RU2009556C1 - Способ отверждения жидких радиоактивных отходов - Google Patents
Способ отверждения жидких радиоактивных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009556C1 RU2009556C1 SU5003258A RU2009556C1 RU 2009556 C1 RU2009556 C1 RU 2009556C1 SU 5003258 A SU5003258 A SU 5003258A RU 2009556 C1 RU2009556 C1 RU 2009556C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clay
- mixture
- temperature
- glass powder
- radioactive waste
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к фиксации жидких радиоактивных отходов в устойчивой твердой среде. Целью изобретения является улучшение свойств готового к захоронению продукта за счет повышения его теплопроводности, водоустойчивости, а также безопасности процесса. Указанная цель достигается за счет того, что к жидким радиоактивным отходам добавляют глину и стеклянный порошок, упаривают до остаточной влажности 20 - 30% , гранулируют полученную смесь, проводят термообработку гранул. После этого гранулы смешивают с хромитовым концентратом, нагревают до 600 - 650С, инициируют процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения керамикоподобного материала. Способ позволяет включать жидкие радиоактивные отходы в керамикоподобные материалы в течение короткого промежутка времени с минимальными затратами электроэнергии, а также получать конечный продукт с повышенной теплопроводностью и влагостойкостью. 1 з. п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к области фиксации жидких радиоактивных отходов в устойчивой твердой среде, и может быть использовано на централизованных пунктах переработки и захоронения радиоактивных отходов, а также на предприятиях атомной промышленности, имеющих цеха по переработке радиоактивных отходов.
Известны различные способы отверждения жидких радиоактивных отходов, включающие их сушку, кальцинацию и остекловывание с последующим отжигом получаемых стеклоблоков [1] .
Одним из основных недостатков известных методов остеклования жидких радиоактивных отходов (ЖРО) заключается в том, что варка стекол требует длительного пребывания отходов при температурах 1100-1300оС, что приводит к значительному уносу радионуклидов в процессе синтеза стекла, а также в том, что получаемые радиоактивные стекла не обладают повышенной стабильностью при их захоронении в различные геологические формации.
Стремление получить материалы типа природных минералов, которые были бы более стабильны при захоронении в неологические формации, чем стекла, привело к появлению разработок по включению ЖРО в минералоподобные кристаллические продукты на силикатной и другой основе.
Наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является способ отверждения радиоактивных отходов высокого и среднего уровней активности [2] .
Известный способ включает выпаривание ЖРО до 40-80% содержания остаточной влаги, смешение полученного концентрата с глинистым веществом, содержащим добавку цемента, формирование (гранулирование) полученной смеси, сушку гранул при 150оС, кальцинацию гранул при 800оС и обжиг при 1400оС в течение 10-20 ч с получением керамикоподобного в6ещества, пригодного для захоронения.
Недостатками известного способа являются микропористость получаемой керамики с низкими значениями теплопроводности; повышенная скорость выщелачивания, носящая в данном случае поверхностно-объемный характер; длительность процесса обжига и вязанная с ней повышенная степень (количество) газовыделения и уноса радионуклидов.
Целью изобретения является улучшение свойств готового к захоронению продукта за счет повышения ео теплопроводности, водоустойчивости, а также безопасности процесса.
