[go: up one dir, main page]

RU2352008C1 - Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin - Google Patents

Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin Download PDF

Info

Publication number
RU2352008C1
RU2352008C1 RU2007142948/06A RU2007142948A RU2352008C1 RU 2352008 C1 RU2352008 C1 RU 2352008C1 RU 2007142948/06 A RU2007142948/06 A RU 2007142948/06A RU 2007142948 A RU2007142948 A RU 2007142948A RU 2352008 C1 RU2352008 C1 RU 2352008C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
resin
ios
temperature
exchange resin
Prior art date
Application number
RU2007142948/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Карпович Андрианов (RU)
Анатолий Карпович Андрианов
Борис Александрович Гусев (RU)
Борис Александрович Гусев
Владимир Георгиевич Ильин (RU)
Владимир Георгиевич Ильин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority to RU2007142948/06A priority Critical patent/RU2352008C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2352008C1 publication Critical patent/RU2352008C1/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of reprocessing radioactive ion-exchange resin, including thermal treatment of ion-exchange resin in steam-heated apparatus and curing undecomposed organic carrier of ion-exchange resin, is enabled in glyptal solution with initial volumetric ratio of wet ion-exchange resins to glyptal solution being 1:0.05 to 1:1. On thermal treatment at temperature 105-145°C resin is dehydrated and soaked in glyptal solution until water stops to evaporate. Then excess glycerine is distilled at temperature 145-180°C until glycerine to phthalic anhydride ratio optimum for synthesis of glyptal resin is obtained. Distilled glycerine condensate is delivered back to reprocessing cycle of the next portion of ion-exchange resin with following synthesis of glyptal resin at temperature 180-225°C.
EFFECT: reduced volume of buried end radioactive products, improved ecological conditions of their reprocessing and long-term storage, lower power inputs, and simplified procedure of reprocessing radioactive sorbents.

Description

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, а точнее к технологии переработки (обезвреживания) отработавших свой ресурс радиоактивных ионообменных смол (ИОС).The invention relates to the field of processing of radioactive waste, and more specifically to the technology of processing (disposal) of spent radioactive ion-exchange resins (IOS).

При эксплуатации атомных электрических станций (АЭС) в технологических схемах спецводочистки (СВО) широко используют органические ионообменные смолы и фильтрующие материалы на основе минеральных веществ [О.И.Мартынова. Водоподготовка, процессы и аппараты. М.: Атомиздат, 1977, с.110, 234]. После выработки ресурса эти фильтрующие материалы образуют группу экологически опасных радиоактивных отходов АЭС, представляющих собой влажную пульпу смеси катионита КУ-2-8 ч.с. с анионитом АВ-17-8 ч.с. и пульпу порошка фильт-перлита с трапной водой. Для обеспечения экологически безопасного хранения таких отходов необходимо проведение комплекса мероприятий по их обезвреживанию, обеспечивающему условия, исключающие или максимально снижающие выход радионуклидов и химических токсичных веществ в окружающую среду.During the operation of atomic power stations (NPPs), organic ion-exchange resins and filtering materials based on minerals are widely used in special water purification (SVO) technological schemes [OI Martynova. Water treatment, processes and apparatus. M .: Atomizdat, 1977, p. 110, 234]. After running out of resources, these filter materials form a group of environmentally hazardous radioactive waste from nuclear power plants, which are the wet pulp of a mixture of cation exchanger KU-2-8 p.p. with anion exchange resin AB-17-8 h.p. and pulp of filter perlite powder with drain water. To ensure the environmentally safe storage of such waste, it is necessary to carry out a set of measures for their disposal, providing conditions that exclude or minimize the release of radionuclides and chemical toxic substances into the environment.

В практике обезвреживания отработавших ресурс радиоактивных ионообменных сорбентов широкое применение нашли способы их включения (замоноличивания) в традиционные связующие (отвердители): неорганические (цемент, гипс и др.), термопластичные (битум и др.) и термореактивные (полиэфирные, карбамидные смолы и др.) [А.С. Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.115, 116, 132]. При этом известно, что одним из основных условий, обеспечивающих надежное хранение радиоактивных ионообменных смол, включенных в изолирующие матрицы, является механическая прочность конечных продуктов (монолитов). Также известно, что основной причиной уменьшения механической прочности монолитов, содержащих отработавшие ионообменные смолы, является склонность смол к набуханию в случае их контакта с водой [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.132] и [Патент РФ №2062517, МПК6: G21F 9/08, оп. 20.06.96 Бюл. №17].In the practice of neutralizing spent radioactive ion-exchange sorbents, the methods of their incorporation (monolithic) into traditional binders (hardeners) are widely used: inorganic (cement, gypsum, etc.), thermoplastic (bitumen, etc.) and thermosetting (polyester, urea resins, etc. .) [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, p. 115, 116, 132]. It is also known that one of the main conditions ensuring reliable storage of radioactive ion-exchange resins included in insulating matrices is the mechanical strength of the final products (monoliths). It is also known that the main reason for the decrease in the mechanical strength of monoliths containing spent ion-exchange resins is the tendency of the resins to swell if they come in contact with water [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, p.132] and [RF Patent No. 2062517, IPC6: G21F 9/08, op. 06/20/96 Bull. No. 17].

В связи с этим в практике обезвреживания ИОС для получения прочных монолитов и одновременно для уменьшения их объема использованные ионообменные смолы перед конечным их замоноличиванием подвергают обезвоживаю.In this regard, in the practice of neutralizing IOS to obtain strong monoliths and at the same time to reduce their volume, the used ion-exchange resins are dehydrated before their final monolithic treatment.

