RU2116685C1 - Method for processing radioactive ion-exchange resins - Google Patents

Abstract

FIELD: treatment of radioactive ion-exchange resins by curing. SUBSTANCE: method includes mixing of dehydrated ion-exchange resins with ground radioactive PVC materials. Mixture is heated up to 140-150 C, placed in PVC bags and pressed to form fused monolith. After heating, gradual cooling is effected. Ion-exchange resins are mixed with PVC wastes, preferably, in weight ratio (60-70):(40-30). Pressing is carried out at pressure of 3-4 MPa for 15-25 min. Cooling is carried out at the same pressure for 3.0-3.5 h down to temperature of 20-30 C. EFFECT: increased degree of filling of cured products with ion-exchange resin and decreased degree of radionuclide leaching from them. 5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных отходов, в частности отходов ионообменных смол (ИОС). The invention relates to a technology for the processing of radioactive waste, in particular waste of ion exchange resins (IOS).

Известен способ переработки радиоактивных ИОС, включающий их смешение с водой и минеральным связующим (цементом) и последующее отверждение смеси с получением прочных (более 5 МПа) блоков [1]. Недостатком данного способа является невозможность получения прочных отвержденных продуктов со степенью наполнения более 10 мас.% (по сухой ИОС) и высокая выщелачиваемость радионуклидов (10^-2- 10^-3 см/сут.)
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является способ переработки радиоактивных ИОС путем смешения с органическим связующим (битумом) при 140 - 150^oC с получением пластичных битумных компаундов [2]. Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к описываемому изобретению.A known method of processing radioactive IOS, including mixing them with water and a mineral binder (cement) and subsequent curing of the mixture to obtain strong (more than 5 MPa) blocks [1]. The disadvantage of this method is the inability to obtain durable cured products with a degree of filling of more than 10 wt.% (Dry IOS) and high leachability of radionuclides (10 ^-2 - 10 ^-3 cm / day.)
The closest analogue of the claimed technical solution is a method of processing radioactive IOS by mixing with an organic binder (bitumen) at 140 - 150 ^o C to obtain plastic bitumen compounds [2]. This method according to the technical nature and the achieved effect is closest to the described invention.

Недостатком данного способа является сравнительно высокая выщелачиваемость радионуклидов (10^-4 - 10^-5 см/сут.) и невозможность включения в битум более 40 - 50 мас.% ИОС (по сухой ИОС). При включении более 50 мас.% ИОС происходит вспучивание полученной массы. Попытки совместного битумирования ИОС с другими радиоактивными отходами (кубовыми остатками, фильтрперлитом и др. ) приводят лишь к сокращению доли ИОС в битумном блоке при суммарной степени наполнения по отходам не более 50 мас.%.The disadvantage of this method is the relatively high leachability of radionuclides (10 ^-4 - 10 ^-5 cm / day.) And the inability to include in bitumen more than 40 - 50 wt.% IOS (dry IOS). When you turn on more than 50 wt.% IOS, the resulting mass swells. Attempts to jointly bitrate the IOS with other radioactive waste (bottoms, filter perlite, etc.) lead only to a decrease in the share of IOS in the bitumen block with a total waste filling of not more than 50 wt.%.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в увеличении степени наполнения отвержденных продуктов по ИОС и снижении выщелачиваемости из них радионуклидов. The problem solved by this invention is to increase the degree of filling of the cured products according to IOS and to reduce the leachability of radionuclides from them.

Сущность изобретения заключаются в том, что при способе переработки радиоактивных ИОС, включающем их смешение с органическим связующим, нагрев и последующее постепенное охлаждение, в качестве связующего используют измельченные радиоактивные отходы поливинилхлоридных материалов (ПВХ), которые смешивают с предварительно обезвоженной ИОС или смесью различных ИОС, полученную смесь отходов нагревают до температуры 140 - 150^oC, помещают в чехлы из поливинилхлоридного материала, не загрязненного радионуклидами, и прессуют до образования проплавленного монолита. Смесь ПВХ и ИОС может быть нагрета до 140 - 150^oC также в процессе перемешивания отходов ПВХ и ИОС. ИОС смешивают с ПВХ при массовом соотношении (60 - 70) : (40 - 30). Смесь ИОС и ПВХ, загруженную в чехлы из ПВХ, подвергают при температуре 140 - 150^oC прессованию с давлением 3 - 4 МПа в течение 15 - 25 мин до образования проплавленного монолита, затем осуществляется принудительное охлаждение полученного монолита под тем же давлением до температуры 20 - 30^oC в течение 3,0 - 3,5 ч.The essence of the invention lies in the fact that in the method of processing radioactive IOS, including mixing with an organic binder, heating and subsequent gradual cooling, crushed radioactive waste of polyvinyl chloride materials (PVC) is used as a binder, which is mixed with a pre-dehydrated IOS or a mixture of various IOS, the resulting waste mixture is heated to a temperature of 140 - 150 ^o C, placed in covers made of polyvinyl chloride material, not contaminated with radionuclides, and pressed to form a float avlennogo monolith. A mixture of PVC and IOS can be heated to 140 - 150 ^o C also in the process of mixing waste PVC and IOS. IOS is mixed with PVC in a weight ratio of (60 - 70): (40 - 30). The mixture of IOS and PVC, loaded into PVC cases, is pressed at a temperature of 140 - 150 ^° C with a pressure of 3 to 4 MPa for 15 to 25 minutes until a molten monolith is formed, then the resulting monolith is forcedly cooled to 20 at the same pressure - 30 ^o C for 3.0 to 3.5 hours

