СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ГРУНТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ Российский патент 1998 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки твердых радиоактивных отходов. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован при переработке радиоактивных грунтов, имеющих в своем составе органические компоненты как искусственного, так и естественного происхождения. К первому типу таких компонентов можно отнести различные нефтепродукты, соединения полимерного типа и тому подобное, а к органическим компонентам естественного происхождения относятся в первую очередь торф, илы водоемов и другие продукты жизнедеятельности животного и растительного мира.

Известен способ обработки загрязненного радиоактивными веществами грунта [1] , включающий обработку грунта водным раствором, содержащим карбонизированную воду, кондиционирующее вещество и комплексообразователь, растворяющий радиоактивные загрязнения.

Основным недостатком известного способа является его неприменимость для обработки грунтов, содержащих нерастворимые в воде радиоактивные примеси. Кроме того, при реализации известного способа происходит образование значительного количества жидких радиоактивных отходов низкой активности, требующих также специальной переработки для их перевода в отвержденное состояние, что делает способ неэкономичным.

Известен также способ восстановления загрязненных твердых материалов с помощью ионообменного порошкового реагента [2], включающий обработку загрязненной тяжелыми металлами или радиоактивными веществами почвы жидкостью, в которой присутствует твердый порошкообразный реагент, обладающий ионообменными свойствами (органический полимер малой плотности в смеси с глиной и цеолитом). После очистки почву рекультивируют, а реагент направляют на регенерацию.

К недостаткам этого способа относятся, во-первых, его малая эффективность при обработке почв, имеющих в своем составе компоненты, обладающие сорбционными свойствами, как, например, илы или торфяники, а во-вторых, образование вторичных радиоактивных отходов, требующих специальной переработки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ кондиционирования промаслянных грунтов [3].

Суть способа заключается в том, что радиоактивный грунт, содержащий от 30 до 40% (относительно массы грунта) масел обрабатывают пластификатором, состоящим из полибициклогептена, антимоттанта и антиоксидента, после чего смесь подвергают цементированию при следующем соотношении ингредиентов, %: 37-55 цемента, 25 - 40 промаслянного грунта, 17 - 20 воды и до 20 (относительно массы грунта) пластификатора. Способ предназначен для перевода радиоактивных грунтов, содержащих органические примеси в состояние удобное для долгосрочного безопасного хранения.

Недостатками известного технического решения являются повышенный объем и невысокое качество получаемого конечного продукта, ограниченность применимости способа для переработки радиоактивных грунтов, загрязненных иными по своей физико-химической природе органическими примесями, а также пониженная экономичность.

Повышенный объем получаемого цементного камня и пониженная экономичность способа определяются использованием при его реализации готового цемента.

Причиной невысокого качества, а также повышенного объема готового продукта является присутствие в получаемом цементном камне органической масляной фазы.

Ограниченность применимости способа выражается в том, что при цементировании радиоактивных грунтов, имеющих в своем составе соединения полимерного типа (особенно в мелкодисперсном состоянии), илы (грунты со дна водоемов), торф и тому подобное из-за их существенной разнородности с цементом цементный камень будет обладать плохими физико-механическими свойствами (низкая прочность, повышенная пористость) или даже не образовываться совсем, т.е. конечный продукт будет непригоден для длительного хранения.

Преимуществами заявляемого способа являются сокращение объема захораниваемого конечного продукта за счет снижения объема органической составляющей в процессе реализации способа и исключение использования готового цемента, повышение прочностных характеристик конечного продукта за счет изменения физико-химической природы органической составляющей, расширение области применения способа за счет обеспечения возможности его использования при переработке радиоактивных грунтов, загрязненных органическими компонентами, как естественного происхождения (торфом, илами водоемов), так и искусственно полученными органическими соединениями полимерного типа, а также повышение экономичности за счет исключения использования готового цемента.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что радиоактивный грунт, содержащий органические примеси естественного и/или искусственного происхождения смешивают с известняком, глиноземом, и минерализатором. Полученную смесь обжигают при температуре 800 - 1100^oC, продукт обжига размалывают до удельной поверхности 2500 - 4500 см²/г, затворяют и выдерживают до образования монолита.