Обычно обезвоживание ИОС без разложения органической основы смолы проводят способами термической, механической или термомеханической их сушки. При этом ни один из этих способов не является оригинальным и при реализации на практике позволяет получать ИОС с содержанием в них воды от 10 до 60% (механические и термомеханические способы обезвоживания) [А.С.Никифоров., В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.115]. Более глубокое обезвоживание ИОС с частичной или полной деструктуризацией матрицы смолы, позволяющее исключить способность сорбентов к набуханию при их контакте с водой, достигается при термической (температура 350-395°С) [Патент РФ №2068208] или термохимической (температура более 250°С, давление 40 атм.) [Патент РФ №2062517] их обработке.Typically, the dehydration of IOS without decomposition of the organic base of the resin is carried out by methods of thermal, mechanical or thermomechanical drying. At the same time, none of these methods is original and, when put into practice, allows producing IOS with a water content of 10 to 60% (mechanical and thermomechanical methods of dehydration) [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M .I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, p.115]. A deeper dehydration of the IOS with partial or complete destructuring of the resin matrix, which eliminates the ability of the sorbents to swell when they come in contact with water, is achieved at thermal (temperature 350-395 ° C) [RF Patent No. 2068208] or thermochemical (temperature over 250 ° C, pressure 40 atm.) [RF Patent No. 2062517] their processing.

Рассмотренные выше способы переработки радиоактивных ИОС имеют свои достоинства и недостатки. Так, например, простота и технологичность широко применяемого на практике способа непосредственного отверждения влажных ИОС цементом [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.132], даже при низкой степени наполнения цементного монолита по ИОС (не более 10% по сухой смоле), не обеспечивает требуемую его прочность и значительно увеличивает объем твердых радиоактивных отходов (в 2 и более раз). Способы замоноличивания ИОС традиционными отвердителями с проведением предварительной глубокой термической (температура обработки более 350-395°С) [Патент РФ №2068208] или термохимической (температура более 250°С и давление в аппарате более 40 атм.) [Патент РФ №2062517] их обработки энергоемки и сложны в аппаратурном оформлении процесса, требующего применения металлоемкого оборудования, работающего при высоком давлении. Кроме того, глубокая термическая или термохимическая деструктуризация ИОС, вплоть до разрушения высокомолекулярной основы ИОС, приводит к образованию летучих экологически опасных органических веществ (меркаптанов, аминов и др.), что усложняет систему газоочистки.The methods for processing radioactive IOS discussed above have their advantages and disadvantages. So, for example, the simplicity and manufacturability of the widely used in practice method for the direct curing of wet IOS with cement [A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, p.132], even with a low degree of filling of the cement monolith according to IOS (not more than 10% on dry resin), it does not provide the required strength and significantly increases the volume of solid radioactive waste (2 or more times) . Methods of monopolizing IOS by traditional hardeners with preliminary deep thermal (processing temperature over 350-395 ° C) [RF Patent No. 2068208] or thermochemical (temperature over 250 ° C and pressure in the apparatus over 40 atm.) [RF Patent No. 2062517] them energy-intensive processing and complex in the hardware design of a process that requires the use of metal-intensive equipment operating at high pressure. In addition, the deep thermal or thermochemical degradation of the IOS, up to the destruction of the high molecular weight IOS base, leads to the formation of volatile environmentally hazardous organic substances (mercaptans, amines, etc.), which complicates the gas purification system.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ переработки отработавшей радиоактивной ионообменной смолы, включающий: измельчение ИОС; термообработку полученного порошка ИОС при температуре 170-350°С, обеспечивающую разложение только ионообменных групп ИОС без разложения органической основы смолы, и отверждение неразложившейся основы ИОС путем ее смешения с отвердителем [Патент Японии №5-11280, 1986 г.].Closest to the technical nature of the claimed method is a method of processing spent radioactive ion-exchange resin, including: grinding IOS; heat treatment of the obtained IOS powder at a temperature of 170-350 ° C, providing decomposition of only the ion-exchanging IOS groups without decomposition of the organic base of the resin, and curing of the undecomposed IOS base by mixing it with a hardener [Japanese Patent No. 5-11280, 1986].

Недостатками данного способа, выбранного в качестве прототипа, является сложность аппаратурного оформления технологического процесса из-за необходимости проведения предварительной стадии механического измельчения ИОС; возможность снижения прочности конечных продуктов (монолитов) при их контакте с водой, так как способ не предусматривает деструктуризации высокомолекулярной основы смолы, исключающей способность ИОС к набуханию при их контакте с водой. Известно, что ИОС теряют способность к набуханию в воде в результате их термической обработки при температурах выше 350°С [Патент РФ №2068208].The disadvantages of this method, selected as a prototype, is the complexity of the hardware design of the process due to the need for a preliminary stage of mechanical grinding of IOS; the possibility of reducing the strength of the final products (monoliths) upon their contact with water, since the method does not provide for the degradation of the high molecular weight resin base, which excludes the ability of IOS to swell when they come in contact with water. It is known that IOS lose their ability to swell in water as a result of their heat treatment at temperatures above 350 ° C [RF Patent No. 2068208].

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа обезвреживания радиоактивных ИОС, позволяющего: улучшить экологическую обстановку при их переработке и длительном хранении конечных продуктов; снизить энергозатраты при проведении технологического процесса обезвреживания ИОС; уменьшить объем конечных радиоактивных продуктов, подлежащих захоронению, и, в целом, упростить технологический процесс переработки радиоактивных.The problem to which the present invention is directed is the development of a method for the disposal of radioactive IOS, which allows: to improve the environmental situation during their processing and long-term storage of final products; reduce energy consumption during the process of neutralization of IOS; reduce the volume of final radioactive products to be disposed of, and, in general, simplify the process of processing radioactive.

