Осуществление процесса обезвоживания, кальцинации и плавления в одном аппарате

Осуществление процесса обезвоживания, кальцинации и плавления в одном аппарате связано с подачей жидких отходов непо­средственно в зону высоких температур в аппарат, где находится стеклоподобный расплав. Процесс осложняется в случае контакта водяных паров с поверхностью расплава.

Одним из вариантов технологического оформления являются про­цессы, известные под названием метода «поднимающегося уровня жидкости». Процесс осуществляют постепенной подачей в тигель раствора, переработку которого ведут таким образом, чтобы расплавленный материал был покрыт слоем кальцинированного твердого остатка, который в свою очередь покрыт слоем кипящего раствора. Находящийся на поверхности расплава твердый продукт — хороший сорбент для улавливания летучих соединений, а слой жидкости — ловушка для образующихся в результате кальцинации аэрозолей. Производительность такого процесса ограничивается низким значением теплопроводности системы и необходимостью удержания на расплаве твердой, и жидкой фаз. Процесс может проводиться как в сменных тиглях разо­вого действия, так и в стационарном плавителе с разливом расплава в емкости, идущие на захоронение. Во втором случае повышается требование к вязкости расплава, которая должна быть достаточной для разлива и плотного заполнения емкостей. В первом случае вязкость должна быть достаточной лишь для образования непористого продукта.

Тигельные процессы могут быть периодического и непрерывного действия. Периодические процессы могут быть представлены двумя вариантами: тигель, в котором осуществляется процесс, после заполнения стеклом направляется на захоронение (тигель разового пользования); расплав из тигля-плавителя выливается в другую емкость, идущую на захоронение (тигель многоразового пользования).

Непрерывный процесс может быть представлен электропечью ЭП-100, функционирующей на ПО «Маяк».

Подвод тепла к шихте и необходимая для проведения процесса температура достигаются пропусканием переменного электрического тока через расплав стекломассы. Схема установки показана на рисунке 1.

1 — керамический плавитель; 2 — емкость со стекломассой; 3 – трубы водяного охлаждения; 4 - выработочная зона (зона выдачи); 5 - донный переток; 6 – варочная зона; 7 – молибденовые электроды; 8 – трубчатые питатели; 9 – барботер с трубчатым холодильником; 10 – фильтр с грубой очисткой; 11 – фильтр тонкой очистки; 12 – колонна для улавливания четырехокиси рутения; 13 – абсорбционная колонна для улавливания окислов азота

Рисунок 1. - Схема установки остекловывания ЭП-500

Плавитель представляет собой прямоугольный бассейн, выложен­ный из огнеупорных блоков в металлическом корпусе. Электропечь разделена на две зоны: варочную и выработочную. Зоны соединены донным перетоком. Тепло, необходимое для ведения процесса, выделяется в расплавленной стекломассе при про­пускании переменного электрического тока между противоположно расположенными электродами, выполненными из молибдена.

Перерабатываемый раствор подают в варочную зону через труб­чатые питатели без форсунок. Для получения фосфатного стекла раст­вор предварительно смешивают с ортофосфорной кислотой. Под питателями на стекломассе образуется кальцинированный продукт, на верхней поверхности кальцината происходит обезво­живание поступающего раствора и кальцинация сухого остатка, ниж­няя часть которого постепенно переходит в расплав.

По мере накопления стекломассы, уровень которой в варочной и выработочной зонах из-за наличия донного перетока одинаков, готовое стекло из смонтированного на определенном уровне в выработочной зоне сливного отверстия сливается в приемную цилиндрическую емкость. Объем сливаемой порции стекла составляет 200 л.

Отходящие газы из электропечи поступают в барботер-конденсатор, где в процессе барботажа через слой охлаждаемой жидкости (конден­сата) происходит конденсация паров воды и азотной кислоты, а также улавливание и растворение твердой фазы и радионуклидов в конденса­те. Дополнительная конденсация паров осуществляется в трубчатом дефлегматоре. Очистка газа от аэрозолей производится на фильтре гру­бой очистки и фильтре тонкой очистки. Для улавливания паров четырехокиси рутения предназначена колонна с пиролюзитом. Оконча­тельная очистка газов от окислов азота происходит на абсорбционной колонне.

Для предотвращения образования на поверхности расплава сплошного слоя плотного кальцината, а также для снижения отгонки компонентов расплава в ходе процесса в раствор вводится восстанови­тель — техническая патока меласса. Образование газообразных продуктов в результате взаимодействия мелассы с нитратным раствором на стадии обезвоживания и кальцинации приводит к раз­рыхлению кальцината и появлению свободно плавающей по поверхно­сти стекла пористой пенообразной массы, неспособной образовывать плотную корку.

Использование керамического плавителя в одностадийном процессе приводит к созданию громоздкой аппаратуры, так как необходимая для обезвоживания энергия подводится к кальцинированному продукту через поверхность расплава и, следовательно, производительность установки зависит от поверхности варочной зоны.

Недостатки керамических плавителей джоулева нагрева:

1) Невысокая удельная производительность.

2) Большие габариты и трудность демонтажа и ремонта.

Срок службы керамических плавителей оценивается от 1-2 до 3 лет и более.

Предварительное глубокое обезвоживание отходов позволяет значительно увеличить производительность (или уменьшить габаритные размеры) плавителя.