початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2190890

МЕТОД затвердіння РАДІОАКТИВНИХ ТА ІНШИХ НЕБЕЗПЕЧНИХ ВІДХОДІВ

Ім'я винахідника: Аншіц А.Г. (RU); Верещагіна Т.А. (RU); Воскресенська О.М. (RU); Костін Е.М. (RU); Павлов В.Ф. (RU); Ревенко Ю.А. (RU); Третьяков А.А. (RU); Шаронова О.М. (RU); Червоної А.С. (RU); Сапожникова Н.В. (RU); Кнехт Дітер Аугуст (US); Трентер Трой Джозеф (US); МАЧЕРЕТ Євген (US)
Ім'я патентовласника: Науково-дослідна установа СО РАН "Інститут хімії та хімічної технології" (RU); Федеральне державне унітарне підприємство "Гірничо-хімічний комбінат" (RU); Державне унітарне підприємство "Науково-виробниче об'єднання" Радієвий інститут ім. В.Г.Хлопіна "
Адреса для листування: 660049, г.Красноярск, вул. К.Маркса, 42, Інститут хімії та хімічної технології СО РАН, Т.А.Верещагіной
Дата початку дії патенту: 2000.10.25

Суть винаходу: для затвердіння рідких радіоактивних відходів використовують пористі стеклокристаллические блоки, які формують з порожнистих стеклокристаллических мікросфер, виділених з летючих зол від спалювання кам'яного вугілля. Блок функціонує, як губка і характеризується високим значенням відкритої пористості, однорідної пористою структурою, розмірами відкритих межглобулярних пір в інтервалі 20-100 мкм, термічною стабільністю і високою стійкістю в більшості кислот. Крім того, на внутрішню поверхню блоку наносять оксид металу. Спосіб затвердіння радіоактивних відходів в пористих керамічних блоках протікає за рахунок здійснення наступних процесів: поглинання розчинів в обсязі блоку, випаровування води при низьких температурах, статичний нагрів в звичайній печі, поворотний насичення розчином для досягнення необхідного ступеня заповнення, зв'язування радіонуклідів введеними в обсяг блоку стійкими оксидами високою поверхні, повнерозкладання солей безпосередньо у внутрішньому поровом просторі блоку, надійна фіксація радіонуклідів та інших небезпечних відходів всередині блоку шляхом кальцинації насиченою стеклокристаллических матриці, обробка блоку при високих температурах і високих тисках і капсулювання блоку в скляну або керамічну оболонку. Перевагами винаходу є підвищення стійкості отвержденной форми і ефективності переробки рідких радіоактивних та інших небезпечних відходів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області переробки рідких радіоактивних та інших небезпечних відходів шляхом їх впровадження в матрицю пористого керамічного блоку і може бути використано в ядерній енергетиці і оборонних галузях промисловості для затвердіння рідких радіоактивних відходів різного рівня активності, включаючи гомогенні кубові залишки і гетерогенні ультрадисперсні пульпи, а й в хімічних і металургійних галузях промисловості для локалізації, транспортування, дезактивації та захоронення особоопасних рідких відходів, що містять важкі метали (Pb, As, Be, Ni, Cd і ін).

Загальновизнаним підходом до вирішення проблеми поводження з високоактивними відходами є поховання їх сценарий форм в глибоких геологічних формаціях з використанням принципу мультібарьерной захисту біосфери, відповідно до якого ізоляція відходів повинна забезпечуватися кількома бар'єрами [Radioactive waste management: an IAEA source book.- Vienna: International Atomic Energy Agency, 1992.- 276 p.]. Первинним бар'єром, що забезпечує безпеку системи захоронення, є висока стійкість отвержденной форми відходів до впливу підземних вод, підвищеної температури і радіації.

Перспективним напрямком отримання стійких сценарий форм відходів високого рівня активності є включення радіонуклідів в стійкі керамічні матриці з отриманням штучних мінералоподобних з'єднань, що володіють низькою швидкістю вилуговування радіоактивних компонентів водою (10 ^-6 -10 ^-7 г / см ² · добу) [ГОСТ Р 50926- 96 "Відходи високоактивні затверділі. Технічні вимоги"]. Для цього рідкі радіоактивні концентрати піддають глибокому упарювання і кальцинації з метою термічного розкладання компонентів відходів, схильних до радіолізу (наприклад, нітратів), з подальшим спіканням або гарячим пресуванням кальцинованих продуктів з різними добавками [Никифоров А.С., Куліченко В.В., Жихарев М.І. Знешкодження рідких радіоактивних відходів. -М .: Вища школа, 1985.-164 с.].