Для решения поставленной задачи в способе переработки отработавшей радиоактивной ионообменной смолы, включающем термическую обработку ИОС в одной ванне (обогреваемом аппарате) при температуре, обеспечивающей разложение только функционально-активных ионообменных групп ИОС без разложения органической основы смолы и отверждение неразложившейся основы ИОС путем ее смешения с отвердителем, предлагается процесс переработки смолы от ее обезвоживания до отверждения проводить в три стадии в гидрофильном растворе, содержащем глицерин и фталевый ангидрид (глифталевый раствор) при исходном объемном соотношении влажных ИОС к глифталевому раствору от 1:0,05 до 1:1.To solve the problem in a method of processing spent radioactive ion-exchange resin, including heat treatment of IOS in one bath (heated apparatus) at a temperature that ensures the decomposition of only functionally active ion-exchange groups of IOS without decomposition of the organic base of the resin and curing the undecomposed IOS base by mixing it with a hardener , it is proposed that the process of processing the resin from its dehydration to curing be carried out in three stages in a hydrophilic solution containing glycerin and ft left anhydride (glyphthalic solution) with an initial volumetric ratio of wet IOS to glyphthalic solution from 1: 0.05 to 1: 1.

Первую стадию (стадия обезвоживания ИОС и их пропитки глифталевым раствором) предлагается проводить при температуре 105-145°С до прекращения испарения из обрабатываемого продукта (ИОС-водоглифталевый раствор) воды.The first stage (the stage of dehydration of the IOS and their impregnation with a glyphthalic solution) is proposed to be carried out at a temperature of 105-145 ° C until the evaporation of the water (IOS-water-glyphthalic solution) from the process is stopped.

Вторую стадию (стадия нагрева продукта и отгонки из него избыточного глицерина) проводить при температуре 145-180°С до достижения в перерабатываемом продукте оптимального для синтеза глифталевой смолы соотношения глицерина и фталевого ангидрида (1:2, 4 соответственно) [А.П.Григорьев, О.Я.Федотова. Лабораторный практикум по технологии пластических масс., часть 2. М.: Высшая школа, 1977, с.93], с возвратом избыточного глицерина в цикл переработки следующей порции ИОС.The second stage (the stage of heating the product and distilling excess glycerol from it) is carried out at a temperature of 145-180 ° C until the ratio of glycerol and phthalic anhydride in the processed product is optimal for the synthesis of glyptal resin (1: 2, 4, respectively) [A.P. Grigoriev , O.Ya. Fedotova. Laboratory workshop on technology of plastic mass., Part 2. M .: Higher school, 1977, p.93], with the return of excess glycerol in the processing cycle of the next portion of IOS.

Третью стадию (стадия синтеза глифталевой смолы из компонентов глифталевого раствора) с получением экологически безопасных сыпучих, не набухающих в воде гранул ИОС или глифталевых монолитов предлагается проводить при температуре 180-225°С.The third stage (the stage of synthesis of glyphthalic resin from the components of the glyphthalic solution) with the production of environmentally friendly loose, not swelling in water granules IOS or glyphthalic monoliths is proposed to be carried out at a temperature of 180-225 ° C.

Дополнительно предлагается процесс термической обработки радиоактивных ИОС проводить в режиме постоянного перемешивания продукта в используемом обогреваемом аппарате.Additionally, it is proposed that the process of heat treatment of radioactive IOS be carried out in the mode of constant mixing of the product in the used heated apparatus.

Также предлагается целесообразность изоляции обезвреженных не набухающих в воде гранул ИОС, включенных в инертную матрицу на основе глифталевой смолы, в дополнительных матрицах на основе традиционных отвердителей (битум, цемент или полимерные материалы) определять на основании требований, предъявляемых к конечному качеству отвержденных продуктов и условиям их длительного хранения с учетом экономических показателей принимаемого метода окончательного замоноличивания ИОС.It is also proposed that the isolation of neutralized non-water-swellable granules of IOS included in an inert matrix based on glyphtal resin in additional matrices based on traditional hardeners (bitumen, cement or polymeric materials) be determined on the basis of the requirements for the final quality of the cured products and their conditions long-term storage, taking into account economic indicators of the adopted method of final monopolization of IOS

Сущность заявляемого способа заключается в том, что технологический процесс обезвреживания ИОС от их обезвреживания до включения не набухающих в воде гранул ИОС в инертные матрицы предлагается проводить в три стадии в обогреваемом аппарате в гидрофильном высококипящем растворе на основе глицерина и фталевого ангидрида (глифталевого раствора).The essence of the proposed method lies in the fact that the technological process of neutralizing the IOS from its neutralization to the inclusion of non-swellable IOS granules in inert matrices is proposed to be carried out in three stages in a heated apparatus in a hydrophilic high-boiling solution based on glycerol and phthalic anhydride (glyphthalic solution).

Известно [А.А.Петров, Х.В.Бальян, А.Т.Трощенко. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1973, с.137], что глицерин очень гигроскопичен, смешивается с водой во всех соотношениях. Присутствие воды в глицерине резко снижает температуру кипения глицериновых растворов при атмосферном давлении [А.В.Чечеткин. Высокотемпературные теплоносители. М.: Энергия, 1971, с.90], что является одним из недостатков его применения в качестве теплоносителя из-за возможности интенсивного испарения воды при эксплуатации теплоэнергетических установок [А.М.Сухотин и др. Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Ленинград, Химия, 1979, с.331]. В этих же источниках отмечается, что при помощи глицерина достигается равномерный обогрев (охлаждение) теплоиспользующих аппаратов при минимальном его коррозионном воздействии на конструкционные материалы оборудования.It is known [A.A. Petrov, H.V. Balyan, A.T. Troshchenko. Organic chemistry. M .: Higher School, 1973, p.137] that glycerin is very hygroscopic, mixes with water in all proportions. The presence of water in glycerol sharply reduces the boiling point of glycerol solutions at atmospheric pressure [A.V. Chechetkin. High temperature fluids. M .: Energia, 1971, p.90], which is one of the drawbacks of its use as a coolant because of the possibility of intensive evaporation of water during operation of heat power plants [A. M. Sukhotin et al. Non-combustible coolants and hydraulic fluids. Leningrad, Chemistry, 1979, p.331]. In the same sources, it is noted that with the help of glycerin, uniform heating (cooling) of heat-using devices is achieved with a minimum of its corrosive effect on the structural materials of the equipment.

