СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G21F9/16 

Изобретение относится к переработке, хранению и кондиционированию жидких радиоактивных отходов.

В настоящее время одним из основных методов отверждения как гомогенных (кубовые остатки), так и гетерогенных (пульпы), жидких радиоактивных отходов является включение их в цемент [1].

Причина широкого распространения цементирования - негорючесть и отсутствия пластичности у отвержденного продукта, а также простота осуществления процесса смешения концентрата отходов с цементом.

Однако, наряду с этим, традиционное цементирование имеет ряд существенных недостатков, одним из которых является снижение прочности цементного камня при введении наполнителя (солей). В результате резко ограничивается количество вводимых в цемент жидких или отвержденных радиоактивных отходов.

Кроме того, растворимые соединения, присутствующие, как правило, в составе ЖРО, способствуют образованию высолов на цементном камне, приводя, тем самым, к дальнейшему снижению его прочности с одновременным выщелачиванием радионуклидов.

Немаловажное значение имеют длительные сроки схватывания и период набора прочности цементного камня на основе портландцементов (до 28 суток), что влечет за собой привлечение значительных площадей для организации предварительного хранения омоноличенных радиоактивных отходов.

Известен способ цементирования радиоактивных отходов с использованием вяжущих на основе алюминатов кальция (глиноземистые цементы и пр.) [2].

Использование этих видов вяжущих позволяет сократить сроки омоноличивания радиоактивных, а также при цементировании отвержденных радиоактивных отходов, позволяет несколько повысить количество ТРО, вводимое в цемент.

Это становится возможным в силу того, что этот тип вяжущего обладает короткими сроками схватывания и быстрым набором прочности.

Однако глиноземистые или другие алюминийсодержащие цементы, как правило, являются дефицитными и дорогостоящими материалами, так как для их получения используется глиноземсодержащее сырье.

Применение этого вида цементов не снимает проблемы образования высолов и, как следствие, выщелачивания радионуклидов в окружающую среду.

Наиболее близким техническим решением того же назначения является способ переработки жидких радиоактивных отходов [5].

В известном техническом решении ЖРО подвергают упариванию, отверждению с предварительным смешиванием с известняком и восстановителем. Затем осуществляют кальцинирование, механоактивацию и затворяют полученную смесь жидкостью. В качестве восстановителя используется уголь, горючие сланцы, битум и мазут.

Недостатками прототипа являются высокая тепература самовоспламенения и теплота сгорания восстановителя.

Поставленная цель достигается тем, что азотно-кислые жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), содержащие алюминий, аммоний и фтор, упаривают с целью сокращения их объемов, смешивают с "мягким" восстановителем (древесные опилки) для разложения нитратов и перевода растворимых солей в нерастворимые соединения типа Аl₂О₃ и АlF₃. Одновременно с древесными опилками в упаренные ЖРО вводится известь или известняк в расчете на образование в процессе кальцинирования CaF₂ и алюминатов кальция.

Полученную смесь подвергают термической обработке в кальценаторе, который представляет собой обогреваемый шнековый аппарат, либо обогреваемую вращающуюся трубу, расположенную под углом [3].

Термическая обработка необходима для разложения нитратов и синтеза алюминатов кальция по реакции:

или

После термообработки проводится механохимическая активация для измельчения и гомогенизации обожженного продукта.

В случае синтеза высокоосновных алюминатов (12CaO•7Аl₂О₃) на стадии механохимической активации в полученный после термообработки продукт вводится добавка двуводного гипса СаSO₄•2Н₂О (гипсовый камень).

Это необходимо для регулирования сроков схватывания, а также для обеспечения прочностных показателей цементного камня. Высокоосновные алюминаты типа 12CaO•7Аl₂О₃ обеспечивают набор прочности только в системе CaO-Аl₂О₃-СаSO₄-2Н₂О. В этом случае алюминаты кальция реагируют с гипсом с образованием гидросульфоалюмината кальция 3CaO•Аl₂О₃•3СаSO₄•32Н₂О и аморфного Аl₂О₃ [4].