Проблемою практичної реалізації затвердіння рідких РАВ є необхідність рівномірного розподілу радіоактивних компонентів в структурі матриці. Одним з рішень цієї проблеми є використання пористих керамічних матеріалів, що володіють однорідною пористою структурою і високою часткою вільного об'єму. Просочення такого пористого матеріалу розчинами радіоактивних відходів з подальшими стадіями видалення вологи шляхом випаровування і кальцинації солей в порах дозволяє досягти рівномірного розподілу і фіксації радіонуклідів в обсязі матриці. Відомі до теперішнього часу способи отверждения радіоактивних відходів із застосуванням пористих неорганічних матеріалів включають переважно використання мікропористих адсорбентів (цеоліти, глини, силікагель і ін.), А й пенокорунда [Захаров М. А. та ін .. неорганічні матеріали, Т.29, 3 , 1993, p.379-380] і пористих силікатних стекол [Пат. США 4224177, G 21 F 9/16, 1980]. Після насичення радіонуклідами пористі матеріали піддають змішання у вигляді пульп з різними отвердителями [Никифоров А.С., Куліченко В.В., Жихарев М.І. Знешкодження рідких радіоактивних відходів. -М .: Вища школа, 1985. -164 с. ], Гарячого пресування [Пат. РФ 2038637, G 21 F 9/16, БІ 18, 1995], сплавлению [Пат. РФ 2059308, G 21 F 9/16, БІ 12, 1996] або кальцинації [Пат. РФ 2095867, G 21 F 9/16, 9/12, 9/14, БІ 31, 1997]. Недоліками таких способів є обмеженість області їх застосування, оскільки вони специфічні для певних складів і ступеня активності рідких радіоактивних відходів. Крім того, мікропористі матеріали не здатні довго функціонувати в умовах реальних складів рідких відходів, що містять суспензії і нерадіоактивні сольові макрокомпоненти, які забивають пори і тим самим знижують просочувальну ємність твердих адсорбентів. Слід і відзначити складність здійснення повної дегідратації мікропористих матеріалів, для якої потрібні температури до 500 ^o С, і нестабільність більшості матеріалів в кислих середовищах, характерних для більшості для рідких радіоактивних відходів. Крім того, відомі пористі матриці (пенокорунд, пористі скла) насичуються компонентами відходів тільки при температурі кипіння сольових розчинів, причому для сушіння насиченого матеріалу і необхідний нагрів до точки кипіння, що є небажаним внаслідок можливого утворення аерозолів радіонуклідів.

Найбільш близьким до заявляється технічному рішенню є спосіб обробки радіоактивних матеріалів [Пат. РФ 2091874, G 21 F 9/12, БІ 27, 1997], що включає пропускання рідких радіоактивних відходів через поміщений в фільтр сорбент для вилучення радіонуклідів і поховання попередньо отвержденного відпрацьованого сорбенту, в якому перед пропусканням рідких РАВ через фільтр останній заповнюють пористою матрицею і обробляють її для отримання сорбенту у вигляді пористого формованого блоку, причому рідкі радіоактивні відходи пропускають спочатку по центральній зоні фільтра, потім по охоплює її периферійній зоні, а відпрацьований сорбент направляють на поховання разом з фільтром. Як матеріал пористого формованого блоку пропонується використовувати гранульований силікагель марки МСКГ, формований з неорганічним сполучною на основі псевдобеміта; пористе натрійсілікатное скло; пористе залізо. До недоліків способу слід віднести високу швидкість вилуговування радіонуклідів із пористого формованого блоку ( 10 ^-3 г / см ² · добу), що робить його непридатним для довготривалого захоронення. До того ж спосіб не вирішує повністю поставленого завдання поліпшення екологічної обстановки на АЕС, оскільки передбачає додаткову переробку фільтратів з солевмістом до 320 г / л. Отже, необхідний більш ефективний метод видалення і затвердіння радіоактивних та інших небезпечних відходів, який дозволяє отримувати більш стійкі затверділі форми відходів.

Метою заявляється технічного рішення є підвищення стійкості отвержденной форми і ефективності переробки рідких радіоактивних та інших небезпечних відходів.

