RU2466092C1 - Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes - Google Patents
Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466092C1 RU2466092C1 RU2011112949/05A RU2011112949A RU2466092C1 RU 2466092 C1 RU2466092 C1 RU 2466092C1 RU 2011112949/05 A RU2011112949/05 A RU 2011112949/05A RU 2011112949 A RU2011112949 A RU 2011112949A RU 2466092 C1 RU2466092 C1 RU 2466092C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- gadolinium oxide
- tank
- flotation
- waste
- Prior art date
Links
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 title claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 claims description 19
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 6
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims description 5
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 3
- 239000010819 recyclable waste Substances 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010805 inorganic waste Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 8
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000006353 environmental stress Effects 0.000 description 1
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки отходов различных смесей, содержащих оксид гадолиния, в частности к области переработки неорганических отходов, и может быть использовано для регенерации отходов порошкообразного оксида гадолиния.The invention relates to the field of waste processing of various mixtures containing gadolinium oxide, in particular to the field of inorganic waste processing, and can be used to regenerate waste powder gadolinium oxide.
Известен в качестве прототипа способ регенерации отходов порошкообразного оксида гадолиния, включающий извлечение из отработанного материала порошкообразного оксида гадолиния и очистку целевого вещества от примесей химическим путем (с использованием химических реагентов из класса неорганических или органических кислот) (патент РФ №02240285, МПК C01F 17/00, публ. 20.11.2004 г.).Known as a prototype is a method for the recovery of waste powder of gadolinium oxide, comprising extracting powdered gadolinium oxide from the spent material and purifying the target substance from impurities by chemical means (using chemical reagents from the class of inorganic or organic acids) (RF patent No. 02240285, IPC C01F 17/00 published on November 20, 2004).
Известно в качестве прототипа устройство (патент РФ №02240285, МПК C01F 17/00, публ. 20.11.2004 г.), содержащее емкость с мешалкой, узел фильтрации отходов от осадка.It is known as a prototype device (RF patent No. 02240285, IPC C01F 17/00, publ. November 20, 2004) containing a container with a stirrer, a unit for filtering waste from sediment.
Недостатками известных способа и устройства являются отсутствие возможности обеспечения регенерации отходов, содержащих окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), образовавшиеся после покрытия деталей ТВЭЛов АЭС методом плазменного напыления, возможности повторного использования регенерированного материала, а также возможности многократного воспроизведения циклов регенерации и недостаточно высокая экологичность процесса.The disadvantages of the known method and device are the inability to ensure the recovery of wastes containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum), formed after coating parts of fuel elements of a nuclear power plant by plasma spraying, the possibility of reusing the regenerated material , as well as the possibility of multiple reproduction of regeneration cycles and insufficiently high environmental friendliness of the process.
Задача изобретения заключается в разработке способа и устройства для его реализации, позволяющего регенерировать отходы, содержащие окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), образующиеся после покрытия деталей ТВЭЛов АЭС для повторного использования их в первичном производстве.The objective of the invention is to develop a method and device for its implementation, which allows to regenerate waste containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum) formed after coating parts of nuclear power elements for reuse in primary production.
Новый технический результат при использовании предлагаемых способа и устройства заключаются в возможности обеспечения регенерации отходов, содержащих окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), образовавшиеся после покрытия деталей ТВЭЛов АЭС методом плазменного напыления, возможности повторного использования регенерированного материала, в повышении полноты выделения окиси гадолиния, а также возможности многократного воспроизведения циклов регенерации и уменьшение экологической нагрузки процесса регенерации.A new technical result when using the proposed method and device consists in the possibility of ensuring the regeneration of wastes containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum) formed after coating parts of fuel elements of a nuclear power plant by plasma spraying, possibilities reuse of regenerated material, in increasing the completeness of gadolinium oxide emission, as well as the possibility of repeated reproduction of regeneration cycles and reduced the environmental load of the regeneration process.