В случае использования глицерина (глифталевых растворов) в технологии переработки ИОС по заявляемому способу отмеченные выше свойства глицерина позволяют на первой стадии переработки ИОС обеспечить не только равномерный и эффективный нагрев гранул ИОС и их глубокое обезвоживание без деструктуризации органической основы смолы за счет прямоконтактной передачи тепла от теплоносителя к гранулам ИОС, высокой гигроскопичности глицерина и невысокой температуры обработки (температура не выше 145°С), но и подготовить гранулы ИОС (пропитать гранулы глифталевым раствором) к проведению реакции синтеза глифталевой смолы из используемых компонентов.In the case of using glycerol (glyphthalic solutions) in the IOS processing technology according to the claimed method, the above-mentioned properties of glycerol allow not only uniform and efficient heating of the IOS granules and their deep dehydration without destructuring the organic base of the resin due to direct contact heat transfer from the heat carrier to IOS granules, high hygroscopicity of glycerin and a low processing temperature (temperature not higher than 145 ° C), but also to prepare IOS granules (soak glides with glyphthalic solution) for the synthesis of glyphthalic resin from the components used.

Также известно, что большое практическое значение имеют полиэфиры глицерина и ароматической двухосновной кислоты (фталевой кислоты). Эти полиэфиры - глицеринофталевые смолы, которые называют также глифталями, широко применяют для изготовления лаков и полимерных смол [А.А.Петров, Х.В.Бальян, А.Т.Трощенко. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1973, с.139, 479]. Технология синтеза глифталевых смол из глицерина и фталевого ангидрида, основные химико-технологические параметры проведения процесса синтеза и принципиальная конструкция аппарата изложены в работе [А.П.Григорьев, О.Я.Федотова. Лабораторный практикум по технологии пластических масс., часть 2. М.: Высшая школа, 1977, с.93].It is also known that the polyesters of glycerol and aromatic dibasic acid (phthalic acid) are of great practical importance. These polyesters are glycerol-phthalic resins, which are also called glyptals, are widely used for the manufacture of varnishes and polymer resins [A.A. Petrov, H.V. Balyan, A.T. Troshchenko. Organic chemistry. M .: Higher School, 1973, p.139, 479]. The technology for the synthesis of glyphthalic resins from glycerol and phthalic anhydride, the main chemical and technological parameters of the synthesis process and the basic design of the apparatus are described in [A.P. Grigoryev, O.Ya. Fedotova. Laboratory workshop on technology of plastic mass., Part 2. M .: Higher school, 1977, p.93].

Нами экспериментально установлено, что водные глицериновые и глифталевые растворы в температурном диапазоне 105-145°С обладают практически идентичными физическими и теплофизическими характеристиками (текучесть, гигроскопичность, температура кипения водных растворов (температуры кипения водных растворов глицерина и глифтали, приведенные в таблице 1), скорость испарения из теплоносителя воды и др.). При этом установлено, что резкий рост температуры кипения водных глицериновых и глифталевых растворов с частичной отгонкой глицерина наблюдается при практически полном их обезвоживании (температурный скачок от 138-150°С до 290°С характерен для водно-глицеринового и от 145-150°С до 230-235°С для водно-глифталевого растворов). Это необходимо учитывать при реализации предлагаемого способа переработки ИОС, особенно на второй стадии их термической обработки (стадия нагрева продукта в аппарате от 145 до 180°С). Если используемый обогреваемый аппарат имеет обратный конденсатор-холодильник, обеспечивающий возможность возврата конденсата глицерина в зону переработки ИОС и синтеза глифталевой смолы, то исходное весовое соотношение глицерина и фталевого ангидрида должно соответствовать оптимальному (1:2, 4) [А.П.Григорьев, О.Я.Федотова. Лабораторный практикум по технологии пластических масс., часть 2. М.: Высшая школа, 1977, с.93]. При проведении процесса обезвреживания ИОС в аппарате с вынесенным холодильником-ловушкой целесообразно использовать глифталевые растворы с повышенным содержанием в них глицерина (от 1:1 и выше). Это обеспечит на первой стадии переработки ИОС (при температуре 105-145°С) более равномерный нагрев зерен сорбентов и повысит эффективность процессов их обезвоживания и пропитки глифталевым раствором. При этом предлагаемый способ предполагает возврат сконденсированного в холодильнике-ловушке избыточного глицерина в цикл переработки следующей порции радиоактивных ИОС. Как установлено экспериментально, завершающую стадию обезвреживания ИОС (стадия синтеза глифталевой смолы) целесообразно проводить при температуре продукта в зоне синтеза глифталевой смолы от 180 до 225°С, но не выше 225°С, до получения, после охлаждения продукта до комнатной температуры, конечных не набухающих в воде гранул ИОС, включенных в охранную оболочку на основе глифталевой смолы или монолитов на основе глифталевой смолы и ИОС. Также установлено, что полученные по предлагаемому способу сыпучие не набухающие в воде гранулы ИОС, включенные в охранную оболочку глифталевой смолы, могут храниться как самостоятельный обезвреженный продукт или быть дополнительно замоноличены в матрицы на основе традиционных отвердителей (связующих).We experimentally established that aqueous glycerol and glyphthalic solutions in the temperature range 105-145 ° C have practically identical physical and thermophysical characteristics (fluidity, hygroscopicity, boiling point of aqueous solutions (boiling points of aqueous solutions of glycerol and glyphtal shown in Table 1), speed evaporation from the heat carrier water, etc.). It was found that a sharp increase in the boiling point of aqueous glycerol and glyphthalic solutions with partial distillation of glycerol is observed when they are almost completely dehydrated (a temperature jump from 138-150 ° С to 290 ° С is characteristic of water-glycerin and from 145-150 ° С 230-235 ° C for water-glyphthal solutions). This must be taken into account when implementing the proposed method for processing IOS, especially at the second stage of their heat treatment (the stage of heating of the product in the apparatus from 145 to 180 ° C). If the heated apparatus used has a condenser-condenser in return, which allows the return of glycerol condensate to the zone of IOS processing and synthesis of glyphthalic resin, then the initial weight ratio of glycerol and phthalic anhydride should correspond to the optimal one (1: 2, 4) [A.P. Grigoriev, O .Ya. Fedotova. Laboratory workshop on technology of plastic mass., Part 2. M .: Higher school, 1977, p.93]. When carrying out the IOS neutralization process in an apparatus with a remote refrigerator-trap, it is advisable to use glyphtal solutions with a high glycerol content in them (from 1: 1 and higher). This will ensure that at the first stage of the treatment of IOS (at a temperature of 105-145 ° C) a more uniform heating of the sorbent grains and increase the efficiency of the processes of their dehydration and impregnation with glyptal solution. Moreover, the proposed method involves the return of excess glycerol condensed in the refrigerator-trap into the processing cycle of the next portion of radioactive IOS. It has been established experimentally that it is advisable to carry out the final stage of the neutralization of the IOS (the stage of synthesis of glyphthalic resin) at a temperature of the product in the zone of synthesis of glyphthalic resin from 180 to 225 ° C, but not higher than 225 ° C, until the final water-swellable granules of IOS included in the protective shell based on glyphthalic resin or monoliths based on glyphthalic resin and IOS. It was also found that the granular IOS granules obtained by the proposed method that are not water-swellable and included in the protective shell of glyphthalic resin can be stored as an independent neutralized product or additionally be monolithic in matrices based on traditional hardeners (binders).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