Зазначена мета досягається тим, що для затвердіння рідких радіоактивних відходів шляхом їх впровадження в пористий формований блок проводять попередню просочення блоку рідкими радіоактивними відходами, після чого просочений блок піддають зневоднення і кальцинації, а в якості пористого формованого блоку використовують пористий стеклокрісталіческій блок на основі порожнистих стеклокристаллических мікросфер , виділених з летючих зол від спалювання енергетичного вугілля (ценосфер). Пористі формовані стеклокристаллические блоки отримують з ценосфер заданого складу шляхом їх консолідації зі сполучною, в якості якого використовують рідке силікатне скло. Після цього пористі блоки піддають багатоциклових насиченню рідкими радіоактивними відходами, сушки і, після останнього циклу, кальцинації для перекладу сухих солей в більш стійку оксидну форму. Крім того, на внутрішню поверхню блоку наносять оксид металу, вибраний з ряду ZrO _2, TiO _2, Fe ₂ O _3, Аl ₂ O _3, а просочення блоку рідкими відходами здійснюють циклічно з проміжною сушкою просоченого блоку. Після кальцинації керамічний компаунд піддають капсулювання в керамічну або склоподібну оболонку, а й гарячого пресування.

Сутність заявляється способу полягає в наступному. Для затвердіння рідких РАВ використовують пористі стеклокристаллические блоки, які формують з порожнистих стеклокрісталіческіх мікросфер, виділених з летючих зол від спалювання кам'яного вугілля (ценосфер). Блоки характеризуються високими значеннями відкритої пористості (до 90 об.%), Однорідної пористою структурою, розмірами відкритих межглобулярних пір (порожнеч між ценосфер) в інтервалі 20-100 мікрометрів, термічною стабільністю і високою стійкістю в більшості кислот, що робить можливим ефективне затвердіння відходів в широкому інтервалі рН, температур і радіонуклідного складу. Пористий блок функціонує як губка, здатна поглинати сольові розчини в значній кількості, що визначається величиною доступного внутрішнього вільного об'єму (або відкритої пористості). Концентрування, затвердіння і фіксація радіонуклідів та мінеральної складової радіоактивних відходів в пористих керамічних блоках протікає за рахунок здійснення декількох функціональних процесів:

- Поглинання розчинів в обсязі блоку за рахунок капілярних сил і високої змочуваності внутрішньої поверхні;

- Випаровування води і її інтенсивний винос сухим газом при низьких температурах (25-60 ^o С), а й шляхом статичного нагріву в звичайній печі, шляхом нагрівання гарячим повітрям або шляхом нагрівання в мікрохвильовій печі;

- Повторне насичення розчином при низькому сольовому складі відходів для досягнення необхідного ступеня заповнення;

- Зв'язування радіонуклідів введеними в обсяг блоку стійкими оксидами високої поверхні;

- Повне розкладання солей безпосередньо у внутрішньому поровом просторі блоку при температурах, нижче точки плавлення матеріалу блоку;

- Надійна фіксація радіонуклідів та інших небезпечних відходів, а й супутніх солей всередині блоку на кінцевій стадії процесу шляхом кальцинації насиченою стеклокристаллических матриці;

- Подальша консолідація блоку, що містить оксиди, при високих температурах і високому тиску;

- Подальше капсулирование блоку в скляну або керамічну оболонку.

При здійсненні заявляється способу затвердіння рідких РАВ стає можливим микрокапсулирование радіонуклідів у внутрішньому просторі блоків на основі мікросфер, включаючи порожнечі між мікроферамі і їх внутрішні порожнини. При цьому забезпечується надійна іммобілізація довгоживучих радіонуклідів поряд із значним скороченням обсягу рідких відходів, яке, в залежності від концентрації солі, може досягати 1:40.

Ценосфер для приготування стеклокристаллических блоків, використовуваних для цілей даного винаходу, були отримані з летючої золи декількох електростанцій Росії. Як приклад наведено хімічний склад ценосфер Новосибірської ТЕЦ-5, який в залежності від щільності і розміру ценосфер змінюється в наступних інтервалах для магнітних і немагнітних продуктів відповідно, мас. %: SiO ₂ - 58,0-61,0 і 64,9-66,3; Аl ₂ О ₃ - 18,2-20,4 і 20,1-21,1; Fе ₂ О ₃ - 9,7-12,3 і 3,1-4,6; MgO - 1,4-3,0 і 1,9-2,2; СаО - 2,3-3,8 і 1,8-2,7; Na ₂ О - 0,4-1,3 і 0,3-0,6; К ₂ О - 1,8-2,7 і 1,9-2,9; ТiO ₂ - 0,3-0,8 і 0,2-0,5; Na ₂ O - 0,4-1,3 і 0,3-0,6; До ₂ O - 1,8-2,7 і 1,9-2,9; TiO ₂ - 0,3-0,8 і 0,2-0,5.

