СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОТРАБОТАННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ МАСЕЛ В ПОЛИМЕРНУЮ МАТРИЦУ Российский патент 2012 года по МПК G21F9/20 

Описание патента на изобретение RU2443029C1

Изобретение относится к области локализации жидких отходов и может быть использовано для отверждения отработанных масел в различных отраслях промышленности, в том числе и в атомной энергетике, а также на радиохимических производствах.

Известен способ обработки масляных отходов [Патент ФРГ №DE 2944484 А-1, МКИ A62D 3/00, С04В 29/00. Заявл. 03.11.79. Приор. 08.11.78 №43654 GB. Способ обработки масляных отходов. - Stablex AG], заключающийся в одновременном смешивании масляных отходов с твердым веществом, способным сорбировать масло, с токсичными жидкими отходами, кальцийсодержащим цементом и алюмосиликатом. В результате образуется суспензия, которая затвердевает в пригодный для хранения компаунд. В качестве твердого сорбента используют карбонат кальция, а в качестве алюмосиликата золу уноса.

Недостатком данного способа является низкая прочность конечного компаунда. Масла препятствуют процессам гидратации минералов портландцемента, обволакивая зерна гидрофобной пленкой. При перемешивании одновременно всех компонентов происходит распределение масла во всем объеме цементного раствора. Это приводит к замедлению процессов твердения и получению компаунда с низкой прочностью (не более 15-40 кг/см2 на 28 сутки твердения), не соответствующей требованиям ГОСТ Р 51883-2002 «Отходы радиоактивные цементированные» (не менее 50 кг/см2).

Наиболее близким к заявляемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ цементирования жидких радиоактивных отходов, содержащих минеральные масла и/или органические жидкости [Патент РФ №2317605, опубликован 20.02.2008]. Способ заключается в предварительном интенсивном смешивании жидких радиоактивных отходов, содержащих минеральные масла и/или органические жидкости, в количестве 10-15% от массы конечного компаунда, 10-30% цементного материала, способного сорбировать масла и/или органические жидкости, и жидких радиоактивных отходов, представляющих собой водные солевые растворы, взятые при водоцементном отношении от 0,5 до 0,9 (для конечного компаунда). Полученную суспензию перемешивают с остальной массой цементного материала. В качестве цементного материала могут быть использованы портландцемент, бентонит, комплексная сухая добавка «Бизон», тонкомолотый портландцемент с удельной поверхностью не менее 6000 см2/г в смеси с бентонитом и полимерной добавкой класса полигексаметиленгуанидов, специальный цемент с композиционной добавкой «СПЦК». Перемешивание компонентов цементного раствора в две стадии, с приготовлением предварительной суспензии, позволяет локализовать большую часть масел и органических жидкостей в малом количестве цементного материала. Подобный подход значительно снижает вероятность образования масляной и органической гидрофобной пленки вокруг всех частиц цементного материала при твердении, что способствует протеканию процессов гидратации минералов основной части цементного материала и повышению прочности конечного компаунда. Полученный компаунд характеризуется однородной структурой, содержит до 15% масла по массе и имеет прочность от 52 до 77 кг/см2.

Недостатком данного способа является невысокая степень наполнения компаунда маслами и низкая прочность образующегося компаунда.

Технической задачей изобретения является

- повышение степени наполнения компаунда отработанными радиоактивно загрязненными маслами;

- повышение прочности компаунда;

- расширение диапазона связующих, пригодных для фиксации в них отработанных масел;

- повышение экономичности способа обращения с отработанными радиоактивно загрязненными маслами за счет снижения объемов отвержденных отходов.

Способ отверждения отработанных радиоактивных масел осуществляется следующим образом:

- смешивание отработанных радиоактивных масел с материалом-поглотителем;

- смешивание эпоксидной смолы с отвердителем;

- перемешивание полимерной композиции (эпоксидной смолы с отвердителем) со смесью материала-поглотителя с маслом до получения однородной массы;

- заливка полученной массы в контейнер;

- отвердевание;

- засыпка в контейнер материала-поглотителя для создания защитного поглощающего слоя (в случае маслоотделения);

- омоноличивание поглощающего слоя введением в контейнер дополнительного количества смеси эпоксидной смолы с отвердителем.

В результате смешивания отработанных радиоактивных масел с материалом-поглотителем образуется устойчивая к расслаиванию пастообразная суспензия, способная сохранять свои свойства в течение длительного срока.

В качестве поглощающих материалов могут быть использованы оксид магния либо углеродные материалы (высокодисперсный углерод; нанопористые угольные материалы, полученные перегонкой лигно-целлюлозных материалов в пучке ускоренных электронов).

