Сорбент для уловлювання радіоактивного йоду із газової фази
Власники патенту UA 2288514:
Винахід відноситься до галузі переробки та іммобілізації газоподібних радіоактивних відходів радіохімічних підприємств атомної промисловості, а саме до галузі уловлювання йоду з газоаерозольного потоку з вузла рубки-розчинення опроміненого ядерного палива. Сорбент для уловлювання радіоактивного йоду складається з пористої основи, просоченої сіллю азотнокислого срібла (AgNO3), як основу сорбенту використовується пористий карбід кремнію з пористістю від 30 до 60%. Техніко-економічна ефективність полягає у більш високій корозійній та механічній стійкості даного матеріалу в агресивних середовищах. 2 іл., 3 табл.
Винахід відноситься до галузі переробки та іммобілізації газоподібних радіоактивних відходів радіохімічних підприємств атомної промисловості, а саме до області уловлювання йоду (зокрема, йоду-129) із газоаерозольного потоку з вузла рубки-розчинення опроміненого ядерного палива.
Технологічні процеси виробництв з переробки опроміненого ядерного палива (ВЯП) енергетичних реакторів і транспортних установок нерозривно пов'язані з очищенням газоаерозольних відходів від довгоживучого йоду-129 (T1/2=1,57·10 7 років). Як сорбент для його уловлювання використовуються пористі матеріали, імпрегновані азотнокислим сріблом.
Аналогом винаходу може служити срібний сорбент «Силоксид» відповідно до технічних умов «Силоксид-сорбент для уловлювання радіонуклідів йоду з газових середовищ». ТУ ЛКВШ 94.373.00.000, Сосновий Бір, НИТИ ім. А.П. Александрова, 1995.
Недоліками оксиду алюмінію є:
- схильність до механічного руйнування та стирання у процесах експлуатації та регенерації;
- низька хімічнастійкість у лужному та кислому середовищах;
- Запилення в процесах перетарювання.
Завданням винаходу є підвищення механічної міцності в процесах експлуатації, регенерації та перетарювання, а також хімічної стійкості сорбенту в кислих і лужних середовищах при збереженні основних характеристик, що пред'являються до сорбенту та його основі (ефективне насичення основи імпрегнантом, висока динамічна ємність з йоду, можливість проведення регенерації сорбенту та вилучення срібла для повторного використання). Вона вирішується за рахунок застосування як сорбенту для уловлювання йоду з газової фази пористого карбіду кремнію, просоченого сіллю азотнокислого срібла (AgNO3).
Карбід кремнію - матеріал, що є хімічною сполукою кремнію з вуглецем (SiC); твердість за Моосом 9,1; мікротвердість 3300-3600 кГс/мм2. Отримують його в електричних печах опору силікуванням частинок вуглецю парами кремнієвої кислоти. Сировиною служать матеріали, багаті на кремнезем: житловий кварц, кварцові піски і кварцити, що містять не менше 99,0-99,5%, SiO2, а також вуглецевий матеріал - нафтовий кокс. Карбід кремнію є перспективним матеріалом сучасного приладобудування через високу радіаційну стійкість і температурну стабільність.
Пропонований матеріал відрізняється від оксиду алюмінію тим, що карбід кремнію має значно більшу корозійну стійкість в агресивних середовищах, так він не реагує з неорганічними кислотами і лугами навіть при температурі їх кипіння. Лабораторні дослідження показали, що корозія карбіду кремнію в ґрунтових водах з рН8 при температурі 170°С становить 0,15 мкм на рік. Механічна міцність карбіду кремнію суттєво перевищує міцність оксиду алюмінію, відповідно цей матеріалбільш стійкий у процесах перетарювання та транспортування.
Застосування пористого карбіду кремнію для виготовлення йодного сорбенту можливе, як у вигляді гранул різної форми, так і у формі фільтруючого патрона (ФП) в корпусі малогабаритного модульного регенерованого фільтра, здатного здійснювати очищення газової фази від йоду.
Для виготовлення йодного сорбенту пористий карбід кремнію імпрегнується сіллю азотнокислого срібла (AgNO3). Для цього пористу підкладку сорбенту (карбід кремнію з пористістю від 30 до 60% у вигляді гранул або у формі патрона, що фільтрує) просочують розчином солі срібла з необхідною концентрацією по сріблу і сушать при температурі від 100 до 150°С. Операції просочення та сушіння повторюють до повного поглинання розчину.
Після насичення сорбенту радіоактивним йодом із газової фази можливе проведення його регенерації з метою повторного використання. При необхідності можливе вилучення срібла з пропонованого сорбенту для повторного використання.
