Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ФИЛЬТРОПЕРЛИТА

Изобретение относится к области переработки гетерогенных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности к переработке отработавших мелкодисперсных абразивных фильтроматериалов, и может быть использовано при переработке отработавшего фильтроперлита (ФП) систем спецводоочисток.

В системах спецводоочисток АЭС используются намывные фильтры для очистки водных сред от масел и взвесей, в которых в качестве намываемого фильтроматериала используют фильтроперлит ядерного класса. В процессе фильтрования поверхность слоя фильтроперлита загрязняется взвесями, гидроокислами продуктов коррозии металлов, маслами и др., сопротивление фильтровального слоя возрастает. При превышении перепада давления выше допустимого значения проводят регенерацию намывного фильтра, т.е. удаление намытого фильтроперлита. Отработавший фильтроматериал гидротранспортом направляется в емкости хранения, где он отстаивается, транспортная вода декантируется и направляется на переработку. На многих АЭС используют раздельное хранение фильтроматериалов различной природы, хранят фильтроперлит отдельно от фильтроматериалов другого типа. В последние годы на АЭС начинают создавать установки переработки накопленных фильтроматериалов, в частности, с цементированием. Однако при транспортировке фильтроперлита возникают определенные трудности, обусловленные его абразивным воздействием на материал оборудования. Фильтроперлит имеет высокую пористость (до 85÷90% объема) и низкую насыпную плотность, составляющую 0,1÷0,15 кг/дм³. В технических условиях на порошок перлитовый фильтровальный (ГОСТ 30566-98) указано, что зерновой состав определяется отсеиванием на сите с размером ячеек 0,14 мм. На АЭС поставляют фильтроперлит по техническим условиям с более мелким зерновым составом. Для получения ФП ядерного класса, имеющего более высокую фильтрационную способность к коллоидным загрязнениям и повышенную химическую устойчивость, проводят дополнительную обработку порошка ФП, заключающуюся в ультразвуковом измельчении частиц, а также химической обработке, для создания на поверхности частиц поликонденсационной и сополимерной пленки. Фильтроперлит является природным алюмосиликатом с высоким содержанием кремния. Получаемые частицы фильтроперлита имеют игольчатую конфигурацию, что совместно с твердостью вулканического стекла определяет его абразивное действие, приводящее к быстрому износу трущихся частей и выводу из строя оборудования. Опыт эксплуатации оборудования установки цементирования отработавших фильтроматериалов Игналинской АЭС (Литва) показал, что выход из строя (отсутствие давления на выходе) винтового насоса «Муане» и винтового смесителя цементного компаунда происходит в течение суток работы. Известным способом переработки фильтроперлита является битумирование. Однако на практике включение фильтроперлита в битум практически не производят, поскольку он сильно снижает текучесть битума и включение его в битумный компаунд не превышает 10% масс. по сухому фильтроматериалу.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ переработки радиоактивных фильтроперлитов, описанных в патенте РФ №2435240. Согласно данному способу пульпу фильтроперлита извлекают из емкости хранения, удаляют избыточную влагу и транспортируют гидротранспортом к контейнеру, в котором осуществляют ее цементирование. Фильтроперлит по химическому составу прекрасно совмещается с цементом, однако степень включения в цементную матрицу лимитируется его высокой пористостью. В портландцемент ПЦ - 400 удается включить до 12,5% масс. при сохранении достаточной механической прочности цементных блоков. При массовом соотношении компонентов - сухой ФП, ПЦ-400 и вода, равном 1:3:4, объем ЦК превышает объем исходного ФП лишь на 15%, т.е. Kv=1,15.

Недостатком ближайшего аналога способа переработки радиоактивных отходов фильтроперлита является сложность выполнения операции транспортирования гидротранспортом фильтроперлита из-за его высокой твердости и игольчатости конфигурации частиц фильтроперлита, что приводит к большому износу транспортного трубопровода и насосов.

Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении износа транспортного трубопровода, насосов при транспортировке фильтроперлита и упрощении операции транспортировки пульпы.

