Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла Советский патент 1992 года по МПК G21F9/30 

(46) 0.06.92.Б1ач. 21

(21)4358998/25

(22)05.01.88

(72) КоФ. Васильрп, С.О.Нлтлрг нкп, 1.Н.Осипов и (1.А.( сиикоря (:.-) f)21 .(П9. 7(П8П.8) (56 Плтеит США 4234./4Ч, гит. G 21 F 9/2Я, 1980.

Атч1р кор cnM/iPTejibrTno № 1347788. кл. G 21 К 9/28. 1986.

Апторскпо сп1|/1РТ(11,стпо СССР if М489/ 3, кл. (; 21 К 9/28, 1987. (54) СПОСОП ПЕРТ РЛПОТКИ ГЛ. ПЮАКТИВ- 1П)1Х ОТХПДОЬ ШГ .ЛОМИОГО МК ГЛПЛЛ (57) Итобретоине отистсится к тгунике пррорпботки рпдиолктиьных птхоцоп шелочиого металла. Целтыл н оОрсте- ния япг.чется умсп. мбт.им- обра- i iioiii.Hxrn njii пегеряГк ткс р/ диг тктипНЫХ полочных ЛЧрО К .Гим , Ч ЛПЧИпГ1

мета.чл рлгпгыпчтю п иисртпой лтмос- фере, CMPWun.iHvr с прментогч. Вносят

п гим-«еит пррсмппипляии кисгюродСОДСрЖЛоиН Ci lV IHHr имя Iclfii ЛКЦЯ , ИПripHMPp пррмлиглнл кллия Ш1И диоксид млрг лицл, (шлумрпиун) смесь смппипают с р:)С1;ллРл. ;пи.ми отхпдлми, ох чаигдл- ют, доблпляют и()ду .м:тре не

МОИРГ 0,01 И 1Д рЖИН 1К1 г и пременм, iMipn pjrqpiioi п нотоИНСМ МЛГ СИМЛЛГ.ИГМЧ рЛТМРрЛ р1 ЛКИИОИмого оОъРмп и скорости расчрг ГтрлнеМЧЯ рРЛКЦИП ОКИСЛРНИ 1, ТЛ I PVI (1ХЛЛЖ- ДЛЮТ, CTfOtinUb IKIT (; ПОДоГ , PLI/lop TUn

до о И1рр/ дР1г,и и (1:1пр 1 1 1Т 11,1 i:ixo- ронснир. ИтпПррточ ; типпсдж т спкрл- тмть (шерлщп г ммляищг и рпанолктип- Hf.iMH продуктами, тркш р туру операции окислг ия оту.(тл(М , умеиг,ШИТЬ FtpPM.4 in.lCf F ( T MIIPp.l Т ТЧ011 обрЛРоткп Т11ЧНЫХ cTXOjiiMi И ум сш.- ninTFi oCiьp (1 iipn,iiyf гл для тлХОрОН1М(1Я , 1 .

с

(Л

с

ИзО реТРИ ; Г)ТНС1ГИТС.Ч к обтЫСТИ

ядериои техмик, спчтлнной с псргр- - боткой )р. отхо/юп, и может быть исгюльчоплно лля уничтожения от- работлниого ( О ТеIIлоНОСитеПИ АЗС с релктсрлми ил грых ирйтро- иах.

Цель изобретения - yMeiibinc nne объема образующихся при перерлботке отходов рлдиоЛКТИП111ЧХ щелочных л чро-- золей путем исключения пылягаих стадий и меиы11онич нремони Р.1сокотемпе- ратурной обрлбптки рлдиолктнвных от- ходол щелочного метлллл.

Сущность (тбл быть noiic- нена iipiiMepoM прперлботки натрия в

ОКГЛГД с ИСП 1Л - (1И л : К 1 ; ГТ11О

слп1СЛИ 1елн iUioKCiiiM млр; ; - п ч . Их взяимодсйствие oniici-тлс-т .гч |1елкписй

tNa+KnOj,,ij(VMn.