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе, включающем извлечение из отработанного материала порошкообразного оксида гадолиния и очистку целевого вещества от примесей, согласно предлагаемому способу, очистку целевого вещества, в виде порошкообразного оксида гадолиния, осуществляют методом флотации примесей в емкости, при перемешивании среды флотации с дисперсной фазой мешалкой, со скоростью вращения рабочего органа 80-110 об/мин и мощностью не менее 3 кВт до получения гомогенной пульпы, после чего на емкость с пульпой воздействуют динамической нагрузкой в виде импульса кратковременной переменной вибрации в горизонтальной плоскости до уплотнения массы осевшего порошка Gd2O3 до состояния монолитной массы с темным слоем загрязнений на поверхности, процесс флотации выполняют в емкости со съемным дном, опирающимся на кольцеобразный выступ в днище емкости, установленной на станине, снабженной подъемным механизмом, после чего удаляют среду флотации, затем поднимают съемное дно вместе с уплотненным осадком в виде брикета до границы раздела слоев, верхний темный слой брикета срезают механически посредством натянутой струны до слоя цвета чистого оксида гадолиния, далее остатки брикета высыпают на поддон и сушат в воздушной печи при температуре не менее 120°С в течение не менее 6 часов до полного высыхания порошка, затем формируют фракции рассеванием на вибросите в диапазоне размеров частиц 40-80 мкм, перед повторным применением регенерированного порошка Gd2O3 осуществляют контроль качества методом спектрального анализа.These tasks and a new technical result are ensured by the fact that in the known method, comprising extracting powdered gadolinium oxide from waste material and purification of the target substance from impurities, according to the proposed method, purification of the target substance, in the form of powdered gadolinium oxide, is carried out by the method of flotation of impurities in containers, while mixing the flotation medium with a dispersed phase with a mixer, with a working body rotation speed of 80-110 rpm and a power of at least 3 kW to obtain a homogeneous pulp, le then to the container with the pulp affect the dynamic load in the form of a pulse transient variable vibration in the horizontal plane and the Gd 2 O 3 sealing mass deposited powder to a state of a monolithic mass with a dark layer of contaminants on the surface of the flotation process is performed in a container with a removable bottom, resting on an annular the protrusion in the bottom of the tank mounted on the bed, equipped with a lifting mechanism, then remove the flotation medium, then raise the removable bottom together with the compacted sediment in the form of a briquette to gr the ends of the layers, the upper dark layer of the briquette is cut mechanically by means of a stretched string to a layer of the color of pure gadolinium oxide, then the remainder of the briquette is poured onto a pallet and dried in an air oven at a temperature of at least 120 ° C for at least 6 hours until the powder completely dries, then fractions are formed by sieving on a vibrating screen in the particle size range of 40-80 μm, before the repeated use of the regenerated Gd 2 O 3 powder, quality control is carried out by spectral analysis.
Кроме того, технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в обеспечении регенерации отходов, содержащих окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия).In addition, the technical result provided by using the proposed device is to ensure the regeneration of wastes containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum).
Указанный технический результат при использовании предлагаемого устройства достигается тем, что в известном устройстве, содержащем емкость с регенерируемыми отходами, с мешалкой, согласно изобретению, емкость, заполненная средой флотации с дисперсной фазой в виде порошкообразных отходов, выполнена со съемным дном, опирающимся на кольцеобразный выступ в днище емкости, и снабжена подъемным механизмом, содержит средство позиционирования мешалки, характеризующейся скоростью вращения рабочего органа 80-110 об/мин и мощностью не менее 3 кВт, при этом емкость с мешалкой и со средством позиционирования мешалки установлены на станине, выполненной с возможностью перемещения емкости вдоль центральной вертикальной оси посредством подъемного механизма, емкость совмещена с системой подачи и откачки воды в качестве среды флотации.The specified technical result when using the proposed device is achieved by the fact that in the known device containing a container with recyclable waste, with an agitator, according to the invention, a tank filled with a flotation medium with a dispersed phase in the form of powdery waste is made with a removable bottom resting on an annular protrusion in the bottom of the tank, and is equipped with a lifting mechanism, contains means for positioning the mixer, characterized by a rotation speed of the working body of 80-110 rpm and a power of at least 3 kW, When this capacitance with a stirrer with stirrer and positioning means mounted on the frame, adapted to move the container along the central vertical axis by means of the lifting mechanism, the container is aligned with the water supply and evacuation system as flotation medium.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.The proposed method is illustrated as follows.
