Способ переработки радиоактивных ионообменных смол

 

Использование: переработка радиоактивных отходов, а именно ионообменных смол. Сущность: отработанные ионообменные смолы обрабатывают гидроксидом натрия, смешивают с водой и измельченным гранулированным доменным шлаком и отверждают полученную смесь. При смешивании массовое отношение вода: доменный шлак: гидроксид натрия составляет 1 : 1,36 : 0,027 - 0,04 соответственно. Содержание сухой ионообменной смолы в смеси не превышает 18 мас.%. Достигаемый результат - высокая степень наполнения отвержденного блока ионообменными смолами. 1 табл.

Изобретение относится к технологии переработки радиоактивных отходов, в частности отходов ионообменных смол (ИОС). Известен способ переработки радиоактивных ИОС, включающий их смешение с водой и портландцементом и последующее отверждение смеси (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.). Недостатком данного способа является невозможность получения прочных отвержденных продуктов со степенью наполнения более 8 10% (по сухой ИОС).

Прототипом предлагаемого технического решения является способ переработки радиоактивной ИОС, включающей ее предварительную обработку гидроксидом натрия с последующим смешением с водой и цементом и отверждение полученной смеси (US, патент N 4892685, G 21 F 9/16, 1990). Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к изобретению.

Недостатком данного способа является невысокая степень наполнения отвержденных продуктов в основные марки цементов, составляющая не более 10-12% (по сухой ИОС).

Задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении степени наполнения отвержденных продуктов по ИОС и сокращение затрат на связующее.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе переработки радиоактивной ИОС, включающем предварительную обработку смолы гидроксидом натрия, смешение с водой и минеральным связующим и отверждение полученной смеси, в качестве минерального связующего используют измельченный гранулированный доменный шлак при массовом соотношении вода: доменный шлак: гидроксид натрия 1:1,36:0,27 0,04 соответственно, а содержание сухой ИОС в смеси не превышает 18% мас.

По сравнению с известными способами цементирования ИОС использование после предварительной обработки гидроксидом натрия вместо цемента доменного шлака при массовом соотношении вода: шлак: гидроксид натрия, равном 1 1,36 0,027 0,04, позволяет при снижении затрат на связующее повысить степень наполнения отвержденных продуктов по сухой ИОС в 1,8 раза без ухудшения механических свойств, что не следует явным образом из уровня техники (шлак по водовяжущим свойствам уступает цементу), т.е. соответствует критерию изобретательского уровня.

Способ осуществляется следующим образом. ИОС обрабатывают гидроксидом натрия (NaOH), переводя катиониты в Na⁺-форму, а аниониты в OH^--форму. Затем добавляют воду и измельченный доменный гранулированный шлак и перемешивают до равномерного распределения ИОС в смеси. Соотношение воды, шлака и гидроокиси натрия поддерживают на уровне 1:1,36:0,027-0,04. После этого смесь отверждается в течение 28 сут. Степень наполнения отвержденных продуктов достигает 18% (по сухой ИОС) при сохранении водостойкости и прочности, достаточной для безопасной транспортировки (не менее 5 МПа).

Примеры конкретного исполнения приведены ниже.

Пример 1. Смешанные ИОС были приготовлены из катионита КУ-2-8 чс в H⁺-форме (ГОСТ 13505-68) и анионита АВ-17-8 чс в OH^--форме (ГОСТ 13504-68) в объемном соотношении 1:1. 47 г ИОС обрабатывали 8 г 50% раствора NaOH (ГОСТ 2263-79), а затем добавляли 92 г воды и 136 г молотого (измельченного) доменного гранулированного шлака (ТУ 21-20-61-95). После перемешивания в течение 5 мин для получения однородной массы смесь отверждали в течение 28 сут.

Примеры 2-5 отличаются от примера 1 соотношением компонентов (см. таблицу).

Примеры 6-8 (прототип) отличаются от примера 1 соотношением компонентов, а также тем, что вместо шлака используется портландцемент соответственно марки 400 в примере 6, марки 500 в примере 7 и марки 600 в примере 8.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что по прототипу обработка NaOH не позволяет включать в блоки более 11% ИОС (пример 7). В то же время обработка NaOH при шлаковании позволяет включить до 18% ИОС в отвержденные продукты (примеры 1-3). При использовании менее 0,027 мас.ч. NаOH не обеспечивается водостойкость (примеры 4 и 5). Необходимым и достаточным для достижения поставленной задачи является проведение обработки ИОС гидроксидом натрия и отверждение молотым гранулированным доменным шлаком при соотношении вода: шлак: гидроксид натрия равным 1:1,36:0,027-0,04, что обеспечивает повышение степени наполнения отвержденных продуктов до 18% (по сухой ИОС) с сохранением достаточной прочности и водостойкости.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в увеличении в 1,8 раза степени наполнения отвержденных продуктов при сокращении расхода связующего в 2 раза. Кроме того, важным является и экономический аспект, т.к. для переработки радиоактивных отходов используют промышленные отходы доменные шлаки, стоимость которых в 2 раза ниже, чем портландцемента.

Данный способ может осуществляться на том же оборудовании, что и цементирование ИОС, а связующее является крупномасштабным отходом металлургии (выход 40-60% к весу чугуна), т.е. является промышленно применимым.

Формула изобретения

Способ переработки радиоактивных ионообменных смол, заключающийся в том, что смолы обрабатывают гидроксидом натрия, смешивают с водой и минеральным связующим и отверждают полученную смесь, отличающийся тем, что в качестве минерального связующего используют измельченный гранулированный доменный шлак, при смешивании массовое отношение вода доменный шлак гидроксид натрия составляет 1 1,36 0,027 0,04 соответственно, а содержание сухой ионообменной смолы в смеси не превышает 18 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1