Гель Аl₂О₃ обеспечивает более плотную структуру и позволяет получить цементный камень с более высокой коррозионной устойчивостью. После механохимической активации вяжущее вещество затворяют водой. Полученный цементный компаунд подвергают захоронению.

Пример 1.

Исходный раствор жидких радиоактивных отходов (ρ=1,35 г/см³) упаривают до плотности 1,6 г/см³, смешивают с древесными опилками в соотношении опил : упаренный раствор 1: 10 и известью (или известняком) для синтеза однокальциевого алюмината (CaO•Аl₂О₃).

Полученную смесь подвергают термической обработке в кальцинаторе при температуре 1100-1200^oС и последующей механохимической активации.

Порошок затворяют водой, количество которой соответствует водоцементному отношению 0,5. Полученный цементный компаунд подвергают захоронению.

Результаты анализов занесены в таблицы.

Пример 2.

Исходный раствор ЖРО (ρ=1,35 г/см³) упаривают до плотности 1,6 г/см³, смешивают с древесными опилками в соотношении 1:10 (опил : упаренный раствор) и известью (или известняком) для синтеза алюмината кальция (12CaO•7Аl₂О₃).

Полученную смесь подвергают термообработке в кальцинаторе при температуре 700-800^oС. Полученный продукт на стадии механохимической активации смешивают с гипсовым камнем в соотношении 2:1, затворяют водой (В/Ц=0,51). Полученный цементный компаунд подвергают захоронению.

Результаты анализов занесены в таблицы.

Использование заявляемого технического решения позволяет:
1. Перевести жидкие радиоактивные отходы в твердое агрегатное состояние с целью уменьшения загрязнения окружающей среды.

2. Сократить объемы, а следовательно, и затраты на захоронение и хранение ЖРО.

3. Получить вяжущий материал непосредственно из радиоактивных отходов на стадии кальцинирования.

4. Отвержденные таким способом ЖРО отвечают требованиям документа НП 19-2000.

5. Омоноличенные отвержденные ЖРО отвечают требованиям документа НП 20-2000.

Источники информации
1. А. С. Никифоров, В.В. Куличенко, М.И. Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, 184 с.

2. Roy D.M., Couda G.R. High-level radioactive waste incorporation into (special) cements. - Nucl. Technology, 1979, v. 40, 2, p. 214-219.

3. Giraud J.P., Le Blaye G. Desing anindustrial facility for the incorporation in to glass of fission products and the storage of highly radioactive glass - Management of radioactive of wastes. Paris: OECD, 1973, p. 813-846.

4. Химия цементов. Под ред. Х.Ф.У. Тейлора. М.: Издательство литературы по строительству, 1969, 499 с.

5. Авторское свидетельство СССР 1715104 A1, кл. G 21 F 9/16, опубл. 07.06.1993 (прототип).

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ переработки жидких азотно-кислых радиоактивных отходов, содержащих алюминий, аммоний и фтор, заключается в том, что перерабатываемые продукты упаривают, смешивают с восстановителем и известью или известняком. В качестве восстановителя используют древесные опилки в количестве 10% от массы упаренного раствора. Далее осуществляют обжиг в кальцинаторе, производят механоактивацию и затворяют полученную смесь водой для образования цементного компаунда. Преимущества изобретения заключаются в снижении затрат. 4 табл.

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих алюминий, аммоний и фтор, заключающийся в том, что перерабатываемые продукты упаривают, смешивают с восстановителем и известью или известняком, обжигают в кальцинаторе, подвергают механоактивации и затворяют водой для образования цементного компаунда, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют древесные опилки в количестве 10% от массы упаренного раствора.2. Способ по п.2, отличающийся тем, что известь или известняк вводится для синтеза алюминатов кальция и получения вяжущего с короткими сроками схватывания и быстрым набором прочности.