На фиг.1 представлена схема поэтапного осуществления предлагаемою способа, где показана вся последовательность операций от заключительного этапа плазменного напыления окиси гадолиния на детали ТВЭЛов и предшествующего этапа изобретения - сбора отходов порошкообразного оксида гадолиния до повторного напыления регенерированного порошка окиси гадолиния: сбор отходов, содержащих Gd2O3 и неорганические примеси, выделение чистого оксида гадолиния методом флотации примесей, включающим в себя засыпание отходов в емкость, перемешивание отходов с водой до образования гомогенной пульпы, воздействие на емкость с пульпой импульсной динамической нагрузкой в горизонтальной плоскости до уплотнения осевшего порошка до состояния монолитной массы, удаление среды флотации, образование уплотненного осадка в виде брикета, подъем осадка до границы раздела слоев и механическое удаление верхнего темного слоя, высыпание остатков брикета на поддон и осушение в сушильном шкафу, после очистки отходов окиси гадолиния от неорганических примесей формируют необходимую для плазменного напыления фракцию оксида гадолиния (от 40 до 80 мкм) путем рассеивания на вибросите, перед повторным напылением окиси гадолиния проверяют качество регенерированного порошка методом спектрального анализа, и если качество порошка удовлетворяет необходимым условиям применимости, то полученный порошок окиси гадолиния напыляют на детали ТВЭЛов.Figure 1 presents a diagram of the phased implementation of the proposed method, which shows the entire sequence of operations from the final stage of the plasma deposition of gadolinium oxide on the fuel elements and the previous stage of the invention - the collection of waste powder gadolinium oxide to re-spraying the regenerated powder of gadolinium oxide: collection of waste containing Gd 2 O 3, and inorganic impurities, separation of pure gadolinium oxide impurities by flotation, comprising a waste container falling asleep, stirring crushi water with the formation of a homogeneous pulp, impact on the capacity of the pulp with a pulsed dynamic load in the horizontal plane until the settled powder is compacted to a state of monolithic mass, removal of the flotation medium, the formation of a compacted cake in the form of a briquette, the sediment is raised to the layer boundary and the mechanical removal of the upper dark layer, rashes of the remainder of the briquette on the pallet and drainage in an oven, after cleaning the waste of gadolinium oxide from inorganic impurities form the necessary plasma spray If the fraction of gadolinium oxide (from 40 to 80 μm) is scattered by vibrating sieve, before re-spraying gadolinium oxide, the quality of the regenerated powder is checked by spectral analysis, and if the quality of the powder meets the necessary conditions of applicability, then the obtained gadolinium oxide powder is sprayed onto the details of the fuel elements.
На этапе сбора отходов осуществляют выгрузку из камеры плазменного аппарата и накопление до заданного количества отработанного сырья в промежуточную тару, которую направляют затем на загрузку в емкость, приведенную на фиг.2, с водой в качестве среды флотации, и перемешивают позиционированной в емкости мешалкой до образования гомогенной пульпы.At the stage of waste collection, the plasma apparatus is unloaded from the chamber and accumulated to a predetermined amount of spent raw materials in an intermediate container, which is then sent to be loaded into the container shown in Fig. 2 with water as a flotation medium, and mixed with a mixer positioned in the tank until homogeneous pulp.
Мешалка должна обеспечивать перемешивание достаточно тяжелого вещества, каким являются отходы порошкообразного гадолиния, имеющего высокую молекулярную массу (М=362 а.е.м). Этому условию соответствует экспериментально подобранный режим перемешивания и значение характеристик мешалки, а именно скорость вращения рабочего органа 80-110 об/мин и мощность не менее 3 кВт.The mixer should provide mixing of a sufficiently heavy substance, which is a waste of powdered gadolinium having a high molecular weight (M = 362 amu). This condition corresponds to the experimentally selected mixing mode and the value of the characteristics of the mixer, namely, the rotation speed of the working body is 80-110 rpm and the power is at least 3 kW.
После образования гомогенной пульпы на емкость воздействуют импульсной динамической нагрузкой в виде импульса кратковременной переменной вибрации в горизонтальной плоскости до уплотнения массы осевшего порошка Gd2O3 до состояния монолитной массы с темным слоем загрязнений на поверхности. В эксперименте показано, что воздействие динамической импульсной нагрузкой на осаждающуюся и уплотняющуюся послойно массу порошкообразных отходов именно в горизонтальной плоскости (параллельно плоскости формирующихся слоев) способствует образованию более четкой границы расслоения фаз (что, как следствие, дает более полное выделение целевого вещества).After the formation of a homogeneous pulp, the container is exposed to a pulsed dynamic load in the form of a pulse of short-term variable vibration in the horizontal plane until the mass of the settled powder Gd 2 O 3 is compacted to the state of a monolithic mass with a dark layer of dirt on the surface. The experiment showed that the effect of a dynamic pulsed load on the mass of powdery waste deposited and compacted layer by layer precisely in the horizontal plane (parallel to the plane of the forming layers) promotes the formation of a clearer phase separation boundary (which, as a result, gives a more complete release of the target substance).
Применение последовательно проводимых процессов флотации и воздействия динамической нагрузкой способствует увеличению плотной и осаждающейся массы, скорости осаждения, более четкого расслоения, что в конечном итоге повышает степень выделения целевого вещества (оксида гадолиния).The use of sequentially conducted flotation processes and exposure to dynamic load contributes to an increase in dense and deposited mass, deposition rate, clearer separation, which ultimately increases the degree of release of the target substance (gadolinium oxide).
