Способ обработки жидких радиоактивных отходов

 

Область использования: атомная энергетика, а именно способы обработки жидких радиоактивных отходов, преимущественно низкого и среднего уровней активности. Сущность изобретения: отходы выпаривают , подвергают их термообработке при 310-340 ^oС, отверждают их до образования монолитного блока. Последний капсулируют гидрофобизующей смесью состава, мас.%: энергетический шлак 72-84; парафин 8-14; канифоль 8-14 в количестве 12-20% от радиоактивных отходов. 1 табл.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к способам жидких радиоактивных отходов (ЖРО), преимущественно низкого и среднего уровней активности, которые образуются на атомных электростанциях (АЭС) и предприятиях, связанных с переработкой делящихся материалов.

При эксплуатации АЭС одной из главных задач является значительное уменьшение объемов (концентрирование) радиоактивных отходов, а также перевод их в форму, удобную для надежного длительного хранения (500-1000 лет). Для этого их концентрируют путем выпаривания, сушки и включают в различные связующие (цемент, термопластичные органические связующие, стекло). Радиоактивные отходы в твердой форме занимают меньший объем и их значительно проще, дешевле и безопаснее хранить.

Известен способ обработки ЖРО, включающий концентрирование отходов и отверждение их с помощью цемента [1] При этом способе обработки ЖРО объем концентратов за счет цемента увеличивается в 1,5-2 раза. Цементные блоки необходимо хранить в специальных могильниках, не допускающих контакта с водой, так как скорость выщелачивания радионуклидов из цементных блоков достаточно высока ≈10^-2-10^-3 г/см²˙сут. Кроме того, прочность на сжатие цементных блоков составляет 2-8 МПа.

Известен также способ обработки ЖРО на АЭС, включающий концентрирование отходов и смешение их с термопластичным органическим связующим, например битумом [2] Битумные монолитные блоки включают до 40% радиоактивных солей, надежнее фиксируют в себе радионуклиды и могут храниться длительное время в любых хранилищах твердых отходов. Скорость выщелачивания радионуклидов из битумных блоков составляет 10^-4-10^-5 г/см²˙сут.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки ЖРО, включающий выпаривание отходов, их термообработку при температуре 150-400^оС, отверждение до образования монолитного блока и его капсулирование защитным слоем [3] Известный способ позволяет фиксировать в отвержденном блоке до 50% радиоактивный солей, при этом скорость выщелачивания из такого блока составляет ≈10^-6 г/см²˙сут.

Задача изобретения увеличение степени наполнения блока и повышение его водоустойчивости.

Для решения задачи ЖРО выпариваются в сосуде до сухих солей, затем их подвергают термообработке при 310-340^оС. При этом в сосуде происходит расплавление нитритных и некоторых сульфатных составляющих солей в исходной смеси ЖРО. Полученный расплав заливают в алюминиевую цилиндрическую матрицу, так как алюминий обладает необходимыми теплопроводными свойствами.

После некоторого остывания расплава и отверждения монолитного блока последний без труда извлекается из матрицы.

Далее на горячий блок наносится защитный слой, в качестве которого используется гидрофобизующая смесь состава, мас. Энергетический шлак 72-84 Парафин 8-14 Канифоль 8-14 в количестве 12-20% от радиоактивных отходов.

Для этого используют цилиндрическую фторопластовую форму, диаметр которой превышает диаметр блока на 0,5-2 см. Предварительно дно формы покрывают гидрофобизующей смесью на величину 0,25-1 см. Горячий отвержденный блок помещают во фторопластовую форму.

Гидрофобизующая смесь приготавливается следующим образом: расплавляют канифоль, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают энергетический шлак гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Затем эта смесь заливается во фторопластовую форму с блоком.

Либо в том же составе приготовленная сухим способом (простым смешиванием компонентов) смесь засыпается в форму между ее стенкой и горячим блоком, от которого гидрофобизующая смесь расплавляется непосредственно на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания блок извлекают из формы.

П р и м е р 1. В качестве ЖРО используют смесь растворов-имитаторов: NaNO₃ концентрацией 40 г/л: Na₂CO₃ 6,8 г/л; NaF 4,5 г/л; Fe(NO₃)₃ 0,6 г/л; Al(NO₃)₃ 0,6 г/л; Na₂C₂O₄ 7 г/л; органические вещества 0,6 г/л (44%); гидрошламовая пульпа (ГШП) составом, г/л: Fe₂SO₄˙7H₂O 149; CaCl₂ 42; MgSO₄˙7H₂O 154; NaOH до рН 11,5 (22%); воднохвостовой раствор (ВХР) составом, г/л: Fe(NO₃)₃ ˙9H₂O 108; Ca(NO₃)₂ ˙4H₂O 94; Al(NO₃)₃˙9H₂O 208; NaCl 2,6; NaF 17,5 (34%).

Смесь растворов выпаривают в сосуде до сухих солей, затем их подвергают термообработке при 310^оС. При этом происходит расплавление нитратных и некоторых сульфатных составляющих солей в исходной смеси. Полученный расплав заливают в алюминиевую цилиндрическую матрицу. После остывания расплава до 120^оС и отверждения монолитного блока последний извлекают из матрицы. Далее горячий блок покрывают гидрофобизующей смесью состава, мас. энергетический шлак 72; парафин 14; канифоль 14 в количестве 12% от солей. Для этого используют цилиндрическую фотопластовую форму, диаметр которой превышает диаметр блока на 1 см. Предварительно дно формы покрывают гидрофобизующей смесью на величину 0,5 см. Горячий блок помещают во фторопластовую форму. Гидрофобизующую смесь готовят следующим образом: расплавляют канифоль, добавляют парафин и в расплав при постоянном перемешивании подают энергетический шлак, затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с блоком. Смесь, застывая, образует защитный слой. После застывания блок извлекают из формы.

П р и м е р 2. В роли ЖРО используют ту же смесь растворов-имитаторов (см. пример 1). Смесь растворов выпаривают до сухих солей, затем их подвергают термообработке при температуре 340^оС, при которой нитратные и некоторые сульфатные составляющие солей в исходной смеси расплавляются. Расплав заливают в алюминиевую цилиндрическую матрицу. После остывания расплава до 150^оС и отверждения монолитного блока последний извлекают из матрицы, и капсулируют гидрофобизующей смесью состава, мас. энергетический шлак 84; парафин 8; канифоль 8 в количестве 20% от солей. Для этого используют цилиндрическую фторопластовую форму, диаметр которой превышает диаметр блока на 1 см. Предварительно дно формы покрывают гидрофобизующей смесью на величину 0,5 см, горячий блок помещают во фторопластовую форму. Гидрофобизующую смесь, приготовленную сухим способом (простым смешением компонентов), засыпают в форму между ее стенкой и горячим блоком, от которого смесь расплавляется на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания блок извлекают из формы. Опыты с другими соотношениями проводились аналогично. Результаты приведены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий выпаривание отходов, их термообработку при 310 340^oС, охлаждение до образования монолитного блока и его капсулирование защитным слоем, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя используют гидрофобизующую смесь состава, мас.

Энергетический шлак 72 84 Парафин 8 14 Канифоль 8 14 в количестве 12 20% от радиоактивных отходов.

РИСУНКИ

Рисунок 1