Ичмеиение ЛИРПГИМ тт ре- лкции нелико и oi рицлт ельго но г(г:рм интерпллс Tt Miit pлтур. С тлртч лч тси- п флтура проиессл (порог- .,к грч.пим) изменяется п злииси.мосги от vc 0ri ;i смешения в дилппопр от (: д,-, () ( Поэтом / CMei .ipbue рлгшмрчен,,1 ix отхо- доп со смесью .- -,-; г пчо;. г . м марганца полность с (етог1лснп при т( 1- пературе менее 200 С.

ел

со о

CJ5

515f)

Отношение натрим к немоту можно менять Б широких предрллх, одилко пр отношении, меньшем I:II,содержание иатряп в получаемом длп тл.короненич компяунде стан(1нится очеиь ППК1гм, вояможно прерывлиие реакции окисления, а также заметно увеличивлется оОъем компаут1да, что делает способ 3KoHOMirtecKH пепыгодпым. При отпоше- НИЛ нятрия к цементу 1:6 и Оолее пы- соком содержании натрия вояниклют трудтюсти /юстиженил ряЕпюмерного ра нределения натрии в оГп еме снеси, в результате чего возможно ухудшение характеристик полу гаомтлх компаундов, Кроме того, максимальйач температура смеси Р процессе окисления ммжет превысить 800 С, что приведет к выходу щопомиых аг ро:1олей п атмосферу.

Длч полного окисления ще;точного металла дo(:тaтoчFlo брать минимальный (1-10%) и быток окислителя, необхо- Д1ГМ1 пЧ для к 1мпс11сации возможных ошибок дозирояки компонентов. Колее высокий и Г ь1ток oкиcJн тeля в смеси па- метно удорожает стоимость переработки и ухудтает характеристики получаемых компаундов. Учитывая, что на окисление 1 г натрия требуется по ст хиометрии менее 1 г диоксида марганца (или перманганлта калия), то отношение цемента к окислителю также должно меняться п пределах (fi-ll):l,

После смешивания расплавленных отходов со смесью цемента с окислителем полученную массу охлаждают до комнатной температуры. Эта операция необходима, поскольку нроцесс смещения проводят в температурном интерпа ле 120-200 с и, если проводить окисление атрия, начиная с этой температуры, в конечном итоге максимальная температура реакционно смеси может превыснть , когда становпт- ся возможным выделение аэрозолей.

R охлажденную до ког-шатной температуры смесь добавляют каплю поды в точку поверхности реакционного об-ьема. Опытами установлено, что минимальный объем капли, нри котором инициируется реакция окисления, составляет 0,01 мл. Кроме того, получение капли меньшего объема ограничено возможностями дозирующих устройств. Реакция окисления начинается и нри добавлении к реакционной смеси значительно большего количества воды, однако при этом возможно образо

5

, 5 0

0

5 О 5

0

5

панне с пыделяющимся водородом щелочных а:эрпг олей. Прн этом также необходимо учитывать во можность образования трь воонасной газовой смеси.

Время нротеклння процесса окисления определяете, скоростью реакпии, зависящей от многих факторов. Поскольку распространение фронта реакции (реакционной ноперхности) происходит равномерно во все стороны от точки инициирования, то соотношение максималююго размера реакционного объема 1 и скорости раснростран;м1ия реакции окисления k позволяют достаточно точно определить время, н; об- xo/uiMoe для полного окисления щелочного металла. В указанных диапазонах изменения содержания компонентов смеси обеспечивается спокойное и устойчивое протекание процесса окисления, не сопропождаемое газе- и дымо- выде.тгением, а скорость реакции (распространение фронта реакцитО составляет 10-16 мм/с.

При проведеннг процесса окисления максимальная температура реакционной смеси не нревылшет , а выделение в атмосферу щелочных аэрозолей становится возможным литпь при темперптуре выше . Это Нозволяет уг1енычить опасность выхода в атмосферу радиоактивных аэрозолей, .избежать необходимости создания сложных систем газоочистки и заметно улучпить условня труда.