Поставленная цель достигается за счет того, что ЖРО упаривают, после чего к упаренным ЖРО добавляют глину (на основе окислов кремния и алюминия) и стеклянный порошок таким образом, чтобы остаточная влажность смеси не превышала 20-30% . Указанный интервал остаточной влажности обеспечивает проведение следующей операции - гранулирования (при влажности смеси менее 20% формирующиеся гранулы начинают рассыпаться, 0 а при влажности свыше 30% гранулы теряют свою форму). Соотношение между сухим остатком ЖРО и смесью глины и стеклянного порошка должно быть не более, чем 3: 5 при соотношении глина-стеклянный порошок - 1-2. Такос соотношение глина-стеклянный порошок выбирается вследствие того, что процесс проводимого в дальнейшем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с большим количеством стеклянного порошка может оборваться из-за образования плотной стеклокерамической пробки, которая остановит волну горения. При большем количестве глины получаемая керамика будет достаточно хрупкой и рассыпается на мелкие фракции. Соотношение между сухим остатком ЖРО и смесью глины и стеклянного порошка выбирается не более, чем 3: 5 из-за того, что при большем количестве отходов в процессе СВС и ЖРО происходит выделение газообразных продуктов столь интенсивно, что происходит разбрызгивание образующихся в волне горения продуктов. Полученные таким образом гранулы подвергают сначала сушке, а затем отжигу при температуре не менее 400оС для отгонки органических соединений, могущих при последующих операциях составить с окисляющими компонентами ЖРО взрывоопасную смесь. Отожженные гранулы смешивают с хромовитовым концентратом (химический состав в мас. % : Cr2O3 - 26,3; Fe2O3 - 26,3; Al2O3 - 14,1; стеклобой - 4,2; MgO - 12,5; Al - 16,6 в соотношении не более чем 1: 1 (1: 1,1: 2,1: 3 и т. д. ), причем соотношение 1: 1 позволяет включать наибольшее количество радиоактивных отходов в получаемую далее керамику. Образованную композицию нагревают до температуры не менее 600оС и инициируют процесс СВС. В качестве средства инициирования используют таблетку Ni-Al стехиометрического состава, которая кладется на предкерамику для поджига. При указанной температуре инициируется процесс СВС, фронт горения которого движется по объему спекаемой в керамику композиции со скоростью 50-70 мм/мин и имеет температуру по всему фронту горения порядка 1200-1300оС, затем спеченный материал прессуется под давлением 5-10 МПа. После прохождения волны СВС через весь объем композиции образуется хорошо спеченный керамикообразный блок с твердостью не менее 60 мПа. Вышеуказанное соотношение между количеством гранул и хромитовым концентратом объясняется тем, что при меньшем количестве хромитового концентрата не будет обеспечиваться достижение необходимой для спекания композиции в керамикообразный блок при 1200-1300оС.
Тепло, выделяющееся при возникновении процесса СВС, обеспечивает подъем температуры за счет тепла экзотермических реакций, возникающих в хромитовом концентрате, до величины 1200-1300оС. В процессе СВС окислы хрома, железа и алюминия, присутствующие в составе хромитового концентрата частично (на 5-10% ) восстанавливаются до металлов, в результате чего керамикообразный блок фактически представляет собой плавленно-литую керамику с металлическими включениями, что подтверждено рентгеновским микрозондовым анализом, показавшем образование металлических включений размером 20-20 мкм, находящихся в керамике, шпилевидного образования типа Cr2O3 ˙CaO ˙6Al2O3. Установлено, что скорость выщелачивания ионов натрия составляет величину порядка 3 ˙10-5 г/см2 сутки.
Таким образом, свойства конечного продукта согласно данного способа улучшаются по сравнению со свойствами конечного продукта согласно прототипа за счет того, что :
- снижается пористость конечного продукта за счет введения порошка секла, что снижает поверхность контакта блока с окружающей средой и как следствие этого приводит к снижению скорости выщелачивания радионуклидов, так как известно, что скорость выщелачивания пропорциональна указанной поверхности контакта;
- увеличивается теплопроводность блока за счет наличия металлических включений (Al, Cr, Fe), что весьма важно для структурной целостности блока при отверждении высокоактивных отходов, выделяющих значительные количества тепла вследствие радиоактивного распада.
- снижается пористость конечного продукта за счет введения порошка секла, что снижает поверхность контакта блока с окружающей средой и как следствие этого приводит к снижению скорости выщелачивания радионуклидов, так как известно, что скорость выщелачивания пропорциональна указанной поверхности контакта;
- увеличивается теплопроводность блока за счет наличия металлических включений (Al, Cr, Fe), что весьма важно для структурной целостности блока при отверждении высокоактивных отходов, выделяющих значительные количества тепла вследствие радиоактивного распада.
