфата натрия, хлоридов алюминия и/или железа (III), соединенными с соответствующими баками-дозаторами, после реактора для приготовления раствора гидроксида натрия дополнительно установлены бак-дозатор и расходомер, выход из которого направлен через запорно-регулирующий клапан в реактор для нейтрализации и дезактивации, к запорно-регулирующему клапану подсоединены датчики

рН-метра, электроды которого помещены в штангу, помещенную в реактор для нейтрализации и дезактивации, имеющий дополнительно установленную трубу для подвода в реактор острого пара, установка дополнительно имеет баки-сборники для исходных солевых хлоридных растворов и для цеховых обмывочных вод, патрубки нижнего слива которых имеют соединение с верхними патрубками реактора для нейтрализации и дезактивации.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургической промышленности, в частности, к металлургии цветных, редких, рассеянных и радиоактивных металлов и может быть использована для переработки, обезвреживания и дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов, в частности, отработанных расплавов солевого оросительного фильтра (СОФ) солевых хлораторов процесса хлорирования лопаритовых концентратов. Эти расплавы СОФ содержат в своем составе, % масс.: ThCl₄ и продукты его распада (Ra и др.), АlСl₃ , FеСl₃, NaCl и КСl, MgCl₂, СаСl ₂, а также небольшое количество хлоридов РЗЭ и оксихлоридов титана, ниобия и тантала. В связи с наличием в этих отходах легкорастворимых хлоридов радиоактивных металлов (Th, Ra и др.) и других токсичных веществ растворы, полученные при растворении («гидроразмыве») этих отходов, подлежат обязательной переработке, нейтрализации, обезвреживанию и дезактивации.

Известна (Свидетельство РФ на Полезную модель №23878 по заявке №2001126796/20 с приор, от 08.10.2001; Зарег и опубл.: 20.07.2002; Бюл. №29; МПК ⁷ С 22 В 60/02.) "Установка для обезвреживания радиоактивных отходов".

Данная известная установка включает в себя реактор-нейтрализатор, соединенный с ним фильтр-пресс; выходной патрубок фильтрата фильтр-пресса соединен со входом бака-дезактиватора; со входом бака-дезактиватора соединен бак реагента, после бака-дезактиватора установлен фильтр-пресс.

Реализация данного известного технического решения осуществляется следующим образом. В реактор-нейтрализатор закачивают раствор радиоактивных промпродуктов и/или отходов производства, подают в реактор известковое молоко и 0,2-0,8% раствор полиакриламида. После флокуляции

оксигидратную пульпу фильтруют на фильтр-прессе. Радиоактивный осадок направляют в хранилище спецотходов (ХСО), а фильтрат перекачивают в бак-дезактиватор, куда подают растворы хлорида бария и серной кислоты. Растворы перемешивают, вводят реагент и известковое молоко до рН=7-9. Пульпу из бака-дезактиватора фильтруют на фильтр-прессе. Полученный радиоактивный осадок (кек) направляют на захоронение в ХСО, а дезактивированные сточные воды сбрасывают в канализацию.

Недостатком данной известной установки является ее сложность и двуступенчатость технологии, что связано с наличием двух операций фильтрования пульпы и выделения радиоактивного осадка из раствора. Другим недостатком является тот факт, что данная установка не обеспечивает требуемой степени дезактивации солевых растворов, в частности, радиоактивных растворов, образующихся при растворении отработанного расплава СОФ процесса хлорирования лопаритовых концентратов.

Этим же недостатком, а именно, неудовлетворительной производительностью, сложностью аппаратурного оформления и необходимостью осуществления процесса дезактивации солевых хлоридных растворов от переработки отработанного расплава СОФ в две стадии - для достижения требуемой степени дезактивации, обладают и другие известные технические решения (см., например, Свидетельство на ПМ №23620 "Технологическая линия для переработки и обезвреживания радиоактивных отходов"; Свидетельство на ПМ №24591 "Аппаратурно-технологическая линия для переработки жидких радиоактивных отходов" и др.).

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности - совокупности существенных признаков, и достигаемому при этом техническому результату является известный (Патент РФ на Полезную модель №35633 по заявке №2003130198/20 с приор, от 14.10.2003; Зарег. и опубл.: 27.01.2003; Бюл. №3, 2003 г., МПК ⁷ С 22 В 60/02; 34/22; 60/02; G 21 F 9/04) "Технологический комплекс для переработки жидких радиоактивных отходов" - принят за прототип.

