Извлечение радионуклидов ферроцианидными сорбентами для переработки жидких радиоактивных отходов объектов атомной энергетики

Торопов А.С., toropov@nnc.kz

Безопасное обращение с образующимися в результате работы предприятий ядерно-топливного цикла радиоактивными отходами является определяющим звеном развития атомной энергетики [1].

В настоящее время в Казахстане в г. Актау находится на этапе снятия с эксплуатации реактор БН-350. На Мангистауском атомном энергокомбинате в хранилищах накоплено около 5000 м³ жидких радиоактивных отходов (ЖРО) с суммарной объемной активностью 10⁷-10⁸ Бк/л. При длительном хранении ЖРО различного химического состава с высоким солесодержанием происходит коррозия конструкционных материалов резервуаров, их техническое состояние близко к аварийному. Таким образом, в этом регионе создается значительный экологический риск [2].

В отношении ЖРО объектов атомной энергетики в настоящее время наиболее часто применяют такие технологии как микро-, ультрафильтрация с использованием керамических фильтров, обратный осмос, селективная сорбция на органических и неорганических материалах. В частности, известно успешное апробирование керамических фильтров с диатомитом для переработки ЖРО бассейна-охладителя Тайваньского исследовательского реактора с использованием каскада фильтров [1, 3]. Однако подобная технология не применима к высокоминерализованным ЖРО БН-350. Осадки чистых ферроцианидов тяжелых металлов, несмотря на высокую сорбционную емкость к цезию, способны к растворению в щелочных растворах и склонны к пептизации.

Композитные материалы на основе ферроцианидов металлов и природных минеральных сорбентов, имеют ряд преимуществ в химической и радиационной стойкости, сочетая эффективные свойства каждого из компонентов [4].

Целью исследования был выбор наиболее подходящего композитного материала на основе ферроцианида металла и природного сорбента для извлечения цезия из высокоминерализованных ЖРО.

Для изучения сорбционных свойств композитов было синтезировано 15 композитов: ферроцианиды меди, никеля, кобальта были нанесены на 5 видов минеральных сорбентов месторождений Восточного Казахстана.

Сорбцию микроколичеств цезия на композиционных ферроцианидных сорбентах проводили в статических условиях путем непрерывного перемешивания навески воздушно-сухого сорбента с аликвотой жидкой фазы в течение 1 часа, затем отстаивали в течение 2 часов для дополнительного захвата ионов цезия частицами сорбента. Соотношение твердой и жидкой фаз составило 1:400. После отстаивания жидкую и твердую фазы разделяли фильтрацией.

Содержание основных компонентов солесодержания и цезия определяли посредством масс-спектрометрии на приборе ELAN 9000. Активность радиоактивных меток – изотопов цезия определяли с помощью гамма-спектрометров с полупроводниковым детектором CANBERRA. рН среды контролировалось потенциометрически на рН-метре Mettler Toledo. Повторность опыта – трехкратная

Был изучен ряд сорбентов по их способности к поглощению цезия – основного дозообразующего радионуклида ЖРО. Выявлено, что наиболее эффективными композитными материалами являются ферроцианиды меди, нанесенные на минеральный сорбент. Коэффициенты распределения природных немодифицированных сорбентов определяется значениями Kd = 10¹, ферроцианидных композиционных сорбентов меди и никеля Kd = 10³-10⁴, композитов на основе ферроцианида кобальта – Kd = 10². Оптимальное время сорбционной очистки – 1 час. Среди факторов, влияющих на извлечение цезия из растворов, наиболее существенно влияла концентрация органического вещества. Выявлено, что при значениях рН выше 10, сорбционная емкость как композиционных сорбентов, так и чистых ферроцианидов начинает закономерно снижаться, причем для чистых ферроцианидов снижение более заметное, что может быть связано с их более высокой химической стабильностью композитов в щелочах. При дополнительных исследованиях наиболее эффективные композитные сорбенты могут быть испытаны на реальных ЖРО аналогичного состава.

1. The Principles of Radioactive Waste Management. – Vienna: IAEA, Safety series, № 111-F, STI/PUB/989, 1995

2. Разработка рабочего проекта комплекса по переработке жидких радиоактивных отходов РУ БН-350, включающий установку ионоселективной очистки и установку цементирования ЖРО с их размещением в отдельном здании. Техническое задание, ЗАО «РАОТЕХ», Москва, 2002. С. 21-22.

3. Chung-Ping Huang, Tzung-Yi Lin, Ling-Huan Chiao, Hong-Bin Chen. Characterisation of radioactive contaminants and water treatment trials for the Taiwan Research Reactor’s spent fuel pool // Journal of Hazardous Materials – 233-234 (2012) P. 140-147

4. Милютин В.В., Кононенко О.А., Михеев С.В., Гелис В.М. Сорбция цезия на мелкодисперсных композиционных ферроцианидных сорбентах // Радиохимия. – 2010. – Т.52. - №3. – С.238-240.