В прототипе предусмотрена процедура химического преобразования вещества отходов с использованием органических или неорганических кислот, вследствие чего возникают потери целевого вещества, за счет выведения из среды реакции на этапе фильтрации той части отходов, которые переходят в водорастворимые химические соединения, а также возможно изменение структуры кристаллической решетки целевого вещества. В предлагаемом способе предложены мероприятия чисто физического характера (флотация, импульсное динамическое воздействие, принудительное разделение фаз, концентрирование осевшей массы, фракционирование), что способствует максимальному сохранению целевого вещества и неизменности структуры его кристаллической решетки. Это является важным условием для повторного применения регенерированного порошка оксида гадолиния для напыления его на детали ТВЭЛов.The prototype provides a procedure for the chemical conversion of waste material using organic or inorganic acids, resulting in the loss of the target substance due to removal from the reaction medium at the stage of filtration of that part of the waste that goes into water-soluble chemical compounds, and it is also possible to change the structure of the crystal lattice of the target substances. The proposed method proposes measures of a purely physical nature (flotation, pulsed dynamic action, forced phase separation, concentration of the settled mass, fractionation), which contributes to the maximum preservation of the target substance and the invariance of the structure of its crystal lattice. This is an important condition for the repeated use of the regenerated gadolinium oxide powder for spraying it on the details of fuel elements.
Далее удаляют среду флотации до образования уплотненного осадка в виде брикета и, подняв съемное дно емкости вместе с осадком до границы раздела слоев, срезают механически темный верхний слой посредством натянутой струны.Next, the flotation medium is removed until a compacted cake forms in the form of a briquette, and by lifting the removable bottom of the vessel together with the cake to the layer boundary, the mechanically dark top layer is cut off by means of a stretched string.
Остатки брикета высыпают в другой поддон, который после накопления товарного количества помещают в воздушную печь, разогревают ее до температуры не менее 120°С и сушат до полного высыхания порошка не менее 6 часов.The remnants of the briquette are poured into another pan, which, after the accumulation of the commodity quantity, is placed in an air oven, heated to a temperature of at least 120 ° C and dried until the powder completely dries out for at least 6 hours.
Из высушенного порошка формируют фракцию, пригодную для плазменного напыления, в диапазоне размеров частиц от 40 до 80 мкм путем рассеивания на вибросите. Полученный порошок собирают в специальные контейнеры и отбирают пробу для контроля полученного порошка.A fraction suitable for plasma spraying is formed from the dried powder in a particle size range from 40 to 80 microns by scattering on a vibrating screen. The resulting powder is collected in special containers and a sample is taken to control the resulting powder.
Для повторного использования регенерированного оксида гадолиния для нанесения его на детали ТВЭЛов методом плазменного напыления тонких пленок напыляемый материал должен иметь степень чистоты не менее 98%, гексагональную кристаллическую структуру, фракцию частиц в диапазоне размеров части or 40 до 80 мкм, при этом состав покрытия (толщиной 100 мкм) однокомпонентен.To reuse the regenerated gadolinium oxide for applying it to the details of fuel elements by plasma spraying of thin films, the sprayed material must have a degree of purity of at least 98%, a hexagonal crystal structure, a particle fraction in the size range of or 40 to 80 μm, and the coating composition (thickness 100 μm) is single component.
В прототипе защитные пленочные покрытия представляют собой композиционные структуры толщиной до 10 мм, включающие каучук марки СКТН, окись гадолиния, углеродные добавки, катализаторы, примеси и т.д., т.e. требования к качеству регенерированного порошкообразного оксида гадолиния значительно ниже, чем в предлагаемом способе.In the prototype, protective film coatings are composite structures up to 10 mm thick, including SKTN rubber, gadolinium oxide, carbon additives, catalysts, impurities, etc., i.e. the quality requirements of the regenerated powdered gadolinium oxide are significantly lower than in the proposed method.
Контроль качества проводят методом спектрального анализа, который позволяет определить количество каждой из изначально присутствующих примесей (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия). Количество окиси гадолиния определяют путем вычитания из 100% суммы всех примесей. Проанализировав полученные результаты, дают заключение о пригодности регенерированного порошка для напыления на детали ТВЭЛов.Quality control is carried out by the method of spectral analysis, which allows you to determine the amount of each of the initially present impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum). The amount of gadolinium oxide is determined by subtracting from 100% the sum of all impurities. After analyzing the results obtained, they conclude that the regenerated powder is suitable for spraying on fuel elements.
В предлагаемом способе не используются химически активные ингредиенты, что делает процесс экологически чистым, а небольшие потери в массе (не более 15% за раз) обеспечивают возможность многократного воспроизведения циклов регенерации.The proposed method does not use chemically active ingredients, which makes the process environmentally friendly, and small losses in mass (not more than 15% at a time) provide the ability to repeatedly play regeneration cycles.
Предлагаемое устройство для реализации способа регенерации отходов порошкообразного оксида гадолиния поясняется следующим образом.The proposed device for implementing the method of regenerating waste powder gadolinium oxide is illustrated as follows.