Кроме того, безопасность процесса, связанная со степенью газовыделения, повышается за счет того, что температура 1200-1300оС держится только по толщине фронта СВС (5-6 мм в течение 5-7 с), в то время как классических методах включения ЖРО в керамикоподобные материалы, к которым относится способ прототипа, необходимая температура спекания 1400оС в течение 10-20 ч распределена по всему объему спекаемой массы. А так как газовыделение тем выше, чем выше температура и количество газовыделяемого вещества, находящегося при этой температуре, то естественно, что в заявляемом способе степень интегрального газовыделения будет ниже, чем в прототипе.
Жидкие радиоактивные отходы с удельной активностью 1,55 ˙105 Бк/ кг упаривают до остаточной влажности 20-30% и смешивают с флюсующими добавками в соотношении: 40 мас. % сухого остатка ЖРО, 40 мас. % порошка стекла и 20 мас. % глины. Смесь тщательно перемешивают, подсушивают при 70-80% до пластилинообразного состояния и изготавливают полидисперсную гранулированную смесь (70-80 мас. % гранулы размером 2,5 мм и 30-30 мас. % гранулы размером 1,6 мм). Полученные гранулы помещают на поддон из нержавеющей стали и отжигают в следующем температурном режиме: 150оС - 2 ч; 200оС - 2 ч; 400оС - 1 ч. Далее гранулированную смесь перемешивают с СВС-шихтой (аналог хромитового концентрата), содержащий в мас. % : Сr2O3 - 26,3; Fe2O3 - 26,3; Al2O3 - 14,1; стеклобой - 4,2; MgO - 12. , 5; Al - 16,6 в соотношении 1: 1, высыпают в цилиндрическую форму, обложенную изнутри асбестовой бумагой. Сверху на полученный брикет кладут таблетку из смеси порошков Ni-Al стехиометрического состава (1-2 ч), помещают его в муфельную печь и проводят термообработку с помощью направленного горения (метод СВС) в следующем температурном режиме: 200оС - 0,5 ч; 400оС - 0,5 ч; 600оС - 0,5 ч, далее печь включают на подъем температуры до 800 оС. При температуре 650оС происходит автоматический поджиг брикета таблеткой Ni-Al и инициирование СВС-процесса, по окончании которого продукт подпрессовывают под давлением 5-10 МПа. Процесс СВС осуществляется в замкнутом объеме печи с минимальным газовыделением. Скорость горения 50-70 мм/мин. Плавленно-литый композит отжигается при 600оС - 0,5 ч. 400оС - 1 ч; 200оС - 2 ч, далее температуре окружающей среды.
Процесс получения керамического материала с включенными в него радиоактивными отходами описан для цилиндрических образцов диаметром 60 мм, высотой 80-70 мм и массой около 100 г. Теплопроводность спеченного материала 1,3-2,4 ккал/м. ч. град, удельное электросопротивление 103-106 Ом ˙см, скорость выщелачивания 10-5 г-ионов Na/см2 ˙сутки, длительность СВС-процесса 40-60 с.
Таким образом, заявляемый способ позволяет включать жидкие р адиоактивные отходы в керамикоподобные материалы в течение короткого времени с минимальными затратами электроэнергии, что повышает безопасность процесса, а также позволяет получать конечный продукт с повышенной теплопроводностью и влагостойкостью. (56) Никифоров А. С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. 1985, М. : Энергоатомиздат, с. 91-105.
Патент ФРГ N 2726087 - С2, кл. В 03 В 9/06, 1978.
