RU2607646C1 - Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions - Google Patents

Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions Download PDF

Info

Publication number
RU2607646C1
RU2607646C1 RU2016115894A RU2016115894A RU2607646C1 RU 2607646 C1 RU2607646 C1 RU 2607646C1 RU 2016115894 A RU2016115894 A RU 2016115894A RU 2016115894 A RU2016115894 A RU 2016115894A RU 2607646 C1 RU2607646 C1 RU 2607646C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ammonium nitrate
decomposition
ammonium
solution
oxalic acid
Prior art date
Application number
RU2016115894A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Глеб Алексеевич Апальков
Сергей Иванович Смирнов
Андрей Юрьевич Жабин
Антон Сергеевич Дьяченко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Priority to RU2016115894A priority Critical patent/RU2607646C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2607646C1 publication Critical patent/RU2607646C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/002Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes
    • G21F9/004Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes of metallic surfaces
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/20Disposal of liquid waste

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to radiochemical technology and can be used in processing of ammonia-containing process solutions and liquid radioactive wastes (LRW) formed during operation radiochemical production. Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions involves heating and correction of solution in nitric acid. Process of decomposition of ammonium nitrate is carried out in a system of nitric and oxalic acids in presence of solid-phase platinum-containing catalyst in dynamic mode in a temperature-controlled column-type apparatus of continuous action.
EFFECT: invention enables quantitative decomposition of ammonium nitrate in process solutions in a wide range of concentrations.
16 cl, 1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано в технологии переработки аммонийсодержащих технологических растворов и жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при эксплуатации радиохимического производства.The invention relates to radiochemical technology and can be used in the processing of ammonium-containing technological solutions and liquid radioactive waste (LRW) generated during the operation of radiochemical production.

Нитрат аммония является одним из побочных продуктов различных переделов радиохимической технологии. Значительные количества аммонийсодержащих технологических растворов и ЖРО низкого и среднего уровня активности образуются в ходе производства и переработки ядерного топлива. Поскольку нитрат аммония относится к классу потенциально опасных химических соединений ввиду способности к детонации при определенных условиях, то для обеспечения производственной безопасности в ходе окончательной утилизации технологических аммонийсодержащих растворов и ЖРО необходимым условием является разложение нитрата аммония до простых стабильных продуктов.Ammonium nitrate is one of the by-products of various processes of radiochemical technology. Significant amounts of ammonium-containing technological solutions and LRW of low and medium levels of activity are formed during the production and processing of nuclear fuel. Since ammonium nitrate belongs to the class of potentially hazardous chemical compounds due to its ability to detonate under certain conditions, decomposition of ammonium nitrate into simple stable products is a necessary condition for ensuring industrial safety during the final disposal of technological ammonium-containing solutions and LRW.

Из существующего уровня техники известен способ окислительного разрушения солей аммония, включающий доводку перерабатываемого раствора по азотной кислоте, нагрев и смешение раствора с индуктором, в качестве которого используется формальдегид [Патент RU 2329554 С2, G21F 9/06, опубл. 20.07.2008]. Несмотря на высокую степень окислительного разложения аммония недостатками известного способа являются: статический режим проведения процесса, обуславливающий длительность производственного цикла; высокая активность окислительной системы при содержании азотной кислоты в процессе до 10 моль/л; увеличение исходного объема раствора за счет внесения раствора формальдегида.From the existing level of technology there is known a method of oxidative destruction of ammonium salts, including lapping the processed solution with nitric acid, heating and mixing the solution with an inductor, which is used as formaldehyde [Patent RU 2329554 C2, G21F 9/06, publ. 07/20/2008]. Despite the high degree of oxidative decomposition of ammonium, the disadvantages of the known method are: the static mode of the process, which determines the duration of the production cycle; high activity of the oxidizing system with a nitric acid content in the process up to 10 mol / l; increase in the initial volume of the solution due to the introduction of a formaldehyde solution.

