[1]
Изобретение относится к способу дезактивации радиоактивных материалов.
[2]
Загрязнение окружающей среды радиоактивными материалами является общей проблемой. Она может возникать, в частности, при добыче урана, или вследствие эксплуатации ядерных устройств при отсутствии соответствующего экологического контроля, а также при захоронении радиоактивных отходов. В альтернативном случае загрязнение может появиться в результате рассеивания урановых элементов, используемых в качестве материала высокой плотности в устройствах военного или гражданского назначения, в результате военных действий или несчастного случая.
[3]
В добывающей промышленности найдены практичные и экономичные способы извлечения некоторых радиоактивных элементов из загрязненных материалов. Однако задачей добывающей промышленности обычно является экономичное получение материалов, и вторичные отходы редко играют в этом главную роль. Экономической задачей экологической очистки является полная эффективная очистка при минимальном количестве вторичных отходов и минимальных расходах, а стоимость извлеченных радиоактивных отходов имеет второстепенное значение. При этом технология и химикаты, неэкономичные или неприемлемые для добывающей промышленности, могут оказаться практичными для экологической очистки.
[4]
Известно, что радиоактивные элементы можно извлекать из окружающих материалов путем механической промывки водой, содержащей или не содержащей поверхностно-активные добавки. Однако такие операции обычно ограничиваются механическим разделением твердых тел и не удаляют загрязнений, имеющих химическую связь с твердой фазой.
[5]
Существуют химические способы растворения нерастворимых радиоактивных примесей в концентрированных растворителях, в частности, в сильных кислотах, по способу, известному как кислотное выщелачивание. Такие способы эффективны, однако являются невыгодными, если расходуемый концентрированный раствор в свою очередь превращается в отход. Во многих случаях сами концентрированные расходы являются вредными, кроме того, что содержат радиоактивную примесь, которая должна быть сконцентрирована в результате реализации способа. Еще один недостаток кислотного выщелачивания и других способов, использующих концентрированные растворы для растворения радиоактивной примеси, заключается в одновременном растворении других примесей, удаление которых не предусмотрено данными способами, в частности, нерадиоактивных металлов.
[6]
При дезактивации внутренних поверхностей контуров ядерных реакторов ранее известные способы использовали промывку концентрированными химическими растворами с целью растворения радиоактивного загрязнения и получения его концентрированного раствора. Обработка этих растворов оказалась сложной и неудобной, и в результате ее они превращались в отходы, требующие захоронения. Совершенствование технологии позволило извлекать радиоактивные компоненты, как правило, путем ионного обмена, в рециркуляцонной системе разбавленных кислот. Эти растворы, являясь разбавленными и кислотными, не содержат карбоната и не особенно полезны или пригодны для растворения актинидных элементов, поскольку не образуют растворимых комплексов с актинидными элементами.
[7]
При дезактивации реакторов установлено, что определенные органические реактивы можно использовать для растворения радиоактивного загрязнения и с помощью рециркуляционного способа осаждать его на ионообменную смолу при непрерывном повторном использовании указанного органического реактива. Примерами растворов, используемых при дезактивации реакторов, являются муравьинокислый ванадий, пиколиновая кислота и гидроксид натрия. В других способах обычно используются смеси лимонной и щавелевой кислоты. Эти растворы для дезактивации реактора невыгодны тем, что не обеспечивают одновременного растворения актинидов, радия и некоторых продуктов расщепления, в частности, технеция.
[8]
Известные ранее растворы для дезактивации не содержат карбоната и являются кислотными, растворяя окислы железа, которые содержат радиоактивные элементы, обычно присутствующие в загрязненных контурах реактора. Такое свойство неизбирательного растворения металлов является недостатком кислотных растворов и делает их непригодным для дезактивации, в частности, такого материала, как почва, содержащего железо и другие металлы, извлечение которых является нежелательным. Еще один недостаток кислотных растворов заключается в том, что такие материалы, как бетон или известняк, повреждаются или растворяются в кислой среде. Кроме того, при обработке почвы известными ранее промывочными растворами, эти растворы получают слишком много неизбирательно растворенных примесей, которые препятствуют извлечению радиоактивных загрязнений и рециркуляции раствора для дальнейшего проведения дезактивации.
[9]
Установлено, что уран и трансурановые радиоактивные элементы могут быть растворены в концентрированных кислотных (рН [10]
В некоторых работах предлагается растворение урана и плутония в разбавленном щелочном растворе, содержащем карбонат, цитрат (в качестве хелатного агента), а также окисляющий или восстанавливающий агент.
[11]
Патент US (№ 5322644, кл. G21F 9/00, 1995) описывает способ растворения радиоактивных загрязнений в разбавленном растворе, имеющем щелочное значение рН и содержащем достаточное количество хелатного агента. Кроме того, патент описывает операции извлечения загрязнения из раствора, которые включают анионный или катионный обмен или селективный катионный обмен, а также использование магнитных ионообменников в качестве средств для отделения радиоактивных загрязнений от контактирующего материала.
[12]
Известно, что уран можно растворить в щелочной карбонатной среде и извлечь путем анионного обмена (это является основой так называемого способа "смола в шламе", при котором пористые пакеты с анионообменной смолой можно использовать для удаления карбонатных комплексов урана из шлама, включающего контактирующий материал и растворенный состав). Однако, как указано в патенте US (№ 5322644), оказалось, что карбонатные растворы при отсутствии хелатного агента не очень эффективны для растворения плутония.
[13]
Предполагалось, что причина такой неспособности растворять плутоний в отсутствии хелатного агента связана с относительно низкой растворимостью и стабильностью карбонатного комплекса плутония (IV), при этом была выдвинута гипотеза, что присутствие в составе растворителя хелатного агента, в частности, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТУ), способствует растворению за счет стабилизации растворенного плутония (IV) в виде комплекса ЭДТУ. Термодинамические расчеты поддерживают эту гипотезу. Было показано также, что присутствие окисляющего агента является благоприятным для растворения как урана, так и плутония. В случае урана известно, что окисляющий агент обеспечивает перевод урана (IV) в окисленное состояние, в котором он переходит в раствор. Улучшенная кинетика растворения, которая проявляется в изменении окисленного состояния металла в решетке твердого тела, хорошо известна.
[14]
Разра…