Оптимальное соотношение масло:поглотитель определено в результате серии экспериментов. Интервал оптимальных соотношений масло:поглотитель для указанных индивидуальных материалов составляет, г/г: для оксида магния - от 1 до 4, для высокодисперсного углерода - от 15 до 20, для нанопористых угольных материалов - от 1,5 до 4.

Оптимальное массовое соотношение эпоксидная смола:отвердитель составляет от 4 до 10. Для отверждения используется эпоксидно-диановая смола и отвердитель аминного типа (полиэтиленполиамин).

После смешивания всех компонентов получают однородный материал с содержанием масла до 40% по массе, который заливается в контейнер. В процессе затвердевания компаунда, протекающего в течение суток, возможно выделение незначительного количества масла (до 5% от введенного) на поверхности образца. Для иммобилизации отделившегося масла предусматривается засыпка в контейнер материала-поглотителя в количестве, необходимом для связывания всего объема выделившегося масла (определяется на основе указанных выше соотношений «масло:поглотитель»). Затем поглощающий слой со связанным избытком масла омоноличивается заполнением свободного пространства контейнера (на высоту не менее 1 см) смесью эпоксидной смолы с отвердителем. Контейнер выдерживается дополнительное время для затвердевания эпоксидной «пробки». Полученный блок с отвержденным маслом направляется на хранение.

В ходе твердения компаунда наблюдается разогрев материала вследствие экзотермичности реакции полимеризации эпоксидной смолы до 65-70°С. Однако, как показали эксперименты, это не приводит к существенному (более 5% от введенного количества) маслоотделению или снижению прочности компаунда.

Отличительными признаками предлагаемого способа является использование в качества материалов-поглотителей оксида магния либо углеродных материалов (высокодисперсный углерод, нанопористые угольные материалы), применение эпоксидной смолы в качестве основы полимерного матричного материала, а также локалиация избыточного масла внесением в контейнер дополнительного количества материала-поглотителя и полимерной композиции.

Преимуществом предлагаемого способа относительно прототипа является увеличение степени включения масла вплоть до 40% по массе (сокращение количества подлежащего хранению компаунда примерно в 2,5 раза по массе) и прочности компаунда до 570 кг/см2 за счет предварительного поглощения масла специальным материалом и использования в качестве матричного материала эпоксидной смолы. При этом компаунд по своим характеристикам гарантированно удовлетворяет требованиям существующих стандартов.

Результаты опытов по отверждению отработанных масел представлены в таблице.

Таблица Результаты экспериментов по отверждению отработанного масла в полимерную матрицу Погло-титель Соотношение компонентов, г/г Wм, % мас./об ρ, г/см3 σ, кг/см2 Sвыщ, % Rвыщ, г/(см2·сут) масло:поглотитель эпоксидная смола:отвердитель ВУ 3,0 10,0 20/26 1,09 573 5·10-3 4,1·10-6 4,0 28/36 1,14 297 4·10-3 3,3·10-6 10,0 25/30 1,07 210 5·10-3 3,5·10-6 20,0 30/35 1,02 312 4·10-3 2,8·10-6 39/44 1,00 101 5·10-3 2,4·10-6 НУМ 3,5 26/32 1,10 224 3,4·10-6 2,5 30/34 1,03 194 4·10-3 2,8·10-6 3,4 30/35 1,08 222 2,9·10-6 3,0 8,4 29/34 1,06 295 5·10-3 3,2·10-6 MgO 3,0 10,0 29/37 1,11 404 4·10-3 3,0·10-6 8,9 36/45 1,09 200 5·10-3 2,9·10-6 10,0 34/42 178 2,8·10-6 4,0 29/37 1,13 264 3,4·10-6 Примечания: Wм - содержание масла в образце, массовое/объемное; ρ - плотность образца; σ - прочность на сжатие; Sвыщ - степень выщелачивания масла за 5 суток; Rвыщ - скорость выщелачивания масла; ВУ - высокодисперсный углерод; НУМ - нанопористые угольные материалы.

Как показывают результаты, представленные в таблице, степень наполнения компаундов маслом составляла от 20 до 40% по массе (от 26 до 45% по объему). При этом прочность образцов на сжатие после 2 суток твердения находилась в интервале от 100 до 570 кг/см2, что от 2 до 11 раз превосходит величину, указанную в нормативных требованиях для цементированных отходов.

