Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Number 26 2000 Los Alamos Science
447
Видение переработки плутония, безопасной для окружающей среды
Поток
от процесса обработки -азотной кислотой
Цементация или остекловывание остатков выпаривания, бочки с трансурановыми отходами направляются на ОЗИО
Аппарат выпаривания при повторном цикле HNO3
Концентрированная HNO3 направляется на повторный цикл обработки азотной кислотой
Материалы, отбираемые сверху аппарата -выпаривания <6,0-10"5 Ки/л
Фильтрация
полимеров
Поток покидает объект в форме промышленных сточных вод < 5 ¦ 10-7 Ки/л
Рис. 4. Блок-схема современной переработки жидких отходов
Для очистки жидких отходов, поступающих после обработки азотной кислотой, будут использоваться две технологии. Во втором аппарате выпаривания будет осуществляться повторный цикл обработки азотной кислотой, при этом нитраты не будут выходить из установки. При фильтрации полимеров™ из конденсированного пара аппарата для выпаривания при повторном цикле будет удален остаточный плутоний и другие актиноиды, так что содержание радиоактивных веществ в потоке после фильтрации будет уменьшено до предельных значений, установленных для выбросов промышленных сточных вод, прежде чем этот поток будет направлен на площадку ТА-50
составляющих, после чего следует этап каталитического превращения, на котором происходит окисление отходящих газов и жидкостей с образованием простых продуктов. Система в целом обеспечивает более чем 99%-ное превращение полистирола в углерод, воду, двуокись углерода и небольшое количество стабилизированного актиноидного вещества. Испытания показали, что полиэтилен, целлюлоза и другие органические полимеры в равной степени поддаются такой обработке. Сконструированный блок для переработки небольших количеств полистирола и целлюлозы уже установлен в перчаточном боксе на площадке ТА-55. Более подробная информация об этой технологии приведена во вставке “Усиленный пиролиз” на с. 453.
При окислении в расплавленных солях происходит окисление загрязненных отходов на воздухе в ванне в присутствии расплавленного карбоната натрия или калия. Остаточные актиноиды можно выделять из смеси карбонатов натрия и калия, или содержащую плутоний карбонатную соль можно выбрасывать. На площадке ТА-55 мы собираемся использовать эту технологию для выделения плутония-238 из горючих технологических остатков. При ее реализации уменьшатся объемы отходов и появится возможность рециклирования плутония-238 для использования в качестве источника тепла или энергии при космических полетах в будущем.
В настоящее время разрабатывается еще одна технология, не отраженная на рис. 3, заключающаяся в электрохимическом окислении, при котором может происходить быстрое разложение некоторых горючих смешанных отходов, в том числе катионообменных смол, растворителей и пластмассовых колб. В отличие от гидротермальной переработки, этот окислительный процесс происходит при низкой температуре и нормальном давлении. В ходе этого процесса мощный окисляющий агент, такой как Ag(II), образуется электрохимически на аноде разделительной электрохимической ячейки. Когда анодный раствор приходит в контакт с отходами, их радиоактивная компонента растворяется путем реакции с окисляющим агентом. (Нерастворимый диоксид плутония окисляется с образованием растворимого иона плутонила Pu022+.) Могут окисляться и элементы органической матрицы с образованием диоксида углерода путем реакции с окислителем. Окислитель восстанавливается до своего первоначального состояния, при этом донором кислорода для завершения реакции служит вода. Затем раствор возвращается в электрохимическую ячейку, чтобы регенерировать окисляющий агент, и процесс продолжается. В связи с цикличностью процесса переработки большого количества горючих отходов требуется лишь небольшое количество окислителя.
Обработка жидких отходов. Исследование комплексов плутония в азотной кислоте позволило получить растворимые в воде молекулы, которые в настоящее время начинают использоваться на площадке ТА-55 для сверхтонкой очистки жидких отходов. Полимеры поглощают плутоний и другие актиноиды и затем удаляются из раствора фильтрацией. Эта технология, разработанная в Лос-Аламосе и запатентованная фирмой Polyionics Separation Technologies, Inc., известна как фильтрация полимеров™. Она описана во вставке на с. 454.
Вся жидкость, образующаяся в результате переработки горючих отходов, а также материалы, получаемые в результате обработки азотной кислотой, будут подвергаться переработке фильтрацией полимеров™ (см. рис. 4). Все водосодержащие жидкости, образующиеся в результате фильтрации полимеров™, будут удаляться как промышленные сточные воды. Небольшой объем полимера, отфильтрованного из раствора, будет захораниваться как трансурановые отходы.
На рис. 4 также показано, что технология повторного цикла обработки азотной кислотой также будет включена в систему выпаривания как заключительный процесс обработки азотной кислотой. Практически вся азотная кислота вернется назад в процесс выделения плутония, и нитраты уже не будут уходить за пределы площадки ТА-50.