Наиболее близким к заявленному способу является способ разложения нитрата аммония в процессах гомогенной и каталитической денитрации [А.В. Ананьев, И.Г. Тананаев, В.П. Шилов. Радиохимия, 2005. Т. 47, №2, с. 140-144], выбранный в качестве прототипа и включающий разложение нитрата аммония в системе HNO3-HCOOH в присутствии катализатора 1% Pt/SiO2. К недостаткам данного способа следует отнести статический режим протекания процесса и, как следствие, низкую производительность, обуславливающую сложность технологической адаптации; высокий расход азотной кислоты на 1 моль нитрата аммония; наличие остаточных количеств муравьиной кислоты в растворе после разложения нитрата аммония; увеличение исходного объема раствора за счет внесения раствора муравьиной кислоты.Closest to the claimed method is a method of decomposition of ammonium nitrate in the processes of homogeneous and catalytic denitration [A.V. Ananyev, I.G. Tananaev, V.P. Shilov. Radiochemistry, 2005.V. 47, No. 2, p. 140-144], selected as a prototype and including the decomposition of ammonium nitrate in the HNO 3 -HCOOH system in the presence of a 1% Pt / SiO 2 catalyst. The disadvantages of this method include the static mode of the process and, as a consequence, low productivity, causing the complexity of technological adaptation; high consumption of nitric acid per 1 mol of ammonium nitrate; the presence of residual formic acid in solution after decomposition of ammonium nitrate; increase in the initial volume of the solution due to the introduction of the formic acid solution.

Проведение процесса в статическом режиме предполагает использование аппарата-реактора значительного объема, что потребует мероприятий по организации взрывобезопасности процесса при одновременном наличии высококонцентрированного раствора взрывоопасного соединения в среде сильного окислителя.Carrying out the process in static mode involves the use of a significant reactor apparatus, which will require measures to organize the explosion safety of the process with the simultaneous presence of a highly concentrated solution of an explosive compound in a strong oxidizing medium.

Предпосылкой изобретения является необходимость разложения находящегося в растворе нитрата аммония с минимизацией реакционного объема при высокой скорости процесса.The prerequisite of the invention is the need for decomposition of ammonium nitrate in solution with minimization of the reaction volume at a high process speed.

Задачей данного изобретения является разработка технологически пригодного способа, позволяющего проводить процесс разложения нитрата аммония с высокой производительностью без изменения солевого состава перерабатываемого раствора.The objective of the invention is to develop a technologically suitable method that allows the process of decomposition of ammonium nitrate with high performance without changing the salt composition of the processed solution.

Задача решается организацией гетерогенного каталитически активируемого процесса разложения индуктора окислительного процесса в динамическом режиме в аппарате колонного типа при использовании в качестве индуктора щавелевой кислоты.The problem is solved by organizing a heterogeneous catalytically activated process of decomposition of an oxidation process inducer in a dynamic mode in a column type apparatus when oxalic acid is used as an inductor.

Техническим результатом изобретения является количественное разложение нитрата аммония в технологических растворах в широком диапазоне концентраций.The technical result of the invention is the quantitative decomposition of ammonium nitrate in technological solutions in a wide range of concentrations.

Для достижения указанного технического результата в способе разложения нитрата аммония в технологических растворах радиохимического производства, включающем нагрев и корректировку раствора по азотной кислоте, процесс разложения нитрата аммония проводят в системе азотной и щавелевой кислот в присутствии твердофазного платиносодержащего катализатора в динамическом режиме в термостатируемом аппарате колонного типа непрерывного действия.To achieve the specified technical result in the method of decomposition of ammonium nitrate in technological solutions of radiochemical production, including heating and adjustment of the solution with nitric acid, the process of decomposition of ammonium nitrate is carried out in a system of nitric and oxalic acids in the presence of a solid-phase platinum-containing catalyst in dynamic mode in a thermostatically controlled column type continuous apparatus actions.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в количественном получении окислительного компонента в локализованном объеме порового пространства зернистого слоя катализатора в результате каталитически активируемого разложения индуктора окислительного процесса. Использование щавелевой кислоты в качестве индуктора окислительного процесса является отличительным признаком предлагаемого способа.The essence of the invention lies in the quantitative preparation of the oxidizing component in the localized pore volume of the granular catalyst bed as a result of the catalytically activated decomposition of the oxidation process inductor. The use of oxalic acid as an inducer of the oxidation process is a hallmark of the proposed method.