На фиг.2 изображена емкость 1, снабженная съемным дном 2, опирающимся на кольцеобразный выступ 3.Figure 2 shows the
Данная емкость помещается на станину, как приведено на фиг.3, где 7 - станина с мотором, электроприводом и устройством регулирования скорости вращения рабочего органа и мощности вращения, 1 - емкость, приведенная на фиг.2, 5 - мешалка, 6 - устройство позиционирования, 4 - подъемный стол, двигающийся в вертикальной плоскости, 8 - система для откачки воды.This tank is placed on the bed, as shown in figure 3, where 7 is a bed with a motor, electric drive and a device for regulating the speed of rotation of the working body and the rotation power, 1 is the tank shown in figure 2, 5 is a mixer, 6 is a positioning device , 4 - a lifting table moving in a vertical plane, 8 - a system for pumping water.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
В устройство позиционирования 6 вставляют мешалку 5, устанавливают ее по центру емкости 1, загружают отходы и заполняют емкость водой, при этом емкость установлена на подъемный стол 4. Затем на станине выставляют режим работы мешалки - скорость вращения рабочего органа 80-110 об/мин, мощность не менее 3 кВт, и включают процесс перемешивания порошкообразных отходов. Мешалку поддерживают в рабочем состоянии до образования гомогенной пульпы, затем, не останавливая процесс перемешивания, перемещают подъемный стол 4 с емкостью до полного вывода мешалки из среды флотации. Далее осуществляют импульсное воздействие динамической нагрузкой в виде импульса кратковременной переменной вибрации в горизонтальной плоскости до уплотнения массы осевшего порошка Gd2O3 до состояния монолитной массы с темным слоем загрязнений на поверхности.A
После уплотнения массы осадка среду флотации удаляют посредством системы откачки воды 8, а съемное дно вместе с образовавшимся уплотненным осадком в виде брикета поднимают путем перемещения подъемного стола 4 вертикально вверх до границы раздела слоев.After compaction of the sediment mass, the flotation medium is removed by means of a
Верхний темный слой брикета 13 срезают механически, как показано на фиг.4, посредством натянутой струны 10, и перемешают его при помощи лопатки 9 в подставленный поддон 11, до слоя цвета чистого оксида гадолиния 12.The upper dark layer of the
После удаления верхнего слоя подъемный стол вместе со съемным дном опускают, снимают емкость со станины и высыпают остатки брикета на поддон для чистого оксида гадолиния. Затем порошок сушат в воздушной печи при температуре не менее 120°С до полного высыхания порошка не менее 6 часов.After removing the upper layer, the lifting table is lowered together with a removable bottom, the container is removed from the bed and the remaining briquette is poured onto a pallet for pure gadolinium oxide. Then the powder is dried in an air oven at a temperature of at least 120 ° C until the powder completely dries out for at least 6 hours.
Затем рассеиванием на вибросите формируют фракцию, пригодную для плазменного напыления тонких пленок на детали ТВЭЛов с размером частиц от 40 до 80 мкм.Then, by dispersion on a vibrating screen, a fraction is formed that is suitable for plasma spraying of thin films on parts of fuel elements with a particle size of 40 to 80 microns.
Полученный порошок собирают в специальные контейнеры и отбирают пробу для контроля полученного порошка.The resulting powder is collected in special containers and a sample is taken to control the resulting powder.
Контроль качества проводят методом спектрального анализа.Quality control is carried out by spectral analysis.
Регенерированный порошок используют для повторного напыления на детали ТВЭЛов.Regenerated powder is used for re-spraying on the details of fuel elements.
Все условия и режимы предложенного способа и устройства для его реализации подобраны экспериментальным путем.All conditions and modes of the proposed method and device for its implementation are selected experimentally.
Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства обеспечивает возможность регенерации отходов, содержащих окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), образовавшиеся после покрытия деталей ТВЭЛов АЭС методом плазменного напыления, возможность повторного использования регенерированного материала и многократного воспроизведения циклов регенерации без экологической напряженности в производственной зоне.Thus, the use of the proposed method and device makes it possible to regenerate wastes containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum) formed after coating the details of fuel elements of a nuclear power plant by plasma spraying, the possibility of reusing the regenerated material and repeated reproduction of regeneration cycles without environmental stress in the production area.
Возможность промышленной реализации предлагаемого способа регенерации отходов порошкообразного оксида гадолиния и устройства для его осуществления подтверждается следующим примером.The possibility of industrial implementation of the proposed method for the recovery of waste powder gadolinium oxide and a device for its implementation is confirmed by the following example.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ отработан в два этапа.Example 1. In laboratory conditions, the proposed method worked out in two stages.
Первоначально определялись условия извлечения из отработанной массы отходов, содержащих порошкообразные оксид гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), чистого оксида гадолиния.Initially, the conditions were determined for the extraction of waste material containing powdered gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum), and pure gadolinium oxide.
Затем опытным путем определялись соответствующие каждому этапу процесса извлечения чистого оксида гадолиния элементы и параметры устройства, позволяющего реализовать процесс очистки целевого вещества.Then, experimentally, the elements and parameters of the device, corresponding to each stage of the process of extracting pure gadolinium oxide, were determined that made it possible to realize the purification process of the target substance.
