Geum.ru

Э. П. Магомедбеков Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

УДК 621.039 Технологии, материалы и оборудование для утилизации РАО

С.А. Самойлов, Г.В. Веретенникова, А.Б. Сазонов,
Э.П. Магомедбеков

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва


СПОСОБ ДЕТРИТИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ВАКУУМНЫХ МАСЕЛ


Одной из проблем развития ядерных технологий является утилизация радиоактивных отходов органической природы, к числу которых относятся отработанные минеральные вакуумные масла, загрязненные тритием в результате перекачки изотопных смесей водорода на предприятиях и объектах ядерной техники. Вследствие высокой активности (она может достигать 103 Ки/кг [1]) такие масла не подлежат возврату на нефтебазы, а накапливаются и хранятся на территории соответствующих цехов и могильниках. В последние годы в ряде стран (США, Канада, Бельгия) ведется поиск надежного и экологически чистого способа обезвреживания таких отходов [2].


Основные химические процессы, происходящие при контакте газообразного трития с маслами можно разделить на две группы: неселективное внедрение трития в молекулы углеводородов масла по свободно-радикальному механизму и радиационно-химическое окисление углеводородов масла и трития с последующим изотопным обменом. На основании литературных и собственных экспериментальных данных было установлено, что наибольшая доля трития (до 95%) в отработанных маслах связана с продуктами окисления. В этом случае для извлечения трития, связанного с продуктами окисления, можно использовать адсорбционный метод концентрирования. При этом степень извлечения тритийсодержащих примесей зависит как от размера пор адсорбента, так и от степени его полярности. На крупно- и среднепористых полярных сорбентах (силикагель, алюмогель, цеолит типа NaY) ее величина достигает 90-95%. Для дальнейшей переработки активного адсорбента наибольший интерес представляет реакция с серной кислотой, которая позволяет вернуть тритий в промышленный цикл в виде НТ.

В работе изучалось влияние концентрации кислоты и температуры на скорость и степень извлечения трития непосредственно из активного масла, а также с поверхности цеолита NaY, на котором предварительно адсорбировались тритийсодержащие примеси. В результате установлено, что непосредственный изотопный обмен серной кислоты с активным маслом не представляет практического интереса по следующим причинам:
1) степень извлечения трития уменьшается из-за образования устойчивой микроэмульсии; 2) очищаемое масло оказывается загрязненным серной кислотой. В тоже время при изотопном обмене тритийсодержащих молекул, адсорбированных на цеолите, с H2SO4 взаимодействует значительная доля тех атомов трития, для которых соответствующие реакции в жидкой фазе невозможны или идут с очень малой скоростью. Поверхность цеолита NaY в данном случае выступает в качестве катализатора изотопного обмена. Зависимость степени извлечения трития от концентрации серной кислоты при температуре 85С не является монотонной. Локальный минимум (~65%) при объемном соотношении H2SO4/H2O, равном 3, скорее всего, связан с образованием гидрата серной кислоты. В области высоких концентраций степень извлечения остается практически постоянной (~90%).

Адсорбция тритийсодержащих продуктов окисления масел и их последующий обмен с серной кислотой создают основу для разработки технологии рецикла трития. Отработанное масло с активностью порядка 103 Ки/кг проходит стадию адсорбционной очистки. Адсорбированные примеси переводятся в жидкую фазу путем химического изотопного обмена с раствором серной кислоты. После этого производится отгонка тритийсодержащей воды и разложение ее паров на металле (Mg, Mn и т.п.) при высокой температуре. Образующийся в результате водород может подаваться на узел выделения T2, либо обратимо сорбироваться гидридообразующими металлами (U,Ti) или сплавами, храниться и использоваться по мере необходимости. Крепкая серная кислота разбавляется и используется для обработки следующей порции адсорбента; таким образом цикл H2SO4 замкнут. Отработанный адсорбент связывается в цементных блоках, идущих на захоронение.

Предлагаемая схема позволяет вернуть в производство не менее 80% трития, «теряющегося» на стадиях перекачки тритийсодержащих смесей масляными насосами. Существенно снижается и радиационная опасность, связанная с хранением масла с высокой удельной активностью. При этом агрегатное состояние и химический состав основной массы масел в процессе извлечения трития не изменяется, а образующиеся дополнительные отходы являются твердыми, и их объем незначителен по сравнению с общим объемом отходов масла.

Список литературы

1. Беловодский Л.Ф., Гаевой В.К. «Взаимодействие изотопов водорода с конструкцион­ными материалами IHISM-01» Сборник докладов международного семинара. – Саров, 2002.

2. Klasson K.T., Taylor P.A., Cummins R.L., Evans B.S. Removal of Mercury and Tritium from DOE Waste Oils. – Report of Oak Ridge National Laboratory ORNL/TM-13751. 1999.




ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 1 _