Механизм процесса разложения нитрата аммония заключается в его окислительной деструкции при взаимодействии с азотистой кислотой (1), образующейся в результате гетерогенного каталитического процесса восстановления азотной кислоты щавелевой кислотой на твердофазном платиносодержащем катализаторе (2):The mechanism of the decomposition of ammonium nitrate is its oxidative destruction during interaction with nitrous acid (1), which is formed as a result of a heterogeneous catalytic process of nitric acid reduction with oxalic acid on a solid-phase platinum-containing catalyst (2):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Поскольку взаимодействие азотной и щавелевой кислот также сопровождается образованием оксидов азота (3), возврат газообразных продуктов реакции (NOх-газов) в реакционную среду путем принудительной подачи восходящим потоком в зону катализа колонны (однонаправленно основному потоку) с получением эффекта диспергирования газовой фазы в зернистом слое катализатора обеспечивает увеличение степени разложения нитрата аммония за счет увеличения концентрации и накопления азотистой кислоты (окислительного компонента) в системе (4), (5):Since the interaction of nitric and oxalic acids is also accompanied by the formation of nitrogen oxides (3), the return of gaseous reaction products (NO x gases) into the reaction medium by forced upward flow into the catalysis zone of the column (unidirectional to the main stream) with the effect of dispersing the gas phase in the granular the catalyst layer provides an increase in the degree of decomposition of ammonium nitrate due to an increase in the concentration and accumulation of nitrous acid (oxidizing component) in the system (4), (5):

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Количественное разложение щавелевой кислоты достигается организацией динамического режима каталитической активации процесса. С этой целью в процессе разложения нитрата аммония поддерживают концентрацию азотной кислоты на уровне 4÷5,5 моль/л. При этом в исходном растворе создают концентрацию щавелевой кислоты в диапазоне 0,2÷2 моль/л. Количество вводимой щавелевой кислоты определяется содержанием нитрата аммония в потоке питания. Мольное соотношение щавелевой кислоты и нитрата аммония поддерживают на уровне (0,5÷5):1.The quantitative decomposition of oxalic acid is achieved by organizing a dynamic mode of catalytic activation of the process. For this purpose, during the decomposition of ammonium nitrate, the concentration of nitric acid is maintained at a level of 4 ÷ 5.5 mol / L. At the same time, in the initial solution, a concentration of oxalic acid is created in the range of 0.2 ÷ 2 mol / L. The amount of oxalic acid introduced is determined by the content of ammonium nitrate in the feed stream. The molar ratio of oxalic acid and ammonium nitrate is maintained at the level of (0.5 ÷ 5): 1.

Дозирование щавелевой кислоты для разложения аммония осуществляется в твердом виде через загрузочное устройство термостатируемой накопительной емкости с исходным аммонийсодержащим раствором. С целью повышения концентрации щавелевой кислоты до уровня более 1 моль/л и исключения кристаллизационных процессов при введении щавелевой кислоты температуру аммонийсодержащего раствора в питающей накопительной емкости составляет 60÷75°С.The dosage of oxalic acid for the decomposition of ammonia is carried out in solid form through a loading device of a thermostatically controlled storage tank with the initial ammonium-containing solution. In order to increase the concentration of oxalic acid to a level of more than 1 mol / L and to exclude crystallization processes with the introduction of oxalic acid, the temperature of the ammonium-containing solution in the supply storage tank is 60–75 ° С.

В частном случае возможно проведение процесса насыщения исходного раствора в термостатируемом при 70÷75°С аппарате колонного типа при подаче щавелевой кислоты (индуктора) в твердом виде через загрузочное устройство, представляющее собой дозатор непрерывного действия. Получение максимального насыщения азотнокислого аммонийсодержащего раствора щавелевой кислотой осуществляют при ее непрерывном гравитационном дозировании в сухом виде встречным потоком в основной восходящий поток питания.In the particular case, it is possible to carry out the saturation process of the initial solution in a column-type thermostat-controlled apparatus at a temperature of 70–75 ° C when feeding oxalic acid (inductor) in solid form through a loading device, which is a continuous-acting dispenser. The maximum saturation of an ammonium nitrate-containing solution with oxalic acid is obtained when it is continuously gravitationally dosed in dry form by a counter flow into the main upward feed stream.

Для исключения вероятности кристаллизации щавелевой кислоты в объеме раствора транспортировка исходного раствора (содержащего нитрат аммония, азотную и щавелевую кислоты) осуществляется по обогреваемым коммуникациям.To eliminate the likelihood of crystallization of oxalic acid in the volume of the solution, the transportation of the initial solution (containing ammonium nitrate, nitric and oxalic acids) is carried out via heated communications.