Для определения условий извлечения из отработанной массы отходов чистого оксида гадолиния отбирают около 1 кг отходов и загружают в емкость со съемным дном фиг.2, установленную в условиях примера на столе. В емкость добавляют среду флотации, в качестве которой выступает дистиллированная вода, в количестве, равном количеству порошка (около 0,5 л). Керамической лопаткой осуществляют процесс флотации осадка в водной среде до получения гомогенной пульпы.To determine the conditions for the extraction of pure gadolinium oxide from the waste mass, about 1 kg of waste is collected and loaded into a container with a removable bottom in FIG. 2, which is installed on the table under the conditions of the example. A flotation medium, which is distilled water, is added to the tank in an amount equal to the amount of powder (about 0.5 l). Ceramic spatula carry out the process of flotation of sediment in an aqueous medium to obtain a homogeneous pulp.
Затем на емкость с пульпой воздействуют динамической нагрузкой в виде импульса кратковременной переменной вибрации в горизонтальной плоскости до уплотнения массы осевшего порошка Gd2O3 до состояния монолитной массы с темным слоем загрязнений (примесей) на поверхности, в условиях примера применяют постукивание по стенкам емкости керамической лопаткой. Именно при совмещении последовательно операций перемешивания и динамического воздействия на флотируемый порошкообразный материал достигаются максимальные скорость осаждения и степень уплотнения осадка. После осаждения порошкообразной массы отходов водную среду откачивают (в условиях примера - грушей).Then, a dynamic load is applied to the container with the pulp in the form of an impulse of short-term variable vibration in the horizontal plane until the mass of the settled powder Gd 2 O 3 is compacted to the state of a monolithic mass with a dark layer of impurities (impurities) on the surface; . It is by combining sequentially mixing operations and dynamic effects on the floated powder material that the maximum deposition rate and the degree of compaction of the precipitate are achieved. After sedimentation of the powdery mass of waste, the aqueous medium is pumped out (under the conditions of the example, a pear).
Затем поднимают съемное дно вместе с уплотненным осадком в виде брикета до границы раздела слоев, верхний темный слой брикета срезают механически посредством натянутой струны, до слоя цвета чистого оксида гадолиния так, как показано на фиг.5, где 1 - емкость, 13 - темный верхний слой, 10 - натянутая струна, 11 - поддон для сбора грязного порошка. Остатки брикета высыпают на поддон для чистого порошка и сушат в воздушной печи при температуре не менее 120°С в течение не менее 6 часов до полного высыхания порошка.Then the removable bottom is lifted together with the compacted cake in the form of a briquette to the layer boundary, the upper dark layer of the briquette is cut mechanically by means of a stretched string, to the color layer of pure gadolinium oxide as shown in Fig. 5, where 1 is the tank, 13 is the dark top layer, 10 - a stretched string, 11 - a tray for collecting dirty powder. The remainder of the briquette is poured onto a tray for clean powder and dried in an air oven at a temperature of at least 120 ° C for at least 6 hours until the powder completely dries.
Пример 2. Для определения соответствующего каждому этапу процесса извлечения чистого оксида гадолиния элементов особенностей конструкции и режимов работы устройства в виде опытной установки, позволяющего реализовать процесс очистки целевого вещества была собрана экспериментальная установка, приведенная на фиг.3, где 7 - станина с мотором, электроприводом и устройством регулирования скорости вращения рабочего органа и мощности вращения, 1 - полимерная емкость, приведенная на фиг.2, 5 - мешалка, 6 - устройство позиционирования, 4 - подъемный стол, двигающийся в вертикальной плоскости, 8 - система для откачки воды. В качестве емкости использовано полиэтиленовое ведро, имеющее кольцеобразное отверстие в днище, как изображено на фиг.2, и съемное дно из вакуумной резины, толщиной 1,5 см. Мешалка выполнена в виде металлического прута толщиной 1 см с рамкой, сваренной из того же прута. В качестве системы откачки воды использован насос с подведенными к нему шлангами и емкость для сбора среды флотации.Example 2. To determine the corresponding to each stage of the process of extracting pure gadolinium oxide of structural elements and operating modes of the device in the form of a pilot plant, which allows to realize the process of purification of the target substance, the experimental setup shown in Fig. 3 was assembled, where 7 is a bed with a motor, an electric drive and a device for controlling the speed of rotation of the working body and the power of rotation, 1 - polymer capacity, shown in figure 2, 5 - mixer, 6 - positioning device, 4 - lifting with ol, moving in the vertical plane 8 - a system for pumping water. As a container, a polyethylene bucket was used, having an annular hole in the bottom, as shown in figure 2, and a removable bottom made of vacuum rubber, 1.5 cm thick. The mixer is made in the form of a
