Способ обезвреживания жидких радиоактивных органических отходов, содержащих эфиры фосфорных кислот
Сущность изобретения: жидкие радиоактивные органические отходы, содержащие смесь эфиров фосфорных кислот с керосином или н-парафинами, подают на поверхность алюмофосфатного расплава остеклованных радиоактивных отходов с содержанием фосфора в пределах от 53 до 57% и температурой 800-1200oС. Одновременно в зону сжигания вводят газообразный кислород в количестве не ниже двукратного по отношению к стехиометрическому. Образующиеся при окислении органических веществ водяные пары и газы улавливаются в системе газоочистки, а твердый остаток, включающий оксиды фосфора и радионуклиды, вплавляют в расплав стекломассы. Преимущества способа заключаются в том, что получаемый в виде стекла конечный продукт пригоден для длительного и безопасного хранения, процесс обезвреживания осуществляется в одном аппарате без передачи зольного остатка, а также в повышении экономичности процесса. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к радиохимической промышленности, в частности к способам обезвреживания жидких органических фосфорсодержащих отходов, образующихся в результате экстракционной технологии переработки ядерного топлива.
Фосфорсодержащий экстрагент, например трибутилфосфат (эфир фосфорной кислоты) в смеси с разбавителем (керосином или н-парафинами), в процессе экстракции разрушается под действием радиации и химических реагентов и становится не пригодным для дальнейшего использования. Известны разные методы регенерации отработанного экстрагента, однако они не всегда эффективны и в большинстве случаев экстрагент не может быть доведен до кондиции и использоваться повторно [1]. Одним из возможных путей обезвреживания жидких органических отходов является хранение их в специальных емкостях или могильниках в жидком или отвержденном состоянии. Однако хранение в жидком виде взрывопожароопасно и не исключает протечек из емкости, а отверждение жидких органических отходов в ряде случаев дает также пожароопасный продукт, к тому же с увеличением объема отвержденных отходов в несколько раз по отношению к исходному объему [2]. Сжигание является универсальным методом обращения с органическими отходами, так как в результате сжигания образуются взрывопожаробезопасные продукты (вода, газы и негорючий остаток фосфатов). Газовую фазу перед выбросом в атмосферу очищают от радионуклидов в системе газоочистки, а остаток включают в твердую стабильную матрицу (бетон, стекло). Обычно сжигание и включение в матрицу проводят в две стадии в разных аппаратах. Известен метод обезвреживания путем сжигания, в котором жидкие органические отходы подают в разогретую до 1000oС камеру сжигания, где происходит самовоспламенение органической жидкости. Образующиеся газы пропускают через воду [3]. Сходные признаки аналога и заявляемого способа: жидкие органические радиоактивные отходы обезвреживают сжиганием, нагревая их до температуры 1000oС. Образующиеся вторичные отходы должны быть обработаны для окончательного захоронения (хранения). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относится то, что при сжигании фосфорсодержащих жидких органических отходов в газовом пространстве образуются вторичные твердые отходы, преимущественно оксиды фосфора, которые в данном процессе не могут быть обезврежены в одну стадию со сжиганием и требуется дополнительное оборудование для переработки вторичных отходов. Описан способ сжигания жидких и твердых радиоактивных органических отходов, в котором жидкие радиоактивные органические отходы подают на разогретую до 800-1000oС поверхность измельченного каменного угля. Процесс позволяет обезвреживать жидкие и твердые радиоактивные органические отходы в одном аппарате, но в результате сжигания образуются также вторичные отходы в виде золы, которую выгружают из аппарата, и для безопасного хранения должны быть включены в стабильную матрицу. Кроме того, при этом образуются газообразные отходы, которые необходимо дожигать в отдельном аппарате [4]. Сходные признаки аналога и заявляемого способа: жидкие радиоактивные органические отходы совместно или раздельно с твердыми радиоактивными отходами подают на разогретую до 800-1000oС поверхность. Образовавшийся твердый продукт сжигания легко размывается водой и радионуклиды переходят в раствор. Для длительного и безопасного хранения радиоактивного зольного остатка требуется включение его в стабильную матрицу типа бетона или стекла, для чего зольный остаток переводят в другой аппарат. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относится то, что обезвреживание отходов может быть осуществлено в две стадии в разных аппаратах, что осложняет и существенно удорожает процесс. К второстепенным недостаткам относится необходимость дожигания горючих газов в специальном дожигателе. Известен способ переработки жидких радиоактивных фосфорсодержащих органических отходов сжиганием, в котором отходы подают в разогретый до 600-750oС псевдоожиженый слой катализатора. На окисление органических веществ подают сжатый воздух. Остаток от сжигания накапливается в гранулах катализатора, который затем захоранивают или перерабатывают в компактную экологически безопасную форму [5]. Признаками аналога, сходными с заявляемым способом, являются: обезвреживание жидких радиоактивных органических отходов, содержащих эфиры фосфорных кислот в смеси с керосином, который осуществляют подачей отходов на разогретую поверхность и введением в реакционную зону окислителя (кислорода воздуха). Образовавшийся остаток от сжигания предлагается включать в стабильную матрицу. Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ обезвреживания жидких радиоактивных органических отходов, содержащих трибутилфосфат в смеси с керосином, путем сжигания в псевдоожиженном слое катализатора при температуре 600-750oС и включения радиоактивного остатка от сжигания в стабильную матрицу, пригодную для длительного и безопасного хранения (захоронения), принятый за прототип. [5]. Причины, препятствующие достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип те же, что и у предыдущих аналогов, а именно непригодность конечного продукта от сжигания для длительного и безопасного хранения и необходимость в дополнительной операции (вторая стадия) включения отработанного катализатора с радиоактивным остатком от сжигания в стабильную матрицу и, как следствие этого, удорожание процесса обезвреживания. Передача остатка от сжигания из основного аппарата в другой для отверждения также является дополнительной операцией (третьей стадией), при которой возможен выход радиоактивных продуктов в окружающую среду. К недостаткам процесса можно также отнести удорожание конечного продукта (отвержденного остатка от сжигания). Задачей изобретения является создание технологического процесса обезвреживания жидких радиоактивных органических отходов, содержащих фосфор, в результате осуществления которого получается продукт, пригодный для безопасного длительного хранения. Оформление процесса должно быть одноаппаратным и происходить в одну стадию, чтобы попадание радиоактивных продуктов и зольного остатка в окружающую среду было минимальным. Выход этих продуктов из аппарата, как показывает радиохимическая практика, а также дополнительное вредное воздействие от них на обслуживающий персонал наиболее вероятны при передаче из одного аппарата в другой (с одной стадии -сжигания, на другую - включение золы в матрицу). Поэтому процесс должен состоять из минимального количества стадий (операций) и осуществляться желательно в одном аппарате с получением готового к длительному хранению продукта. Технический результат при осуществлении изобретения состоит в том, что в заявляемом способе сжигание отходов и включение остатка от сжигания в стабильную матрицу (стекло) осуществляют в одну стадию в одном аппарате, без промежуточных операций и без передачи зольного остатка из аппарата в аппарат. Полученный в одну стадию и в одном аппарате продукт пригоден для длительного хранения (захоронения), так как практически не растворим в воде. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе обезвреживания жидких радиоактивных органических отходов, содержащих эфиры фосфорных кислот в смеси с керосином или н-парафинами, путем сжигания и включения радиоактивного зольного остатка в стабильную матрицу, пригодную для длительного и безопасного хранения (захоронения), согласно изобретению отходы подают на поверхность фосфатного расплава стекла при температуре 800-1200oС, и вводят газообразный кислород в количестве не ниже двукратного по отношению к стехиометрическому. Кроме того, особенность способа заключается в том, что жидкие отходы подают на фосфатный расплав остеклованных неорганических радиоактивных отходов, при этом суммарное количество оксида фосфора в расплаве стекла в процессе сжигания и включения зольного остатка в расплав должно быть в пределах 53-57% массовых. При подаче жидких радиоактивных отходов, содержащих эфиры фосфорной кислоты, например трибутилфосфат, на расплав стекломассы при температуре 800-1200oС и введении окислителя (газообразного кислорода) в реакционное пространство в количестве не ниже двукратного по отношению к стехиометрическому производят сжигание (окисление) органических веществ. Образующиеся при сжигании водяные пары и газы улавливают в системе газоочистки, а твердый остаток - оксиды фосфора и радионуклиды - вплавляют в расплав стекломассы. Получаемый в виде стекла конечный продукт пригоден для длительного безопасного хранения (захоронения), так как растворимость (выщелачиваемость) стекла очень незначительна (10-6-10-7) г/(см2![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Формула изобретения
1. Способ обезвреживания жидких радиоактивных органических отходов путем сжигания, отличающийся тем, что отходы, содержащие эфиры фосфорных кислот в смеси с керосином или н-парафинами, подают на поверхность расплава фосфатного стекла при температуре 800-1200oС, вводят газообразный кислород на окисление в количестве не менее двукратного по отношению к стехиометрически необходимому, и переводят радиоактивный остаток от сжигания в твердую форму. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве расплава фосфатного стекла используют расплав остеклованных неорганических радиоактивных отходов с содержанием фосфора в нем в пределах от 53 до 57%.