Claims (2)
1. СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий упаривание отходов, смешивание с глинистым веществом, гранулирование полученной смеси, сушку, отжиг гранул и получение керамического материала, пригодного для захоронения, отличающийся тем, что, с целью улучшения свойств конечного продукта путем повышения его теплопроводности, водоустойчивости, а также повышения безопасности процесса отверждения, к упаренным до остаточной влажности 20 - 30% жидким радиоактивным отходам вместе с глиной добавляют стеклянный порошок, причем соотношение между сухим остатком жидких радиоактивных отходов и смесью глины и стеклянного порошка составляет не более 3 : 5 при соотношении глина: стеклянный порошок 1 : 2, отжиг гранул осуществляют при не менее 400oС, после чего отожженные гранулы смешивают с хромитовым концентратом в соотношении не более 1 : 1, вводят средство, инициирующее процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, смесь нагревают до температуры не менее 600oС, а полученный керамический материал подвергают прессованию.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве средства инициирования процесса самораспространящегося высокотемпературного синтеза используют таблетки Ni - Al стехиометрического состава.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5003258 RU2009556C1 (ru) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5003258 RU2009556C1 (ru) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009556C1 true RU2009556C1 (ru) | 1994-03-15 |
Family
ID=21585730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5003258 RU2009556C1 (ru) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2009556C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102592695A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-07-18 | 西南科技大学 | 一种放射性石墨的高温自蔓延固化方法 |
RU2473013C1 (ru) * | 2011-07-11 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ обезвреживания минерализованных сточных вод атомных и тепловых электрических станций |
RU2505872C2 (ru) * | 2011-10-24 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Атомэнергоремонт" (ОАО "Атомэнергоремонт") | Способ дезактивации труб и трубных пучков - кислотно-абразивная дезактивация |
-
1991
- 1991-07-11 RU SU5003258 patent/RU2009556C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473013C1 (ru) * | 2011-07-11 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Способ обезвреживания минерализованных сточных вод атомных и тепловых электрических станций |
RU2505872C2 (ru) * | 2011-10-24 | 2014-01-27 | Открытое акционерное общество "Атомэнергоремонт" (ОАО "Атомэнергоремонт") | Способ дезактивации труб и трубных пучков - кислотно-абразивная дезактивация |
CN102592695A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-07-18 | 西南科技大学 | 一种放射性石墨的高温自蔓延固化方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100371287C (zh) | 利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法 | |
KR19990007639A (ko) | 고상폐기물을 원료로 하는 세라믹 조성물 및 이의 제조방법 | |
CZ324298A3 (cs) | Způsob výroby keramických výrobků z létavého popílku | |
Sobiecka et al. | Thermal plasma vitrification process as an effective technology for fly ash and chromium‐rich sewage sludge utilization | |
CN106242516A (zh) | 用危险废物、固体废物制造的陶瓷制品 | |
PT86951B (pt) | Processo de fabricacao de cimento | |
Cao et al. | Self-propagating reactions for environmental protection: state of the art and future directions | |
RU2009556C1 (ru) | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов | |
WO1983003919A1 (en) | Procedure for ceramizing radioactive wastes | |
Barinova et al. | SHS immobilization of radioactive wastes | |
JPS6120839B2 (ru) | ||
Hu et al. | Recycling technology—artificial lightweight aggregates synthesized from sewage sludge and its ash at lowered comelting temperature | |
CN109399938A (zh) | 一种城市生活垃圾焚烧飞灰微波熔融制备的建筑装饰用微晶玻璃及应用 | |
JPS5518556A (en) | Formed body for gas blowing | |
ES518069A0 (es) | Procedimiento para fabricar ladrillos cocidos refractarios para barrido con gas, para la introduccion de gases o vaporesen masas metalicas de fusion. | |
TWI559329B (zh) | A method for removing radioactive cesium, and a method for producing a calcined product | |
RU2242814C1 (ru) | Способ переработки отходов реакторного графита | |
JPH06134438A (ja) | 廃アスベスト材の処理法および廃アスベスト材を用いた窯業製品の製造方法 | |
JPH072559A (ja) | 耐火・断熱性組成物 | |
US3218130A (en) | Method of producing magnesia clinker using anhydrous magnesium chloride as a mineralizer | |
US3303140A (en) | Radioactive materials of low surface area | |
Barinova et al. | SHS immobilization of cesium in mineral-like matrices | |
Padilla et al. | Extraction of Alumina from Coal Wastes by the Lime-Soda Sinter Process | |
KR19990014544A (ko) | 플루오르산 폐수의 슬러지를 사용한 건자재의 제조 방법 | |
Karlina et al. | Conditioning of dispersed radioactive waste with powder metal fuel |