Радиоактивный грунт, содержащий органические компоненты, известняк, глинозем и минерализатор, берут при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Радиоактивный грунт, содержащий органические компоненты - 50 - 60
Известняк (в пересчете на CaO) - 20 - 35
Глинозем - 3 - 4
Минерализатор - Остальное
Сущность способа заключается в том, что при обжиге вышеуказанной смеси происходит выгорание ее органической составляющей с образованием удаляемых летучих компонентов, а ее неорганическая часть после обжига и размола образует цементный материал, обладающий способностью при его затворении водной фазой схватываться с образованием цементного камня, в котором концентрируется основная масса радионуклидов, причем доля органической составляющей в перерабатываемом загрязненном грунте может достигать до 80 мас.%.

При содержании какого-либо из компонентов смеси, отличного от вышеприведенного количества, не будет происходить образования вяжущего материала в процессе обжига смеси, следствием чего будет невозможность образования цементного камня на завершающей стадии способа.

Минимальная температура обжига, составляющая 800^oC, обусловлена тем, что при более низких температурах не будет происходить синтез вяжущего материала, а при подъеме температуры сверх 1100^oC произойдет разрушение фаз, определяющих вяжущие свойства синтезированного материала.

Размол получаемого цементного клинкера до удельной поверхности 2500 - 4500 см² г является стандартным приемом при приготовлении цементов.

В качестве минерализатора, предназначенного для ускорения реакции разложения сырьевых компонентов и образования фаз, определяющих вяжущие свойства синтезированного материала, используют NaCl, NaNO₃, NaF, Na₂CO₃, CaCl₂, Ca(NO₃)₂, CaF₂ или их смеси в любом соотношении.

Способ реализуется следующим образом.

100 г радиоактивного грунта, содержащего органические примеси в количестве 40 мас.%, смешивают с известняком (в пересчете на CaO), глиноземом и минерализатором (NaF - CaF₂ = 1 : 1) в массовом соотношении 55:30:3,5:11,5. Полученную смесь нагревают до температуры 950^oC. Продукт нагрева размалывают в шаровой мельнице до величины удельной поверхности 3500 см²/г, затворяют водой при водоцементном соотношении 0,25 и выдерживают до образования монолита.

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Как видно из табличных данных, заявляемый способ при содержании органических примесей в 1,8 раза большем, чем в прототипе позволяет сократить объем конечного продукта в среднем в 2 - 2,5 раза и повысить прочность на сжатие в 7 - 7,5 раза. Кроме того, заявляемый способ исключает применение в качестве связующего материала готового цемента, что является подтверждением вышеуказанных преимуществ заявляемого способа по сравнению с прототипом.

Способ относится к обработке твердых радиоактивных отходов методом их цементирования. Радиоактивный грунт, содержащий органические примеси, смешивают с известняком, глиноземом и минерализатором. Массовое соотношение ингредиентов в смеси составляет: Радиоактивный грунт 50 - 60; Известняк 20 - 35; Глинозем 3 - 4; Минерализатор Остальное Смесь обжигают при 800 - 1100^oС и размалывают до удельной поверхности 2500 - 4500 см²/г. Затем смесь затворят водой и выдерживают до образования монолита. Монолитный продукт имеет высокую прочность, характеризуется небольшим объемом. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки радиоактивных грунтов, содержащих органические компоненты, включающий смешение отходов с веществом, обеспечивающим их перевод в форму цементного камня, затворение смеси водной фазой и выдержку до окончания схватывания, отличающийся тем, что в качестве вещества, обеспечивающего перевод отходов в форму цементного камня используют смесь известняка, глинозема и минерализатора при общем содержании ингредиентов, мас.%:
Радиоактивный грунт, содержащий органические компоненты - 50 - 60
Известняк (в пересчете на СаО) - 20 - 35
Глинозем - 3 - 4
Минерализатор - Остальное
после чего перед затворением водной фазой полученную смесь обжигают при температуре 800 - 1100^oС, а продукт обжига размалывают до удельной поверхности 2500 - 4500 см²/г. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерализатора используют карбонат натрия, фторид, хлорид, нитрат натрия или кальция, а также их смеси при любых соотношениях.