專利名稱:處理放射性廢料的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理從帶有加壓水反應堆和硼的反應性調(diào)節(jié)的核電站的操作中所產(chǎn)生的放射性廢料的方法及裝置，目的是制備諸如硼砂、鈣鎂硼酸鹽、硼酸和氫氧化鈉溶液等產(chǎn)物，其中放射性同位素的含量適于多種應用并適于綜合的環(huán)境保護。
發(fā)明背景已知的處理放射性廢水的方法(BG 32683)是先將其轉(zhuǎn)化成很干的鹽，然后用較長碳鏈的醇處理。在用醇處理含有硼酸的鹽時硼酸和醇首先酯化。這樣得到的酯經(jīng)高溫(高于100℃)蒸餾處理直到生成硼酸。
此方法的主要缺點是所有的過程都在高溫下進行、使用較長碳鏈的醇及硼酸的酯蒸餾從而消耗了大量的熱能?？傮w而言這種方法非常復雜并費力。
已知的處理放射性廢料的方法(BG 51265A)可使得到的含有硼酸的放射性核素的濃度達到對環(huán)境友好的程度。此方法由幾個階段組成濃縮不同pH(小于4.5和大于8.5)指標的放射性廢料，然后混合濃縮物。在適合的溫度范圍內(nèi)，制得放射性同位素濃度是環(huán)境可接受的放射性廢料，其含有濃度為15-20g/l的硼酸及硼砂，并且不再是放射性廢料。硼酸溶液可從硼砂中通過適合的技術得到，如離子交換或電滲析。
此方法的缺點是得到的放射性廢料含有15-20g/l的非放射性硼酸，并可長期存在。最終產(chǎn)物含有非放射性酸，其在放射性廢料存儲設備中占據(jù)較大容量、降低凝結基質(zhì)強度、并使得在應用放射性廢料膠結方法時可從基質(zhì)中洗掉放射性同位素。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種處理液體放射性廢料的方法及裝置，其能制備長期存儲的放射性廢料，并且非放射性硼酸含量最小，而且能夠制備出適于進一步應用的對環(huán)境無害的材料。
通過如下方法可解決此問題分別收集酸性和堿性放射性廢料后，分別濃縮放射性廢料，直到一方面pH大于8.5的放射性廢料被濃縮到硼酸濃度為35～200g/l，另一方面pH小于6.0且不含硼酸的放射性廢料被濃縮到總鹽含量為400～500g/l。然后按廢料中所含的氫氧化鈉對硼酸的克當量再計算值計，以0.5∶1～1∶2的比例混合濃縮物。這種比例導致生成pH為8.0～10.1的混合物。如果需要使用其它的pH校正添加劑，例如含氮酸或其它酸、碳酸鈉或氫氧化鈉。在這些條件下進行硼砂分離過程，母液中的硼酸濃度達到20-25g/l。溶解分離的硼砂結晶并過濾，從而分離出復合鹽沉淀物。從精制溶液中得到的硼砂重結晶，其中的放射性同位素含量使得其可在標準化學存儲條件下存儲，例如對環(huán)境而言是放射安全的條件。
隨后，使用過濾得到的濃度為20-25g/l的物質(zhì)，制得硼砂結晶，或從分離處理的硼砂結晶通過電滲析制備相同濃度的溶液，直到硼酸溶液的濃度為0.1～60g/l，氫氧化鈉的濃度達到150g/l。通過耐熱膜和0.2～45A的電流及5.0～55V的電壓操作電滲析裝置。
得到的放射性廢料的基本部分(濾液)含有濃度為20-25g/l的硼酸，并用堿土金屬的鹽處理，此過程得到不溶解的硼酸鹽。此反應得到含有2-4g/l硼酸的放射性廢料濾液。
至于堿土金屬可以使用鈣和鎂鹽或其混合物。
用本發(fā)明的放射性廢料精制方法得到的物質(zhì)如下-硼砂，其中放射性同位素含量是環(huán)境允許的，且僅含有最大總濃度為800Bq/千克硼砂的銫同位素；-鈣、鎂或鈣鎂硼酸鹽，其中放射性同位素含量是環(huán)境允許的；-硼酸溶液，其中放射性同位素含量是環(huán)境允許的；-氫氧化鈉溶液，其僅含有最大總濃度為800Bq/千克氫氧化鈉的銫同位素；-放射性廢料，其含有小于5g/l的硼酸。
本發(fā)明的方法可使用處理放射性廢料的裝置來實現(xiàn)。
該裝置包括反應均質(zhì)器，其可通過與其相連的用于pH小于5.5和pH大于5.5的放射性廢料的儲存器及用于pH校正添加劑的儲存器來供料。
該反應均質(zhì)器也與結晶硼砂相和液體放射性廢料分離器相連，其中液體放射性廢料含有20-25g/l的硼酸。