Тест на выщелачивание проводили при комнатной температуре в течение 5 суток, используя в качестве среды выщелачивания дистиллированную воду. Соотношение объема контактного раствора к площади открытой геометрической поверхности составляло от 4,2 до 4,6 см. Скорость выщелачивания масла составляла от 2,4·10-6 до 3,5·10-6 г/(см2·сут), степень выщелачивания - от 4·10-3 до 5·10-3%. Потеря массы образцами в результате контакта с водой не зафиксирована.

Все полученные компаунды характеризуются отсутствием существенного маслоотделения (не более 3% масс.) при температуре от 20 до 200°С и приемлемыми сроками схватывания (более 2 ч).

Таким образом, полимерный компаунд с отвержденным по заявляемому способу маслом соответствует нормативным и технологическим требованиям к цементированным радиоактивным отходам, отличается высокой степенью наполнения по маслу - до 40% по массе.

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. 39 г масла ВМ-1С (с плотностью 0,88 г/см3) смешали с 2 г высокодисперсного углерода и получили нерасслаивающуюся суспензию пастообразной консистенции. Отдельно смешали 53,6 г эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и 5,4 г отвердителя (полиэтиленполиамина) марки ПЭПА «А» (1/11) для получения полимерной композиции. Затем смешали маслосодержащую суспензию и полимерную композицию. Смесь затвердела через 3,5 ч. Визуально маслоотделения из образца не наблюдалось, что исключило необходимость создания дополнительного связывающего слоя на поверхности материала. Полученный компаунд имел следующие характеристики: степень включения масла в компаунд - 39%, плотность - 1,00 г/см3, прочность на сжатие после 2 суток твердения - 101 кг/см2, скорость выщелачивания масла - 2,4·10-6 г/(см2·сут), степень выщелачивания за 5 сут - 5·10-3%.

Пример 2. 30 г масла ВМ-1С смешали с 8,8 г нанопористого угольного материала и получили нерасслаивающуюся суспензию пастообразной консистенции. Отдельно смешали 55,6 г эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и 5,6 г отвердителя (полиэтиленполиамина) марки ПЭПА «А» (1/11) для получения полимерной композиции. Затем смешали маслосодержащую суспензию и полимерную композицию. Смесь затвердела через 3,0 ч. Визуально маслоотделения из образца не наблюдалось, что исключило необходимость создания дополнительного связывающего слоя на поверхности материала. Полученный компаунд имел следующие характеристики: степень включения масла в компаунд - 30%, плотность - 1,08 г/см3, прочность на сжатие после 2 суток твердения - 222 кг/см2, скорость выщелачивания масла - 2,9·10-6 г/(см2·сут), степень выщелачивания за 5 сут - 4·10-3%.

Пример 3. 37 г масла ВМ-1С смешали с 12 г оксида магния и получили нерасслаивающуюся суспензию пастообразной консистенции. Отдельно смешали 46,7 г эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и 5,3 г отвердителя (полиэтиленполиамина) марки ПЭПА «А» (1/11) для получения полимерной композиции. Затем смешали маслосодержащую суспензию и полимерную композицию. Смесь затвердела через 4,0 ч. Наблюдалось незначительное маслоотделение (0,9 г или 2,5% по массе от взятого на отверждение). Для поглощения избыточного масла на поверхность образца внесли 2,5 г оксида магния, и после полного поглощения им масла (через 1 ч) омонолитили поверхность, введя на нее 5 г предварительно смешанной полимерной композиции, содержащей 4,5 г эпоксидной диановой смолы ЭД-20 и 0,5 г отвердителя (полиэтиленполиамина) марки ПЭПА «А» (1/11). После окончания твердения дополнительного слоя полимера избыточного масла на поверхности образца не наблюдалось. Дополнительный слой полимера был прочно связан с поверхностью маслосодержащего компаунда. Полученный компаунд имел следующие характеристики: степень включения масла в компаунд - 36%, плотность - 1,09 г/см3, прочность на сжатие после 2 суток твердения - 200 кг/см2, скорость выщелачивания масла - 2,9·10-6 г/(см2·сут), степень выщелачивания за 5 сут - 5·10-3%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет надежно локализовать отработанные радиоактивно загрязненные масла в твердую матрицу, увеличить степень включения отработанного масла в компаунд до 40%, повысить прочность компаунда, расширить диапазон связующих, пригодных для фиксации в них отработанных масел, повысить экономичность обращения с отработанными радиоактивно загрязненными маслами за счет снижения объема отвержденных отходов.