Полнота разложения нитрата аммония, генерируемым в результате разложения индуктора (щавелевой кислоты) окислительным компонентом (азотистой кислотой) достигается температурным режимом процесса в интервале 80÷95°С при поддержании скорости потока питания исходного раствора нитрата аммония в диапазоне 3÷4 колон. об./ч.The completeness of the decomposition of ammonium nitrate generated by the decomposition of the inductor (oxalic acid) by the oxidizing component (nitrous acid) is achieved by the temperature of the process in the range of 80 ÷ 95 ° C while maintaining the feed flow rate of the initial solution of ammonium nitrate in the range of 3-4 columns. r / h

В качестве твердофазного платиносодержащего катализатора используется биметаллический платино-циркониевый катализатор, нанесенный на инертный пористый носитель с массовым содержанием платины от 0,05 до 0,2% масс. и циркония до 1% масс. В частном случае в качестве носителя катализатора используется силикагель фракции 0,2÷0,5 мм, оксид алюминия фракции 0,3÷1,0 мм.As a solid-phase platinum-containing catalyst, a bimetallic platinum-zirconium catalyst is used, supported on an inert porous carrier with a mass content of platinum from 0.05 to 0.2% of the mass. and zirconium up to 1% of the mass. In a particular case, silica gel fraction 0.2 ÷ 0.5 mm, aluminum oxide fraction 0.3 ÷ 1.0 mm are used as a catalyst carrier.

Полнота разложении нитрата аммония достигается интенсивностью разложения индуктора окислительного процесса (щавелевой кислоты) в термостатируемом аппарате колонного типа при соотношении диаметра к высоте насыпного слоя катализатора в интервале 1:(3÷30).The completeness of the decomposition of ammonium nitrate is achieved by the rate of decomposition of the oxidation process inducer (oxalic acid) in a column-type thermostatic apparatus with a diameter to height ratio of the bulk catalyst layer in the range 1: (3 ÷ 30).

В зависимости от требуемой скорости потока и концентрации нитрата аммония в исходном растворе процесс разложения нитрата аммония может содержать от 1 до 4 ступеней (циклов).Depending on the desired flow rate and the concentration of ammonium nitrate in the initial solution, the decomposition of ammonium nitrate may contain from 1 to 4 steps (cycles).

Возможность осуществления заявляемого способа подтверждена исследованиями на изготовленной лабораторной установке. Аппаратурно-технологическая схема изображена на фиг. 1. В состав установки входят: устройство дозирования (сухой) щавелевой кислоты с задвижкой (1), обогреваемая накопительная емкость с исходным аммонийсодержащим раствором (2), мембранные насосы (3, 6), термостат (4), каталитическая колонна (5), приемная накопительная емкость для раствора после разложения нитрата аммония (7), регулировочные вентили (В01÷B10). Устройство дозирования щавелевой кислоты, термостат и электроприводы насосов вынесены из технологической зоны (каньона защитной зоны) в помещение машзала для обеспечения стабильного и безопасного режима протекания процесса.The possibility of implementing the proposed method is confirmed by research on a manufactured laboratory setup. The instrumentation diagram is shown in FIG. 1. The installation includes: a device for dispensing (dry) oxalic acid with a valve (1), a heated storage tank with the initial ammonium-containing solution (2), diaphragm pumps (3, 6), thermostat (4), a catalytic column (5), receiving storage tank for solution after decomposition of ammonium nitrate (7), control valves (B01 ÷ B10). The oxalic acid dosing device, the thermostat, and the electric drives of the pumps are removed from the technological zone (canyon of the protective zone) to the room of the hall to ensure a stable and safe process flow.

