Способ переработки хлорсодержащих радиоактивных отходов на основе углерода и устройство для его осуществления

(51) 21 9/10 (2006.01) 21 9/28 (2006.01) 21 9/30 (2006.01) 21 9/32 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов на основе углерода,включающей, по меньшей мере а) выщелачивание в растворе кислоты (1, 2) и ) термическую обработку типа термического удара (4, 5),извлечение радиоактивных материалов указанным раствором кислоты из указанных отходов, по меньшей мере, после осуществления стадии ) и устройству для осуществления переработки.(74) Шабалина Галина Ивановна Шабалин Владимир Иванович Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Локтева Юлия Михайловна Настоящее изобретение относится к переработке радиоактивных отходов, на основе, но не исключительно, графита. Дезактивация облучнной графитовой матрицы может быть осуществлена с использованием способа, называемого паровой риформинг, как это определено, в частности, в документе -6,625,248. Однако методика, представленная в этом документе,не обеспечивает получения приемлемых радиоактивных отходов. Решение этой проблемы было предложено в документе -2010/103210, обращая внимание, что только первая часть углерода графита,обработанного при достаточно высокой температуре, является радиоактивной, углерод остающегося графита в ходе переработке,являющийся функцией времени переработки,является намного менее радиоактивным или нерадиоактивным, так что диоксид углерода,полученный в результате его сгорания, свободно может быть выброшен в атмосферу. Идея этих двух документов должна обеспечить достаточную дезактивацию по углероду 14, хлору 36 и тритию. Поскольку другие радионуклиды являются нелетучими, они могут быть извлечены из тврдых остатков, остающихся на конечной стадии парового риформинга. Однако дезактивация по хлору 36 может оказаться более трудной, чем по углероду,поскольку этот радионуклид может присутствовать в двух формах- другая форма, которая является органической. Это последняя из упомянутых форм, прочно связанная с графитом(в частности,ароматическими связями, типа С-С), не может быть полностью выделена в ходе переработки паровым риформингом. Анализ облучнных графитов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией действительно показал наличие двух различных химических форм хлора в графите- форма хлора, описываемая как органический хлор, определяемая С-С связями, характерными для ароматического углерода (в частности, тип двойной связи с высокой энергией), и связанный непосредственно с углеродом углеродной матрицы,обычно формирующей графит, и- форма хлора называемая минеральный хлор, в виде оксихлоридов неопределнного состава,вероятно, локализованных в порах графитового материала (так называемые хлоритные (С 2 ) и хлоратные (С 3 ) соединения). Органический хлор прочно связан с графитом,и не может быть полностью удалн в ходе переработки паровым риформингом,даже модифицированным в соответствии с раскрытием в документе -2010/103210. Настоящее изобретение направлено на улучшение ситуации. С этой целью предлагается способ переработки радиоактивных отходов на основе углерода,включающий, по меньшей мере) термическую обработку, типа термического удара,указанный раствор кислоты извлекает радиоактивный материал из вышеуказанных отходов, по меньшей мере, после проведения стадии ). Возможные осуществления этого способа кратко представлены ниже. Например, раствор кислоты может включать серную кислоту (24). Испытания, проведнные с этим типом кислоты, дали хорошие результаты. Преимущественным является случай, когда раствор кислоты дополнительно включает компонент, служащий источником кислорода в растворе кислоты, например, пероксид водорода(содержание 5, дающее хорошие результаты,представлено ниже). Выщелачивание в растворе кислоты можно проводить в течение 15 - 20 ч, например, около 18 часов. Вышеупомянутый термический удар,выполняемый, например, обжигом, может быть осуществлн в диапазоне температур 800-1200 С(например, около двадцати минут). Было установлено в соответствии с испытаниями, которые были проведены, что радиоактивный материал, который удаляется после стадии ) из отходов на основе углерода (типа графита) содержит, по меньшей мере, хлор 36. Весьма вероятно включает практически весь органический хлор, определнный выше, так как проведнные испытания показали, что практически весь хлор 36 находился в растворе после термического удара и,следовательно,он практически полностью извлечн из отходов на основе углерода. Таким образом, настоящее изобретение делает возможным извлечение хлора 36, органического типа, как показано в примерах осуществления,представленных подробно ниже. Так как изобретение позволяет извлекать этот тип радиоактивных материалов (органический хлор 36), то, следовательно, оно может быть использовано преимущественно в сочетании с переработкой