Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0101

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0101
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского"
Название доклада
Разработка новой энергоэффективной и ресурсосберегающей технологии переработки отходов содержащих отработанные ионообменные смолы
Докладчик
Николаев Артем Николаевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основные цели:
Разработка инновационной энергоэффективной и ресурсосберегающей технологии переработки отходов, содержащих ионообменные смолы, в том числе радиоактивные, основанной на прямоконтактном переносе тепла в расплаве тяжелых металлов и их оксидов, для предприятий тепловой и атомной энергетики, а также для химической, фармацевтической и пищевой отраслей промышленности.
Разработка, изготовление и испытание экспериментальной установки для исследования процесса переработки отходов, содержащих ионообменные смолы, в том числе радиоактивные.
Выбор способа и разработка рецептуры иммобилизации радиоактивной золы, полученной в результате переработки отходов, содержащих радиоактивные ионообменные смолы, в водоустойчивый компаунд, пригодный для долговременного хранения.

Выполнение проекта направлено на решение следующих основных научно-технических задач:
1. Определение условий и физических параметров генерации и/или подачи чистого окислителя в процессе переработки отходов, содержащих ионообменные смолы, в том числе радиоактивные.
2. Разработка условий и технических решений, необходимых для равномерной и регулируемой переработки отходов, содержащих ионообменные смолы, в том числе радиоактивные.
3. Определение перечня и количества отходящих токсичных газов и исследование зависимости их концентрации от условий проведения процесса.
4. Разработка рецептуры отверждения вторичных отходов от переработки отходов, содержащих радиоактивные ионообменные смолы, исследование свойств компаундов на соответствие существующим нормативным показателям качества для безопасного захоронения.
Актуальность и новизна исследования
Ионообменные смолы (ИОС) играют важную роль в технологических процессах очистки теплоносителей ядерных энергетических установок и водных сред других объектов атомной промышленности. В процессе эксплуатации атомной электростанции происходит накопление значительных объемов отработанных радиоактивных ионообменных смол, переработка которых достаточно сложна технологически и зачастую приводит к увеличению объема радиоактивных отходов. Например, в зависимости от водно-химического режима, на энергоблоке мощностью 1300 МВт ежегодно образуется 3×10*3 м3 отработавших ионообменных смол. Всего накоплено р/а ИОС – 28 664 м3, что составляет 65% от проектного объема существующих хранилищ. В среднем за 5 последних лет на АЭС ежегодно образуется 617 м3 р/а ИОС. Потребление ИОС в ГК «Росатом» в 2012 году –1780 т/год, в 2016-2020 годах – 3500 т/год.
Соответственно, существует необходимость в процессе, который обеспечивал бы снижение объема отходов и получение инертного или минерализованного конечного продукта при возможности подачи чистого и/или возобновляемого окислителя, относительной технологической простоте процесса и минимальными газовыми выбросами.Кроме того, полученный в результате переработки таким способом инертный или минерализованный продукт, может быть не пригодным по своим химическим и физическим свойствам для долговременного хранения в специальных хранилищах. В этом случае необходима разработка рецептуры отверждения инертного или минерализованного конечного продукта в компаунд пригодный для долговременного хранения.

Описание исследования

Проведено обоснование и выбор направлений исследований в области переработки отходов ионообменных смол.

Проведены термодинамические и теоретические исследования физико-химических процессов, протекающих при переработке отходов ионообменных смол.

На экспериментальной установке проведены экспериментальные исследования процесса переработки отходов ИОС до золы, в том числе радиоактивных.

Проведено обоснование и выбор способа иммобилизации золы в водоустойчивый компаунд, пригодный для долговременного хранения.

Разработана рецептура иммобилизации золы в водоустойчивый компаунд, пригодный для долговременного хранения.

Результаты исследования

Установлено, что наиболее эффективным направлением возможных исследований является исследование и разработка технологии переработки отработавших ионообменных смол в высокотемпературном расплаве жидких металлов. Данный метод выгодно отличается от других разрушающих методов. Получаемые вторичные отходы минимальны по объему и пригодны для иммобилизации в компаунд, пригодный для дальнейшего хранения. 

Термодинамические расчеты в совокупности с имеющимися данными термического анализа катионита КУ-2-8 и анионита АВ-17-8 указывают на возможность протекания целого ряда химических реакций между свинцом и ионообменной смолой. В случае катионита КУ-2-8 существенна роль кислорода (источниками кислорода могут являться адсорбированный кислород, углекислый газ и вода в значительных количествах), т.к. возможны реакции образования сульфита свинца с участием оксида свинца. В случае анионита АВ-17-8 кислород играет менее выраженную роль по сравнению с катионитом, образование хлорида свинца возможно как в результате реакций с оксидом свинца, так и в результате реакций со свинцом.

Разрабатываемая технология переработки отходов, содержащих ИОС, в том числе
радиоактивные обеспечивает повышение энергоэффективности переработки не менее чем на 10%, уменьшение количества используемого при переработке материала, содержащего окислитель, за счет его рециклирования (не менее 5 раз) не менее чем на 15% по сравнению с имеющимися технологиями.

Проведен анализ существующих способов отверждения жидких и твердых радиоактивных отходов, в том числе золы. Наиболее приемлемым способом для отверждения радиоактивной золы принят способ шлако-щелочного цементирования.

Разработана рецептура иммобилизации золы от переработки ИОС в расплаве свинца в свинецсодержащие стеклоподобные материалы. Проведен элементный анализ золы на содержание Na, Cr, Fe, Pb, Bi и Ni. Экспериментально установлено что, наиболее перспективной рецептурой для иммобилизации золы от переработки модельных отработанных ИОС является рецептура на основе геоцементной вяжущей системы в составе: гранулированный шлак доменного производства + каолин + трепел + раствор силиката натрия, при соотношении компонентов 7,6 : 1 : 0,27 : 3,8, В/В = 0,30 кг/кг. Достигнуто сокращение радиоактивных отходов при иммобилизации золы в шлакощелочной геоцементный компаунд - 11,5 -13,5 раз по объему и 5,6-6,2 раз по массе.

 

Практическая значимость исследования
Экономический эффект от внедрения технологии в промышленность РФ составляет:
- 200-250 млн. руб. в результате переработки “исторических” РАО,
- 4-4,5 млн. руб. ежегодно в результате переработки вновь образующихся РАО.

Технологический эффект: повышение ресурсосбережения и энергоэффективности процесса переработки радиоактивных отходов,
- содержащих ионообменные смолы, за счет внедрения новых технологических решений обеспечивающих многократное использования
- сырья для генерации окислителя, а также прямоконтактный подвод тепла к перерабатываемым отходам;

Экологический и социальные эффекты:
- повышение экологической и радиационной безопасности страны при переработке радиоактивных отходов, содержащих ионообменные смолы за счет внедрения новых технологических решений, при которых обеспечивается минимизация газовых и радиоактивных выбросов в окружающую среду;
- повышение эффективности использования специальных хранилищ РАО Российской Федерации;
- обеспечение своевременной переработки новых и ликвидацию «исторических» отходов, содержащих радиоактивные ионообменные смолы с целью устойчивого развития атомной энергетики страны.

Перспективы использования:
Создание промышленного образца установки переработки радиоактивных отходов, содержащих ионообменные смолы.
Проведение испытаний промышленного образца установки на реальных отходах на месте их образования.
Тиражирование оборудования с выходом на Российский и зарубежные рынки.
Постер

Постер.pptx