Известный по прототипу комплекс включает в себя (рис.1): реактор для нейтрализации радиоактивных солевых растворов (1), бак-дезактиватор (2), соединенный с баками-дозаторами растворов хлорида бария (3) и сульфатсодержащих неорганических соединений (4), фильтр-пресса (5) для отделения гидратно-сульфатных осадков от дезактивированных хлоридных растворов, реактор для приготовления раствора гидроксида натрия (6), соединенный с баком-нейтрализатором обмывочных вод (7), выход из которого направлен в дополнительно установленный фильтр-пресс (8) для выделения из пульпы после нейтрализации обмывочных вод оксигидратного осадка.

Технологический комплекс для переработки жидких радиоактивных отходов (прототип) работает следующим образом. Радиоактивные солевые растворы поступают в реактор для нейтрализации (1), затем в бак-дезактиватор (2), куда для дезактивации растворов от радия из баков-дозаторов (3), (4) подают раствор хлорида бария и сульфатсодержащие неорганические соединения; образующуюся в баке-дезактиваторе (2) радиоактивную пульпу направляют на фильтр-пресса (5), где происходит отделение гидра тно-сульфатных осадков от дезактивированных хлоридных растворов; цеховые обмывочные воды поступают в бак-нейтрализатор (7), куда из реактора (6) подают раствор гидроксида натрия; образующуюся в баке-нейтрализаторе (7) пульпу направляют на фильтр-пресс (8) для выделения из пульпы после нейтрализации обмывочных вод оксигидратного осадка; очищенные от токсичных и радиоактивных веществ растворы (фильтрат) сбрасывают с фильтр - прессов (5) и (8) в канализацию.

Недостатком известного - по прототипу - технологического комплекса является неудовлетворительная производительность, что связано с необходимостью осуществления операций нейтрализации и дезактивации в различных баках и реакторах, необходимости дополнительной перекачки пульпы из реактора (1) после нейтрализации в бак-дезактиватор (2). Другим недостатком технологического комплекса по прототипу является то, что он

не обеспечивает требуемого соосаждения радионуклидов с осадком сульфата бария и, в связи с этим, необходима дополнительная стадия дезактивации солевых растворов от радия до установленных (НРБ и ОСПРБ) норм - в другом баке, в частности, в баке-дезактиваторе.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности процесса и сокращение числа операций перекачки растворов и пульп.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении повышения степени дезактивации солевых растворов от естественных радионуклидов (Th и Ra) и сокращении продолжительности осуществления одного цикла нейтрализации и дезактивации.

Указанный технический результат достигается при реализации заявляемой полезной модели - " Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов", включающей реактор для нейтрализации и дезактивации, соединенный с баками-дозаторами растворов хлорида бария и сульфата натрия, реактор для приготовления раствора гидроксида натрия, фильтр-пресс для отделения гидра тно-сульфатного осадка. Новым в «Технологической установке для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов» является то, что технологическая установка дополнительно содержит баки с мешалками для приготовления исходных растворов хлорида бария, сульфата натрия, хлоридов алюминия и/или железа (III), соединенными с соответствующими баками- дозаторами, после реактора для приготовления раствора гидроксида натрия дополнительно установлены бак-дозатор и расходомер, выход из которого направлен через запорно-регулирующий клапан в реактор для нейтрализации и дезактивации, к запорно-регулирующему клапану подсоединены датчики рН-метра, электроды которого помещены в штангу, помещенную в реактор для нейтрализации и дезактивации, имеющий дополнительно установленную трубу для подвода в

реактор острого пара, установка дополнительно имеет баки-сборники для исходных солевых хлоридных растворов и для цеховых обмывочных вод, патрубки нижнего слива которых имеют соединение с верхними патрубками реактора для нейтрализации и дезактивации.

Вышеуказанная совокупность существенных признаков по предлагаемой полезной модели обеспечивает, как показали исследования и сравнительные испытания различных технологических установок, комплексов, участков, решение поставленной задачи - повышение производительности процесса за счет сокращения числа операций. При этом, при реализации предлагаемого технического решения достигается технический результат, заключающийся в повышении степени дезактивации солевых растворов от естественных радионуклидов и сокращении продолжительности осуществления одного цикла нейтрализации и дезактивации.

Опытные испытания различных вариантов технологии и их конструктивного оформления показали, что между совокупностью признаков (известных и новых) предлагаемого технического решения и достигаемого при этом технического результата существует вполне определенная причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что каждый из признаков, отдельно взятый необходим и в совокупности они обеспечивают решение поставленной задачи с достижением вышеуказанного технического результата.

Экспериментально установлено, что дополнительное включение в состав технологической установки для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов бака с обмывочными водами и предварительное смешение (перед проведением операций нейтрализации и дезактивации) с обмывочными водами обеспечивает снижение вязкости пульпы, способствует лучшему перемешиванию, повышению эффективности процессов сорбции, соосаждения и сокристаллизации радионуклидов и, как следствие, более глубокой дезактивации растворов при прежних расходах реагентов (BaCl₂ и Na₂SO ₄).