Пористий стеклокристаллических матеріал високої відкритої пористості, який використовується в даному винаході, характеризується двома типами відкритих пір, включаючи межглобулярние пори (порожнечі між ценосфер) і наскрізні пори в стінці. Для отримання зазначеного матеріалу проводять відділення ценосфер стабілізованого розміру і складу, формування ценосфер і агломерацію масиву ценосфер в умовах спікання. Ценосфер спікається один з одним в точках контакту як зі сполучною, так і без нього. Стадії сепарації включають відділення важчих зруйнованих ценосфер і сторонніх часток (незгорілого вуглецевого матеріалу), а й одну або більше з таких стадій: суху магнітну сепарацію, сепарацію за розміром, гравітаційне концентровано (або сепарацію по щільності) і виділення перфорованих і неперфорованих ценосфер. Для досягнення максимальної відкритої пористості 90 об. % Стадія гравітаційного концентрування є завжди обов'язковою, що дозволяє відокремити і використовувати найлегші ценосфер. Для підвищення межглобулярного обсягу в масиві спечених ценосфер і отримання відкритих пір заданого розміру необхідно використовувати ценосфер, мають діаметр у вузькому інтервалі величин. Використання найлегшою фракції забезпечує отримання матеріалу з відкритою пористістю до 90 об.%, Порівнянної з пористістю ніздрюватих пористих матеріалів. Для цього і необхідно, щоб ценосфер мали наскрізні пори в стінці (перфоровані ценосфер), які забезпечують доступність внутрішнього об'єму ценосфер.

Для отримання стеклокристаллических блоків по одному з найбільш бажаних способів ценосфер ділять за розміром, на перфоровані і неперфоровані, на магнітні і немагнітні. Відбирають неперфоровані немагнітні ценосфер розміром -400 +50 мікрометрів (більш ніж 50, але менше ніж 400 мікрометрів) і змішують з змочувальним агентом таким, як вода, зі сполучною таким, як рідке силікатне скло, у ваговому співвідношенні ценосфер: змочувальний агент: зв'язка = 1 0,012-0,29): 0,18, після чого проводять компактування отриманої пластичної суміші в прес-формі до зменшення обсягу суміші на 10-20%. Сформовані блоки сушать при 160 ^o С 2 години і спекают при температурі вище 800 ^o С, але нижче температури розм'якшення ценосфер протягом 0,5-1 години. (Скло характеризуються температурним інтервалом плавлення: нижня межа цього інтервалу є початковою температурою розм'якшення, а верхня межа - температурою жідкоплавкого стану. Для ценосфер Новосибірської ТЕЦ-5 температура жідкоплавкого стану становить близько 1400 ^o С, а температура розм'якшення - близько 1100 ^o С. Проте значення цих величин залежать від складу ценосфер і, отже, від джерела їх отримання). Такий же спосіб отримання можна використовувати виходячи з тільки перфорованих ценосфер або з суміші перфорованих і неперфорованих ценосфер.

Для здійснення іншого кращого варіанту отримання пористих блоків неперфоровані ценосфер поміщають в тугоплавку форму заданого розміру, форму поміщають в муфельну піч і витримують при температурі спікання нижче температури жідкоплавкого стану протягом 20-60 хвилин. При спіканні в цих умовах більшість неперфорованих ценосфер стає перфорованими. Проте, для проведення додаткової перфорації ценосфер агломерат ценосфер може бути оброблений кислотними реагентами, вибраними з групи, що складається з 3-6 М соляної кислоти, NH ₄ F-HF-H ₂ O з вмістом F ^- 15-30 г-іон / л при мольному співвідношенні NH ₄ F / HF = 0,1-1,0; NH ₄ F-HCl-Н ₂ O з вмістом F ^- 1-10 г-іон / л при мольному співвідношенні F ^- / Сl ^- = 0,1-1.

Ценосфер, використовувані в даному винаході, мають діаметр в інтервалі 40-800 мікрометрів, переважно в інтервалі 50-400 мікрометрів, температуру розм'якшення понад 1000 ^o С, температуру жідкоплавкого стану близько 1400 ^o С і насипний вагу вище 0,25 г / см ^3. Отриманий пористий матеріал характеризується відкритою пористістю в інтервалі 40-90 об.%, Межглобулярнимі відкритими порами розміром в інтервалі 20-100 мікрометрів, наскрізними порами в стінці розміром в інтервалі 0,1-30 мікрометрів, щільністю, що здається в інтервалі 0,3-0, 6 г / см ³ і механічною міцністю в інтервалі 1,2-3,5 МПа.

