1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29873
(51) G21F 9/14 (2014.01)
G21F 9/02 (2014.01)
G21F 9/04 (2014.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0878.1
(22) 26.06.2014
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(72) Кожахметов Серик Касымович; Маркенбаев
Джуматай Саттыбаевич; Мащенко Владимир
Владимирович; Копбаева Мария Петровна; Принзин
Николай Алексеевич; Близнюк Владимир Иванович;
Садыков Магзум Жанарстанович; Нуржанов Канат
Есенгельдыулы; Карманов Ербол Мейрамханович;
Изатов Асхат Турарович; Фоменко Артем Сергеевич
(73) Товарищество с ограниченной
ответственностью "Институт высоких технологий";
Товарищество с ограниченной ответственностью
"Таукенсткое горно-химическое предприятие"
(74) Никитина Ирина Ильинична; Имансаева
Айжан Мейрхановна
(56) RU 2279726, 10.01.2006
(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ
ОРГАНИЧЕСКИХ РАДИОАКТИВНЫХ
ОТХОДОВ
(57) Изобретение относится к способу переработки
органических радиоактивных отходов с
извлечением радионуклидов, в частности урана, из
органических отходов экстракционного передела и
обезвреживание органической части отходов до
экологически безопасных веществ. Способ
переработки органических радиоактивных отходов
включает сжигание в реакторе и очистку отходящих
газов на фильтре с последующим извлечением
радионуклидов из продуктов сгорания. Согласно
изобретению, органические радиоактивные отходы
смешивают с неорганическим наполнителем,
подают во вращающуюся трубчатую печь с
градиентом температуры по длине печи, после
сжигания образующиеся продукты охлаждают,
отходящие газы и пыль подают на фильтр тонкой
очистки, а огарок объединяют с уловленной пылью
и направляют на выщелачивание с последующим
извлечением радиоактивных отходов из
полученного раствора. В качестве неорганического
наполнителя используют перлит, оксид или
гидроксид кальция. Радиоактивные отходы и перлит
смешивают в массовом соотношении не более чем
3:1. Радиоактивные отходы и оксид кальция
смешивают в массовом соотношении не более чем
1:3. Способ осуществляют в трубчатой печи,
которая имеет четыре температурные зоны: от
150 - 200°С, 200 - 600°С, 600 - 750°С до 750 - 850°С.
Степень сквозного извлечения урана составляет
99,79-99,80%., содержание урана в кеке не
превышает 0,01%. Растворы возвращаются в
процесс, а кек направляется в хранилище низко
радиоактивных отходов.
(19)KZ(13)A4(11)29873

2. 29873
2
Изобретение относится к области переработки
урансодержащих жидких органических
радиоактивных отходов, их обезвреживанию до
экологически безопасных веществ и переводу
радионуклидов, в частности урана, в растворы с
последующим извлечением радионуклидов. Более
конкретно, изобретение относится к термическим
способам переработки жидких органических
радиоактивных отходов аффинажного производства
закиси- окиси урана.
Известен способ, включающий сжигание отходов
в реакторе с псевдоожиженным слоем
гранулированного катализатора (Патент РФ
№2130209, публ. 10.05.1999г.), где происходит
полное окисление органических веществ при
температуре 600-700°С. Одновременно с основным
процессом протекает процесс поглощения
катализатором частиц твердой фазы, содержащих
радионуклиды. Отвод избыточного тепла
осуществляют с помощью теплообменника,
погруженного в слой катализатора. Далее
охлажденные газы очищают от мелкодисперсной
пыли и кислых газообразных компонентов в
циклоне, струйном скруббере, адсорбере-
конденсаторе. Заключительная стадия очистки от
тонкодисперсной пыли осуществляется на
тонковолокнистом аэрозольном фильтре Петрянова.
Недостатками предлагаемого способа являются
сложное аппаратурное оформление, значительный
вынос пыли в потоке барботирующего газа,
необходимость очистки газов от мелкодисперсной
пыли, отравление катализатора, сложность
извлечения радионуклидов, поглощенных
катализатором, и возврата их в производство.
Известен способ сжигания жидких и твердых
радиоактивных органических отходов (Патент ФРГ
№3341748, публ. 30.05.85г), в котором жидкие
радиоактивные органические отходы подают на
разогретую до 800-1000°С поверхность
измельченного каменного угля. В результате
сжигания образуются вторичные отходы в виде
золы, которую выгружают из аппарата, и
газообразные отходы с мелкодисперсной угольной
пылью, которые необходимо дожигать в отдельном
аппарате - специальном дожигателе, что осложняет
и существенно удорожает процесс.
Наиболее близким к предлагаемому способу
является способ утилизации органосодержащих
твердых радиоактивных отходов (Патент РФ №
2279726 публ.10.01.2006), включающий сжигание
отходов с последующим извлечением
радионуклидов и очисткой отходящих газов. Подачу
отходов осуществляют дискретно под давлением
0,8-1 атм через пневмофорсунку сверху на
разогретое до 150-200°С дно реактора.
