Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла Советский патент 1991 года по МПК G21F9/16 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в которой металлы используют в качестве теплоносителя, в частности на i АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, и может быть применено для подготовки к захоронению различных отходов щелочных металлов.

Целью изобретения является повы шениэ экономичности и1 безопасности процесса путем исключения пылящих стадий переработки щелочного металла и предотвращения выделения взрывоопасных газообразных продуктов за счет снижения температуры окисления.

Сущность предложения заключается в том, что в способе переработки радиоактивных отходов щелочного металла в качестве неорганического носителя используют золу-унос тепловых электростанций или ее смесь с вяжущим, содержащую твердофазный окислитель, взаимодействующий, с этим металлом при температуре выше температуры смешения.

Для предотвращения недоокислення щелочного металла, вызванного возможными колебаниями химического состава золы- уноса, последнюю берут не менее чем в полуторакратном избытке по сравнению с необходимым на окисление коли- честном,- Возможности золы-уноса по окислению щелочного металла зависят

Сл 4 СЛ СЛ

от п с.трографического состава угля и . режима его сгорания и могут быть оп- ррделрмн опытным путем. По данным предварительного анализа, в 1 кг золы содержатся твердофазные окислители, в количестве,достаточном дня переведения в оксид 0,321 кг натрия (соотношение масс натрия и золы около 1 : 3). В этом случае для уверен- ного окисления 0,3 кг натрия необходимо не менее 1,5 кг золы (соотношение 1:5 для обеспечения 1,5-кратного избытка.

Для увеличения прочности продукта, предназначенного для дальнейшего захоронения, в золу, добавляют цемент или другое вяжущее, причем это добавление можно проводить как предварительно, т.е. до смешения золы с радиоактивными отходами, так и на стадии смешения продукта с водой. В последнем случае цемент можно вводить в виде водной Суспензии. Важно отметить, что минимальной добавки цемента (не более 10%) достаточно для существенного увеличения прочности получаемого блока.

При реализации способа необходимо, чтобы содержащиеся в золе твердофаз- ные окислители взаимодействовали со щелочными .металлами при температуре, выше температуры смешения. Ми- нималъная температура смешения определяется температурой отходов в расплавленном состоянии. Максимальная температура смешения .ограни- чивается температурой начала химической реакции окисления щелочного металла, находящимися в составе золы-уноса окислителями. Эта температура зависит от состава золы и перерабатываемого щелочного металла и, как правило, лежит в диапазоне 200-280°С.

Образование спека в ходе реакций окисления предотвращается проведением ее при перемешивании.

Оценка пригодности продуктов для длительного захоронения проводилась по скорости выщелачивания отвержден- ных образцов и их прочности. Известно, что скорость выщелачивания бетоных блоков с радиоактивными отходами для долговременного захоронения составляет величину порядка 1х Х1СГ3 г/см2-гут.

Для образцов, полученных по заявляемому способу, ее величина нахо

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дится в тех же пределах и составляет (0,5 - 1,1) . г/см2, о/т. Прочность получаемых блоков, особенно с добавками цемента, также не уступает прочности образцов, получаемых в способе-прототипе, и составляет 600- 720 кг (или более 150 кГ/см2).

Пример. Проводилась перера - ботка натрия марки ч с использованием золы-уноса тепловой электростанции.

Расплавленный натрий смешивался в инертной атмосфере с золой до видимой однородности при температуре 110- 130 С. Реакция окисления инициировалась разогревом всей реакционной мае- сы. Темпер атура начала реакции окисления 210-240°С.