液體放射性廢料流進混合沉降槽中，其上部與用于供應堿土金屬鹽溶液的儲存器相連，其下部與用于堿土硼酸鹽的分離器相連。最后，堿土硼酸鹽的結晶相在分離器中經(jīng)過精餾，并在精餾后加進收集容器中。含有2-4g/l含硼鹽的液體放射性廢料加進經(jīng)處理的放射性廢料儲存器中。
其它產(chǎn)物(通過與反應均質(zhì)器相連的分離器得到的硼砂結晶相)加進用于硼砂溶液的緩沖儲存器中并在其中溶解，并通過過濾器，再被輸送到反應器和分離器。此后，重結晶的硼砂加進分離器中，母液收集在儲存器中并返回至中間緩沖硼砂溶液儲存器中。
從分離器中來的一部分重結晶硼砂加進收集容器，另一部分加進儲存器再次溶解，此后加進電滲析裝置，在其中制得硼酸和氫氧化鈉溶液。
本發(fā)明處理放射性廢料的方法及裝置的優(yōu)點在于-適于從放射性廢料制得有用的產(chǎn)物(硼砂、鈣鎂硼酸鹽、硼酸和氫氧化鈉溶液)，其中放射性同位素含量是環(huán)境允許的；-此方法及裝置得到的長期儲存的放射性廢料含有很少量的硼酸，例如在帶有非放射性產(chǎn)物的放射性廢料儲存區(qū)域中不占有較大空間。
下面通過所附的用于處理操作核電站而得到的放射性廢料的裝置(
圖1)的技術方案來說明本發(fā)明。
標號說明該裝置由下面的設備組成1-用于pH小于5.5的放射性廢料的儲存器2-用于pH大于5.5的放射性廢料的儲存器3-用于pH調(diào)節(jié)的校正添加劑的儲存器4-反應均質(zhì)器5-硼砂結晶相和液體放射性廢料分離器6-混合沉降槽
7-用于堿土金屬鹽溶液的儲存器8-硼酸鹽(鈣和鎂)分離器9-分離器10-用于經(jīng)處理的放射性廢料的儲存器，其中含硼鹽的濃度約為2-4g/l11-用于硼砂溶液的緩沖儲存器12-過濾器13-反應結晶器14-重結晶硼砂分離器15-中間儲存器16-硼砂分離器17-用于溶解重結晶硼砂的儲存器18-電滲析裝置19-硼酸溶液儲存器20-氫氧化鈉溶液儲存器21-收集容器該裝置按如下操作從儲存器1來的pH小于5.5的放射性廢料和從儲存器2來的pH大于5.5的放射性廢料在反應均質(zhì)器4中與從儲存器3來的添加劑混合。由于相互作用的結果生成分離器5中的硼砂。硼砂結晶相被轉(zhuǎn)移到緩沖儲存器11中并在其中溶解，經(jīng)過濾器12過濾，輸送到反應結晶器13，再轉(zhuǎn)移到重結晶硼砂分離器14。然后將其加進分離器16進行硼砂分離，并收集在收集容器21中。從分離器14來的母液收集在儲存器15中并再次加進緩沖儲存器11。
從分離器5中分離出硼砂后，液體放射性廢料被輸送到混合沉降槽6，在那里其與從儲存器7來的堿土金屬鹽溶液混合。然后，在分離器8中分離硼酸鹽化合物，在分離器9中精制，并收集在收集容器21中。這樣從沉降槽6中得到的并通過分離器8的液體放射性廢料含有2～4g/l的含硼鹽，并加進經(jīng)處理的放射性廢料的儲存器10中以儲存。
從分離器16來的重結晶硼砂在儲存器17中溶解后加進電滲析裝置18。此后，儲存器19中的硼酸溶液其濃度達到60g/l，儲存器20中的氫氧化鈉溶液其濃度達到150g/l。
實施本發(fā)明的實施例下面的實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。
實施例11升pH為8.0并含有35g/l硼酸(含硼鹽)的放射性廢料與pH為10.1的放射性廢料混合，直到混合物的pH為9.1。然后分離出硼砂硬質(zhì)結晶相，向液體放射性廢料的其它殘余部分加入9.0毫升濃度為900g/l的硼酸鈣溶液。從混合物中分離出由此得到的不溶硼酸鈣，將液體放射性廢料進行濃縮，直到廢料中硼酸的濃度為2.2g/l。分離出的硼酸鈣用水洗滌幾次，并作為放射性產(chǎn)物被分離出。從分離和重結晶的硼砂制備濃度為20g/l的溶液，并進行電滲析。在電滲析裝置中使用耐熱膜和0.35安培的電流及5.2伏的電壓。得到的產(chǎn)物是濃度為10g/l的硼酸溶液和濃度為1.5g/l的氫氧化鈉溶液。