Влажные радиоактивные ИОС смешивают в обогреваемом аппарате с мешалкой с заранее приготовленным глифталевым раствором, или при температуре 80-100°С - с глицерином и фталевым ангидридом, до получения в аппарате квазигомогенного продукта «влажные гранулы ИОС - водный глифталевый раствор». После чего температуру продукта в аппарате увеличивают и в температурном диапазоне от 105 до 145°С проводят стадию обезвоживания гранул ИОС и их пропитки глифталевым раствором. Критерием завершения процесса обезвоживания ИОС и их пропитки глифталевым раствором является прекращение поступления конденсата воды в холодильник - ловушку конденсата. Далее температуру продукта в аппарате увеличивают до 180°С и в температурном диапазоне от 180 до 220°С осуществляют процесс синтеза глифталевого полимера (углеводородных линейных цепей полиэфира из фталевого ангидрида и глицерина) с последующей пространственной «сшивкой» линейных молекул полиэфира (при температуре 220-225°С) с образованием монолитного, водонерастворимого неплавкого полимерного продукта (матрицы, каркаса) как во внутреннем объеме зерен ИОС и на их внешних поверхностях, так и в межзерновом пространстве (в случае необходимости получения монолитного продукта на основе глифталевой смолы). При необходимости, исходя из целесообразности и экономических расчетов, предлагаемый способ позволяет провести замоноличивание обработанных в глифталевом растворе сыпучих, водостойких гранул ИОС традиционными термопластичными (битум и др.), неорганическими (цемент, гипс и др.) или термореактивными (полиэфирные, карбамидные смолы и др.) отвердителями [А.С.Никифоров., В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.115].Wet radioactive IOS is mixed in a heated apparatus with a stirrer with a pre-prepared glyphthalic solution, or at a temperature of 80-100 ° C with glycerin and phthalic anhydride, until a quasi-homogeneous product “wet IOS granules - aqueous glyphalic solution” is obtained in the apparatus. After that, the temperature of the product in the apparatus is increased, and in the temperature range from 105 to 145 ° C, the stage of dehydration of the granules of IOS and their impregnation with glyptal solution is carried out. The criterion for the completion of the dehydration of the IOS and their impregnation with glyptal solution is the termination of the flow of water condensate into the refrigerator - a condensate trap. Next, the product temperature in the apparatus is increased to 180 ° C and in the temperature range from 180 to 220 ° C the process of synthesis of glyphthalic polymer (hydrocarbon linear chains of polyester from phthalic anhydride and glycerol) is carried out with subsequent spatial “crosslinking” of linear polyester molecules (at a temperature of 220- 225 ° C) with the formation of a monolithic, water-insoluble non-meltable polymer product (matrix, framework) both in the internal volume of grains of IOS and on their external surfaces, and in intergranular space (if necessary obtaining a monolithic product based on glyphthalic resin). If necessary, based on the feasibility and economic calculations, the proposed method allows monolithic processing of loose, water-resistant granules of IOS treated in glyphthalic solution with traditional thermoplastic (bitumen, etc.), inorganic (cement, gypsum, etc.) or thermoset (polyester, urea resins and others) hardeners [A.S. Nikiforov., V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, p.115].

Примеры конкретного исполнения.Examples of specific performance.

Эффективность способа проверена в лабораторных условиях.The effectiveness of the method is tested in laboratory conditions.

