Способ подготовки радиоактивных ионообменных смол к иммобилизации в монолитные структуры

Область применения: подготовка радиоактивных ионообменных смол к иммобилизации в монолитные структуры. Сущность изобретения: радиоактивную ионообменную смолу смешивают с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом, после чего полученную смесь при постоянном перемешивании подвергают термообработке при температуре не меньше чем 250°С, но не больше чем 300°С. Технический эффект: снижение энергозатрат, предотвращение спекания продуктов термообработки радиоактивных ионообменных смол, предотвращение. опасности воспламенения радиоактивных ионообменных смол в процессе их термообработки, предотвращение образования летучих смоломасляных соединений, упрощение процесса, повышение совместимости продуктов термообработки радиоактивных ионообменных смол с цементными и цементоподобными материалами.

 

Заявляемый способ подготовки радиоактивных ионообменных смол (РИОС) к иммобилизации в монолитные структуры относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки жидких радиоактивных отходов. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть использован для подготовки РИОС к иммобилизации в цементные матричные материалы.

Известен способ подготовки РИОС для «…включения в связующие, работающие при комнатной температуре…» (например, связующие на основе цементов) [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев, «Обезвоживание жидких радиоактивных отходов», Москва, Энергоатомиздат, 1985, с.115], включающий предварительное механическое обезвоживание РИОС и удаление остаточной влаги из них сушкой.

Недостатками известного способа являются повышенная продолжительность процесса [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев, «Обезвоживание жидких радиоактивных отходов», Москва, Энергоатомиздат, 1985, с.115], а также то, что подготовленные таким образом РИОС плохо совместимы с цементными матричными материалами, т.к. у РИОС не происходит изменений в их способности к водопоглощению и набухаемости.

Известен способ подготовки РИОС к иммобилизации в цементоподобный матричный материал (RU 2089950 С1, МПК⁶, G21F 9/30, оп. 10.09.1997), включающий обработку РИОС гидрооксидом натрия. Полученную в результате подготовки РИОС смесь смешивают с водой и измельченным гранулированным доменным шлаком и выдерживают до образования твердого монолитного продукта.

Недостатком известного способа является то, что подготовленные таким образом РИОС плохо совместимы с цементоподобными матричными материалами, т.к. у РИОС не происходит изменений в их способности к водопоглощению и набухаемости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ подготовки РИОС к иммобилизации в цементный матричный материал, описанный в «Способе переработки радиоактивных ионообменных смол» (RU 2068208 С1, МПК⁶, G21P 9/32, оп. 20.10.1996), включающий термообработку РИОС при 350-395°С до потери способности к водопоглощению и набухаемости, охлаждение парогазовых продуктов термообработки до получения смоломасляного конденсата и смешение смоломасляного конденсата с твердым остатком, полученным в результате термообработки РИОС.

Недостатками известного способа являются обусловленные повышенными температурами термообработки:

- повышенные энергозатраты;

- возможность спекания продуктов термообработки РИОС;

- опасность воспламенения РИОС в процессе их термообработки;

- образование летучих смоломасляных соединений,

а также:

- повышенная сложность процесса за счет наличия операций конденсации смоломасляных соединений и смешения конденсата с твердыми продуктами термообработки РИОС;

- пониженная совместимость подготовленной вышеуказанным образом смеси с цементной матрицей, обусловленная наличием в смеси свободной органической смоломасляной фазы.

Техническим результатом заявляемого способа подготовки радиоактивных ионообменных смол к иммобилизации в монолитные структуры является устранение недостатков прототипа, заключающееся в:

- снижении энергозатрат;

- предотвращении спекания продуктов термообработки РИОС;

- предотвращении опасности воспламенения РИОС в процессе их термообработки;

- предотвращении образования летучих смоломасляных соединений;

- упрощении процесса;

- повышении совместимости продуктов термообработки РИОС с цементными материалами.

Указанный технический результат достигается за счет того, что РИОС предварительно смешивают с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом, а термообработку полученной смеси проводят при постоянном перемешивании при температуре, не меньшей чем 250°С, но не большей чем 300°С.

Отличительными признаками заявляемого способа являются следующие:

- исходную РИОС предварительно смешивают с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом;

- термообработку смеси РИОС с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом проводят при постоянном перемешивании при температуре, не меньшей чем 250°С, но не большей 300°С.

В процессе термообработки смеси РИОС с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом происходит окончательное обезвоживание РИОС, разложение легких фракций органической составляющей РИОС и коксование труднолетучих соединений, что приводит к оплавлению поверхностей гранул РИОС (образованию на поверхностях гранул РИОС оплавленных слоев, экранирующих их внутренние недеструктурированные зоны от проникновения влаги).

Наличие твердого неорганического инертного сыпучего материала, в качестве которого могут быть использованы обычный песок, кварцевый песок или молотый доменный шлак, в среде которых при постоянном перемешивании происходит термообработка РИОС, обеспечивает равномерность термообработки поверхностей гранул РИОС и предотвращает возможность их спекания между собой.

Кроме того, термообработанные указанным образом РИОС за счет появляющейся у них неспособности к водопоглощению и набуханию обладают повышенной совместимостью с цементными матричными материалами.

При температурах, меньших 250°С, не обеспечивается модификация поверхностей гранул РИОС, а при температурах свыше 300°С не обеспечивается снижение энергозатрат, предотвращение спекания продуктов термообработки РИОС, предотвращение опасности воспламенения РИОС в процессе их термообработки и предотвращение образования летучих смоломасляных соединений.

Способ реализуют следующим образом.

РИОС смешивают с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом, в качестве которого используют кварцевый песок при объемном соотношении РИОС/кварцевый песок = 4:1, полученную смесь в количестве 7 литров подают в аппарат, снабженный тепловой рубашкой, где при постоянном перемешивании нагревают до 275°С, после чего термообработанную таким образом смесь РИОС и кварцевого песка выгружают из аппарата.

Выгруженные продукты термообработки смеси РИОС и кварцевого песка представляют собой сыпучий материал объемом 4,7 л, а сам процесс термообработки не сопровождается воспламенением РИОС и образованием летучих смоломасляных соединений.

При обработке смеси РИОС с кварцевым песком в количестве большем, чем в приведенном примере конкретного выполнения соотношения, также обеспечивается достижение вышеуказанного технического результата заявляемого способа.

В дальнейшем полученную в результате термообработки смесь можно разделить на фракции «термообработанной РИОС» и «неорганического инертного сыпучего материала», который можно повторно использовать в процессе термообработки, а термообработанную РИОС иммобилизировать в цементные матричные материалы.

Способ подготовки радиоактивных ионообменных смол к иммобилизации в монолитные структуры, включающий термообработку радиоактивной ионообменной смолы, отличающийся тем, что радиоактивную ионообменную смолу перед термообработкой смешивают с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом, а термообработку смеси радиоактивных ионообменных смол с твердым неорганическим инертным сыпучим материалом проводят при постоянном перемешивании при температуре не меньше 250°С, но не больше 300°С.