Похожие патенты RU2443029C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ТРИТИЙСОДЕРЖАЩЕГО НЕФТЯНОГО МАСЛА 2015
  • Казаковский Николай Тимофеевич
  • Королев Владимир Александрович
  • Иосилевич Игорь Натанович
RU2589040C1
СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ МАСЕЛ 2010
  • Слюнчев Олег Михайлович
  • Козлов Павел Васильевич
  • Иванов Иван Александрович
RU2437178C1
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2017
  • Казаковский Николай Тимофеевич
  • Королев Владимир Александрович
RU2654542C1
ЦЕМЕНТНО-ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ СРЕДНЕАКТИВНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2005
  • Штромбах Ярослав Игоревич
  • Лобанов Николай Сергеевич
  • Чугунов Олег Константинович
RU2295787C2
СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2020
  • Казаковский Николай Тимофеевич
  • Королев Владимир Александрович
  • Возлеева Алла Юрьевна
RU2813695C1
ПОЛИМЕРНЫЙ МАТРИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ НИЗКО- И СРЕДНЕАКТИВНЫХ ОТРАБОТАННЫХ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ 2014
  • Лысов Аркадий Анатольевич
  • Быков Юрий Николаевич
  • Братчук Сергей Дмитриевич
  • Юдин Анатолий Николаевич
  • Томиленко Анастасия Сергеевна
  • Мещеряков Юрий Яковлевич
  • Доронков Владимир Леонидович
  • Соколова Людмила Борисовна
  • Калинкин Александр Иванович
RU2597916C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2013
  • Сафонов Алексей Владимирович
  • Трегубова Варвара Евгеньевна
  • Герман Константин Эдуардович
  • Кулюхин Сергей Алексеевич
  • Ершов Борис Григорьевич
  • Горбунова Ольга Анатольевна
RU2528433C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗОЛИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2003
  • Булкин С.Ю.
  • Соколов А.В.
  • Александров В.П.
RU2251561C1
СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2018
  • Казаковский Николай Тимофеевич
  • Королев Владимир Александрович
RU2696013C1
СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛЬНЫЕ МАСЛА И/ИЛИ ОРГАНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Варлаков Андрей Петрович
  • Невров Юрий Васильевич
  • Горбунова Ольга Анатольевна
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Баринов Александр Сергеевич
RU2317605C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОТРАБОТАННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ МАСЕЛ В ПОЛИМЕРНУЮ МАТРИЦУ

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности компаунда и повышение экономичности способа отверждения. Согласно изобретению способ состоит в смешивании масла с поглотителем, в качестве которого используется оксид магния, высокодисперсный углерод, нанопористые угольные материалы. Затем в смесь масла с поглотителем вводится предварительно смешанные эпоксидная диановая смола и отвердитель аминного типа в соотношении от 4 до 10 и производится смешивание до достижения однородной консистенции. Смесь затвердевает в течение нескольких часов. После окончания твердения компаунд дополнительно засыпают слоем поглотителя и заливают слоем полимерной композиции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Формула изобретения RU 2 443 029 C1

1. Способ отверждения отработанных масел, заключающийся в получении маслосодержащего компаунда путем предварительного смешивания маслосодержащих отходов с материалом-поглотителем и последующим смешиванием с предварительно подготовленной полимерной композицией, отличающийся тем, что в качестве материала-поглотителя используется оксид магния или высокодисперсный углерод или нанопористые угольные материалы, взятые в массовом соотношении «масло:поглотитель» от 1 до 4, от 15 до 20 и от 1,5 до 4 соответственно, а в качестве полимерной композиции используется смесь эпоксидной диановой смолы и отвердителя аминного типа, взятых в массовом соотношении от 4 до 10.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания твердения компаунд дополнительно засыпается слоем материала-поглотителя и заливается слоем полимерной композиции.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2443029C1

СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, СОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛЬНЫЕ МАСЛА И/ИЛИ ОРГАНИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Варлаков Андрей Петрович
  • Невров Юрий Васильевич
  • Горбунова Ольга Анатольевна
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Баринов Александр Сергеевич
RU2317605C1
DE 2944484 А1, 29.05.1980
СУДНО ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛИХТЕРОВ И ГРУЗОВ 1991
  • Ногин Л.Н.
  • Рабазов Ю.И.
  • Зашивалов Ю.Н.
  • Коссэ О.И.
  • Корняков С.С.
  • Арбатский В.А.
RU2033368C1
US 4235739 А, 25.11.1980.

RU 2 443 029 C1

Авторы

Слюнчев Олег Михайлович

Козлов Павел Васильевич

Тананаев Иван Гундарович

Иванов Иван Александрович

Даты

2012-02-20Публикация

2010-09-27Подача