Отработанную в системе очистки теплоносителя 2-го контура транспортной ЯЭУ с водо-водяным реактором смесь катионита КУ-2-8-ч.с. и анионита АВ-17-8-ч.с. в объемном соотношении набухших сорбентов 1:1 и влажностью смеси не менее 60 мас.% помещают в кварцевые тигли (объем смеси в каждом эксперименте 5 см3) и вводят при перемешивании различные по объему количества глифталевого раствора с весовым соотношением в нем глицерина и фталевого ангидрида 1:1. Затем смеси влажных ИОС с глифталевым раствором подвергают при постоянном перемешивании постадийной термической обработке при температуре от 105 до 225°С до полного прекращения парогазовыделения. После завершения термообработки полученные продукты охлаждают до комнатной температуры, определяют их объемы и способность продуктов к набуханию в воде. Одновременно в температурном диапазоне от 100 до 225°С проводят термообработку влажных ИОС и влажных ИОС с добавкой в них глицерина.The mixture of cation exchanger KU-2-8-h.s. worked out in the purification system of the coolant of the 2nd circuit of the transport nuclear power plant with a water-water reactor. and anion exchange resin AB-17-8-h.s. in a volume ratio of swollen sorbents of 1: 1 and a mixture humidity of at least 60 wt.% are placed in quartz crucibles (the volume of the mixture in each experiment is 5 cm 3 ) and various volumes of glyphthalic solution are introduced with stirring with a weight ratio of glycerol and phthalic anhydride in it 1: 1. Then, mixtures of wet IOS with glyphtal solution are subjected to continuous heat treatment with constant stirring at a temperature of from 105 to 225 ° C until the gas evolution is completely stopped. After completion of the heat treatment, the products obtained are cooled to room temperature, their volumes and the ability of the products to swell in water are determined. At the same time, in the temperature range from 100 to 225 ° C, heat treatment of wet IOS and wet IOS is carried out with the addition of glycerin.

В результате проведенных экспериментов (см. таблицу 2. Примеры конкретного выполнения) установлено, что осуществление процесса переработки отработавших ресурс радиоактивных ИОС по предлагаемому способу позволяетAs a result of the experiments (see table 2. Examples of specific performance) it was found that the implementation of the processing of spent radioactive IOS resources by the proposed method allows

- упростить технологию обезвреживания ИОС аппарата за счет возможности проведения всего цикла переработки ИОС, от их сушки до отверждения, при атмосферном давлении с получением на финишной стадии их переработки продуктов, представляющих собой не набухающие в воде сыпучие гранулы ИОС, включенные в охранную оболочку полимерной глифталевой смолы, или монолитные камни на основе глифталевой смолы с ИОС, или обработанные в глифталевом растворе гранулы ИОС, включенные в традиционные связующие на основе термопластичных (битум и др.), неорганических (цемент, гипс и др.) или термореактивных (полиэфирные, карбамидные смолы и др.) со степенью наполнения монолитов по сухим ИОС не менее 50%; - to simplify the technology of neutralizing the IOS of the apparatus due to the possibility of carrying out the entire cycle of processing of IOS, from drying to curing, at atmospheric pressure to obtain products at the finish stage of their processing that are non-swellable granular IOS granules in the water that are included in the protective shell of polymer glyptal resin or monolithic stones based on glyphthalic resin with IOS, or IOS granules processed in glyphthalic solution, included in traditional binders based on thermoplastic (bitumen, etc.), inorganic sky (cement, gypsum, etc.) or thermosetting (polyester, urea resins, etc.) with a degree of filling of monoliths by dry IOS of at least 50%;

- улучшить теплофизические характеристики (теплообмен, теплопередачу) процессов термической сушки и отверждения ИОС за счет обеспечения прямоконтактной передачи тепла от высокотемпературного теплоносителя к гранулам ИОС, что в сравнении с прототипом снизит энергозатраты процесса обезвреживания ИОС (температура процесса переработки ИОС по предлагаемому способу не более 225°С);to improve the thermophysical characteristics (heat transfer, heat transfer) of the processes of thermal drying and curing of the IOS by providing direct contact heat transfer from the high-temperature coolant to the granules of the IOS, which in comparison with the prototype will reduce the energy consumption of the process of neutralizing the IOS (temperature of the IOS processing process by the proposed method no more than 225 ° FROM);

- обеспечить глубокое обезвоживание ИОС в гидрофильном теплоносителе без разложения (деструктуризации) высокомолекулярной основы смолы в температурном диапазоне обработки ИОС 105-145°С, что исключит (снизит) количество вредных, летучих газообразных продуктов, образующихся в процессе обезвреживания ИОС на стадии их термической обработки;- provide deep dehydration of the IOS in the hydrophilic coolant without decomposition (destructuring) of the high molecular weight resin base in the temperature range of the treatment of IOS of 105-145 ° C, which eliminates (reduces) the amount of harmful, volatile gaseous products formed in the process of neutralizing the IOS at the stage of their heat treatment;

- уменьшить объем конечных твердых радиоактивных отходов;- reduce the volume of final solid radioactive waste;

- повысить степень включения радиоактивных обезвоженных не набухающих в воде гранул ИОС в традиционные изолирующие матрицы;- increase the degree of inclusion of radioactive dehydrated non-swellable granules of IOS in traditional insulating matrices;