Суть винаходу ілюструється такими прикладами. Пористі стеклокрісталлнческіе блоки, використовувані в цих прикладах, були виготовлені з ценосфер двома методами, що включають:

(А) Поділ ценосфер за магнітними властивостями і поділ немагнітного продукту за розміром. Цим методом були отримані блоки, використані в прикладах 1-5:

Близько 100 г ценосфер Новосибірської ТЕЦ-5 поділяють на магнітний і немагнітний продукти, після чого немагнітний продукт класифікують за розміром з виділенням фракції -200 + 50 мікрометрів (приклади 1 і 2) і -400 + 50 мікрометрів (приклади 3, 4 і 5) . Наважку ценосфер в кількості 75 г змішують з 13,5 г натрійсілікатного скла і 15 мл води. Отриману пластичну масу порціями ущільнюють в циліндричної прес-формі діаметром 16 мм (діаметр форми може бути 35, 40, 56 мм в залежності від необхідного розміру зразка) шляхом одностороннього здавлювання до зменшення обсягу суміші на 20%. Сформований блок видаляють з форми і сушать при 160 ^o С 1 годину. Після сушіння блоки поміщають в муфельну піч на керамічну підставку і спекают шляхом нагрівання від кімнатної температури до 850 ^o С зі швидкістю 10 ^o С / хв і витримування при 850 ^o С 0,5 години. Після цього піч відключають і, перш ніж видалити з неї блоки, залишають до повного охолодження.

(Б) Поділ ценосфер за магнітними властивостями, поділ немагнітного продукту за розміром і виділення перфорованого і неперфорованого продуктів. Цим методом були отримані блоки, використані в прикладах 6-9:

Близько 800 г ценосфер Новосибірської ТЕЦ-5 поділяють на магнітний і немагнітний продукти, після чого близько 500 г немагнітного продукту класифікують за розміром з виділенням фракції -400 + 50 мікрометрів (близько 450 г), а з іншої частини немагнітного продукту вагою 260 г виділяють фракцію -160 + 100 мікрометрів (близько 100 г) і -400 + 200 мікрометрів (близько 60 г). Потім кожну фракцію окремими порціями упаковують в тканинний мішок і послідовно поміщають в скляну посудину, який відкачують водоструминним насосом до залишкового тиску 8,0 кПа і витримують при цьому розрідженні 20-30 хвилин. Після цього ємність з ценосфер заповнюють водою шляхом засмоктування і залишають ще на 20-30 хвилин до припинення дегазації рідини. При цьому ценосфер утримуються під шаром води металевою сіткою. Після закінчення цієї процедури ємність з'єднують з атмосферою, в результаті чого відбувається заповнення водою внутрішніх порожнин перфорованих ценосфер. Вологі ценосфер видаляють з тканинного мішка і поміщають в скляний стакан з водою так, що ценосфер діляться на плаваючий шар (неперфоровані продукт) і потонув шар (перфорований продукт). Шари фільтрують у воронці Бюхнера і сушать при 110-150 ^o С. Маємо таку вихід різних продуктів, представлений в табл.1

Наважку виділених перфорованих ценосфер розміром -400 +50 мікрометрів в кількості 50 г змішують з 9 г натрійсілікатного скла і 10 мл води. 75 г виділених неперфорованих ценосфер розміром -160 + 100 мікрометрів змішують з 13,5 г натрійсілікатного скла і 15 мл води. 45 г виділених неперфорованих ценосфер розміром -400 + 200 мікрометрів змішують з 8 г натрійсілікатного скла і 9 мл води. Отримані пластичні маси порціями ущільнюють в циліндричної прес-формі діаметром 16 мм (для фракцій -400 +50 і -160 + 100 мікрометрів) і в конічної форми 35 · 40 мм (для фракцій -400 + 200 мм) шляхом одностороннього здавлювання до зменшення обсягу суміші на 20%. Блоки, сформовані з перфорованих і неперфорованих ценосфер, видаляють з форм і сушать при 160 ^o С 1 годину. Після сушіння блоки поміщають в муфельну піч на керамічну підставку і спекают шляхом нагрівання від кімнатної температури до 850 ^o С зі швидкістю 10 ^o С / хв і витримування при 850 ^o С 0,5 години. Після цього піч відключають і, перш ніж видалити з неї блоки, залишають до повного охолодження.

приклад 1

Для затвердіння використовували імітатор рафината першого екстракційного циклу переробки відпрацьованих стандартних уранових блоків (ОСУБ) наступного складу:

НNО _3, г / л - 30

Fe (3), г / л - 20

Сr (3), г / л - 15

Ni, г / л - 15

Pu, мг / л - 15.