В емкость 1, помещенную на подъемный стол станины 4, погружали мешалку 5, засыпали 7 кг порошкообразных отходов оксида гадолиния, устанавливали различные режимы размешивания и включали процесс перемешивания порошкообразных отходов. Опытным путем было установлено, что оптимальная скорость вращения рабочего органа для флотации отходов оксида гадолиния 80-110 об/мин, а мощность не менее 3 кВт.An
Мешалку поддерживают в рабочем состоянии до образования гомогенной пульпы, затем, не останавливая процесс перемешивания, перемещают подъемный стол 4 с емкостью до полного вывода мешалки из среды флотации. Далее осуществляют постукивание металлическим прутом, толщиной 1,5 см, по стенкам емкости, в горизонтальной плоскости до уплотнения массы осевшего порошка Gd2O3 до состояния монолитной массы с темным слоем загрязнений на поверхности. Затем удаляют среду флотации, скачивая ее с помощью системы откачки воды 8, до ее полного отсутствия на поверхности осадка.The mixer is maintained in working condition until a homogeneous pulp is formed, then, without stopping the mixing process, the lifting table 4 is moved with a capacity until the mixer is completely withdrawn from the flotation medium. Then tapping with a metal rod, 1.5 cm thick, is carried out on the walls of the tank, in a horizontal plane, until the mass of the settled powder Gd 2 O 3 is compacted to the state of a monolithic mass with a dark layer of dirt on the surface. Then remove the flotation medium, downloading it using a pumping system of
Съемное дно вместе с образовавшимся уплотненным осадком в виде брикета поднимают путем перемещения подъемного стола 4 вертикально вверх до границы раздела слоев.The removable bottom together with the compacted precipitate formed in the form of a briquette is raised by moving the lifting table 4 vertically up to the layer boundary.
Верхний темный слой брикета 13 срезают механически посредством натянутой струны 10 до слоя цвета чистого оксида гадолиния 12, как показано на фиг.4, и перемещают его в поддон для сбора отходов 11, сдвигая его в горизонтальной плоскости при помощи лопатки 9.The upper dark layer of the
После удаления верхнего слоя подъемный стол вместе со съемным дном опускают, снимают емкость со станины и высыпают остатки брикета на поддон для чистого оксида гадолиния. Затем порошок сушат в воздушной печи при температуре не менее 120°С до полного высыхания порошка не менее 6 часов.After removing the upper layer, the lifting table is lowered together with a removable bottom, the container is removed from the bed and the remaining briquette is poured onto a pallet for pure gadolinium oxide. Then the powder is dried in an air oven at a temperature of at least 120 ° C until the powder completely dries out for at least 6 hours.
Затем рассеиванием на вибросите формируют фракцию, пригодную для плазменного напыления, с размером частиц от 40 до 80 мкм. Полученный порошок собирают в специальные контейнеры и отбирают пробу для контроля полученного порошка.Then, by dispersion on a vibrating screen, a fraction suitable for plasma spraying is formed with a particle size of 40 to 80 microns. The resulting powder is collected in special containers and a sample is taken to control the resulting powder.
Контроль качества регенерированного оксида гадолиния проводят методом спектрального анализа.The quality control of the regenerated gadolinium oxide is carried out by spectral analysis.
Анализ полученных результатов показал, что суммарное количество примесей в порошке окиси гадолиния, очищенном с использованием предлагаемого устройства для регенерации отходов окиси гадолиния в виде опытной установки, не превышает 1%.Analysis of the results showed that the total amount of impurities in the powder of gadolinium oxide, purified using the proposed device for the regeneration of waste of gadolinium oxide in the form of a pilot plant, does not exceed 1%.
Сравнение результатов спектральных анализов (СА) наличия примесей в целевом веществе, полученных с применением предлагаемого устройства (имеющего металлические элементы конструкции), с результатами, полученными при реализации предлагаемого способа вручную на отдельных фрагментах конструкции (не влияющих на чистоту регенерируемого материала: емкость из органического инертного материала, ручная мешалка - керамическая лопатка, средство для откачки среды флотации - резиновая груша), показало, что расхождение результатов находится в пределах погрешности СА и не превышает 10%. Т.е. применение металлических элементов предлагаемого устройства не повлияло на степень чистоты целевого продукта.Comparison of the results of spectral analyzes (SA) of the presence of impurities in the target substance obtained using the proposed device (having metal structural elements) with the results obtained by implementing the proposed method manually on individual fragments of the structure (not affecting the purity of the regenerated material: a container of organic inert material, a manual stirrer - a ceramic spatula, a means for pumping out the flotation medium - a rubber bulb), showed that the discrepancy between the results crystals CA error and does not exceed 10%. Those. the use of metal elements of the proposed device did not affect the degree of purity of the target product.