паровым риформингом, как описано выше. Таким образом, переработка отходов применением стадий а) и ) способа в соответствии с настоящим изобретением может проводиться до или после переработки типа парового риформинга. Таким образом, выщелачивание радионуклидов из облучнного графита может быть проведено выщелачиванием в сильнокислом и окисляющем растворе, с последующим термическим ударом. Настоящее изобретение также относится к установке для переработки радиоактивных отходов на основе углерода, для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов,характеризующейся тем, что она включает- резервуар для хранения указанных отходов в растворе кислоты, и- средства нагрева, выполненные для применения термического удара к указанным отходам после выщелачивания в указанном растворе кислоты. Другие преимущества и признаки станут ясными после прочтения подробного описания осуществлений, представленных в виде примеров, и рассмотрения прилагаемых чертежей, на которых- Фиг.1 схематично представляет основные стадии способа в соответствии с изобретением, и- Фиг.2 схематически иллюстрирует установку для осуществления этого способа. 24 (95) 19 мл 18 мл 17 мл 16 мл Радиоактивные отходы на основе углерода измельчают до порошка для приготовления различных образцов в таблице выше. Каждый образец, имеющий массу 5 граммов и наблюдаемый размер частиц, как правило, в диапазоне 2380 - 4000 микрон после измельчения,подвергают- выщелачиванию в течение 18 часов в растворе вышеуказанного типа (24 и Н 2 О 2),- затем промывке перед корректировкой до нейтрального 5 гидроксидом натрия ,- затем обжигубыстрым нагревом (в диапазоне 5 - 60 минут,например, в течение 20 минут) ипри высокой температуре (900-1200 С,например при 1000 С). После такой обработки было установлено, что выделяется 90 хлора 36 (в частности, для первого образца - 19 мл кислоты на 1 мл Н 2 О 2), с тенденцией к повышенному выходу при увеличении, в частности, концентрации кислоты. Другие наблюдения Кроме того,в процессе переработки,наблюдались некоторые отличительные признаки поведения. Например, для каждого испытания, 5 граммов радиоактивных отходов на основе углерода вводят в соответствующее количество раствора (в соответствии с вышеприведнной таблицей) и выщелачивают в течение 18 часов. На этой стадии наблюдалось образование пузырьков на поверхности частиц графита. Было также отмечено, что самые высокие концентрации 24 в растворе выщелачивания (т.е. первый вышеуказанный образец) дают эффект набухания графита. Поры последнего поглощают большую часть массы раствора. Однако для четвртого образца вышеуказанной таблицы было показано, что набухание и проникновение было очень незначительное, по сравнению с первым образцом. Собранные растворы были очень кислыми, и была необходима В примерах осуществления, приведнных ниже,предлагается смешивать серную кислоту (24) и пероксид водорода (Н 2 О 2) в соответствующих пропорциях(детализированных в примерах осуществления,приведнных ниже),для определения их способности извлекать хлор 36 из графитовой матрицы. Примеры осуществления Результаты четырх испытаний представлены в следующей таблице, с пероксидом водорода Н 2 О 2 в качестве материала источника кислорода и серной кислоты 24 в качестве кислой среды и отношением около 4-20 объмов кислоты (95) на 1 объм пероксида водорода (30). Н 2 О 2 (30) 1 мл 2 мл 3 мл 4 мл нейтрализация 5 перед анализом для определения количества радиоактивности (С-36),накопленной раствором при выщелачивании. Было установлено, что после выщелачивания масса графита значительно увеличилась, поскольку раствор проникает в поры графита и вызывает его эффективное набухание. Затем образцы выдерживают при температуре 1000 С в течение двадцати минут, чтобы удалить весь раствор, присутствующий в порах графита, и таким образом извлечь всю радиоактивность. Через двадцать минут, каждый образец удаляют и собирают для испытания и определения,присутствует ли ещ значительное количество после выщелачивания и обжига в печи. Было установлено после этой термической обработки, что не наблюдается значительной убыли начальной массы графита после выщелачивания и последующего обжига в электрической печи при температуре 1000 С. Кроме того,анализ процентного содержания общей удерживаемой радиоактивности показывает, что выщелочено значительное количество С-36, особенно в первом образце вышеуказанной таблицы (с самым высоким содержанием 24). Наконец, одно из наиболее важных наблюдений состоит в том, что раствор включает 1080 Бк/г С 36, или количество, близкое к начальному значению для С-36, которое включал графит перед обработкой (1200 Бк/г). Таким образом, после переработки, представленной выше в качестве примера, имеется ещ 10 -36 в радиоактивных отходах на основе углерода. Фиг.1 представляет краткое описание основных стадий способа в соответствии с изобретением,включающего- например, на