Сущность данного технического решения заключается в том, что в способе переработки радиоактивных отходов фильтроперлита, включающем операции: извлечение пульпы фильтроперлита из емкости хранения, удаление избыточной влаги, транспортирование гидротранспортом и цементирование, предложено в пульпу перед транспортированием из емкости хранения вводить отработанные ионообменные смолы в количестве 10÷75% от объема фильтроперлита при плотности 1÷1,5 г/см³.

Обычное транспортирование суспензии отработавшего ФП гидротранспортом и дальнейшая переработка приводит к абразивному износу оборудования и трубопроводов. Известно, что негативное влияние ФП возможно снизить за счет увеличения соотношения жидкость: ФП, что приведет к увеличению объемов ЖРО (вода гидротранспорта) и, следовательно, увеличению затрат на обращение с ними, а также снизит производительность установки переработки радиоактивных пульп и сделает ее малоэффективной. Для снижения износа оборудования и трубопроводов предлагается транспортирование и переработку отработавшего фильтроперлита производить совместно с отработавшими ионообменными смолами (ИОС) спецводоочисток АЭС, частицы которых имеют правильную шарообразную форму с плотностью 1÷1,5 г/см³, являются упругими и не оказывают негативного влияния на оборудование и трубопроводы. Зерна ионообменных смол имеют больший диаметр и при определенном их количестве блокируют контакт зерен фильтроперлита с поверхностью оборудования либо трубопровода, уменьшая существенно его износ.

Примеры осуществления предложенного способа с графической демонстрацией значений заявленных параметров сведены в таблицы, приведенные на фиг.1, 2. Размер зерен ионитов составляет 0,35÷2,00 мм с плотностью 1÷1,5 г/см³, фильтроперлита - 0,006÷0,030 мм. Мелкие частицы ФП будут занимать свободное пространство между зернами ионитов. Объемное соотношение иониты: ФП представлено на фиг.1, 2. Рассмотрим 2 предельных варианта при влажности хранящейся пульпы отработавших фильтроматериалов в емкостях хранения. Влажность пульпы составляет 60÷65%, т.е. объемное соотношение Т:Ж=1:1 (вся влага находится в порах и между зернами пульпы). Первый вариант (п.1, фиг.1) - ионообменные смолы отсутствуют, износ оборудования и трубопроводов максимален. Второй вариант (п.4, фиг.2) - максимально полное наполнение смеси отработавшими ионитами. Наиболее плотной упаковкой зерен ионообменных смол (шаров с усредненным размером) является гранецентрированная либо объемно центрированная кубическая упаковка. Объем, занимаемый ионообменными смолами в таких упаковках, составит 75%. При заполнении всего пространства между зернами ионитов влажным фильтроперлитом влажностью 60÷65% объемное соотношение Т:Ж в пульпе составит 4:1. В этом случае минимальное количество зерен ФП будет касаться поверхностей оборудования и трубопроводов, изнашивая их. Возможно увеличить содержание ионообменных смол до соотношения с фильтроперлитом 90:10%, но в этом случае часть пространства между зернами ионитов будет использовано неэффективно и останется не заполненным фильтроперлитом. Обычно транспортирование пульп ФП и ионитов осуществляется гидротранспортом, когда соотношение Т:Ж составляется от 1:10 до 1:20 (п.3, фиг.2). С увеличением соотношения Т:Ж снижается негативное абразивное действие ФП на оборудование и трубопроводы, поэтому объем вводимых отработавших ионообменных смол по отношению к объему фильтроперлита возможно снизить до 10% (п.2, фиг.1). Совместное транспортирование отработавшего фильтроперлита и отработавших ИОС предпочтительнее также ввиду их последующего совместного отверждения в установке цементирования гетерогенных ЖРО.

Данное изобретение позволяет снизить износ оборудования и трубопроводов в процессе осуществления способа переработки радиоактивных отходов фильтроперлита в 80-100 раз.