Объяснение этому можно дать, рассматривая следующую модель процесса.
Окисление комплексов кобальт-ЭДТА и железо-ЭДТА происходит как в объеме раствора, так и на поверхности фильтрующей загрузки. При этом часть оксидов, образовавшихся в объеме раствора успевает перекристаллизоваться на поверхности фильтрующей загрузки. Причем скорость такой перекристаллизации – ограничена. При увеличении скорости потока раствора часть образовавшихся оксидов не успевает перекристаллизовываться и накапливается на фильтрующем слое как шлам. После накопления достаточного количества такого оксидного шлама, он срывается с поверхности частиц фильтрующего слоя и выносится в раствор. При этом, поскольку образовавшиеся оксиды содержат радионуклиды кобальта, активность раствора увеличивается по сравнению с исходным раствором. Связь данного явления со скоростью кристаллизации оксидов на поверхности фильтрующего слоя подтверждает зависимость значения такой «критической» скорости потока от температуры реактора (рис.5.)
Рис.5. Зависимость «критической» скорости очистки от температуры.
Видно, что с увеличением температуры, когда скорость кристаллизации возрастает, соответственно увеличивается «критическая» скорость фильтрации.
Кристаллизацию образующихся оксидов подтверждают АСМ-изображения, полученные для разных стадий отработки засыпки реактора (Рис.6).
На рисунке видно, что гранулярная структура первоначальной загрузки реактора превращается в слоистую структуру оксида, который образуется при окислении комплексов кобальта и железа с ЭДТА.
Рис.6. АСМ-изображение шихты реактора в процессе окисления кубовых остатков
Структура образующихся оксидов, как показано рентгенофазовыми исследованиями соответствует структуре шпинели.
Проведенные лабораторные эксперимента подтвердили перспективность гидротермальной технологии при переработке кубовых остатков АЭС.
В разделе «Результаты стендовых испытаний технологии гидротермальной переработки кубовых остатков НВАЭС» приведены результаты стендовых испытаний гидротермальной технологии, проходивших в мае-ноябре 2006 г на 1-2 блоках НВАЭС Стендовые испытания проходили в соответствии с программой испытаний № 6/2006/ТОСБЭ/35 от 10 мая 2006 г. Целями стендовых испытаний были:
Оценка возможностей гидротермальной технологии переработки кубовых остатков АЭС Определение оптимальных технологических параметров гидротермальной переработки кубовых остатков АЭС Испытание различных катализаторов процесса окисления Испытание различных ферроцианидных сорбентов для очистки кубовых остатков от радионуклидов цезия Испытание схемы предочистки кубовых остатков на ферроцианидных фильтрах со смещаемым вводом очищаемого раствора Оценка радиационного загрязнения оборудования в гидротермальном процессе Оценка коррозионного разрушения оборудования в гидротермальном процессе
На рис. 7 приведена принципиальная схема стенда.
Исходный кубовый остаток (КО) поступает из хранилища жидких отходов (ХЖО) в расходную ёмкость 1 в количестве, достаточном для обеспечения работы установки в течение смены. Из расходной ёмкости 1 КО подаётся насосом 2 с точным поддержанием подачи в ферроцианидный фильтр предочистки 3, в котором КО очищается от 137Cs и на вход дозирующего сдвоенного насоса 4 марки Prominent Meta C. Перед насосом установлены ротаметры 16, предназначенные для наблюдения за стабильностью работы обеих плунжерных пар (цилиндров) насоса. Далее КО подаётся на 4-х секционный теплообменник 12 для подогрева за счет теплоты КО, выходящего из реактора. Теплообменник выполнен по системе «труба в трубе» с противоточной схемой движения сред и позволяет вернуть в процесс до 80% теплоты. Затем КО поступает через тройник 13 на вход малоинерционной радиационной печи 14.
Подача обоих цилиндров насоса регулируется без остановки насоса раздельно в пределах от 1 до 15 л/час с точностью 5%. Перекись водорода из расходной ёмкости 5 подаётся на приёмный патрубок двухплунжерного насоса 6. На трубопроводах подачи КО и перекиси установлены датчики давления тензометрического типа КРТ, сигнал от которых поступает на вход измерительно – управляющих блоков ТРМ 202, позволяющих регистрировать и поддерживать постоянное давление в системе установки путём отключения насоса 4. Малоинерционная печь позволяет достаточно точно поддерживать заданную температуру протекающей по обогреваемому змеевику жидкости (смесь КО и Н2О2). В реакторе находится катализатор, ограниченный со стороны входа и выхода раствора плотными сетками во избежание его уноса.
Из реактора очищенный от кобальта КО направляется в теплообменник 12, затем окончательно охлаждается в холодильнике 13 и выходит в сборник обработанного раствора. В холодильнике циркулирует вода из автономной системы охлаждения. Давление в установке регулируется игольчатыми клапанами оригинальной конструкции. Раствор после клапана попадает на сорбционный фильтр №2 для извлечения остатков 137Cs.
Для обеспечения радиационной безопасности при накоплении радионуклидов предусмотрены датчики g-излучения, кроме того реактор и сорбционные фильтры №1 и №2 расположены вне зоны нахождения оператора.
Общий вид стенда приведен на рис.8
Некоторые результаты гидротермальной очистки кубового остатка от радионуклидов кобальта приведены на рис.9 и 10 и в Табл.1. Видно, что при данном объеме реактора эффективность очистки кубового остатка от Со-60 сильно зависит как от температуры процесса, так и от скорости потока кубового остатка. Причем повышение температуры процесса позволяет эффективно очищать кубовый остаток при высоких скоростях потока. Объем ТРО (отработанные ферроцианидные фильтры и реакторы) в результате переработки составил 0.3% от объема переработанного кубового остатка.
Таблица 1.
Очистка кубового остатка от радионуклидов цезия и кобальта
(активность радионуклидов в исходном кубовом остатке: Cs-137 5.9*106 Бк/дм3, Со-60 3.7*105 Бк/дм3)
Температура реактора, 0С
Скорость потока кубового остатка, дм3/час
Концентрация перекиси водорода, %
Активность очищенного кубового остатка по 60Со, Бк/дм3
Активность Cs-137, Бк/дм3
Фильтр-1
Активность Cs-137 , Бк/дм3
Фильтр-2
250
5
2.5
< 37
4070
< 37
200
10
1.4
55
4070
<37
190
15
1.5
148
7700
<37
210
7
2.5
<37
13300
55
Рис. 9. Зависимость очистки кубового остатка от скорости потока (С Н2О2 = 1.7%)