Предлагаемый способ реализуют в следующей последовательности: готовят твердофазный катализатор (путем восстановления металлической платины и циркония на поверхности носителя), помещают приготовленный катализатор в каталитическую колонну. Колонна представляет собой вертикальный термостатируемый аппарат с нижней подачей раствора, имеющий зону ламинарного движения потока, зону катализа, зону газоотделения. Зона катализа отсекается сетчатыми перегородками. Приготовленный катализатор засыпается через верхний загрузочный люк и уплотняется верхней сетчатой перегородкой. Зона катализа представляет собой вертикальный цилиндрический столб, заполненный катализатором в отношении «диаметр/высота» 1:(3÷30). Катализатор представляет собой однородный по гранулометрическому составу пористый носитель с размером зерна 0,2÷1,0 мм, имеющий площадь активной поверхности 10÷250 м2/г, с нанесенным ультрадисперсным однородным слоем металла (платины, циркония). Исходный аммонийсодержащий раствор в накопительной емкости корректируют азотной кислотой до концентрации 4,0÷5,5 моль/л. Через устройство дозирования вносят (в твердом виде) щавелевую кислоту в исходный раствор до концентрации 0,5÷2 моль/л, при этом обеспечивают нагрев накопительной емкости для предотвращения кристаллизации щавелевой кислоты в растворе. Аммонийсодержащий раствор после корректировки азотной кислотой и насыщения щавелевой кислотой передают (по обогреваемым коммуникациям для исключения возможности кристаллизации щавелевой кислоты в растворе) в каталитическую колонну, в которой осуществляют процесс разложения нитрата аммония. После каталитической колоны раствор направляют в приемную накопительную емкость и анализируют на содержание аммония, азотной и щавелевой кислот. В случае необходимости раствор направляют на повторный цикл разложения нитрата аммония. Аппаратурная схема процесса обеспечивает возможность проведения нескольких циклов (ступеней) разложения нитрата аммония в зависимости от его концентрации в исходном растворе.The proposed method is implemented in the following sequence: a solid-phase catalyst is prepared (by reducing metal platinum and zirconium on the surface of the carrier), the prepared catalyst is placed in a catalytic column. The column is a vertical thermostatic apparatus with a lower solution flow, having a laminar flow zone, a catalysis zone, a gas separation zone. The catalysis zone is cut off by mesh partitions. The prepared catalyst is poured through the upper loading hatch and sealed by the upper mesh partition. The catalysis zone is a vertical cylindrical column filled with a catalyst in the ratio “diameter / height” 1: (3 ÷ 30). The catalyst is a porous support uniform in particle size distribution with a grain size of 0.2 ÷ 1.0 mm, having an active surface area of 10 ÷ 250 m 2 / g, with an ultrafine uniform metal layer (platinum, zirconium) deposited. The initial ammonium-containing solution in the storage tank is adjusted with nitric acid to a concentration of 4.0 ÷ 5.5 mol / L. Through the dosing device, oxalic acid is added (in solid form) to the initial solution to a concentration of 0.5–2 mol / L, and the storage tank is heated to prevent crystallization of oxalic acid in the solution. After adjustment with nitric acid and saturation with oxalic acid, the ammonium-containing solution is transferred (via heated communications to exclude the possibility of crystallization of oxalic acid in solution) to a catalytic column in which the process of decomposition of ammonium nitrate is carried out. After the catalytic column, the solution is sent to a receiving storage tank and analyzed for the content of ammonium, nitric and oxalic acids. If necessary, the solution is sent to a repeated decomposition cycle of ammonium nitrate. The hardware diagram of the process provides the possibility of several cycles (steps) of decomposition of ammonium nitrate, depending on its concentration in the initial solution.

Пример 1Example 1

Готовили биметаллический платино-циркониевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия (Аl2O3) фракции 0,5÷1,0 с массовым содержанием платины 0,1% масс. и циркония 0,5% масс. Раствор содержал 0,2 моль/л нитрата аммония, 5 моль/л азотной кислоты, 0,7 моль/л щавелевой кислоты.A bimetallic platinum-zirconium catalyst was prepared supported on alumina (Al 2 O 3 ) fractions of 0.5 ÷ 1.0 with a mass content of platinum of 0.1% by weight. and zirconium 0.5% of the mass. The solution contained 0.2 mol / L ammonium nitrate, 5 mol / L nitric acid, 0.7 mol / L oxalic acid.

Время контакта исходного раствора с катализатором - 90 с. Температура процесса - 95°С. Расход исходного раствора - 3 колон. об./ч. Эксперимент проводили в указанной выше последовательности.The contact time of the initial solution with the catalyst is 90 s. The process temperature is 95 ° C. The flow rate of the initial solution is 3 columns. r / h The experiment was carried out in the above sequence.

Степень разложения нитрата аммония составила ~100%.The degree of decomposition of ammonium nitrate was ~ 100%.

Пример 2Example 2

Готовили биметаллический платино-циркониевый катализатор, нанесенный на силикагель АСКГ фракции 0,3÷0,5 с массовым содержанием платины 0,09% масс. и циркония 0,5% масс. Раствор содержал 1 моль/л нитрата аммония, 5,5 моль/л азотной кислоты и 1,5 моль/л щавелевой кислоты.A bimetallic platinum-zirconium catalyst was prepared deposited on ASKG silica gel of a fraction of 0.3 ÷ 0.5 with a mass platinum content of 0.09% of the mass. and zirconium 0.5% of the mass. The solution contained 1 mol / L ammonium nitrate, 5.5 mol / L nitric acid and 1.5 mol / L oxalic acid.

Время контакта исходного раствора с катализатором - 90÷120 с. Температура процесса - 90°С. Расход исходного раствора - 3÷4 колон. об./ч. Эксперимент проводили в указанной выше последовательности.The contact time of the initial solution with the catalyst is 90 ÷ 120 s. The process temperature is 90 ° C. The flow rate of the initial solution is 3 ÷ 4 columns. r / h The experiment was carried out in the above sequence.