實施例21升pH為10.0并含有200g/l硼酸(含硼鹽)的放射性廢料與pH為4.0的放射性廢料混合，直到混合物的pH為8.2。在硼砂作為硬質(zhì)結晶相分離后，向殘余液體放射性廢料中加入9.4毫升濃度為500g/l的氯化鎂溶液。然后，從混合物中分離出得到的溶解硼酸鎂，將液體放射性廢料濃縮到硼酸為3.4g/l。
將分離出的硼砂進行重結晶，從精制的硼砂制備濃度為25g/l的溶液，并用電滲析裝置進行處理，該電滲析裝置使用耐熱膜和45安培的電流及55伏的電壓。得到的產(chǎn)物是濃度為59g/l的硼酸溶液和濃度為150g/l的氫氧化鈉溶液。
權利要求
1.一種處理從帶有加壓水反應堆和硼的反應性調(diào)節(jié)的核電站的操作中所產(chǎn)生的放射性廢料的方法，所述方法包括分別收集不含有含硼鹽的酸性和含有含硼鹽的堿性放射性廢料，分別濃縮pH小于5.5和pH大于5.5的液體放射性廢料，其特征在于pH大于5.5且含有硼酸的放射性廢料被濃縮到硼酸為35～200g/l，pH小于5.5且不含硼酸的放射性廢料被濃縮到總鹽含量為400～500g/l，然后按廢料中所含的氫氧化鈉對硼酸的克當量再計算比例計以0.5∶1～1∶2的比例混合濃縮物，這種比例導致生成pH為8.0～10.1的混合物，一方面對混合物進行硼結晶過程，然后過濾、洗滌、重結晶、析出對環(huán)境沒有放射性損害的結晶硼砂，另一方面析出含有20-25g/l硼酸的濾液，其一部分與堿土金屬鹽混合，此過程析出不溶解的對環(huán)境沒有放射性損害的堿土金屬硼酸鹽及含有2-4g/l硼酸的液體放射性廢料，硼酸含量為20-25g/l的濾液的另一部分及含有相同含量硼酸的硼砂溶液用電滲析裝置處理，直到氫氧化鈉的濃度達到150g/l，硼酸溶液的濃度達到60g/l。
2.如權利要求
1所述的方法，其特征在于使用鈣和/或鎂鹽和/或其混合物作為堿土金屬鹽。
3.如權利要求
1所述的方法，其特征在于通過使用耐熱膜和0.2～45安培的電流及5.0～55伏的電壓進行硼砂溶液的電滲析。
4.一種處理從核電站的操作中所產(chǎn)生的放射性廢料的裝置，所述裝置包括反應均質(zhì)器，其可通過與其相連的用于pH小于5.5和pH大于5.5的放射性廢料的儲存器及用于pH校正添加劑的儲存器來供料，及結晶硼砂相和液體放射性廢料分離器，其特征在于由分離器(5)分離出的液體放射性廢料含有20-25g/l的硼酸且加進混合沉降槽(6)中，其上部與用于供應堿土金屬鹽溶液的儲存器(7)相連，混合沉降槽(6)的下部與硼酸鹽分離器(8)相連，從硼酸鹽分離器來的堿土硼酸鹽的硼酸鹽結晶相在分離器(9)中進行精制，然后加進收集容器(21)中，含有2-4g/l含硼鹽的液體放射性廢料加進用于經(jīng)處理的放射性廢料的儲存器(10)中，另一方面從分離器(5)中得到的硼砂結晶相加進儲存器(11)中并在其中溶解，并通過過濾器(12)過濾，再被輸送到反應器(13)和分離器(14)，從分離器來的重結晶硼砂加進分離器(16)中，母液收集在中間儲存器(15)中并返回至緩沖儲存器(11)中，從分離器(10)中來的一部分重結晶硼砂加進收集容器(21)，另一部分重結晶硼砂溶解在儲存器(17)中或者此處也收集從反應器(13)來的硼砂溶液，此后溶解的硼砂加進電滲析裝置(18)，電滲析后從中制得的硼酸溶液收集在儲存器(19)中及氫氧化鈉溶液收集在儲存器(20)中。
專利摘要
本發(fā)明涉及處理從帶有加壓水反應堆和硼的反應性調(diào)節(jié)的核電站的操作中所產(chǎn)生的放射性廢料的方法及裝置，從而制備如下物質(zhì)放射性同位素含量是環(huán)境允許的且僅含有最大總濃度為800Bq/千克硼砂的銫同位素的硼砂；放射性同位素含量是環(huán)境允許的鈣、鎂或鈣鎂硼酸鹽；放射性同位素含量是環(huán)境允許的硼酸溶液；僅含有最大總濃度為800Bq/千克氫氧化鈉的銫同位素的氫氧化鈉溶液；含有小于5g/l的硼酸的放射性廢料。
文檔編號G21F9/10GKCN1585988SQ02822276
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月4日
發(fā)明者弗拉迪米爾·阿森諾夫·弗拉基米羅夫 申請人:弗拉迪米爾·阿森諾夫·弗拉基米羅夫?qū)С鲆腂iBTeX, EndNote, RefMan