Для проведення експериментів щодо вивчення можливості виготовлення сорбенту на основі пористого карбіду кремнію (пористість 30%) був використаний зразок матеріалу (далі ФП - фільтр-патрон) у формі порожнистого циліндра з діаметром основи 70 мм, висотою 105 мм і товщиною стінки 5 мм. Вихідна маса ФП становила 184 574 мг. Імпрегнування ФП азотнокислим сріблом здійснювали азотнокислим розчином, з концентрацією по сріблу 2,6 г/л і азотної кислоти 5 моль/л, за кілька стадій, кожна з яких являє собою процес рівномірного зволоження фільтра і подальшу його сушіння. Таким чином досягалося повне поглинання розчину.
ФП зважували перед насиченням та після нього. Результати насичення ФП сріблом представлені на фіг.1.
Після шостої стадіївідбулося повне поглинання розчину, що містить 2,2 г срібла, при цьому концентрація срібла у фільтр-патроні становила 11,9 мг/г.
Експерименти з уловлювання йоду ФП проводили на лабораторній установці (Фіг.2).
На фіг.2: 1 - герметична ємність, 2 - термостійка склянка, 3 - йод-127, 4 - піч, 5 - ФП, 6 - барботер, 7 - розчин NaOH.
На дно термостійкої склянки 2 було насипано навішування йоду-127 у кількості, що перевищує стехіометричне значення щодо реакції утворення йодиду срібла. ФП 5 був поміщений на металеву сітку, закріплену вище за рівень насипки кристалів йоду. Склянка з ФП була встановлена в герметичну ємність 1, з штуцером для відведення газової фази в барботер 6, заповнений розчином гідроксиду натрію з концентрацією 2 моль/л. Насичення сорбенту йодом проводили при температурі 200°З шахтної печі 4. Початок і завершення процесу випаровування йоду контролювали за зміною кольору розчину в барботері і підводних газоходах.
Кількість уловленого йоду визначали зважуванням ФП до і після насичення. Результати експерименту представлені у таблиці 1.
| Таблиця 1 Результати насичення ФП йодом-127 | |||
| Маса фільтр-патрона з AgNO3, мг | Маса фільтр-патрона після насичення, мг | Маса йоду, мг | Концентрація йоду, мг/г |
| 189894 | 193394 | 3500 | 18,1 |
Концентрація йоду-127 у поглиначі становила 18,1 мг/г, що більше кількості йоду у формі йодиду срібла, що утворюється відповідно до стехіометрії реакції.
Це можна пояснити адсорбцією молекулярного йоду на поверхні пор ФП.
Регенерацію ФП проводили лужним розчином гідразин-нітрату з концентрацією по лугу 30 г/л і гідразину 15 г/л.Тривалість обробки сорбенту розчином становила 30 хвилин при температурі 80°С. Після проведення регенерації фільтр-патрон промивали гарячою водою дистильованою до рН=5-7, сушили і зважували. З розчинів, що утворюються в процесі регенерації ФП (регенерати та промивання), йод концентрували у вигляді міді йодиду. Результати регенерації ФП та осадження йоду у вигляді йодиду міді наведено у таблиці 2.
| Таблиця 2 Вилучення йоду-127 із срібломісткого фільтр-патрона | |||
| Маса фільтр-патрона, мг | Маса йоду в осаді, мг | Ефективність вилучення йоду, % | |
| до регенерації | після регенерації | ||
| 193394 | 186720 | 3420 | 98 |
| Таблиця 3 Вилучення срібла з регенерованого фільтр-патрона | ||||
| Маса фільтр-патрона, мг | Маса срібла, мг | Ефективність вилучення срібла, % | ||
| До вилучення | після вилучення | у розчині | в осаді | |
| 186720 | 184575 | 2180 | 2193 | 99,4±0,3 |
Як видно з даних, представлених у таблиці 3, ефективність вилучення срібла з фільтр-патрона склала (99,4±0,3)%, що вище ступеня вилучення срібла з сорбенту на основі оксиду алюмінію, де вона знаходиться на рівні (97,4 ±0,6)%.
Відмітними ознаками запропонованого матеріалу є значно вища корозійна та механічна стійкість в агресивних середовищах. Це дозволяє суттєво продовжити термін експлуатації йодного сорбенту, підвищити ефективність використання дорогого срібла.
Сорбент для уловлювання радіоактивного йоду, що складається з пористої основи, просоченої сіллю азотнокислого срібла (AgNO3), що відрізняєтьсятим, що як основа сорбенту використовується пористий карбід кремнію з пористістю від 30 до 60%.