Характеристика раствора, поступающего на упаривание

В процессе переработки твэлов получаются значительные объемы азотнокислых растворов, содержащих уран, плутоний, нептуний, америций, стронций-90, цезий-137 и другие радионуклиды. Концентрирование этих растворов методом упаривания позволяет получать минимальные объемы растворов и регенерировать содержащуюся в них азотную кислоту.

По данной технологии происходит сокращение объемов отходов методом упаривания рафинатов комплекса РТ, технологических растворов отделения резки и растворения твэлов, азотнокислых растворов комплекса «С», сорбатов от переработки растворов твэлов БН, вторичных рафинатов и реэкстрактов от переработки упаренных растворов и сливов из химлаборатории.

В общем виде растворы поступающие на упаривание представляют собой системы типа «азотная кислота – вода – нитраты металлов». Упаривание таких растворов является частным случаем процессов экстракционной дистилляции, т.е. процессов дистилляции двойной системы, компоненты которой летучи в присутствии третьего нелетучего компонента. В нашем случае летучими компонентами являются азотная кислота и вода, а роль нелетучего компонента играют нитраты металлов. В процессе упаривания азотная кислота отгоняется с водяным паром, а нитраты металлов концентрируются в кубовом остатке. Степень отгонки азотной кислоты в процессе упаривания и концентрация ее в кубовом остатке зависит от концентрации нитратов металлов и азотной кислоты в исходном растворе и разрежении в выпарном аппарате.

При высоком разрежении степень отгонки азотной кислоты уменьшается, однако мы сознательно повышаем разрежение с целью снижения температуры упаривания и соответственно, степени коррозии выпарных аппаратов.

Степень концентрирования при упаривании в системах «азотная кислота – вода – нитраты металлов» определяется растворимостью нитратов в растворах азотной кислоты, и могут ограничиваться коррозионным воздействием кубового остатка на материалы трубок греющей камеры. Процесс ведут таким образом, чтобы не происходило выпадение солей в осадок и, чтобы была приемлемая скорость коррозии материала выпарного аппарата.

В системе «азотная кислота – вода» концентрация азотной кислоты в равновесных парах меньше, чем в жидкости, а температура кипения (при постоянном давлении) повышается с увеличением концентрации азотной кислоты. В системе «азотная кислота – вода – нитраты металлов» концентрация азотной кислоты в равновесных парах выше из-за высаливающего действия нитратов металлов. При достаточно высоких концентраций нитратов металлов концентрация азотной кислоты в паре может увеличиваться на столько, что станет выше, чем ее концентрация в жидкости. Способность нитратов «высаливать» азотную кислоту в паровую фазу позволяет в процессе упаривания довольно полно отгонять ее, а также существенно уменьшать ее концентрацию в кубовом остатке.

Кроме нитратов металлов в растворах, поступающих на выпаривание, содержится ряд неорганических и органических микрокомпонентов, которые могут осложнить проведение процесса: вызвать пенообразование, выпадение осадков или инкрустацию греющей поверхности аппарата. В процессе упаривания ТБФ разлагается с образованием ДБФ, МБФ, фосфорной кислоты и их солей, которые могут вызывать образование осадков, что в свою очередь может привести к потере ценных компонентов.

Скорость разложения увеличивается с увеличением концентрации и температуры.

Если в растворе находятся катионы металлов, то происходит образование солей алкилфосфорных кислот. Составной частью осадков, образующихся при упаривании, являются алкилфосфаты циркония, железа, хрома, а также четырех валентного плутония и нептуния.

Для вывода осадков и накипи, отложившихся на стенках аппаратов и датчиков КИП, необходимо периодически проводить отмывку аппаратов щелочно-перекисными растворами и азотной кислотой.

ТБФ и ГХБД, содержащиеся в рафинатах в растворенном виде при упаривании более чем на 90% отгоняются с паром в конденсат. Оставшийся в кубовой части ТБФ накапливается в виде продуктов разложения [9].