- обеспечить одно из основных требований [Безопасность атомных станций. Справочник. М.: РОСЭНЕРГОАТОМ и ВНИИАЭС, 1994, с.29], предъявляемых к надежному хранению радиоактивных отходов, а именно принцип глубоко эшелонированной защиты (защиты в глубину) за счет создание физических барьеров безопасности, включающих: не набухающие в воде твердые сыпучие гранулы ИОС, пропитанные полимером на основе глифталевой смолы (первый барьер); зерна ИОС, включенные в оболочку на основе глифталевой смолы (второй барьер); зерна ИОС в оболочке глифталевой смолы, включенные в твердую матрицу на основе глифталевой смолы или в матрицы традиционных связующих (битум, цемент или полимерные материалы) (третий барьер), дополнительная защитная оболочка в виде металлической бочки или железобетонного охранного контейнера (четвертый барьер безопасности).- provide one of the basic requirements [Safety of nuclear power plants. Directory. M .: ROSENERGOATOM and VNIIAES, 1994, p.29], presented for the reliable storage of radioactive waste, namely the principle of defense in depth (protection in depth) due to the creation of physical safety barriers, including: non-swelling solid bulk granules of IOS, impregnated with a glyphthalic resin polymer (first barrier); IOS grains included in the shell based on glyphthalic resin (second barrier); IOS grains in the shell of glyphthalic resin, included in a solid matrix based on glyphthalic resin or in matrices of traditional binders (bitumen, cement or polymeric materials) (third barrier), an additional protective shell in the form of a metal barrel or reinforced concrete protective container (fourth safety barrier).

Таблица 1Table 1 Температура кипения водных растворов глицерина и глифтали (весовое соотношение глицерина к фталевому ангидриду 1:1)The boiling point of aqueous solutions of glycerol and glyftal (weight ratio of glycerol to phthalic anhydride 1: 1) ТеплоносительCoolant Содержание теплоносителя в воде, % об.The coolant content in water,% vol. 00 20twenty 4040 6060 80 80 9090 100one hundred Температура кипения раствора, °CThe boiling point of the solution, ° C ГлицеринGlycerol 100,0100.0 101,8101.8 104,0104.0 109,0109.0 121,0121.0 138,0138.0 290,0290.0 ГлифтальGliftal 100,0100.0 101,5101.5 103,5103.5 110,0110.0 125,0125.0 145,0145.0 225,0225.0

Таблица 2table 2 Основные результаты примеров конкретного исполнения.The main results of examples of specific performance. Исходный объем влажных ИОС - 5 см3. Средний размер гранул в воздушно-сухом состоянии - 0,9 мм. Соотношение глицерина к фталевому ангидриду в глифталевом растворе 1:1. Температура термообработки - 105-225°С. Время термообработки - 3,5 часа.The initial volume of wet IOS is 5 cm 3 . The average granule size in the air-dry state is 0.9 mm. The ratio of glycerol to phthalic anhydride in glyptal solution is 1: 1. The heat treatment temperature is 105-225 ° C. The heat treatment time is 3.5 hours. N эксN ex Исходный продуктSource product Vсмолы/Vглифтали см3/см3 V resin / V glyphthal cm 3 / cm 3 Характеристика конечного продуктаEnd product characterization V, см3 V, cm 3 Размер*, ммSize *, mm Состояние продуктаProduct status Набухаемость в водеSwelling in water 1one влажные ИОСwet ios -- 1,61,6 0,40.4 сыпучие гранулыloose granules набухает, увел. объема в 2 разаswells, stole. volume 2 times 22 влажные ИОС + глицеринwet iOS + glycerin 1,0/0,51,0 / 0,5 2,02.0 0,50.5 сыпучие гранулыloose granules набухает, увел. объема в 1,2 разаswells, stole. 1.2 times the volume 33 влажные ИОС + глифталевый растворwet iOS + glyptal solution 1,0/0,051,0 / 0,05 2,12.1 0,50.5 сыпучие гранулыloose granules не набухаетdoes not swell 4four влажные ИОС + глифталевый растворwet iOS + glyptal solution 1,0/0,11,0 / 0,1 2,82,8 0,70.7 сыпучие гранулыloose granules не набухаетdoes not swell 55 влажные ИОС + глифталевый растворwet iOS + glyptal solution 1,0/0,21.0 / 0.2 3,63.6 0,8-4,00.8-4.0 сыпучие гранулы + конгломератыloose granules + conglomerates не набухаетdoes not swell 66 влажные ИОС + глифталевый растворwet iOS + glyptal solution 1,0/0,51,0 / 0,5 4,04.0 -- пористый монолитporous monolith не набухаетdoes not swell 77 влажные ИОС + глифталевый растворwet iOS + glyptal solution 1,0/1,01.0 / 1.0 4,54,5 -- беспористый монолитnon-porous monolith не набухаетdoes not swell Примечание * - Средний размер зерна из 10-ти измеренийNote * - The average grain size of 10 measurements

Claims (4)