После окончания реакции окисления и охлаждения до комнатной температуры образовавшшТся продукт легко рассыпается в порошок при 1теремешиваниИ| не содержит неокнсленного щелочного металла и готов к затворению. Поскольку oCi-iCM используемой для затво- рения воды необходимо увелнчить на величину, требуемую для перевода окснда щелочного металла в моногид- р;1т 1-идрокс1ща но реакции

Na26- -3H40 2NaOH H/J,

то водовпжущее отноп1енне выбирают в пределах 0,,8. Образующиеся нрн этом компаунды но своим характеристикам близки к обычньи цементным компаундам, используемым для захоронения радиоактивных отходов щелочного металла.

Пример. В металлический стакан емкостью 250 мл в инертгюГ; атмосфере бокса загружают г цемента

11ортлянд- |00 и 5,8 г дноксндл марганца и иеремегпппают п течение 5 мин. Помещают 5,93 г- металлического натрии в тот же стакан п начинают нагрев его содержимиро. По достижении темтгературы 120-150(; tipoin водпт смешение расплавленного илт- рия со смесью цемента и окислителя. Перемешивание яедут до полного смешения компонентов смеси, епрг делче- мого визуаль ю по отсутствию капель натрия. После этого стакан тплеклют иа нагревртеля для охл-тждения до комнатной TeNfTiepaTypbi. Мнкропипеткой добавляют каплю поды. Скорость рас- простр иеяня яачпвшейсл реакции окисления 15 мм/с, максимальная температура процесса . Реакция заканчивается череа 3 с пслрдсгрие полного окисления натрия,

Стакан с получ ми1ыи сыпучим про- Дуктом охлаждают и отбир-ги т прпбу для О11родо:ть Ния содержаип т илтрин. /Добавляют в смр.сь 28,6 мл РОДЫ и пе- ремешипают до одиор днои котгсистен- ции. Потеря массы получонпо(1 цемонт- ной смеси по сравнению г суммаргюй массой исходных KOMiioiitjii ron no да1г ным весового анализа согтлнляет менее О, IX. Образоппл1пиГ1ся и ментный раствор укладынаыт п П(ип1-э1илеИ(1вые формы размером 2 «2 «2,1 см. Определение дости1 Нутой прочности образовсзв- П1ИХСЯ компаундов п ныир.чпачипасмости из них натрия производят через 28 сут.

Аналогичные нссггедопанпя были про ве.дены для подтверждения грг1Пцчиых условий реакции способа при навеске цемента 8 г, массе диоксида марганца или пермакганата калия 3,7-10,2 г массе натрия 3,81-10,61 г, объеме подаваемой в реакционный тигель воды 0,01-0,2 мл. Репуль1аты исследований приведены в таблице.

При реализлпии нзнестного способа потеря массы при rlpoвe lнии процесса окисления и последующей выдержки образовавшегося расплава при 1100 С составляет 2%.

Анализ представленных п таблице результатов показывает, что при отношении масс цемента и окислителя {6-11):1 и минимальном избытке окислителя (менее 10%) гго отношению к стехиометрически необходимому для окисления количеству реакция окисления начинается и при объеме капли

5 К)6

0,01 мл, floTt-pii ficfb продукта псгчт несистематич тки Т хлр чктер и пе превышают 0,17. Тольг с в :ч ыте 10 они составляют П,2Л. Но да чтл ne-i лмчинл на поррдпк моныч потерь, ча- блюдаюищхсн в г тРСС1Ном спосс бе. При noBMUieHHorf годерж;игип окислителя (бппьтем, чем при тнспкмщи 6:1) мак10 симяльнан темперятурл прпцрссл может превышать ((мтыты 2 и 9). Прм ипзкг)м содержлччи пки1 лите.г1я (меньшем, чем при (-001 по|||р|м|и 12:1) добавление капли подм г оже1 приводить к