Испарившиеся отходы сжигают в реакторе с
применением источника воспламенения. Горячие
газы барботируют в ловушке с раствором
гидроксида натрия и затем окисляют на нагретом до
250-300°С медьсодержащем катализаторе. Твердые
отходы удаляют со стенок нижней части реактора
для последующего извлечения радионуклидов.
Недостатками способа являются сложное
аппаратурное оформление, включающее форсунки
для распыления органики, устройство для
воспламенения паров органики, необходимость
очистки газов от крупнодисперсных и
среднедисперсных частиц, сложность удаления
твердых отходов со стенок реактора и возврата в
производство радионуклидов, в частности, урана,
поглощенных катализатором. Кроме того,
медьсодержащие катализаторы обладают малой
термостойкостью, чувствительны к перегреву и к
каталитическим ядам.
Задачей изобретения является разработки
эффективного метода переработки урансодержащих
жидких органических радиоактивных, лишенных
недостатков известных способов.
Техническим результатом предлагаемого
изобретения является упрощение аппаратурного
оформления, исключение выноса несгоревших
радиоактивных отходов, увеличение полноты
сгорания органической фазы и максимальное
концентрирования урана в огарке, увеличение
содержания урана в растворах выщелачивания
продуктов переработки отходов.
Технический результат достигается способом
переработки урансодержащих жидких органических
радиоактивных отходов путем сжигания в реакторе
и очистки отходящих газов на фильтре с
последующим извлечением радионуклидов из
продуктов сгорания. Согласно предлагаемому
изобретению органические радиоактивные отходы
смешивают с неорганическим наполнителем,
подают во вращающуюся трубчатую печь с
градиентом температуры по длине. После сжигания
образующиеся продукты охлаждают, отходящие
газы и пыль подают на фильтр тонкой очистки, а
огарок объединяют с уловленной пылью и
направляют на выщелачивание с последующим
извлечением радиоактивных отходов из
полученного раствора. Согласно изобретению, в
качестве неорганического наполнителя используют
перлит, оксид кальция, гидроксид кальция.
Радиоактивные жидкие отходы и перлит смешивают
в массовом соотношении не более чем 3:1.
Радиоактивные жидкие отходы и оксид кальция
смешивают в массовом соотношении не более чем
1:3. Соотношение компонентов определяется
объемной массой неорганического наполнителя,
способностью образовать рыхлую смесь. Способ
осуществляют в трубчатой печи, которая имеет
четыре температурные зоны: от 150 - 200°С, 200 -
600°С, 600 - 750°С до 750 - 850°С.
Способ включает сжигание органических
радиоактивных отходов в смеси с неорганическими
добавками, в частности, с перлитом, оксидом и
гидрооксидом кальция, что обеспечивает
замедление процесса горения органических отходов
и частичное их термическое разложение. Такой
режим сжигания исключает вынос мелкодисперсных
частиц урана с отходящими газами и захват урана
частицами сажи недогоревшего углерода.
Заявленное соотношение жидких органических
отходов, содержащие радионуклиды, в частности

3. 29873
3
уран и неорганических наполнителей (перлит, оксид
и гидрооксид кальция) обеспечивает получение
рыхлой смеси наполнителя, пропитанной органикой,
и, как следствие, замедление термического
разложения и горения органической части смеси.
Заявленный температурный режим обеспечивает
протекание частичного термического разложения
органической части смеси, что исключает вынос
мелкодисперсных частиц урана с отходящими
газами и захват урана частицами сажи
недогоревшего углерода. Отходящие газы
пропускают через керамический фильтр и очищают
от мелкодисперсных частиц. Огарок, содержащий
радионуклиды, выгружается в шнековый
холодильник и направляется для дальнейшего
выщелачивания растворами серной или азотной
кислоты.
Сведения, подтверждающие возможность
осуществления изобретения.
Пример 1.
Для переработки использовали урансодержащий
жидкий органический радиоактивный отход,
имеющий следующий состав: 0,095 г/л Д2ЭГФК,
0,015 г/л ТАА, дизельное топливо - остальное, 19,2
г/л U.
Перлит (гидроксид обсидиана) является породой
вулканического происхождения. Химический
состав: SiO2 65 - 75%, Аl2O3 10 - 16%, Fе2O3 до 3%,
СаО до 2%, MgO до1%, Na2O до 4%, K2O до 5%,
Н2O2 - 6%. Перлит - сыпучий, пористый, рыхлый,
огнестойкий материал с температурой применения
от -200 до +900°С. Обладает тепло- и
звукоизолирующими свойствами, высокой
впитывающей способностью до 400% от
собственного веса, интенсивно поглощает жидкие
вещества, в том числе и органические.
