Переработка концентрата вод спецканализации химико-металлургического завода с использованием свч-нагрева
| Вид материала | Документы |
СодержаниеОписание установки МВН-1 Характеристика исходного концентрата Переработка концентрата Список литературы |
- Сергея Николаевича Филипьева и команду топ-менеджеров завода. Их ежедневный труд это, 105.42kb.
- Наноструктурированный сорбент, глауконит, терморасширенный графит, свч-термообработка,, 48.56kb.
- Задача по определению времени нагрева заготовки и проектирования индуктора была разбита, 35.43kb.
- Ном переработка сбросов и бытовых и промышленных отходов в г. Москве, 167.96kb.
- Курсовой проект По дисциплине: вяжущие вещества Тема: производство шлакопортландцемента, 359.06kb.
- Ессы нагрева и охлаждения, проведенные по определенному режиму, для направленного изменения, 105.34kb.
- Список участников агропромышленной выставки-ярмарки «Калужская осень-2010» 23-26 сентября, 158.1kb.
- Физика и техника свч, 61.42kb.
- Исследованы различные варианты выщелачивания сульфидного медного концентрата. Установлены, 20.26kb.
- Разработка технологии очистки нефтесодержащих сточных вод с использованием смешанного, 309.65kb.
ПЕРЕРАБОТКА КОНЦЕНТРАТА ВОД СПЕЦКАНАЛИЗАЦИИ ХИМИКО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЧ-НАГРЕВА
Алой А.С.1, Иванов Е.Ю.1, Кузнецов Б.С.1,
Бобылев А.И.2, Ровный С.И.2, Ряков А.В.2
1ФГУП НПО «Радиевый институт им. В.Г. Хлопина», г. Санкт-Петербург
2ФГУП ПО «Маяк», г. Озерск
E-mail: ivanov@atom.nw.ru
В связи с новым Российским законодательством в области обращения с радиоактивными отходами, перед ФГУП ПО «Маяк» поставлена задача прекращения к 2007 г. сбросов жидких отходов, содержащих радионуклиды. Одним из возможных способов прекращения этих сбросов является перевод жидких отходов в твердое состояние в виде кальцината или солевого кека с последующим долговременным хранением.
Для решения вышеназванной задачи в производственных условиях проводятся испытания мембранных способов очистки сбросных вод спецканализации химико-металлургического завода (ХМЗ). Присутствующие в растворах альфа-излучающие радионуклиды (за исключением урана) находятся в коллоидном состоянии, что позволяет вывести их из ЖРО путем метода непрерывной микрофильтрации с использованием аппарата плоскорамной конструкции с металлокерамическими мембранами марки «Трумем». Фильтрат после этой операции поступает в водоем оборотного водоснабжения ХМЗ [1]. Концентрат, содержащий основное количество плутония и америция, подлежит дальнейшей обработке с целью сведения объема альфа-активных отходов к минимуму путем выпаривания и сушки. Одним из рассматриваемых вариантов реализации таких процессов является способ, основанный на применении СВЧ-энергии.
Диэлектрическим, микроволновым или СВЧ-нагревом называют нагрев объекта энергией электромагнитного поля сверхвысоких частот (в России разрешены частоты: 915 и 2450 МГц). Электромагнитное поле, проникая в объект, взаимодействует с заряженными частицами, например дипольными молекулами воды, и вызывает их колебания, при этом из-за диэлектрических потерь на внутреннее трение каждая молекула или диполь становятся источником тепла. СВЧ-энергия поглощается непосредственно загрузкой и не требует размещения нагревателей вблизи радиоактивного, обычно еще и коррозионно агрессивного материала. Отсутствие внешних источников нагрева упрощает обслуживание и сводит к минимуму загрязнение оборудования и облучение персонала. Основное энергетическое оборудование размещается за пределами «горячей» зоны, генератор изолирован от технологического блока или плавителя вставками из прозрачного для СВЧ материала [2-6].