В качестве связующего выбраны отходы поливинилхлоридных материалов, так как эти материалы обычно широко используются для покрытия полов помещений предприятий ядерно-энергетического комплекса (пластикат марки 57-40) и изготовления пленочных средств индивидуальной защиты (пластикат рец. 80). Waste of polyvinyl chloride materials was chosen as a binder, since these materials are usually widely used to cover the floors of the premises of the nuclear power complex enterprises (grade 57-40 plastic compound) and the manufacture of film personal protective equipment (plastic compound rec. 80).

По сравнению с известными способами переработки ИОС использование в качестве связующего ПВХ и прессование при 140 - 150^oC в поливинилхлоридных чехлах с давлением 3 - 4 МПа обеспечивает в отвержденных продуктах степень наполнения по сухой ИОС до 60 - 70 мас.% и выщелачиваемость радионуклидов на уровне 1•10^-7см/сут. , что не следует явным образом из уровня техники (температура плавления ПВХ ≈ 190 - 230^oC).Compared with the known methods of processing IOS, the use of PVC as a binder and pressing at 140 - 150 ^o C in polyvinyl chloride covers with a pressure of 3 - 4 MPa provides in cured products a degree of filling on dry IOS of up to 60 - 70 wt.% And the leachability of radionuclides at 1 • 10 ^-7 cm / day. that does not follow explicitly from the prior art (the melting point of PVC ≈ 190 - 230 ^o C).

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Радиоактивные ИОС предварительно обезвоживают и смешивают с радиоактивными поливинилхлоридными отходами (пластикат марки 57-40, средства индивидуальной защиты и т.п.), измельченными до размеров гранул ИОС 0,3 - 0,5 мм. После равномерного прогрева смеси до 140 - 150^oC ее загружают в чехлы из "чистого" не загрязненного радионуклидами пластиката марки 57-40 толщиной 2-3 мм и подвергают при 140 - 150^oC прессованию при давлении 3-4 МПа в течение 15 - 25 мин, что обеспечивает сплавление смеси в монолитный блок. Затем блок принудительно охлаждают в течение 3,0 - 3,5 ч до 20 - 30^oC под давлением, чтобы избежать растрескивания или вспучивания. Скорость выщелачивания радионуклидов из отвержденных продуктов составляет около 1•10^-7 см/сут. Использование не загрязненного радионуклидами чехла из ПВХ, в который засыпаются радиоактивные отходы ИОС и ПВХ, позволяет после прессования изолировать загрязненную радионуклидами смесь отходов от окружающей среды и тем самым достигнуть очень низких значений скорости выщелачивания. Кроме того, использование в качестве чехла того же материала ПВХ, который находится в смеси отходов, позволяет достичь монолитности не только внутри блока, но и на границе чехол - отходы. Также наличие чехла позволяет увеличить содержание ИОС в смеси отходов до 60 - 70 мас.% против 40 - 50 мас.% при способе-прототипе, так как чехол защищает смесь от контакта с водой, который приводит к вспучиванию и растрескиванию битумных блоков при содержании ИОС более 40 - 50 мас.%.Radioactive IOSs are preliminarily dehydrated and mixed with radioactive polyvinyl chloride wastes (plastic compound grade 57-40, personal protective equipment, etc.), crushed to IOS granules of 0.3-0.5 mm. After uniform heating of the mixture to 140 - 150 ^o C, it is loaded into the covers from "clean" not contaminated with radionuclides, plastic compound grade 57-40 2-3 mm thick and subjected to pressing at 140 - 150 ^o C at a pressure of 3-4 MPa for 15 - 25 min, which ensures fusion of the mixture into a monolithic block. Then the unit is forced to cool for 3.0 - 3.5 hours to 20 - 30 ^o C under pressure to avoid cracking or swelling. The rate of leaching of radionuclides from cured products is about 1 • 10 ^-7 cm / day. The use of a PVC cover that is not contaminated with radionuclides and into which radioactive wastes of IOS and PVC are poured allows isolating the mixture of waste contaminated with radionuclides from the environment after pressing and thereby achieve very low leaching rates. In addition, the use of the same PVC material as a cover, which is in the waste mixture, allows to achieve solidity not only inside the unit, but also at the cover - waste boundary. Also, the presence of the cover allows you to increase the content of IOS in the waste mixture up to 60 - 70 wt.% Against 40 - 50 wt.% With the prototype method, since the cover protects the mixture from contact with water, which leads to expansion and cracking of bitumen blocks when the content of IOS more than 40 to 50 wt.%.