1. Способ переработки радиоактивной ионообменной смолы, включающий термическую обработку ионообменной смолы в обогреваемом аппарате при температуре, обеспечивающей разложение только функционально-активных ионообменных групп ионообменной смолы без разложения основы смолы, и отверждение неразложившейся органической основы ионообменной смолы, отличающийся тем, что процесс термической обработки радиоактивной ионообменной смолы осуществляют в три стадии в глифталевом растворе при исходном объемном соотношении влажных ионообменных смол к глифталевому раствору от 1:0,05 до 1:1, при этом на первой стадии проводят обезвоживание смолы и ее пропитку глифталевым раствором до прекращения испарения воды; на второй стадии температуру увеличивают и проводят отгонку избыточного глицерина до достижения оптимального для синтеза глифталевой смолы соотношения глицерина и фталевого ангидрида, а отогнанный конденсат глицерина возвращают в цикл переработки следующей порции ионообменной смолы; на третьей стадии проводят синтез глифталевой смолы.1. A method of processing a radioactive ion-exchange resin, comprising heat treatment of an ion-exchange resin in a heated apparatus at a temperature that provides the decomposition of only functionally active ion-exchange groups of the ion-exchange resin without decomposition of the resin base, and curing the undecomposed organic base of the ion-exchange resin, characterized in that the heat treatment of the radioactive ion exchange resins are carried out in three stages in a glyphthalic solution with the initial volumetric ratio of wet ion exchange with Gliphtal ol to a solution of from 1: 0.05 to 1: 1, wherein the first stage is carried out and its dehydration resin glyptal impregnation solution prior to the termination of water evaporation; in the second stage, the temperature is increased and excess glycerol is distilled off until the ratio of glycerol and phthalic anhydride is optimal for the synthesis of glyphthalic resin, and the distilled glycerol condensate is returned to the processing cycle of the next portion of the ion-exchange resin; in the third stage, glyphthalic resin is synthesized. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку ионообменной смолы на первой стадии проводят при температуре 105-145°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the heat treatment of the ion exchange resin in the first stage is carried out at a temperature of 105-145 ° C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на второй стадии температуру в аппарате увеличивают от 145 до 180°С.3. The method according to claim 1, characterized in that in the second stage, the temperature in the apparatus is increased from 145 to 180 ° C. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что третью стадию проводят при температуре 180-225°С. 4. The method according to claim 1, characterized in that the third stage is carried out at a temperature of 180-225 ° C.
RU2007142948/06A 2007-11-20 2007-11-20 Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin RU2352008C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142948/06A RU2352008C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142948/06A RU2352008C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2352008C1 true RU2352008C1 (en) 2009-04-10

Family

ID=41015079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007142948/06A RU2352008C1 (en) 2007-11-20 2007-11-20 Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2352008C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813736C1 (en) * 2023-08-16 2024-02-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды" (ФГУП "РАДОН") Device for conditioning mixture of radioactive ion exchange resins and sludge

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93041399A (en) * 1993-08-18 1996-02-20 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина METHOD FOR PROCESSING RADIOACTIVE ION-EXCHANGE RESINS
RU2089950C1 (en) * 1994-12-07 1997-09-10 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Radioactive ion-exchange resin recovery method
RU2156511C1 (en) * 1999-03-18 2000-09-20 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт "ВНИИДРЕВ" Method for treatment of radioactive ion-exchange resins

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2068208C1 (en) * 1993-08-18 1996-10-20 Ленинградская атомная электростанция им. В.И.Ленина Method for recovering radioactive ion-exchange resins
RU2116685C1 (en) * 1997-03-11 1998-07-27 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Method for processing radioactive ion-exchange resins

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93041399A (en) * 1993-08-18 1996-02-20 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина METHOD FOR PROCESSING RADIOACTIVE ION-EXCHANGE RESINS
RU2089950C1 (en) * 1994-12-07 1997-09-10 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Radioactive ion-exchange resin recovery method
RU97103760A (en) * 1997-03-11 1998-11-20 Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина METHOD FOR PROCESSING RADIOACTIVE ION EXCHANGE RESINS
RU2156511C1 (en) * 1999-03-18 2000-09-20 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт "ВНИИДРЕВ" Method for treatment of radioactive ion-exchange resins

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813736C1 (en) * 2023-08-16 2024-02-16 Федеральное государственное унитарное предприятие "Объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды" (ФГУП "РАДОН") Device for conditioning mixture of radioactive ion exchange resins and sludge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110790873B (en) Self-floating photo-thermal conversion hydrogel material and preparation method and application thereof
CN103752259B (en) For silica-based titanate compound adsorbent removing radiostrontium and preparation method thereof
Nam et al. Potential of wood as thermal energy storage materials: Different characteristics depending on the hierarchical structure and components
CN110465276B (en) Efficient uranium adsorption material of hypercrosslinked phenyl phosphate porous polymer and preparation method thereof
Jegan et al. Biodecolorization of basic violet 03 using biochar derived from agricultural wastes: isotherm and kinetics
Sun et al. Preparation of hemicellulose‐g‐poly (methacrylic acid)/carbon nanotube composite hydrogel and adsorption properties
Suteu et al. Removal of orange 16 reactive dye from aqueous solutions by waste sunflower seed shells
Mengistu et al. The application of Rumex abyssinicus based activated carbon for Brilliant Blue Reactive dye adsorption from aqueous solution
Karachalios et al. Nitrate removal from water by quaternized pine bark using choline based ionic liquid analogue
CN109159226A (en) A kind of method of inorganic coagulation material strengthened artificial forest timber
KR890002386B1 (en) Volume reduction and encapsulation process for water containing low level radio active waste
RU2395336C1 (en) Method of preparing carbonaceous adsorbent from sunflower husks
RU2352008C1 (en) Method of reprocessing radioactive ion-exchange resin
RU2342721C1 (en) Method of treating liquid radioactive wastes of atomic power stations (versions)
RU2412495C1 (en) Method of processing radioactive ion-exchange resins
RU2381579C1 (en) Method of processing radioactive ion-exchange resins and industrial toxic liquid wastes
CN101524627B (en) Preparing method of cross-linking polyvinyl alcohol permeation evaporating compound film
RU2544008C1 (en) Method of processing liquid organic radioactive wastes
CN115121231B (en) Special resin for adsorbing americium in radioactive wastewater and preparation method thereof
Abdullah et al. Effect of acidic and alkaline treatments to methylene blue adsorption from aqueous solution by coconut shell activated carbon
RU2068208C1 (en) Method for recovering radioactive ion-exchange resins
RU2340968C1 (en) Method of long-live radionuclide immobilisation
RU2580949C1 (en) Method for processing spent radioactive ion-exchange resins
Mishra et al. A Comparative Study of Phenol Removal by Pisum‐sativum Peels Biochars Derived at Different Pyrolysis Temperatures: Isotherm, Kinetic and Thermodynamic Modelling
RU2370836C1 (en) Method of processing liquid radioactive wastes (lrw)