Насиченню піддавали пористий блок на основі стеклокристаллических порожнистих мікросфер, виділених з зол віднесення від спалювання ковальських вугілля, який характеризується наступними параметрами:

Форма - циліндрична

Маса, г - 25,2

Діаметр, мм - 56,0

Висота, мм - 24,0

Щільність, г / см ³ - 0,43

Повна вологоємність, см ³ / г - 0,93

Відкрита пористість, об.% - 40,0

Хімічний склад матриці, мас.%:

SiO ₂ - 65,5

Аl ₂ О ₃ - 20,3

Fe ₂ O ₃ - 3,9

CaO - 2,6

MgO - 2,2

SO ₃ - 0,74

п.п.п. - 0,7

У блок вводять 150 мл розчину імітатора шляхом багаторазового просочення з проміжною сушкою в печі на повітрі при 50-150 ^o С протягом 120 хвилин. Кожен цикл насичення / сушка включав поглинання близько 20 мл сольового розчину і подальшу сушку. Після останньої стадії сушки насичений солями блок прожарюють у муфельній печі при 800 ^o С протягом 120 хвилин. Капсулювання блоку не проводять. Міцність фіксації Рu в керамічному компаунді без капсулірующей оболонки досліджували по ГОСТ 29114-91. Отримані наступні результати:

Ступінь заповнення блоку оксидами відходів - 42,2%.

Зміст в блоці Рu - 2,3 мг.

Середня швидкість вилуговування Рu в воді за 93 діб - - 5,9 · 10 ^-6 г / см ² · добу.

приклад 2

Для oтвержденія використовували імітатор рафината першого екстракційного циклу переробки відпрацьованих стандартних уранових блоків (ОСУБ) як в прикладі 1, але вміст плутонію досягало 43 мг / л.

Насиченню піддавали керамічний блок такого ж хімічного складу як в прикладі 1, який характеризується наступними параметрами:

Форма - циліндрична

Маса, г - 25,0

Діаметр, мм - 56,0

Висота, мм - 24,0

Щільність, г / см ³ - 0,44

Повна вологоємність, см ³ / г - 1,10

Відкрита пористість, об.% - 51,0

У блок ввели 150 мл розчину імітатора шляхом багаторазового просочення з проміжною сушкою в печі при 50-150 ^o С протягом 120 хвилин. Після останньої стадії зневоднення насичений солями блок прожарили в муфельній печі при 800 ^o С протягом 120 хвилин. Блок покрили оболонкою легкоплавкого скла, яке має наступні характеристики:

Температура розм'якшення - 352 ^o С.

Коефіцієнт лінійного розширення - 1,03 · 10 ^-5 град ^-1.

Хімічний склад, мас.%:

В ₂ О ₃ - 16,0

РbО - 80,0

ZnO - 4,0.

Міцність фіксації Рu в керамічному компаунді досліджували як в прикладі 1. Отримані наступні результати:

Ступінь заповнення блоку оксидами відходів - 44,7%.

Зміст в блоці Рu - 6,5 мг.

Середня швидкість вилуговування Рu в воді за 93 діб - 2,5 · 10 ^-7 г / см ² · добу.

приклад 3

Для затвердіння використовували імітатори рідких радіоактивних відходів у вигляді розчинів NaNO _3, СsNО ₃ і SrNО ₃ з концентрацією 100 г / л. Насиченню піддавали циліндричні стеклокристаллические блоки на основі ценосфер, характеристики яких наведені в табл.2.

Просочення блоків модельними розчинами здійснювали циклічно з проміжним вентилюванням просочених блоків висушеним повітрям при температурі 25 ^o С і швидкості потоку повітря 0,1 м / сек і конденсацією вологи з насиченого газу. Потім блоки витримували при 150 ^o С протягом 2-х годин і відпалювали при 850 ^o С в муфельній печі. Капсулювання блоків не проводилося.

Міцність фіксації Na, Cs і Sr у склокерамічним компаунді без капсулірующей оболонки досліджували як в прикладі 1. Отримані результати наведені в табл.2.

приклад 4

Насичення блоків проводили як в прикладі 3. Після відпалу блоки були покриті керамічною оболонкою наступного складу, в мас.%:

SiO ₂ - 55,5

Аl ₂ O ₃ - 6,4

CaO - 28,5

MgO - 9,3

ТiO ₂ - 0,3

Міцність фіксації Na, Cs і Sr у капсульованому керамічному компаунді досліджували як в прикладі 1. Отримані результати наведені в табл.3.

приклад 5

Отверждение імітаторів рідких радіоактивних відходів проводили як в прикладі 3 з використанням розчину Sr (NO _3)2. Попередньо на внутрішню поверхню блоку наносили оксид металу, вибраний з ряду ZrO _2, TiO _2, Fе ₂ О _3, Аl ₂ O _3, в кількості 15-30 мас.%. Остаточний випал насичених SrO блоків проводили при 1000 ^o С. Після випалу все блоки містили 2,8-3,0 мас.% SrO. Капсул ірованія отриманих керамічних компаундов не проводилося. Властивості сценарий продуктів наведені в табл.4.