Результаты экспериментов представлены в таблице 1.The experimental results are presented in table 1.

Figure 00000006
Figure 00000006

Пример 3Example 3

Готовили биметаллический платино-циркониевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия (Аl2O3) фракции 0,5÷1,0 с массовым содержанием платины 0,2% масс. и циркония 1,0% масс. Раствор содержал 2 моль/л нитрата аммония, 5,5 моль/л азотной кислоты, 2 моль/л щавелевой кислоты.A bimetallic platinum-zirconium catalyst was prepared supported on alumina (Al 2 O 3 ) fractions of 0.5 ÷ 1.0 with a mass content of platinum of 0.2% by weight. and zirconium 1.0% of the mass. The solution contained 2 mol / L ammonium nitrate, 5.5 mol / L nitric acid, 2 mol / L oxalic acid.

Время контакта исходного раствора с катализатором - 100÷120 с. Температура процесса - 95°С. Расход исходного раствора - 3 колон. об./ч. Эксперимент проводили в указанной выше последовательности.The contact time of the initial solution with the catalyst is 100 ÷ 120 s. The process temperature is 95 ° C. The flow rate of the initial solution is 3 columns. r / h The experiment was carried out in the above sequence.

Результаты экспериментов представлены в таблице 2.The experimental results are presented in table 2.

Figure 00000007
Figure 00000007

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества перед прототипом: использование более дешевого катализатора (количество платины снижено в 5-20 раз по сравнению с прототипом); непрерывность и высокая производительность процесса обеспечивают технологическую пригодность разработанного способа для разложения различных концентраций аммония; внесение щавелевой кислоты в твердом виде при разложении нитрата аммония не увеличивает исходный объем раствора, что актуально при переработке аммонийсодержащих ЖРО; полная деструкция вносимой щавелевой кислоты до простых продуктов в растворе; возможность зацикливания раствора для повышения эффективности процесса разложения нитрата аммония; аппаратурное оформление процесса обуславливает простоту эксплуатации установки с возможностью выноса дозирующего устройства сыпучего реагента, термостатирующих устройств, электроприводов насосов из технологической зоны для обеспечения снижения воздействия ионизирующего излучения технологических растворов (или ЖРО) на обслуживающий персонал и обеспечения стабильного и безопасного режима протекания процесса.The proposed method has the following advantages over the prototype: the use of a cheaper catalyst (the amount of platinum is reduced by 5-20 times compared with the prototype); the continuity and high productivity of the process provide the technological suitability of the developed method for the decomposition of various concentrations of ammonium; the introduction of oxalic acid in solid form during the decomposition of ammonium nitrate does not increase the initial volume of the solution, which is important when processing ammonium-containing LRW; complete destruction of the introduced oxalic acid to simple products in solution; the possibility of looping the solution to increase the efficiency of the decomposition of ammonium nitrate; The hardware design of the process makes it easy to operate the unit with the possibility of removing the dosing device of the granular reagent, thermostatic devices, electric drives of pumps from the process zone to reduce the impact of ionizing radiation of technological solutions (or LRW) on maintenance personnel and ensure a stable and safe process flow.

Технический результат изобретения позволяет судить о возможности внедрения изобретения (способа) в технологию переработки низко- и среднеактивных аммонийсодержащих ЖРО, образующихся на различных технологических переделах производства и переработки ядерного топлива.The technical result of the invention allows us to judge the possibility of introducing the invention (method) into the processing technology of low- and medium-active ammonium-containing LRW generated at various technological stages of the production and processing of nuclear fuel.

Claims (16)

