CC BY
15
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.103-105 УДК 621.039.7
П. Г. Зеленин, В. В. Милютин, В. О. Каптаков
Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, Россия
ИЗВЛЕЧЕНИЕ 137Cs ИЗ РЕАЛЬНЫХ КУБОВЫХ ОСТАТКОВ АЭС
Аннотация. Проведено исследование зависимости сорбционных характеристик ферроцианидных сорбентов от концентрации окисляющего агента. Было достигнуто пятикратное увеличение значения коэффициента распределения 137Cs на сорбенте ФНД-М. Показано увеличение коэффициента очистки более чем на порядок и ресурса колонки как минимум в 1,5 раза при очистке в динамическом режиме на сорбенте Термоксид-35.
Ключевые слова: сорбция, ферроцианидные сорбенты, цезий, кубовые остатки АЭС.
P. G. Zelenin, V. V. Milyutin, V. O. Kaptakov
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS, Moscow, Russia REMOVING 137Cs FROM THE ACTUAL NPP EVAPORATOR BOTTOMS
Abstract. The dependence of the sorption characteristics of ferrocyanide sorbents on the concentration of the oxidizing agent, has been studied. A fivefold increase in the values of 137Cs distribution coefficients was achieved on the FND-M sorbent. The rate of increase in the cleaning ratio is more than 1,5 times when cleaning in dynamic mode on the Termoxid-35 sorbent.
Keywords: sorption, ferrocyanide sorbents, cesium, NPP evaporator bottoms.
Большую проблему на пути развития атомной отрасли создает образование большого количества радиоактивных отходов (РАО), при этом их основную часть составляют жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), представленные кубовыми остатками выпарных аппаратов системы спецводоочистки атомных электростанций (АЭС). Поскольку пристанционные хранилища ЖРО на действующих российских АЭС практически заполнены, возникла срочная необходимость в утилизации этих отходов [1].
Кубовые остатки представляют собой высокосолевые (около 350 г/дм3) сильнощелочные (рН = 11-13) растворы, в составе которых присутствуют большие количества органических комплексообразующих и поверхностно-активных веществ, а суммарная активность в среднем на 95 % обусловлена долгоживущим радионуклидом 137Cs. [2]. Следовательно, для упрощения дальнейших стадий утилизации кубовых остатков, в первую очередь, необходимо извлечь радионуклиды цезия.
Для проведения испытаний использовали реальные кубовые остатки с Белоярской АЭС (табл.). В качестве сорбентов были взяты следующие образцы: ФНД-М — мелкодисперсный ферроцианидный сорбент производства ИФХЭ РАН; Термоксид-35 — гранулированный ферроцианидный сорбент (ТУ 6200305-12342266-98) производства АО «Термоксид».
Состав кубовых остатков Белоярской АЭС Composition of vat residues of Beloyarsk NPP
Плотность, г/см3 Сухой ост., г/дм3 рН ХПК, г/дм3 А уд. Cs, Бк/кг Ауд. Cs, Бк/кг Ауд. 60Co, Бк/кг
1,18 262 12,4 12,1 4,3Е + 07 2,6Е + 04 4,9Е + 04
Извлечение цезия на мелкодисперсном сорбенте ФНД-М проводили в статическом режиме в течение 2 ч. Сорбцию на гранулированном сорбенте Т-35 проводили в динамическом режиме при скорости пропускания жидкой фазы 3,5 колоночных объемов в час (к. о/ч). Содержание определяли прямым
радиометрическим методом с использованием спектрометрического комплекса СКС-50М.
По результатам анализов рассчитывали значения коэффициентов распределения (К) 137Cs и очистки (Коч.) по следующей формуле:
К* =
А,
Ар Vp _ А0 Ар шс Ар
где Ао, Ар — соответственно исходная и равновесная удельная активность радионуклида 13^, Бк/дм3; Ур — объем жидкой фазы, см3; тс — масса сорбента, г.
Органические вещества, содержащиеся в кубовых остатках, негативно влияют на сорбцию цезия ферроцианидными сорбентами вследствие химического разрушения матрицы сорбента. Для удаления органических веществ было проведено предварительное окисление перманганатом калия при температуре 80 °С в течение 1 ч. Как видно на рис. 1, предварительно окисление перманганатом калия с дозировкой 1,5 г/дм3 позволило увеличить коэффициент распределения на сорбенте ФНД-М в 5 раз. При извлечении из
предварительно окисленных перманганатом калия кубовых остатков (3 г/дм3 КМПО4) на сорбенте Т-35 в динамическом режиме коэффициент очистки
возрос более чем на порядок, а также увеличился ресурс сорбента (рис. 2).
0,5 1,0 1,5
Концентрация КМпО,,, г/дм3
Рис. 1. Зависимость коэффициента распределения (K) 137Cs от концентрации перманганата калия на сорбенте ФНД-М Fig. 1. The dependence of the distribution coefficient (K) of 137Cs on the concentration of potassium permanganate on the sorbent ФНД-М
Рис. 2. Кривая сорбции при извлечении 137Cs из окисленных (1) и неокисленных
(2) кубовых остатков Белоярской АЭС сорбентом Термоксид-35 Fig. 2. Sorption curve of extracting 137Cs from oxidized (1) and non-oxidized (2) vat residues of the Beloyarsk NPP by Termoksid-35 sorbent
Выводы
Для очистки кубовых остатков АЭС от радионуклидов цезия могут быть использованы ферроцианидные сорбенты, однако для их более эффективного применения необходимо проводить предварительное окисление. На практике окисление может быть проведено любым известным способом в зависимости от конкретных технологических задач. Так, в лабораторных условиях было достигнуто значение коэффициента распределения (K) 137Cs на сорбенте ФНД-М 5,6 • 104, а при очистке сорбентом Термоксид-35 был получен коэффициент очистки 500-700 при пропускании 250 колоночных объемов жидкой фазы.
Литература
1. Разработка технологии переработки кубовых остатков на Кольской АЭС / В. В. Омельчук и др. // Безопасность окружающей среды. 2007. № 3. С. 34-37.
2. Обращение с кубовыми остатками АЭС / С. А. Дмитриев и др. // Атомная энергия. 2000. Т. 89, вып. 5. С. 365-372.
3. Сорбция цезия на мелкодисперсных композиционных ферроцианидных сорбентах / В. В. Милютин и др. // Радиохимия. 2009. Т. 51, № 3. С. 258-260.
Сведения об авторах
Зеленин Петр Григорьевич
стажёр-исследователь, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, p.zelenin@outlook.com Милютин Виталий Витальевич
доктор химических наук, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, vmilyutin@mail.ru Каптаков Виктор Олегович
инженер, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, г. Москва, v.kapt@yandex.ru
Zelenin Petr Grigorevich
Research Assistant, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS, Moscow, p.zelenin@outlook.com Milyutin Vitaly Vitalevich
Dr. Sci. (Chem.), Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS, Moscow, vmilyutin@mail.ru Kaptakov Victor Olegovich
Ingeneer, Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of RAS, Moscow v.kapt@yandex.ru
