Сорбционные и осадительные процессы извлечения радионуклидов цезия из высокосолевых растворов

• Автор: Михеев, Станислав Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные типы жидких радиоактивных отходов, их химический и радионуклидный состав

1.2. Сорбционные методы очистки ЖРО

1.3 Состав и ионообменные свойства ферроцианидов переходных металлов

1.4. Осадительные методы очистки ЖРО

1.5 Мембранные методы очистки ЖРО.

1.6. Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть

2.1. Методики проведения сорбционных экспериментов

2.2. Мегодики проведения осадительных экспериментов.
2.3. Методика проведения кинетических экспериментов.
2.4. Методика проведения химического анализа ферроцианидных сорбентов.
2.5. Методики проведения анализа растворов
ГЛАВА 3. Сорбционные методы извлечения радионуклидов цезия
нз высокосолевых растворов
3.1. Исследование сорбции радионуклидов цезия на гранулированных ферроцианидных сорбентах
3.1.1. Синтез и характеристики гранулированных сорбентов
3.1.2. Исследование сорбции цезия в статических условиях
3.1.3. Исследование сорбции цезия в динамических условиях.
3.1.4. Исследование кинетики сорбции цезия
3.1.5. Поведение ферроцианидных сорбентов при нагревании
3.2. Исследование сорбции радионуклидов цезия на мелкодисперсных композиционных ферроцианидных сорбентах.
3.2.1 Синтез и характеристики мелкодисперсных сорбентов.
3.2.2 Исследование сорбции цезия на мелкодисперсных ферроцианидных сорбснтах
3.3. Примеры практического использования сорбционных методов извлечения радионуклидов цезия нз высокосолевых растворов
3.3.1. Очистка кубовых остатков Кольской АЭС реактор типа ВВЭР
3.3.2. Очистка ЖРО ФГУП ЦС Звездочка.
ГЛАВА 4. Осадительные методы извлечения радионуклидов цезия из вмсокосолсвых растворов.
4.1. Исследование сооспждснпн радионуклидов цезия с осадками ферроцианпдов переходных металлов.
4.2. Изучение механизма соосаждения цезия с осадками ферроиианидон переходных металлов
4.3. Примеры практического использования осадительных методов извлечения радионуклидов цезия из высокосолевых растворов
4.3.1. Очистка ЖРО емкости А1
4.3.2. Очистка ЖРО емкости АОЗ
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ЖРО образуются при эксплуатации предприятий ядерного топливного цикла, ядерных энергетических установок, при использовании радиоактивных веществ в производственных, научных организациях и медицине, а также при радиационных авариях. Жидкие и твердые радиоактивные отходы подразделяются по удельной активности на три категории низко, средне и высокоактивные отходы, классификация которых приведена в табл. Таблица 1. По содержанию растворимых веществ жидкие радиоактивные отходы разделяют на бессолевые солесодсржанис не более мгдм3, малосолевые солесодержание до 1 гдм3, среднесолевые солесодсржанис от 1 до гдм3 и высокосолевыс с концентрацией растворенных веществ более гдм3. В настоящей работе основное внимание уделено переработке высокосолевых отходов низкого и среднего уровня активности. К наиболее характерным высокосолевым ЖРО относятся кубовые остатки выпарных установок АЭС типа ВВЭР и РБМК, которые представляют собой растворы с общим солесодержанием 00 гдм3 и 1 диапазоне . Основной солевой составляющей данного вида отходов являются нитраты натрия и калия. В кубовых остатках АЭС ВВЭР содержатся также растворимые бораты щелочных металлов. Кроме неорганических соединений в составе кубовых остатков часто встречаются органические вещества соли щавелевой и лимонной кислот, Грилон Н, синтетические поверхностноактивные вещества ПАВ различных типов, мыла, нефтепродукты, масла и др. Кроме растворимых соединений в кубовых остатках также присутствуют нерастворимые вещества механические взвеси, истинные и пссвдоколлоиды. Основной вклад в общую активность кубовых остатков АЭС вносят долгоживущие радионуклиды цезия Сз И ,С5 с периодом полураспада Тщ 2, и лет соответственно. Остальная часть активности определяется радионуклидами ,Со, Мп, чСг, Ре, 9г, У5МЬ, 1, ,31, И4Се, 3бКи, 2,Еи, ,4,Ва и др. Таким образом, наиболее актуальной задачей при переработке высокосолевых ЖРО, и в частности, кубовых остатков АЭС является удаление долгоживущих и радиотоксичных радионуклидов 4,7Сз. При выборе метода очистки ЖРО от радионуклидов определяющим является форма их существования в растворах. Основными формами существования радионуклидов в водных растворах являются 2, с. Для радионуклидов цезия в широком диапазоне характерно ионное состояние в виде однозарядных катионов. В случае присутствия в растворах взвесей и коллоидов цезий частично переходит в исевдоколлоидное и грубодисперснос состояние. Образование комплексных соединений для цезия нехарактерно. Сорбционные методы очистки ЖРО используются в первую очередь для удаления находящихся в растворах в ионном виде радионуклидов цезия. Органические ионообменные смолы иониты представляют собой твердые, гранулированные, порошкообразные или волокнистые материалы, содержащие в своем составе функциональные ионогенные группы, способные к ионизации и обмену с ионами электролитов. По типу иоиогенных групп иониты разделяются на катиониты обмен катионов, аниониты обмен анионов и амфолиты обмен катионов или анионов, в зависимости от среды. Сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппу, способны к обмену катионов в широком диапазоне 1, среднекислотные фосфорнокислые при рН35, слабокислотные при рН78. Ряд селективности в разбавленных растворах для сильнокислотных катионитов выглядит следующим образом в скобках даны значения коэффициентов селективности 3, с. Н1,0 М2,5 Со22,8 Са23,9 8г24, Ва28,7. Приведенные выше ряды селективности показывают, что органические ионообменные смолы не обладают специфичностью поглощения радионуклидов цезия из растворов, содержащих посторонние катионы. Метод ионного обмена с применением органических ионитов применяется для очистки растворов с невысоким солесодержанием, как правило, не более I гдм3. При пропускании через сильнокислые катиониты одновременно с радионуклидами поглощаются и вес находящиеся в растворе катионы. Момент проскока активности совпадает с моментом проскока нерадиоактивных ионов 4, с. Коэффициенты очистки воды от радионуклидов полученные с использованием различных сорбентов, работающих в Нформе, колеблются в пределах 1 3 и зависят от целого ряда условий, основными из которых являются состав ЖРО и кинетика ионного обмена на данном типе ионообменника.