первой стадии 1, переработку радиоактивных отходов на основе углерода,например, в виде графита,- на следующей стадии 2, выщелачивание этих отходов начинают в очень насыщенном кислородом растворе кислоты, например, серной кислоты 3- затем установление достаточного времени выщелачивания (например, 18 часов) на стадии 3,применение термической обработки посредством обжига при температуре порядка 1000 С, на стадии 4 затем установление достаточной продолжительности термической обработки(например, 20 минут) на стадии 5,- хлор 36 может быть извлечн из раствора кислоты и переработан отдельно, и отходы на основе углерода, в свою очередь, затем могут быть подвергнуты переработке посредством парового риформинга,как описано,например,в цитированном выше документе 2010/103210(стадия 6). Установка для осуществления этого способа,таким образом, может включать, как показано на фиг.2, резервуари конвейер С 1 для подачи отходов на основе углеродав сильнокислый,насыщенный кислородом раствор (24 - Н 2 О 2),содержащийся в резервуаре , который окружен (в показанном примере) устройством для нагрева МС для применения обработки типа термического удара. Обработанные таким образом отходызатем могут быть извлечены с помощью второго конвейера С 2 (после фильтрации, например, от кислого раствора, теперь содержащего хлор-36) для подачи на паровой риформинг. Хлор 36 в свою очередь может быть выделен, например, из оставшегося раствора в резервуаре , который представлен как чисто иллюстративный пример на фиг.2. Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается осуществлением, приведнным выше в качестве примера это относится и к другим осуществлениям. Таким образом, следует понимать, например, что другая кислота может быть предусмотрена в сочетании с серной кислотой или как альтернатива серной кислоте. Более того, пероксид водорода является хорошим источником кислорода в растворе. Однако,как вариант осуществления, представленного выше,можно, например, предусмотреть барботирование кислорода в растворе кислоты. Таким образом, следует понимать, что содержание источника кислорода в растворе кислоты можно варьировать в зависимости от кислот и используемых источников. Кроме того,время выщелачивания на стадии а) может меняться. То же самое относится к температуре и продолжительности термического удара. Наконец,конкретное вышеописанное осуществление, в котором вышеуказанной стадии а) выщелачивания в растворе кислоты предшествует измельчение отходов на основе углерода до порошка. Однако это применение не является существенным, и в качестве варианта может быть предусмотрено выщелачивание непосредственно тврдого графита, например активной зоны, в растворе кислоты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки радиоактивных отходов на основе углерода, включающий, по меньшей мере а) выщелачивание в растворе кислоты (2, 3) и) термическую обработку, представляющую собой термический удар (4, 5), извлечение указанным раствором кислоты радиоактивного материала из указанных отходов, по меньшей мере,после проведения стадии ),при этом термической удар выполняют в диапазоне температур 800-1200 С. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор кислоты содержит серную кислоту (24). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор кислоты дополнительно содержит источник кислорода в указанном растворе. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что раствор кислоты содержит пероксид водорода(Н 2 О 2). 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что раствор кислоты содержит источник кислорода с содержанием 0,1-20. 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что раствор кислоты содержит источник кислорода с содержанием 5. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание в растворе кислоты осуществляют в течение 15-20 часов (3). 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят в течение 15-30 минут (5). 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиоактивный материал включает, по меньшей мере, хлор 36. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработку отходов путмприменения стадий а) и) проводят до или после переработки типа парового риформинга (6). 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадии а) предшествует измельчение отходов на основе углерода до порошка. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что термический удар осуществляют обжигом на стадии). 13. Установка для переработки радиоактивных отходов на основе углерода для осуществления способа по п.1, отличающаяся тем, что она содержит- резервуардля хранения указанных отходов в растворе кислоты, и- средства нагрева (МС), выполненные с возможностью применения термического удара к указанным отходам после выщелачивания в указанном растворе кислоты, при этом термический удар выполняется в диапазоне температур 8001200 С.