Результати, отримані в прикладах 1, 3 і 5, показують, що затверділі керамічні компаунди досить міцно утримують радіонукліди навіть без капсулірующей оболонки. При цьому середні швидкості вилуговування для Cs з некапсулірованних зразків досягають ^(1,6-5,1) (10 -5 г / см ² · добу, для Sr - (2,1 · 10 ^-6 г / см ² · добу) - (1,5 · 10 ^-4 г / см ² · добу), а для Рu - 5,9 · 10 ^-6 г / см ² · добу. Ці швидкості вилуговування вище, ніж в прототипі, але нижче допустимих величин згідно з ГОСТ р 509226-96.

Упаковка керамічних блоків в керамічні або склоподібні оболонки, а й введення до складу блоку мікрокапсулірующіх оксидних добавок (ZrO _2, TiO _2, Al ₂ O ₃₎ в кількості 15-30 мас.%, Забезпечує підвищення стійкості сценарий продуктів і зниження швидкості їх вилуговування до значень, що допускаються при довготривалому похованні високоактивних сценарий відходів (близько 10 ^-6 г / см ² · добу для Sr і Cs, і 2,5 · 10 ^-7 г / см ² · добу для Рu). Некапсулірованние затверділі керамічні компаунди, включаючи блоки з Fе ₂ О _3, можуть бути використані для тимчасового зберігання радіоактивних відходів, включаючи транспортування до місця їх подальшої переробки.

приклад 6

Для визначення ступеня насичення пористих стеклокристаллических блоків солями рідких відходів використовують два імітатора актінідних розчинів наступного складу.

Аліквоти розведеного актінідно-лантанідних розчину додають в блоки, виготовлені з немагнітних неперфорованих ценосфер, шляхом багатоциклового насичення з проміжною сушкою повітрям при 100-130 ^o С протягом 2 годин в трубчастої печі при швидкості потоку 0,1 м / сек. Блоки на основі перфорованих ценосфер насичують під вакуумом імітатором актінідного фільтрату і шляхом багатоциклового насичення з попеременной сушінням в трубчастої печі в аналогічних умовах. Після останньої стадії сушки блоки, насичені солями, зважують для визначення ступеня насичення солями, що розраховується щодо загальної маси насиченого блоку. Характеристики блоків і отримані результати наведені в табл. 5.

Результати, наведені в табл. 5, показують, що ступінь насичення солями блоків на основі перфорованих ценосфер становить близько 50 мас.%. Ця величина майже в 2 рази вище, ніж ступінь насичення блоків на основі неперфорованих ценосфер, що, мабуть, пов'язано з відкладенням солей як всередині ценосфер, так і в пустотах між ценосфер.

приклад 7

У цьому прикладі блоки на основі перфорованих ценосфер насичують під вакуумом розведеним актінідно-лантанідних розчином і імітатором актінідного фільтрату як в прикладі 6. Однак проміжну сушку проводять в мікрохвильовій печі з метою зменшення часу сушіння. Після останньої сушки зважуванням визначають ступінь насичення блоків солями, що розраховується щодо загальної маси насиченого блоку. Характеристики блоків і отримані результати наведені в табл. 6.

Таблиця 6 показує, що час сушки значно зменшується при використанні мікрохвильової печі. Ступінь насичення блоків 82-рс і 73-рс солями близька до величинам, отриманим в попередньому прикладі 7, і становить 40-50%. Ступінь насичення блоків 81-рс і 96-рс нижче, оскільки ці блоки насичували більш розведеними розчинами і їх випробування було завершено до настання повного насичення.

приклад 8

Для визначення можливості використання пористих блоків на основі ценосфер для транспортування радіонуклідів до місця їх кваліфікованої переробки був проведений тест з вилучення солей з насиченого блоку після його кальцинації. Пористий блок на основі неперфорованих ценосфер (# 35-7) насичують імітатором розведеного актінідно-лантанідних розчину складу, як у прикладі 6, шляхом багатоциклового насичення розчином з проміжною сушкою блоку. У імітатор додатково вводять слідові кількості А m-241 для полегшення кінетичних вимірювань методом -спектроскопіі. Насичений блок поміщають в 6 М НNО ₃ при 60 ^o С при постійному перемішуванні. Через певні проміжки часу відбирають невеликі аліквоти кислотного розчину для визначення кількості виділився А m-241. Результати представлені на кресленні. Наведені дані показують, що після 1 години контакту блоку з розчином кислоти відбувається практично повне вилучення оксидів з обсягу блоку.