Пример 1. Смешанные ИОС (50% КУ-2-8 чс и 50% АВ-17-8 чс) обезвоживают (до влажности менее 1%) и перемешивают с отходами поливинилхлоридного пластиката марки 57 - 40, измельченными до 0,3 - 0,5 мм при соотношении 60 : 40, и нагревают до 140^oC. Нагретую смесь загружают в пластикатовый стакан из пластиката марки 57 - 40 толщиной 3 мм, накрывают пластикатовым кругом такой же толщины и подвергают при 140^oC прессованию с давлением 4 МПа в течение 25 мин. Затем при том же давлении производят принудительное охлаждение под тем же давлением до 20^oC в течение 3 ч. В результате получают блоки из сплавленного поливинилхлоридного пластиката, являющегося каркасом, в ячейках которого находятся гранулы ИОС. Блоки, кроме того, находятся в сплошном чехле из "чистого" пластиката марки 57 - 40 толщиной 3 мм. Выщелачиваемость радионуклидов составляет ≈ 1•10^-7 см/сут.Example 1. Mixed IOS (50% KU-2-8 hours and 50% AB-17-8 hours) are dehydrated (to a moisture content of less than 1%) and mixed with waste grade 57-40 PVC compound, crushed to 0.3-0 , 5 mm at a ratio of 60: 40, and heated to 140 ^o C. The heated mixture is loaded into a plastic cup of grade 57-40 plastic compound with a thickness of 3 mm, covered with a plastic circle of the same thickness and pressed at 140 ^o C with a pressure of 4 MPa for 25 minutes Then, at the same pressure, forced cooling is carried out under the same pressure to 20 ^° C. for 3 hours. As a result, blocks of fused polyvinyl chloride plastic compound, which is a frame with IOS granules in their cells, are obtained. The blocks, in addition, are in a continuous cover made of “clean” plastic compound of grade 57-40, 3 mm thick. The leachability of radionuclides is ≈ 1 • 10 ^-7 cm / day.

Примеры 2 - 7. Отличаются от примера 1 соотношением компонентов и параметрами процесса (см. таблицу). Examples 2 to 7. Differ from example 1 in the ratio of components and process parameters (see table).

Пример 8. Отличается от примера 1 тем, что прессование смеси проводят без использования пластикатовых чехлов. Результаты испытаний приведены в таблице. Example 8. It differs from example 1 in that the mixture is pressed without using plastic covers. The test results are shown in the table.

Из приведенных данных следует, что проведение переработки ИОС при температуре 140 - 150^oC и давлении 3 - 4 МПа (примеры 1, 2, 3, 5) обеспечивает сплавление измельченных отходов ПВХ в монолитный каркас, в ячейках которого находятся гранулы ИОС. При температуре ниже 140^oC (пример 6) проплавления блока не происходит, а выше 150^oC (пример 7) идет обильное газовыделение HCl и частичное обугливание (термодеструкция) наружной оболочки, что повышает выщелачиваемость радионуклидов. Если снижение доли ИОС ниже 60 мас.% (пример 5) позволяет сохранять высокое качество блоков, но уже не дает преимущества перед битумированием по степени наполнения, то при доле ИОС более 70 мас.% (пример 4) монолит не образуется из-за недостатка связующего, которым является ПВХ. Переработка ИОС без использования чехлов из ПВХ (пример 8) приводит не только к резкому повышению выщелачиваемости, но и к вспучиванию и даже растрескиванию блоков при хранении.From the above data it follows that the processing of IOS at a temperature of 140 - 150 ^o C and a pressure of 3 - 4 MPa (examples 1, 2, 3, 5) ensures the fusion of ground PVC waste into a monolithic frame, in the cells of which there are granules of IOS. At a temperature below 140 ^o C (example 6), the block does not melt, and above 150 ^o C (example 7) there is a copious release of HCl and partial carbonization (thermal degradation) of the outer shell, which increases the leachability of radionuclides. If a decrease in the fraction of IOS below 60 wt.% (Example 5) allows maintaining high block quality, but no longer gives an advantage over bitumen in terms of filling, then with a fraction of IOS more than 70 wt.% (Example 4), a monolith is not formed due to a lack binder, which is PVC. Processing IOS without the use of PVC covers (example 8) leads not only to a sharp increase in leachability, but also to expansion and even cracking of the blocks during storage.

