СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1995 года по МПК G21F9/16 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к способам обработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), преимущественно низкого и среднего уровней активности, которые образуются на атомных электростанциях (АЭС) и предприятиях, связанных с переработкой делящихся материалов.

При эксплуатации АЭС одной из главных задач является значительное уменьшение объемов (концентрирование) радиоактивных отходов, а также перевод их в форму, удобную для надежного длительного хранения (500-1000 лет). Для этого их концентрируют путем выпаривания, сушки и включают в различные связующие (цемент, термопластичные органические связующие, стекло). Радиоактивные отходы в твердой форме занимают меньший объем и их значительно проще, дешевле и безопаснее хранить.

Известен способ обработки ЖРО, включающий концентрирование отходов и отверждение их с помощью цемента [1]
При этом способе обработки ЖРО объем концентратов за счет цемента увеличивается в 1,5-2 раза. Цементные блоки необходимо хранить в специальных могильниках, не допускающих контакта с водой, так как скорость выщелачивания радионуклидов из цементных блоков достаточно высока ≈ 10^-2-10^-3 г/см².сут. Кроме того, прочность на сжатие цементных блоков составляет 2-8 МПа.

Известен также способ обработки ЖРО на АЭС, включающий концентрирование отходов и смешение их с термопластичным органическим связующим, например битумом [2]
Битумные монолитные блоки включают до 40% радиоактивных солей, надежнее фиксируют в себе радионуклиды и могут храниться длительное время в любых хранилищах твердых отходов. Скорость выщелачивания радионуклидов из битумных блоков составляет ≈ 10^-4-10^-5 г/см².сут.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки ЖРО, включающий выпаривание отходов до остаточной влажности 40-80% смешение их с глинистым материалом, содержащим незначительное количество цемента, в весовом соотношении 1: 1-2:1, формование смеси, термообработку при температуре 20-150^оС и капсулирование компаунда керамическим или металлическим защитным слоем [3]
Известный способ позволяет фиксировать в отвержденном компаунде до 50% радиоактивных солей. При этом скорость выщелачивания из такого компаунда составляет ≈ 10^-6 г/см².сут.

Задача изобретения повышение водоустойчивости компаунда и его прочности.

Для этого ЖРО выпариваются до остаточной влажности 60-90% Затем их смешивают со связующим, в качестве которого используют раствор жидкого натриевого стекла. Массовая доля раствора стекла в смеси составляет 5-10% Далее смесь формуют путем прессования давлением не менее 5 МПа. Данный выбор определен требованиями на прочность компаунда и стандартами МАГАТЕ. Прессованный цилиндрический компаунд подвергают термообработке путем сушки при температуре 90-150^оС в течение 0,5-1,5 ч. Температурный режим определяется процессом полимеризации жидкого стекла. Время сушки зависит от величины компаунда. После сушки без охлаждения компаунда на него наносится защитный слой в виде гидрофобизующей смеси канифоли, парафина и энергетического шлака. Для этого используют цилиндрическую фторопластовую форму, диаметр которой превышает диаметр компаунда на 0,5-2 см. Предварительно дно формы покрывают гидрофобизующей смесью на 0,25- 1 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму.

Гидрофобизующую смесь готовят следующим образом. Расплавляют 1-3 мас.ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10-14 мас.ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с компаундом, либо в тех же массовых частях приготовленную сухим способом (простым смешением компонентов) смесь засыпают в форму между ее стенкой и горячим компаундом, от которого гидрофобизующая смесь расплавляется непосредственно на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы.

П р и м е р 1. В качестве имитатора ЖРО используют раствор NaNO₃ концентрацией 40 г/л (раствор 1). Раствор выпаривают до остаточной влажности 60-90% Затем его смешивают с раствором жидкого натриевого стекла, массовая доля которого в смеси составляет 5% Далее смесь подвергают прессованию в цилиндрической матрице давлением 5 МПа. Цилиндрический компаунд сушат в сушильном шкафу при температуре 90^оС в течение 1,5 ч. После сушки без охлаждения компаунда его капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака, которую готовят следующим образом. Расплавляют 1 мас. ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10 мас.ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Этой смесью покрывают дно цилиндрической фторопластовой формы на 0,5 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму, диаметр которой на 1 см превышает диаметр компаунда. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с компаундом. Смесь, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы. Опыты с другими соотношениями раствора жидкого натриевого стекла и гидрофобизующей смеси проводились аналогично, а их результаты приведены соответственно в табл.1 и 2.

П р и м е р 2. В качестве имитатора ЖРО используют раствор (раствор 2), содержащий в своем составе, г/л: NaNO₃ 40 NaCO₃ 6,8 NaF 4,5 Fe(NO₃)₃ 0,6 Al(NO₃)₃ 0,6 Na₂C₂O₄ 7,0 Органические вещества 0,6
Раствор выпаривают до остаточной влажности 60-90% Затем его смешивают с раствором жидкого натриевого стекла, массовая доля которого в смеси составляет 10% Далее смесь подвергают прессованию в цилиндрической матрице давлением 5 МПа. Цилиндрический компаунд сушат в сушильном шкафу при температуре 150^оС в течение 0,5 ч. После сушки без охлаждения компаунда его капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака, которую готовят следующим образом. 3 мас.ч. канифоли, столько же парафина и 14 мас. ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм перемешивают сухим способом. Этой смесью покрывают дно цилиндрической фторопластовой формы на 0,5 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму, диаметр которой на 1 см превышает диаметр компаунда. Затем эту смесь засыпают в форму между ее стенкой и горячим компаундом, от которого смесь расплавляется непосредственно на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы. Опыты с другими соотношениями раствора жидкого натриевого стекла и гидрофобизующей смеси проводились аналогично, а их результаты приведены соответственно в табл.1 и 2.

Использование: в атомной энергетике, а именно при обезвреживании жидких радиоактивных отходов атомной промышленности. Сущность изобретения: отходы выпаривают, смешивают их с раствором жидкого натриевого стекла, массовая доля которого составляет 5-10 смесь формуют путем прессования, проводят термообработку при 90 150°С и капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака. Преимущественно в гидрофобизующей смеси канифоль, парафин и энергетический шлак используют в соотношении, мас. ч. 1-3:1-3: 10: 14 соответственно, а термообработку при 90-150°С осуществляют в течение 0,5-1,5 ч. Отвержденный компаунд обладает высокой водоустойчивостью и прочностью. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий выпаривание отходов, смешение их со связующим, формование смеси, термообработку компаунда при 90-150^oС и его капсулирование защитным слоем, отличающийся тем, что в качестве связующего используют раствор жидкого натриевого стекла, массовая доля которого в смеси составляет 5-10% смесь формуют путем прессования, а защитный слой выполняют из гидрофобизующей смеси канифоля, парафина и энергетического шлака. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в гидрофобизующей смеси канифоль, парафин и энергетический шлак используют в соотношении 1-3:1-3:10-14 мас.ч. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термообработку компаунда осуществляют в течение 0,5-1,5 ч.