приклад 9

Пористі блоки (# 161-54, # 161-56 і # 161-58), отримані з немагнітних неперфорованих ценосфер, насичують компонентами іншого імітатора актінідного розчину, що містить плутоній (табл. 7). Як імітатор плутонію використовують нітрат церію, допирований Рu-239.

Насичення проводять протягом 5 циклів з проміжною сушкою при 130 ^o С 1 годину, після чого блоки прокаливают при 800 ^o С протягом 0,5 години. У цих умовах ступінь насичення блоків склала близько 20 мас.%. Два насичених блоку компактіруют методом гарячого пресування в наступних умовах:

Тиск, кг / см ² (29.4 МПа) - 300

Температура, ^o С - 900

Час, час - 0.5

Температура скидання тиску, ^o С - 400

Зразки після гарячого пресування були випробувані на міцність утримування плутонію і америцію протягом 100 днів при 90 ^o С за методикою МСС-1. Параметри Рu-містять зразків і швидкості вилуговування представлені в табл. 8 і 9.

Наведені дані показують, що кінцева oтвержденная форма відходів, отримана в результаті гарячого пресування, є стабільним склокерамічним матеріалом, що характеризується низькою швидкістю виділення Рu.

Можливі інші модифікації винаходу в світлі представленого опису. Зміни можуть бути внесені в окремих випадках здійснення винаходу, визначених формулою винаходу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Метод затвердіння рідких радіоактивних та інших небезпечних відходів шляхом їх впровадження в пористий формований блок, до складу якого приготування пористого формованого блоку і попередню його просочення рідкими радіоактивними відходами, що відрізняється тим, що просочений пористий формований блок піддають сушці і кальцинації, а в якості пористого формованого блоку використовують пористий стеклокристаллических блок на основі ценосфер, виділених з летючих зол від спалювання енергетичного вугілля.

2. Метод з п. 1, який відрізняється тим, що насичення пористого склокристалічного блоку відходами та його сушку проводять багаторазово, причому насичення і сушку проводять по черзі.

3. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що сушку проводять шляхом активного вентилювання насиченого формованого блоку сухим повітрям при кімнатній температурі і конденсацією вологи з насиченого газу.

4. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що сушку проводять шляхом нагрівання в мікрохвильовій печі.

5. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що сушку проводять в печі.

6. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що після кальцинації насичений блок покривають оболонкою з низкоплавкого скла або керамічної оболонкою.

7. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок має відкриту пористість до 90 об. %.

8. Метод по п. 7, який відрізняється тим, що блок має відкриту пористість 40-90 об. %.

9. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що сушку проводять при температурі 50-150 ^o С протягом 120 хв.

10. Метод по п. 2, який відрізняється тим, що кальцинації проводять при температурі близько 800 ^o С протягом 120 хв.

11. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що до насичення пористого блоку відходами на внутрішню поверхню блоку наносять оксид металу.

12. Метод по п. 11, який відрізняється тим, що оксид металу вибирають з ряду, що включає ZrO _2, TiO _2, Fe ₂ O _3, Al ₂ O _3.

13. Метод по п. 12, який відрізняється тим, що кальцинації проводять при температурі 1000 ^o С.

14. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що ценосфер в складі пористого блоку є неперфорованими.

15. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що ценосфер в складі пористого блоку є перфорованими.

16. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що в якості рідких радіоактивних відходів використовують рафінат першого екстракційного циклу переробки відпрацьованого ядерного палива.

17. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що рідкі радіоактивні відходи включають актинідії і лантаніди.

18. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що рідкі радіоактивні відходи включають цезій, стронцій і плутоній.

19. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що ценосфер в складі пористого склокристалічного формованого блоку є немагнітними.

20. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що ценосфер в складі пористого склокристалічного формованого блоку є магнітними.

21. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок включає ценосфер діаметром 400 + 50 мкм.

22. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок включає ценосфер діаметром 160 + 100 мкм.

23. Метод по п. 1, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок включає в якості сполучного силікатне скло.

24. Метод по п. 23, який відрізняється тим, що після кальцинації насиченого формованого блоку проводять гаряче пресування.

25. Метод по п. 24, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок має відкриту пористість 40-50 об. %, Межглобулярние порожнечі розміром 20-60 мкм, а в якості ценосфер включає немагнітні неперфоровані ценосфер діаметром 160 + 100 мкм.

26. Метод по п. 23, який відрізняється тим, що пористий стеклокристаллических формований блок має відкриту пористість 60-70 об. %, Межглобулярние порожнечі розміром 20-60 мкм, а в якості ценосфер включає немагнітні перфоровані ценосфер діаметром 160 + 100 мкм.

Версія для друку
Дата публікації 20.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів