Способ отверждения отходов Советский патент 1982 года по МПК G21F9/04 

(54) СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОТХОДОВ

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности (10 Кл/л) и других токсичных веществ, в частности, перевода их в отвержденное состояние путем включения в неорганическое связующее Большое количество таких отходов образуется на атомных электростанциях.

Известно, что для отверждения радиоактивных отходов практически во всех странах широко применяют портландцемент 1.

Цементированию подвергаются отходы с солесодержанием не выше 150 г/дм, что при принятом водоцементном отношении, равном 0,6-0,7, соответствует содержанию солей в отвержденном продукте 4-5%. При большем содержании солей не получается прочного цементного камня. Недостатком этих методов является использование для переработки отходов дефицитного строительного материала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированным шлаком или шлакопортландцементом 2. Согласно способу отверждению подвергают отходы в форме жидкостей, шламов или илов, которые

имеют различные источники образования, такие как промышленные, сельскохозяйственные или бытовые отходы, и в качестве вяжущего используют металлургические шлаки, гидратирующиеся в щелочной среде и имеющие следующий состав, вес. %: СаО30-50

SiOa25-40

АЬОз8-20

10

FeO5-15

MgO2-8

Отходы в виде жидкостей, щламов .или илов смешивают со следующими веществами (на 100 вес. ч. отхода):

15

5-35 вес. ч. шлака (имеющего указанный выше состав);

0,02-15 вес. ч. щелочных агентов; 0,2-30 вес. ч. (желательно 0, вес. ч.) активизирующих агентов;

20

О-150 вес. ч. (желательно 5-30 вес. ч.) пуццолана, золы уноса или клинкера, и оптимально от О до 2 вес. ч. эмульгирующих агентов и/или гидрофобных материалов. В результате образуются продукты в виде сыпучих порощков или гранул, которые авторы рекомендуют использовать в качестве удобрений или сорбционных материалов.

К недостаткам способа прототипа следует отнести то, что в данном процессе не 30 образуется прочного монолита и водоустойчивость образующегося материала низкая. Высокое содержание FeO (до 15%) в рекомендуемых шлаках также отрицательно влияет на качество конечного продукта, так как снижает прочность конечного продукта. Целью изобретения является получение прочного монолита с высоким содержанием сухого остатка отходов, пригодного для безопасного захоронения. Эта цель достигается тем, что в способе отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированным щлаком или шлакепортландцементом, металлургический гранулированный щлак с удельной поверхностью 2800-4000 смешивают с отходами, содержащими радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, при водовяжущем отношении 0,2-0,6 и температуре 20-90° С. Кроме того, в качестве вяжущего используют шлакопортландцемент, содержащий от 20 до 80 мае. % шлака. Отходы атомных электростанций, как правило, имеют щелочную реакцию и содержат большое количество поверхностноактивных веществ. Это позволяет избежать дополнительного введения щелочных веществ, необходимых для гидратации и пластификаторов, что позволяет значительно увеличить содержание отходов в отвержденном продукте. Предложение призвано рещить проблему получения конечного продукта с механической прочностью, удовлетворяющей транспортным правилам МАГАТЭ (100 кгс/см) и имеющего водоустойчивость продуктов на основе портландцемента (скорость выщелачивания - X сутки). В качестве металлургических щлаков могут быть использованы измельченные доменные и сталеплавильные шлаки с удельной поверхностью 2800-4000 . Для ускорения процесса схватывания на смещение со шлаком может подаваться раствор или шлам с температурой до 90° С. Возможность проведения процесса в широком интервале температур (от 20 до 90° С) без ухудшения качества образующегося твердого материала позволяет либо создавать непрерывную технологическую цепочку с подачей горячего раствора из куба выпарного аппарата непосредственно в аппарат для смещения с вяжущим, либо пакапливать отходы в промежуточных емкостях с последующим их отверждением в аппаратах полунепрерывного или периодического действия. При водовяжущем отношении от 0,2- 0,6 до 30% вяжущего может быть заменено безводными компонентами отхода, что будет соответствовать 25-26% массовому содержанию сухого остатка отходов в отверждением продукте. Эта величина в 4-5 раз превышает величину солесодержания в компаунде иа основе портландцемента и раствора с содерлсаиием солей 150 г/дм. Пример. 1. Отходы, сконцентрированные до 40% содержания свободной воды, смешивают с металлургическим шлаком следующего состава, вес. %: SiO235,56 А120з10,76 FeO0,34 МпО0,10 СаО42,05 MgO7,46 S1,80 NasO0,36 К2О0,49 На 100 вес. ч. отхода добавляют 140 вес. ч. измельченного шлака с удельной поверхностью 3500 сы-/г. После перемешивания смесь остается для отверждения при температуре окружающей среды. В результате образуется прочный моиолит с плотностью 2 г/см и сопротивлением сжатию 127 кгс/см. Скорость выщелачивания водорастворимых компонентов отходов составляет величину около 10 г/см сут. Содержание сухого остатка отходов в конечном продукте равняется 25 мае. %. 2.Обезвоженные отходы смешивают с водой или радиоактивным раствором и металлургическим щлаком следующего состава, вес. %: SiOs 38,46; АЬОз 9,06; FeO 0,21; МпО 1,30; СаО 45,64; MgO 3,46; S 1,06; Ti02 0,17; Na2O 0,43; К2О 0,60. На 100 вес. ч. отхода добавляют 66 вес. ч. горячей (50° С) воды или радиоактивного раствора и 230 вес. ч. измельченного шлака указанного состава с удельной поверхностью 3500 . После перемешивания с.месь оставляют при температуре окружающей среды. В результате образуется прочный монолит с плотностью - 2 г/см и сопротивлением сжатию 108 кгс/см. Скорость выщелачивания водорастворимых компонентов - 10 г/см сут. Содержание сухого остатка отходов в конечном продукте равняется 27 мае. %. 3.Концентраты промстоков, содержащих сульфаты, фосфат, нитрат и хлорид натрия и гидроокись хрома с 20%-ной влажностью, смешивают с металлургическим шлаком следующего состава (с удельной поверхностью вяжущего 3500 ), вес. %: SiO2 36,24; АЬОз 12,59; FeO 0,37; МпО 0,86; СаО 39,03; MgO 8,39; S 0,54; Na2O 0,35; KgO 0,67. Смешение проводится при 20° С и водовяжущем отнощении 0,3. При этом содержание Ьолей в отвержденном продукте 20%. Через сутки смесь затвердевает. Прочность материала после 28 суток выдержки 200 кгс/см. Скорость выщелачивания