IS началу реак1 ии окнслр пя (опыт 7). Кроме того, при 1 гчм (orhin.i 6, 7 и 13) сод РЖ Ч Ч Р п.т 1 рия п пилучс-и oм компаунде в пррегчет т на метал;п1чес- Kiit i cocTanJinei Mnr.Z и менее, что

20 конимичрскм ПР1Ч.1ГОДПО.

tfpo4Hon ь по.чучагммх компаупдоП If вьт1еплчпвае к)Гть из них натрпя соответствуют xnp. M.TF- pnfTnKaM компл- упдоп, П1)луч.чег1(. х п изяестпстм спо25 , и есттлг(ля11т 120-170 кг/см и (П, 2-1 , I ) ц 1 О |,г /гут соотг етст- .

Игиолт.чоллчпг щ одчпжемпог о споСобл ПГр рлГчт ГКП р.Ч/ИИ ЛК 1 ПППГ Х (1Т30 xf: ;. 1и М1очпог ( М М.ч.ччл обеспсчивл- ет по грлппсник с гпмм (-;п ,.ую-- |ци; техническги пр«:пм |цг с тпл : .(ткрл- п|сние оперлпий с п -пясм ми рл;: юлк- тивиымп продуктами, снижение .ivnio31, ратуры операции окигчгнц ) щелочного метлллл, умпп.щгип pjie- мсни яысокотемперлтурпо) обрлбо- ки радиоактивных njK.viyKT in.

0 Этп техничгск1и пргnMym fтвл позволяют получить (гельп1.Й фект, 3 ПКЛЮЧЛН111П1ЙГЯ в -.мспьпи пии объема обрлзуктихсп при поргрлботке радиоактивных лпрстзогич и спчгчении

45 требовлн1тй к KOHCTpyKiuifninNiy мато- риллу контейнера, в котором перерабатываются и захорлпирлютгя отходы.

Формула и ч о б р г т г II и я

0

Способ переработки рлдиолктипнмх

отходов мелочного металла, РКПЮЧЛЮ- тий их распллплепш п инертной а- - мосфере, смеш1:ние с дпсп рс1Г1.1м неор- 5 ганпческим носителем, содер- -лщим

окислитель в стохиометрическом избытке по отпошен|1о к nrpL par nTMti.,rM отходам, и окисление с псслодхющим переводом полученных продуктом в

, удойную длп чяхоропрния, о т- личагощиЛся тем, что, с целью уменьтення о ьемя обрлг укиднх- сл при переработке радиоактивных телопиых аэрояолрй, п ка И гтре неорганического носителя 11спол1,эутт не-- меит, а в качестве окислителя - кислородсодержащие спедииопнл млргаи- ца, причем смесь цемент.ч я окислт1те- ля берут п отиошеиии (6-11):I, сме- типают с отходами, охлаждают, добап- ляют воду п количегтпе, иепбуодимом для иачала реакции окислеичя (не

((M:i ,1Р 1ТРЛЬ И.Лпциеп Редакт1тр C.niin i-i ,a М,,1к

Зака:( I fV.fi /Л( П

Г11р,-|ж 224

ВНИИПИ Гпсуи Ч f ппоги KoMitjt, но и:эобретениям и открьп-иям при ГКИТ СССР

IpiM i, MocKH.i, Ж-35, Раушская наб., д. Л/5

Проичво. к. I п. MI-; || 1л,.т1 1 ьсшй кимбинат Патент, г-Уж -прод, ул. Гагарина, 101

менее 0,01 мл), и В1.щержипак)т в течение времени , с, определяемого соотнотением

1/k,

где 1 - максимальный размер реакииои- иого объема, мм; скорость распространеиип реакции окисления, мм/с, охлаждают, смешивают с водой до необходимог о водоряжущего отношения, выдержипают до отвержденип и на- пралляют на захоронение.

k Корректор М.Пожо

Подписное