Таким образом, как это показали эксперименты, при использовании предлагаемых способа и устройства обеспечивается возможность регенерации отходов, содержащих окись гадолиния и неорганические примеси (европия, самария, железа, вольфрама, карбида кремния, меди, алюминия), образовавшиеся после покрытия деталей ТВЭЛов АЭС методом плазменного напыления, возможность повторного использования регенерированного материала, повышения полноты выделения окиси гадолиния, а также возможность многократного воспроизведения циклов регенерации без значительной экологической нагрузки в производственной зоне.Thus, as shown by experiments, when using the proposed method and device, it is possible to regenerate wastes containing gadolinium oxide and inorganic impurities (europium, samarium, iron, tungsten, silicon carbide, copper, aluminum) formed after coating the details of fuel elements of a nuclear power plant using the plasma method sputtering, the possibility of reusing the regenerated material, increasing the completeness of the release of gadolinium oxide, as well as the ability to repeatedly play regeneration cycles without knowledge Significant environmental load in the production area.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112949/05A RU2466092C1 (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112949/05A RU2466092C1 (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011112949A RU2011112949A (en) | 2012-10-10 |
| RU2466092C1 true RU2466092C1 (en) | 2012-11-10 |
Family
ID=47079222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011112949/05A RU2466092C1 (en) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2466092C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4400360A (en) * | 1982-12-01 | 1983-08-23 | Allied Corporation | Recovery of gadolinium and gallium oxides |
| RU2159740C1 (en) * | 1999-12-16 | 2000-11-27 | Государственное предприятие комбинат "Электрохимприбор" | Method of preparing gadolinium oxide |
| RU2240285C2 (en) * | 2002-08-12 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" | Gadolinium oxide preparation method |
| RU2243601C2 (en) * | 2002-04-01 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" | Method for producing uranium and gadolinium containing fuel pellets |
-
2011
- 2011-04-04 RU RU2011112949/05A patent/RU2466092C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4400360A (en) * | 1982-12-01 | 1983-08-23 | Allied Corporation | Recovery of gadolinium and gallium oxides |
| RU2159740C1 (en) * | 1999-12-16 | 2000-11-27 | Государственное предприятие комбинат "Электрохимприбор" | Method of preparing gadolinium oxide |
| RU2243601C2 (en) * | 2002-04-01 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Ульбинский металлургический завод" | Method for producing uranium and gadolinium containing fuel pellets |
| RU2240285C2 (en) * | 2002-08-12 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" | Gadolinium oxide preparation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011112949A (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW445200B (en) | Method for treating exhausted slurry utilized in slicing silicon wafers from silicon ingot | |
| US6231628B1 (en) | Method for the separation, regeneration and reuse of an exhausted glycol-based slurry | |
| KR100786644B1 (en) | Waste Slurry Recycling Method in Semiconductor Wafer Manufacturing Process and Regeneration System | |
| CN104364052B (en) | For the apparatus and method that grinding oil is separated from abrasive slurry | |
| JP2020517802A (en) | Oil purification | |
| CN106457235A (en) | System and methods for removing impurities from phosphogypsum and manufacturing gypsum binders and products | |
| CN108838203B (en) | Contaminated soil grading concentration and leaching remediation device and process | |
| RU2466092C1 (en) | Method and device for recovery of powder gadolinium oxide wastes | |
| WO2009084068A1 (en) | Process for separating and recovering the suspending fluids contained in exhausted slurries from the machining of silicon | |
| JP5155487B1 (en) | Classification method of contaminated soil | |
| CN1133510C (en) | Regenerating treater for waste liquid of inorganic abradant | |
| JP3850683B2 (en) | Blasting waste sorting device, sorting method, and recycling method | |
| US5779813A (en) | Method and apparatus for decontamination of poly chlorinated biphenyl contaminated soil | |
| KR101188313B1 (en) | Recycling Method for Waste Sludge Formed by Solar Cell Wafer Manufacturing and Recycling System Thereof | |
| EP2321224B1 (en) | Improvement to the bayer process for producing alumina trihydrate, said process comprising a step in which the supersaturated liquor is filtered at high temperature before decomposition | |
| RU2581526C1 (en) | Method of degreasing of spent filter powder resulted from vegetable oil refining | |
| CN101935581A (en) | Separation regeneration production process of cutting waste mortar by silicon wafer line | |
| JP2000355718A (en) | Rolling and machining sludge degreasing solvent, degreasing method and apparatus therefor | |
| RU2244685C1 (en) | Method of cleaning oil-polluted soils, grounds, and oil-slimes | |
| CA2618903C (en) | Processing paint sludge to produce a combustible fuel product | |
| JP2012223676A (en) | Device and method for extracting organic matter | |
| TW201111026A (en) | System and method of centrifuge separation | |
| Klima et al. | Application of a pilot-scale plate filter press in dewatering coal slurries | |
| RU2653894C2 (en) | Method and apparatus for alkaline refining of lead | |
| JP2003119486A (en) | Method for separating and recovering used clay |