1. Способ разложения нитрата аммония в технологических растворах радиохимического производства, включающий нагрев и корректировку раствора по азотной кислоте, отличающийся тем, что процесс разложения нитрата аммония проводят в системе азотной и щавелевой кислот в присутствии твердофазного платиносодержащего катализатора в динамическом режиме в термостатируемом аппарате колонного типа непрерывного действия.1. The method of decomposition of ammonium nitrate in technological solutions of radiochemical production, including heating and adjusting the solution with nitric acid, characterized in that the process of decomposition of ammonium nitrate is carried out in a system of nitric and oxalic acids in the presence of a solid-phase platinum-containing catalyst in dynamic mode in a thermostatically controlled column type continuous apparatus actions. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе разложения нитрата аммония концентрация азотной кислоты поддерживается на уровне 4÷5,5 моль/л.2. The method according to p. 1, characterized in that during the decomposition of ammonium nitrate, the concentration of nitric acid is maintained at a level of 4 ÷ 5.5 mol / L. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе разложения нитрата аммония создается концентрация щавелевой кислоты в диапазоне 0,2÷2 моль/л.3. The method according to p. 1, characterized in that in the process of decomposition of ammonium nitrate, a concentration of oxalic acid is created in the range of 0.2 ÷ 2 mol / L. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что мольное соотношение щавелевой кислоты и нитрата аммония при разложении поддерживается на уровне (0,5÷5):1.4. The method according to p. 3, characterized in that the molar ratio of oxalic acid and ammonium nitrate during decomposition is maintained at the level of (0.5 ÷ 5): 1. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дозирование щавелевой кислоты для разложения аммония осуществляется в сухом виде через загрузочное устройство термостатируемой накопительной емкости с исходным аммонийсодержащим раствором.5. The method according to p. 1, characterized in that the dosing of oxalic acid for the decomposition of ammonium is carried out in dry form through the loading device of a thermostatically controlled storage tank with the original ammonium-containing solution. 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что температура в питающей накопительной емкости при внесении в аммонийсодержащий раствор щавелевой кислоты составляет 60÷75°C.6. The method according to p. 4, characterized in that the temperature in the supply storage tank when introduced into the ammonium-containing solution of oxalic acid is 60 ÷ 75 ° C. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс насыщения исходного аммонийсодержащего раствора проводят в термостатируемом при 70÷75°C аппарате колонного типа при подаче щавелевой кислоты в твердом виде через загрузочное устройство, представляющее собой дозатор непрерывного действия.7. The method according to p. 1, characterized in that the process of saturation of the starting ammonium-containing solution is carried out in a column-type thermostatic apparatus at 70 ÷ 75 ° C when solid oxalic acid is fed through a loading device, which is a continuous dispenser. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что транспортировка исходного раствора (содержащего нитрат аммония, азотную и щавелевую кислоты) осуществляется по обогреваемым коммуникациям.8. The method according to p. 1, characterized in that the transportation of the initial solution (containing ammonium nitrate, nitric and oxalic acid) is carried out through heated communications. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разложения нитрата аммония проводится при температуре 80÷95°C.9. The method according to p. 1, characterized in that the decomposition of ammonium nitrate is carried out at a temperature of 80 ÷ 95 ° C. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость потока питания исходного раствора нитрата аммония составляет 3÷4 колон. об./ч.10. The method according to p. 1, characterized in that the feed flow rate of the initial solution of ammonium nitrate is 3 ÷ 4 columns. r / h 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при разложении нитрата аммония осуществляется возврат образующейся газовой фазы в реакционную среду.11. The method according to p. 1, characterized in that upon decomposition of ammonium nitrate, the resulting gas phase is returned to the reaction medium. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердофазного платиносодержащего катализатора используется биметаллический платино-циркониевый катализатор, нанесенный на инертный пористый носитель, с массовым содержанием платины от 0,05 до 0,2% масс. и циркония до 1% масс.12. The method according to p. 1, characterized in that the solid-phase platinum-containing catalyst uses a bimetallic platinum-zirconium catalyst supported on an inert porous carrier, with a mass content of platinum from 0.05 to 0.2% of the mass. and zirconium up to 1% of the mass. 13. Способ по п. 1 и п. 12, отличающийся тем, в качестве носителя катализатора используется силикагель фракции 0,2÷0,5 мм.13. The method according to p. 1 and p. 12, characterized in that the silica gel fraction 0.2 ÷ 0.5 mm is used as a catalyst carrier. 14. Способ по п. 1 и п. 12, отличающийся тем, в качестве носителя катализатора используется оксид алюминия фракции 0,3÷1,0 мм.14. The method according to p. 1 and p. 12, characterized in that the aluminum oxide fraction 0.3 ÷ 1.0 mm is used as a catalyst carrier. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при разложении нитрата аммония отношение диаметра к высоте насыпного слоя катализатора в термостатируемом аппарате колонного типа составляет 1:(3÷30).15. The method according to p. 1, characterized in that during the decomposition of ammonium nitrate, the ratio of the diameter to the height of the bulk catalyst layer in a column-type thermostatic apparatus is 1: (3 ÷ 30). 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс разложения нитрата аммония может содержать от 1 до 4 ступеней (циклов) в зависимости от требуемой скорости потока и концентрации нитрата аммония в исходном растворе.16. The method according to p. 1, characterized in that the process of decomposition of ammonium nitrate can contain from 1 to 4 stages (cycles) depending on the desired flow rate and the concentration of ammonium nitrate in the initial solution.
RU2016115894A 2016-04-22 2016-04-22 Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions RU2607646C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115894A RU2607646C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016115894A RU2607646C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2607646C1 true RU2607646C1 (en) 2017-01-10

Family

ID=58452865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016115894A RU2607646C1 (en) 2016-04-22 2016-04-22 Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2607646C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776303C1 (en) * 2021-12-27 2022-07-18 Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" (АО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина") Ammonium nitrate destruction method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183541A (en) * 1990-04-09 1993-02-02 Westinghouse Electric Corp. Decontamination of radioactive metals
RU2157569C2 (en) * 1995-01-23 2000-10-10 Ковофиниш Ко., Инк. Method for removing technetium from metal contaminated with radioactive materials
US20120022312A1 (en) * 2009-04-08 2012-01-26 Jgc Corporation Method for treating radioactive liquid waste and apparatus for treating the same
RU2552845C2 (en) * 2013-05-30 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183541A (en) * 1990-04-09 1993-02-02 Westinghouse Electric Corp. Decontamination of radioactive metals
RU2157569C2 (en) * 1995-01-23 2000-10-10 Ковофиниш Ко., Инк. Method for removing technetium from metal contaminated with radioactive materials
US20120022312A1 (en) * 2009-04-08 2012-01-26 Jgc Corporation Method for treating radioactive liquid waste and apparatus for treating the same
RU2552845C2 (en) * 2013-05-30 2015-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНАНЬЕВ А.А. и др., Разложение нитрата аммония в процессах гомогенной и каталитической денитрации.: Радиохимия, т.47, вып. 2, 2005, с.140-144. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776303C1 (en) * 2021-12-27 2022-07-18 Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" (АО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина") Ammonium nitrate destruction method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8961892B2 (en) Device for carrying out chemical reactions under homogenous and heterogenous conditions
EP2089328B1 (en) Photocatalytic reactor
Klinghoffer et al. Catalytic wet oxidation of acetic acid using platinum on alumina monolith catalyst
WO2008142724A1 (en) Wastewater treatment by high efficiency heterogeneous photo-fenton process
JP5389525B2 (en) Ammonia decomposition cylinder
BR112019006251B1 (en) FIXED CATALYST BED COMPRISING METAL FOAM BODIES AND PROCESS FOR CATALYTIC REACTION
RU2607646C1 (en) Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions
CN105148935B (en) Produce 2,3,4- trifluoromethyl aniline catalyst and its preparation method and application
Lu et al. Simulation of CO2 photoreduction in a twin reactor by multiphysics models
Wang et al. Extended study of ammonia conversion to N 2 using a Ru/0.2 TiZrO 4 catalyst via catalytic wet air oxidation
Marconi et al. Catalytic effectiveness due to mass transfer limitations in triphase catalysis by polymer-supported quaternary onium salts
RU2015157473A (en) METHOD FOR PRODUCING MIXED URANIUM AND PLUTONIUM OXIDES
JP2012115750A (en) Ultraviolet ray chemical reaction apparatus
KR20010006396A (en) Method for removing nitrogen oxides in exhaust gas
RU2593163C1 (en) Method for catalytic denitration of liquid radioactive wastes
Hayes The role of reaction products in the silver-catalyzed oxidation of ethylene
US6383400B1 (en) Method for reducing nitrate and/or nitric acid concentration in an aqueous solution
RU2581958C2 (en) Method of extracting silver from process nitrate solutions
JPH0691991B2 (en) Treatment method of wastewater containing high concentration ammonium nitrate
Ramos et al. Photocatalytic decolorization of methylene blue in a glass channel microreactor
KOMIYAMA et al. A STUDY OF THE STATIONARY BED OF SUPPORTED LIQUID PHASE CATALYSTS
Li et al. Removal of SO 2 using ammonium bicarbonate aqueous solution as absorbent in a bubble column reactor
Fu et al. Insights into the reaction mechanism of catalytic wet air oxidation of ammonia over bimetallic Ru–Cu catalyst
Fukinbara et al. Characteristics of the photocatalytic reactor with an annular array of glass tubes surrounding a light source: 1. Selection of a light source and photocatalyst support
Chen et al. Crystallization kinetics of barium carbonate crystals in a lab-scale bubble-column scrubber