Монолитный блок для иммобилизации жидких радиоактивных отходов

 

Область использования: атомная энергетика, а именно обезвреживание жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: монолитный блок содержит предварительно отвержденные отходы и защитный слой. В качестве защитного слоя блок содержит гидрофобизующую смесь канифоли, парафина и энергетического шлака в соотношении 1-3:1-3:10-14 мас.ч. 1 табл.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к способам обработки 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 монолитный блок (компаунд) для иммобилизации ЖРО, содержащий концентрированные отходы, отвержденные с помощью цемента [1] В указанном блоке 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 блок, включающий концентрированные отходы, смешанные 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 блок для иммобилизации ЖРО, содержащий предварительно отвержденные отходы и керамический или металлический защитный слой [3] Известный блок позволяет фиксировать до 50% радиоактивных солей, а скорость выщелачивания из него составляет ≈10^-6 г/см²˙сут.

Задача изобретения снижение скорости выщелачивания радионуклидов из блока.

Для приготовления блока ЖРО выпаривают в сосуде до сухих солей, затем их подвергают термообработке при температуре 310-340^оС. При этом в сосуде происходит расплавление нитратных 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 канифоли, парафина и энергетического шлака.

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.

Гидрофобизующую смесь готовят следующим образом: расплавляют 1-3 мас.ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10-14 мас.ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с блоком.

Либо в тех же массовых частях приготовленная сухим способом (простым смешением компонентов) смесь засыпают 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; F₃(NO₃)₃ 0,6 г/л; Al(NO₃)₃ 0,6 г/л; Na₂C₂O₄ 7г/л; органические вещества 0,6 г/л (50%); гидрошламовая пульпа (ГШП) составом, г/л: FeSO₄˙7H₂O 149; CaCl₂ 42; MgSO₄˙7H₂O 154; NaOH до рН 11,5 (10%); воднохвостовой раствор (ВХР) Fe(NO₃)₃ x x9H₂O 108; Ca(NO₃)₂ ˙4H₂O 94; Al(NO₃)₃ x x9H₂O 208; NaCl 2,6; NaF 17,5 (15%), а также перлитовый песок (25%), имитирующий отработанный материал адсорбционных фильтров.

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 канифоли, парафина и энергетического шлака. 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 готовят следующим образом: расплавляют 1 мас.ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10 мас.ч. энергетического шлака. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с блоком. Смесь, застывая, образует защитный слой. После остывания 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. Далее горячий блок покрывают гидрофибизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака. 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 готовят сухим способом (простым смешением 3 мас.ч. канифоли, столько же парафина и 14 мас.ч. энергетического шлака) и 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

МОНОЛИТНЫЙ БЛОК ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, содержащий предварительно отвержденные отходы и защитный слой, отличающийся тем, что он содержит в качестве защитного слоя гидрофобизующую смесь канифоли, парафина и энергетического шлака в соотношении 1 3 1 3 10 14 мас.ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1