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

Описание патента на изобретение RU2106705C1

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 - 1100oC, 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 800oC, обусловлена тем, что при более низких температурах не будет происходить синтез вяжущего материала, а при подъеме температуры сверх 1100oC 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 950oC. 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.

Похожие патенты RU2106705C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ 2001
  • Лифанов Ф.А.
  • Полканов М.А.
  • Качалова Е.А.
  • Кирьянова О.И.
  • Беляева Е.М.
RU2195727C1
СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ГРУНТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ, И ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1997
  • Соболев И.А.
  • Баринов А.С.
  • Лифанов Ф.А.
  • Варлаков А.П.
  • Карлин С.В.
  • Степанов С.С.
RU2124243C1
СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ 1998
  • Соболев И.А.
  • Баринов А.С.
  • Лифанов Ф.А.
  • Варлаков А.П.
  • Ковальский Е.А.
  • Горбунова О.А.
RU2142657C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ИЛОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ 2004
  • Варлаков А.П.
  • Карлин С.В.
  • Баринов А.С.
  • Дмитриев С.А.
  • Лифанов Ф.А.
  • Резник А.А.
  • Красников П.В.
  • Прилепо Ю.П.
RU2249867C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1997
  • Соболев И.А.
  • Дмитриев С.А.
  • Князев И.А.
  • Лифанов Ф.А.
RU2123214C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ 1997
  • Баулин А.М.
  • Разуваев Н.А.
  • Коваленко Ю.И.
RU2124771C1
СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 1999
  • Прозоров Л.Б.
  • Баринов А.С.
  • Лифанов Ф.А.
  • Титков В.И.
  • Волков А.С.
RU2153720C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ПРОПИТКОЙ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ И ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ 2001
  • Варлаков А.П.
  • Горбунова О.А.
  • Невров Ю.В.
  • Лифанов Ф.А.
  • Баринов А.С.
RU2199164C2
СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ПОРОДНЫХ МАССИВАХ, ИМЕЮЩИХ НЕОДНОРОДНОЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ 1998
  • Прозоров Л.Б.
  • Титков В.И.
  • Соболев И.А.
  • Дмитриев С.А.
RU2143759C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ЗОЛОСОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2000
  • Карлина О.К.
  • Варлакова Г.А.
  • Тиванский В.М.
  • Ожован М.И.
  • Соболев И.А.
  • Дмитриев С.А.
RU2170965C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 106 705 C1

Реферат патента 1998 года СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ГРУНТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ

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 - 1100oС 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.

Формула изобретения RU 2 106 705 C1

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 - 1100oС, 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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2106705C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
EP, заявка, 0533494, кл
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
US, патент, 5242503, кл
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
WO, заявка, 92/20070, кл
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 106 705 C1

Авторы

Баринов А.С.

Дмитриев С.А.

Лифанов Ф.А.

Варлаков А.П.

Карлин С.В.

Флит В.Ю.

Даты

1998-03-10Публикация

1996-12-23Подача