Дополнительное включение баков для приготовления растворов реагентов обеспечивает непрерывность работы установки в целом. Дополнительное включение баков с мешалками для приготовления исходных растворов хлоридов алюминия и/или железа (III), соединенных с соответствующими баками-дозаторами, при прочих равных условиях дает возможность повысить степень соосаждения радия с оксигидратами алюминия и/или железа (III) в условиях формирования осадка при избытке щелочи.

Анализ уровня техники свидетельствует о том, что в книжной, журнальной и патентной литературе заявленная полезная модель ранее не описана и нигде ранее не использована, а предлагаемая совокупность существенных признаков - наличие определенных конструктивных элементов, взаимосвязи между собой из известных источников информации не следует и явным образом не вытекает.

На рис.2 показана предлагаемая полезная модель - «Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов».

Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов согласно разработанному техническому решению включает в себя: реактор для нейтрализации и дезактивации (1), соединенный с баками-дозаторами растворов хлорида бария (2) и сульфата натрия (3), реактор для приготовления раствора гидроксида натрия (4), фильтр-пресс для отделения гидратно-сульфатного осадка (5), новым является то, что технологическая установка дополнительно содержит баки с мешалками для приготовления исходных растворов хлорида бария (6), сульфата натрия (7), хлоридов алюминия и/или железа (III) (8), соединенными с соответствующими баками-дозаторами (2), (3), (9), после реактора для приготовления раствора гидроксида натрия (4) дополнительно установлены бак- дозатор (10) и расходомер (11), выход из которого направлен через запорно-регулирующий клапан (12) в реактор для нейтрализации и дезактивации (1), к запорно-регулирующему клапану (12) подсоединены

датчики рН-метра (13), электроды которого установлены в штанге, помещенной в реактор для нейтрализации и дезактивации, имеющий дополнительно установленную трубу для подвода в реактор острого пара, установка дополнительно имеет баки-сборники для исходных солевых хлоридных растворов (14) и для цеховых обмывочных вод (15), патрубки нижнего слива которых имеют соединение с верхними патрубками реактора для нейтрализации и дезактивации.

Реализация полезной модели

Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов работает следующим образом. Радиоактивные солевые растворы после гидроразмыва отработанного расплава солевого оросительного фильтра поступают в реактор для нейтрализации и дезактивации (1), куда для уменьшения вязкости пульпы и улучшения перемешивания из баков (14) и (15) подают исходные солевые хлоридные растворы и цеховые обмывочные воды, а из реактора (4) через бак-дозатор (10) и расходомер (11) подают раствор гидроксида натрия, после чего для более глубокой дезактивации растворов от радия из баков (6) и (7) через баки-дозаторы (2) и (3) в реактор для нейтрализации и дезактивации (1) подают растворы хлорида бария и сульфата натрия, после перемешивания в пульпу с рН 10-12 для дополнительного извлечения радия с оксигидратами алюминия и/или железа (III) из бака (8) через бак-дозатор (9) подают раствор хлорида алюминия и/или железа (III), образующуюся в баке для нейтрализации и дезактивации (1) радиоактивную пульпу направляют на фильтр-пресс (5), где происходит отделение гидра тно-сульфатных осадков, направляемых на дальнейшую переработку (отверждение) или на складирование, от дезактивированных хлоридных растворов, сбрасываемых в канализацию.

В результате осуществления совокупности вышеуказанных операций обеспечивается повышение степени дезактивации солевых растворов от естественных радионуклидов (Th и Ra), уменьшается число операций

перекачки растворов и пульп и сокращается продолжительность одного цикла нейтрализации и дезактивации.

Технологическая установка для дезактивации радиоактивных отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов, включающей реактор для нейтрализации и дезактивации, соединенный с баками-дозаторами растворов хлорида бария и сульфата натрия, реактор для приготовления раствора гидроксида натрия, фильтр-пресс для отделения гидратно-сульфатного осадка, отличающаяся тем, что дополнительно содержит баки с мешалками для приготовления исходных растворов хлорида бария, сульфата натрия, хлоридов алюминия и/или железа (III), соединенными с соответствующими баками-дозаторами, после реактора для приготовления раствора гидроксида натрия дополнительно установлены бак-дозатор и расходомер, выход из которого направлен через запорно-регулирующий клапан в реактор для нейтрализации и дезактивации, к запорно-регулирующему клапану подсоединены датчики рН-метра, электроды которого помещены в штангу, помещенную в реактор для нейтрализации и дезактивации, имеющий дополнительно установленную трубу для подвода в реактор острого пара, установка дополнительно имеет баки-сборники для исходных солевых хлоридных растворов и для цеховых обмывочных вод, патрубки нижнего слива которых имеют соединение с верхними патрубками реактора для нейтрализации и дезактивации.