Урансодержащий жидкий органический
радиоактивный отход и перлита смешивают в
массовом соотношении 3:1. Полученную рыхлую
массу, пропитанную органикой, массой 1274 кг
подают шнековым питателем во вращающуюся
трубчатую печь, имеющую четыре температурных
зоны: 150 - 200°С, 200 - 600°С, 600 - 750°С и 750 -
850°С. Отходящие газы, содержащие
мелкодисперсную пыль, проходя через газопровод,
охлаждают до температуры 350 - 450°С и очищают
на керамическом фильтре. Рыхлый огарок
охлаждают в шнековом холодильнике до 50°С,
объединяют с пылью, уловленной на фильтре и
направляют на выщелачивание урана раствором
серной кислоты или смесью кислот.
Урансодержащие растворы после фильтрации
направляют в технологический процесс для
извлечения урана, а оставшийся кек, практически не
содержащий урана, в хранилище
низкорадиоактивных отходов.
Результаты переработки 1 м3
органической фазы,
содержащей уран, в смеси с 350 кг перлита показаны
в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Результаты сжигания органической фазы в смеси с перлитом.
Вес смеси,
кг
U в смеси, кг Выход
огарка, кг
Выход пыли,
кг
U в огарке, кг U в пыли, кг Потери при
прокалке, %
1274 19,2 366,9 19,81 17,82 1,37 0,05
Как видно из таблицы вынос несгоревших
радиоактивных отходов не превышает 0,05%.
Таблица 2
Результаты выщелачивания обожженной смеси в растворе серной кислоты
Вес огарка
и пыли, кг
U в огарке
и пыли, кг
Конц.
H2SO4, г/л
Объем р-ра
H2SO4, м3
U в р-ре,
кг
Выход кека,
кг
U в кеке,
кг
Извл. U в
р-р, %
Сквозное
извл.U, %
386,71 19,19 200 3,5 19,16 304,5 0,03 99,74 99,80
Пример 2.
Способ осуществляют в соответствии с
примером 1. В качестве неорганического
наполнителя используют оксид кальция.
Урансодержащий жидкий органический
радиоактивный отход смешивают с оксидом
кальция в массовом соотношении 1 : 3. Результаты
переработки 1 м3
органической фазы, содержащей
уран, в смеси с 15000 кг оксида кальция
представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Результаты сжигания органической фазы в смеси с оксидом кальция
Вес смеси,
кг
U в смеси, кг Выход
огарка, кг
Выход пыли,
кг
U в огарке, кг U в пыли, кг Потери при
прокалке, %
15924 19,2 13901 98,4 18,08 1,11 0,05

4. 29873
4
Таблица 4
Результаты выщелачивания обожженной смеси в растворе серной кислоты
Вес огарка и
пыли, кг
U в огарке
и пыли, кг
Конц.
H2SO4, г/л
Объем р-ра
H2SO4, м3
U в р-ре,
кг
Выход
кека, кг
U в кеке,
кг
Извл. U в
р-р, %
Сквозное
извл.U, %
13998,4 19,19 200 35,5 19,15 31500 0,04 99,79 99,74
Результаты таблиц 1-4 подтверждают глубокое
извлечение урана из урансодержащих жидких
органических радиоактивных отходов. Степень
сквозного извлечения урана составляет
99,79- 99,80%. Содержание урана в кеке не
превышает 0,01%. Предлагаемый способ
осуществляют на стандартном оборудовании, он
прост в аппаратурном оформлении и исключает
вынос несгоревших радиоактивных отходов,
обеспечивая обезвреживание радиоактивных
отходов до экологически безопасных веществ.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ переработки органических
радиоактивных отходов путем сжигания в реакторе
и очистки отходящих газов на фильтре с
последующим извлечением радионуклидов из
продуктов сгорания, отличающийся тем, что
органические радиоактивные отходы смешивают с
неорганическим наполнителем, подают во
вращающуюся трубчатую печь с градиентом
температуры по длине печи, после сжигания
образующиеся продукты охлаждают, отходящие
газы и пыль подают на фильтр тонкой очистки, а
огарок объединяют с уловленной пылью и
направляют на выщелачивание с последующим
извлечением радиоактивных отходов из
полученного раствора.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что
неорганическим наполнителем является перлит,
оксид кальция или гидроксид кальция.
3. Способ по п.1 отличающийся тем, что
органические радиоактивные отходы и перлит
смешивают в массовом соотношении не более чем
3:1.
4. Способ по п.1 отличающийся тем, что
органические радиоактивные отходы и оксид
кальция смешивают в массовом соотношении не
более чем 1:3.
5. Способ по п.1 отличающийся тем, что
фильтром тонкой очистки является керамический
фильтр.
6. Способ по п.1 отличающийся тем, что
температура трубчатой печи имеет четыре зоны от
150-200°С, 200-600°С, 600-750°С до 750-850°С.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Сакалова