В докладе приведены результаты первого этапа исследований, полученных на установке микроволнового нагрева (МВН-1), предназначенной для сушки концентрата вод спецканализации химико-металлургического завода [7-9].
Описание установки МВН-1
Аппаратурная схема установки МВН-1 для переработки альфа-радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности представлена на рисунке 1. В ее состав входят следующие основные узлы: элементы энергетического СВЧ-устройства, технологический блок; волноводные тракты; система газоочистки, системы контроля технологических параметров.
Рисунок 1 – Аппаратурная схема установки МВН-3В качестве источника СВЧ-энергии использован стандартный комплекс «Электроника КИЭ-5-1», который включает в себя блок управления и блок СВЧ. Источник позволяет производить плавную регулировку СВЧ-колебательной мощности в диапазоне 0,9…5,0 кВт.
Циркулятор и водяная нагрузка установлены на блоке СВЧ. Циркулятор выполняет функцию разделителя прямой и отраженной электромагнитной волны. Герметизирующий фланец с кварцевой вставкой предназначен для защиты волноводного тракта и магнетрона от воздействия высокотемпературной парогазовой фазы и исключает выход радионуклидов в операторское помещение.
Технологический блок предназначен для подачи отходов в тигель-контейнер и удаления парогазовой фазы. Снизу к технологическому блоку подсоединяют одноразовый тигель-контейнер, в котором проводят процессы нагрева, сушку и кальцинацию поступающих отходов. По заполнению тигель служит и первичным контейнером для хранения кальцинированных отходов.
Система газоочистки состоит из последовательно установленных барботера-конденсатора, конденсатора и фильтра ФПП и подключена к цеховой вакуумной системе, оборудована ротаметром с пределом измерения до 4 м3/час, регулировочным вентилем и устройством пробоотбора парогазовой фазы на выходе.
Технологический блок и система газоочистки размещены в защитном перчаточном шкафу типа 2ШВ-2М, который подключен к заводской системе вентиляции.
Характеристика исходного концентрата
Концентрат, поступающий на переработку, представляет собой взвесь гидроксидов и частично нерастворенных солей. Химический состав по данным атомно-эмиссионного спектрального анализа и свойства концентрата представлены в таблицах 1 и 2. Общее содержание твердой фазы составляет 13,2…15,1 г/дм3. Анионный состав, определенный методом жидкостной хроматографии, включает следующие компоненты: NO3-, SO42-, Cl-, NO2-, CO32-, PO43-, C2O4-.
Таблица 1 – Химический состав исходного концентрата по металлам
| Компонент | Fe | Mg | Ca | Mn | Na | Ba | Al, Ni, Cr, Pb |
| Содержание, г/дм3 | 0,7…1,0 | 2,9…3,5 | 1,0…1,2 | 0,3…0,4 | 0,3…0,5 | 0,1…0,2 | < 0,05 |
Таблица 2 – Свойства исходного концентрата
| Плотность, г/см3 | 1,01…1,05 |
| Значение рН | 8,0…9,0 |
| Содержание твердой фазы, г/дм3 | 13…17 |
| -активность Бк/дм3,10-5 | 2,5…3,0 |
Переработка концентрата
В технологический блок периодически дозировали по 0,5 дм3 концентрата. Было установлено, что при мощности 4,5 кВт полное удаление воды из этого объема происходит за 10 минут. Таким образом, производительность установки составила 3 дм3/час по испаряемой влаге.
После переработки 10…20 дм3 концентрата, сухой остаток извлекали из тигля. Визуально он представлял собой гранулированный не пылящий порошок светло серого цвета с черными вкраплениями, размер гранул 0,3…3,0 мм. Масса сухого продукта составляла 14…15 граммов в расчете на 1 дм3 концентрата. Содержание радионуклидов в образцах полученного кальцината приведено в таблице 3.
