Способ иммобилизации радиоактивного иода в керамическую матрицу

 

Способ иммобилизации радиоактивного иода относится к области переработки и захоронения высокорадиоактивных отходов и может быть использован в ядерной промышленности и энергетике для фиксации в устойчивой твердой фазе радиоактивного иода. Изобретение решает задачу повышения сохранности окружающей среды путем упрощения технологии иммобилизации иода из пылегазовых отходов ядерного производства для его дальнейшего надежного захоронения. Способ иммобилизации радиоактивного иода в керамическую матрицу включает извлечение иода из радиоактивных отходов методом химической адсорбции на цеолите NaХ или его свежеприготовленных металлзамещенных формах, высушивание полученного материала, растирание его до пудры, дегидратацию и горячее прессование в присутствии 0,3 - 1% воды при 500 - 1000°С и 0,5 - 1,5 кбар в течение 3 - 5 суток.

Изобретение относится к области переработки и захоронения высокорадиоактивных отходов и может быть использовано в ядерной промышленности и энергетике для фиксации в устойчивой твердой фазе радиоактивного иода.

Известен способ удерживания радиоактивного иода, включающий перевод его в иодид свинца и последующее спекание с эпоксидной смолой (Калинин Н.Н., Елизарова А.Н."Исследование выщелачивания иода из композиций на основе эпоксидной смолы и иодида свинца". - Радиохимия, 1998, т.3, N 4, стр. 107-111).

Недостатками данного способа являются усложнение технологического процесса за счет предварительного перевода иода в иодид свинца, а также низкая прочность полимерного материала в условиях долговременного захоронения.

Известен способ иммобилизации радиоактивного иода в керамическую матрицу (пат. США N 4229317, по кл МКИ G 21 F 9/16 1981 г.), включающий предварительный перевод радиоактивного иода в иодиды или иодаты щелочных металлов и добавление последних к раствору оксидов алюминия, кремния и щелочных металлов в стехиометрическом соотношении. Компоненты перемешивали в течении 16 ч до гомогенности, высушивали до получения порошка и прессовали под давлением 69-127 бар и температуре 800-1100^oC до образования иодсодержащего алюмосиликата (иод-содалита).

Однако этот способ достаточно трудоемок из-за многостадийности и необходимости приготовления в процессе иммобилизации ряда малоустойчивых реагентов, например, коллоидного кремния.

Способ, описанный в патенте США 4661291, хотя и наиболее близок к предлагаемому нами по числу совпадающих операций, однако из-за отличий в условиях их проведения (адсорбций только на Ag-замещенных цеолитах, горячее прессование в присутствии более чем 5% воды при относительно низких и широких интервалах температур и давлении) не позволяет решить поставленную задачу - керамизацию отходов как наиболее оптимальный способ их захоронения. Он, как и способ, описанный в ЕП 0379895, G 21 F 9/02, 1990, основан на использовании цеолита только как адсорбента иода. Однако параметры опытов по проведению фиксации сорбента иода по патенту США не соответствуют условиям получения плотной и низко пористой керамической матрицы.

Требуются именно те высокие параметры, которые патентуются нами. Способ, описанный в патенте 4661291, обеспечивает скорее компактирование сорбента и, таким образом, его удерживание, но не содержит гарантии удерживания радионуклида иода, которая характеризуется согласно требованиям МАГАТЭ скоростью выщелачивания - количеством вещества, теряемого с единицы поверхности в единицу времени.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения сохранности окружающей среды путем упрощения технологии иммобилизации иода, извлеченного из пылегазовых отходов ядерного производства, для его дальнейшего надежного захоронения.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе иммобилизации радиоактивного иода в керамическую матрицу, включающем извлечение иода и горячее прессование шихты, новым является то, что извлечение иода из радиоактивных отходов осуществляют методом химической адсорбции на цеолите NaX или его свежеприготовленных металлзамещенных формах, полученный материал высушивают, растирают до пудры, дегидратируют и осуществляют горячее прессование в присутствии 0,3 - 1% воды при температуре 500 - 1000^oC и давлении 0,5 - 1,5 кбар в течение 3-5 суток.

Пример 1. 0,326 г. цеолита NaX засыпали в ионнообменную колонку, сквозь которую пропускали поток воздуха, насыщенный парами иода. После чего цеолит высушили, растерли до пудры, дегитратировали при 300^oC до постоянного веса и плотно запрессовали в платиновую ампулу, добавив 1 вес.% воды. Ампулу заварили и поместили в реактор установки высокого давления при 500^oC и обжимающем давлении 1000 бар в течение 5 суток. Полученная керамика представляла собой иод-содалит с плотностью 2,34 г/см³ и пористостью 8%. Скорость выщелачивания иода на 22-е сутки составляла 1,8 г/м² ·сутки.

Пример 2. То же, что и в примере один, только сквозь ионнообменную колонку пропускали водный раствор, содержащий иод в форме иодида. Горячее прессование проводили в присутствии 0,3% воды при 1000^oC и обжимающем давлении 500 бар в течение 3 суток. Полученная керамика представляла собой иод-содалит с плотностью 2,45 г/см³ и пористостью 8% Скорость выщелачивания иода на 22-е сутки составляла 1,9 г/м²·сутки.

Пример 3. То же, что и в примере один, только ионнообменную колонку заполняли свежевосстановленным медьзамещенным цеолитом NaX.

Полученная керамика представляла собой смесь иодида меди, окиси меди и андалузита - аналога природного андалузита и имела фазово-химическое соответствие с породой, в которую ее можно захоронить. Плотность полученной керамики 2,62 г/см³, пористость 0,5%. Скорость выщелачивания иода на 36-е сутки составляла 0,93 г/м²·сутки, что в 4 раза меньше, чем у иод-содалита, синтезированного по прототипу.

Пример 4. То же, что и в примере 1, только ионнообменную колонку заполняли свежевосстановленным свинецзамещенным цеолитом NaX. Полученная керамика представляла собой смесь иодида свинца, окиси свинца и андалузита - аналога природного андалузита и имела фазово-химическое соответствие с породой, в которую ее можно захоронить. Плотность полученной керамики 2,82 г/см³, пористость 0,95%. Скорость выщелачивания иода на 36-е сутки составляла 1,03 г/м²·сутки, что в 3 раза меньше чем у иод-содалита, синтезированного по прототипу.

Формула изобретения

Способ иммобилизации радиоактивного иода в керамическую матрицу, включающий извлечение иода из радиоактивных отходов методом химической адсорбции на цеолите с последующим измельчением и горячим прессованием в присутствии воды, отличающийся тем, что в качестве цеолита берут только цеолит NaX или его свежеприготовленную металлзамещенную форму, полученный материал высушивают, измельчение проводят растиранием его до пудры, которую затем дегидратируют, а горячее прессование проводят в присутствии 0,3 - 1% воды при 500 - 1000^oС и 0,5 - 1,5 кбар в течение 3 - 5 суток.