Таким образом, прессование смеси отходов ПВХ и ИОС, содержащей до 60 - 70 мас. % ИОС, в пластикатовых чехлах при 140 - 150^oC с давлением 3 - 4 МПа является необходимым и достаточным для достижения поставленной задачи. Положительный эффект от использования предлагаемого способа по сравнению с битумированием заключается в снижении выщелачиваемости радионуклидов на 2 - 3 порядка и повышении степени наполнения отвержденных продуктов по ИОС до 60 - 70 мас. %. Суммарное же наполнение по радиоактивным отходам (ИОС и отходы ПВХ) превышает 90 мас.%
Данный способ может осуществляться с использованием промышленных прессов, а чехлы могут изготавливаться из промышленных марок пластикатов (например, марки 57-40), т.е. является промышленно применимым.Thus, pressing a mixture of waste PVC and IOS containing up to 60 - 70 wt. % IOS, in plastic cases at 140 - 150 ^o C with a pressure of 3 - 4 MPa is necessary and sufficient to achieve the task. The positive effect of the use of the proposed method compared with bitumen is to reduce the leachability of radionuclides by 2 to 3 orders of magnitude and increase the degree of filling of cured products by IOS up to 60 - 70 wt. % The total content of radioactive waste (IOS and PVC waste) exceeds 90 wt.%
This method can be carried out using industrial presses, and covers can be made from industrial grades of plastic compounds (for example, grades 57-40), i.e. is industrially applicable.

Список использованной литературы
1. Никифоров А.С. и др. Обезвреживание ЖРО. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 132.List of references
1. Nikiforov A.S. et al. LRW disposal. - M .: Energoatomizdat, 1985, p. 132.

2. Бонневи-Свендсен и др. Исследования по включению отработанных ИОС ядерного энергетического завода в битум и цемент, доклад SM-207/78 на Международном симпозиуме по обращению с радиоактивными отходами ядерного цикла. Вена, 22-26 марта 1976 г. 2. Bonnevi-Svendsen et al. Studies on the inclusion of spent IOS of a nuclear power plant in bitumen and cement, report SM-207/78 at the International Symposium on Radioactive Waste Management of the Nuclear Cycle. Vienna, March 22-26, 1976

Claims (5)

1. Способ переработки радиоактивных ионообменных смол, включающий их смешение с органическим связующим, нагрев и последующее постепенное охлаждение, отличающийся тем, что в качестве связующего используют измельченные радиоактивные отходы поливинилхлоридных материалов, которые смешивают с предварительно обезвоженной ионообменной смолой или их смесью, полученную смесь нагревают до 140 - 150^oС, помещают в чехлы из поливинилхлоридного материала и прессуют до образования проплавленного монолита.1. A method of processing radioactive ion-exchange resins, including mixing them with an organic binder, heating and subsequent gradual cooling, characterized in that the binder uses crushed radioactive waste of polyvinyl chloride materials, which are mixed with pre-dehydrated ion-exchange resin or a mixture thereof, the resulting mixture is heated to 140 - 150 ^o C, placed in covers made of polyvinyl chloride material and pressed to form a melted monolith. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную смесь нагревают до температуры 140 - 150^oС в процессе перемешивания.2. The method according to claim 1, characterized in that the resulting mixture is heated to a temperature of 140 - 150 ^o With the mixing process. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ионообменные смолы смешивают с измельченными поливинилхлоридными отходами в соотношении 60 - 70 : 40 - 30 (мас.%). 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ion exchange resins are mixed with crushed polyvinyl chloride waste in a ratio of 60 - 70: 40 - 30 (wt.%). 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прессование осуществляют при температуре 140 - 150^oС и давлении 3 - 4 МПа в течение 15 - 25 мин.4. The method according to p. 1, characterized in that the pressing is carried out at a temperature of 140 - 150 ^o C and a pressure of 3-4 MPa for 15 to 25 minutes 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется принудительное охлаждение под тем же давлением в течение 3,0 - 3,5 ч до температуры 20 - 30^oС.5. The method according to claim 1, characterized in that the forced cooling is carried out under the same pressure for 3.0 - 3.5 hours to a temperature of 20 - 30 ^o C.

Images