Таблица 3 – Содержание радионуклидов в кальцинате
| Радионуклид | Pu | Am | U | сумма |
| Содержание, Бк/г | (4,7…4,9)104 | (2,5…2,7)103 | (2,9…3,3)103 | (5,2…5,4)104 |
Конденсат в аппаратах газоочистки представлял мутную, медленно отстаивающуюся жидкость, содержащую 0,16 г/дм3 твердой фазы, химический состав которой представлен в таблице 4.
Таблица 4 – Химический состав конденсата
| Компонент | Fe | Mg | Ca | Na | K | Cl- | NO2- | NO3- | SO42- |
| Содержание, мг/дм3 | 0,9…1,1 | 12…15 | 16…20 | 13…16 | 3…5 | 30…35 | 1…2 | 20…24 | 100…120 |
Активность конденсата составляет 200…600 Бк/дм3, т.е. при активности исходного концентрата 2,8105 Бк/дм3 унос радионуклидов в конденсат составляет 0,07…0,2 %, а унос твердой фазы не превышает 1,1 %. Всего было переработано 280 дм3 концентрата и получено 3,6 кг сухого продукта.
Заключение
Показана перспективность использования микроволновой энергии для сушки и прокаливания солевого остатка концентрата вод спецканализации химико-металлургического завода.
Установлено, что унос радионуклидов с парогазовой фазой не превышает 0,1…0,2 % от их содержания в исходном концентрате.
С учетом данных по балансу материальных потоков и эффективности процесса выданы рекомендации по модернизации волноводной системы установки МВН-1 и технологического блока, совершенствованию системы газоочистки и оборудованию установки МВН-3 дополнительными системами контроля и управления.
Список литературы
1 Гелис В.М., Милютин В.В., Козлитин Е.А., Пристинский Ю.Е., Глаголенко Ю.В. Сорбционно-мембранные технологии очистки жидких радиоактивных отходов различного уровня активности // Радиохимия, 2003. Тезисы докладов. – Озерск, 2003. – С. 179-180.
2 СВЧ-энергетика // Под ред. Окресса Э. – Т. 3, пер. с англ. – М.: Мир, 1971.
3 Gillins B.L., Dewitt L.M .and Wollerman A.L. Mixed Waste Integrated Programm Interim Evaluation Report on Thermal Treatment Technologies // DOE-2 – 1993.
4 White Т.I. and Berry J.B. Microwave Processing of Radioactive Materials // Proc. Of Amer. Chem. Soc. Symp. On Innovative Waste Management Technologies. – Vol. 29, 1989. – P. 127-134.
5 Komatsu F. at al. Development of a New Solidification Method for Wastes Contaminated by Plutonium Oxides. (Utilization of Microwave Power) // in Management of Alpha-Contaminated Wastes – proc. Of Symp. – Vienna, 1991.
6 Komatsu at al. Microwave Melter with a Square Metal Crucible for Treating Radioactive Waste // TK. Technol – Kobe Steel. – № 45, 1987. – P. 3-4.
7 Алой А.С., Иванов Е.Ю., Кузнецов Б.С., Бобылев А.И., Ровный С.И., Ряков А.В., Баторшин Г.Ш. Микроволновая сушка концентрата вод спецканализации химико-металлургического завода // Вопросы радиационной безопасности. – № 2, 2006. – С. 10.
8 Алой А.С., Бобылев А.И., Иванов Е.Ю., Кузнецов Б.С., Ровный С.И., Ряков А.В. Отверждение альфа-радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности на установке СВЧ МВН-1 // Радиохимия-2006. Тезисы докладов. – Дубна, 2006. – С. 260.
9 Бобылев А.И., Ровный С.И., Елсуков С.Н., Баторшин Г.Ш., Ряков А.В., Морозов И.И., Алой А.С., Иванов Е.Ю., Кузнецов Б.С. Опыт использования СВЧ установки в технологии переработки ЖРО // Радиохимия-2006. Тезисы докладов. – Дубна, 2006. – С. 211.