После остывания до комнатной температуры продукт анализировали на содержание металлического натрия. В случае полного окисления натрия полученный продукт смешивали с водой (ва- вариант - с водной суспензией цемента) до водовяжущего отношения 0,4 . При рас- Чете водовяжущего отношения не учитывалась вода, пошедшая на перевод оксида натрия в моногидрат гидрркси- да, а за массу вяжущего принималась . сумма масс цемента и золы-уноса. Образовавшуюся смесь помещали в формы и выдерживали 28 сут, после чего получившиеся кубы со стороной 2,0 см подвергали испытанию на прочность. Куб из цемента марки Портланд-ДОО (ГОСТ 965-78), имеющий те же размеры, водовяжущее отношение при изготовлении и время выдержки, разрушается при усилии 530 кГс.

Наиболее характерные результаты опытов представлены в таблице. Здесь же для сравнения приведены характеристика блоков, полученных по способу-прототипу (примеры 1 и 2).

Видно, что при использовании.1,5- кратного (пример 4) и большего избытка золы (примеры 5-8) достигается полное окисление щелочного металла, в то время как при соотноше-- х нии 1 :-3 9% натрия остается неокисленным. Также видно, что предлагаемыйг/ способ позволяет получить зольно-це- ментные блоки (примеры 6-8) повышен-1 ной прочности без увеличения выщела- чиваемости по сравнению с блоками- из цемента (опыты 1,2), полученными по способу-прототипу. Дальнейшее увеличение (более 10%) содержания цемен-

та в смеси не увеличивает прочностных характеристик получаемых блоков (пример 9).

Предлагаемый способ позволяет переработать радиоактивные Отходы щелочных металлов в пригодные для длительного захоронения блоки, обладающие высокой прочностью, без увеличения их выщелачиваемоети.

По сравнению с известным способ позволяет получить экономический эффект за счет замены относительно дорогих носителя (цемент) и окислителя (увлажненный углекислый газ) золой- уносом тепловых электростанций, являющейся массовым видом отходов и имеющей низкую стоимость. Кроме того, способ позволяет предотвратить выделение газообразных взрывоопасных продуктов, значительно снизить пьшение и выход щелочных аэрозолей и радио- нуклидов в атмосферу, что позволяет упростить процесс газоочистки и улучшить условия труда.

10

5475756

Формула изобретения

Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла, включающий смешение расплавленного металла в инертной атмосфере с дисперсным неорганическим носителем, окисление, охлаждение, смешение с водой до заданного водовяжущего отношения с последующим формованием смеси в блок и выдержкой до отверждения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и безопасности процесса путем исключения пылящих стадий переработки щелочного металла, предотвращения выделения взрывоопасных газообразных продуктов и снижения температуры процесса окисления, в качестве окислителя используют золу-унос тепловых электростанций, взаимодействующую со щелочным металлом при температуре, выше температуры смешения, причем золу- унос берут не менее чем в полутора- кратном избытке от необходимого на окисление.

15

20

2$

Изобретение относится к методам переработки радиоактивных отходов. Целью изобретения является снижение температуры процесса окисления. Цель изобретения достигается тем, что расплавленные отходы щелочных металлов смешивают в инертной среде с золоЙуносом тепловых электростанций, причем последнюю берут в количестве, в 1,5 раза превышающем необходимое для окисления щелочного металла, окис- ляют щелочной металл за счет содержащихся в золе твердофазных окислителей. Полученный продукт охлаждают, смешивают с водой до нужного водовя- жущего отношения и после прекращения перемешивания выдерживают до отверждения. Для увеличения прочности конечного продукта в золу перед смешиванием с расплавленным металлом или в продукт реакции окисления может добавляться вяжущее. Способ позволяет снизить температуру процесса до 325- 490 С, что дает возможности снизить пыпение н выход радиоактивных аэрозолей в атмосферу, т.е. повысить безопасность процесса. 1 табл. Ј (Л с:

Характеристика получаемых зольных,

эольно-цементных и цементных блоков

при различных условиях реализации способа

Компаунды, получаемые по способу-прототипу. Указано соотношение масс

натрия и цемента.

Цемент добавлен в золу до смешения ее с натрием.

Составитель С.Кондратенко

Редактор Т.Орловская Техред М.Дидык

Ко

Корректор В.Кабаций