Способ отверждения концентратов радиоактивных смазочно-охлаждающих жидкостей
Владельцы патента RU 2395859:
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") (RU)
Способ отверждения концентратов радиоактивных смазочно-охлаждающих жидкостей относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно в переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности, отработанных радиоактивно-загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Сущность изобретения: способ отверждения концентратов радиоактивных СОЖ заключается в том, что в концентраты радиоактивных отработанных СОЖ последовательно вносят без перемешивания ортофосфорную кислоту, жидкое стекло, монтмориллонит и каустический магнезит в определенном соотношении их массовых частей. Техническим результатом изобретения является иммобилизация органических и поверхностно-активных веществ, уменьшение отверждаемого объекта радиоактивных отходов, уменьшение выщелачивания Sr и Cs, понижение температуры отверждаемого монолита и его дальнейшее растрескивание. 1 табл.
Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к отверждению с последующей иммобилизацией жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности, отработанных радиоактивно-загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
Простейшим способом отверждения ЖРО является способ, описанный в книге И.А.Соболева и Л.М.Хомчика «Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах». М.: Энергоатомиздат, 1983 г., стр.40, заключающийся в смешении их с цементом в соотношении 1:1,3-2 для получения монолитных блоков с прочностью на сжатие не менее 5 МПа. Недостатком данного способа является высокая выщелачиваемость радионуклидов из цементных блоков.
В целях устранения указанного недостатка применяется способ отверждения ЖРО, описанный авторами Pomarola J., Feliers P., Testemale G. в "Management of Low- and Intermediate - Level Radioaktive Wastes", Vienna IAEA, 1970, p.537-562, основанный на смешении концентратов ЖРО с портландцементом и вермикулитом в соотношении 1:1,2:0,2, что обеспечивает снижение выщелачиваемости, например, цезия до 10-4 см/сут.
Недостатком данного способа является то, что при цементировании ЖРО, содержащих ПАВ (поверхностно-активные вещества), происходит растрескивание отвержденных блоков и увеличение выщелачиваемости из них радионуклидов, что вынуждает значительно повышать расход цемента (до соотношения концентрат: цемент, равного 1:(2-2,5)).
Ближайшим аналогом к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является способ отверждения концентратов радиоактивных отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей, описанный в заявке на изобретение №2001104269 от 23.02.2001 г., опубл. 27.01.2003 г., МПК7 G21F 9/16, включающий последовательное внесение без перемешивания ортофосфорной кислоты, жидкого стекла и каустического магнезита в определенном массовом соотношении. Недостатками известного способа являются:
- больший на 10% объем полученного отверждаемого монолита при взятых до иммобилизации одинаковых объемов СОЖ;
- более жесткая регламентация концентраций при дозировании вяжущих компонентов монолита, что повышает требования к автоматизации контроля процесса отверждения во избежание неполного связывания или растрескивания монолита;
- более длительный по времени, примерно в 1,5 раза, процесс отверждения;
- получение менее прочных, примерно на 10%, и более выщелачиваемых, примерно на 10%, иммобилизационных монолитов.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в улучшении эксплуатационных возможностей способа с одновременным снижением используемых дорогих компонентов вяжущего и трудозатрат.
Технический результат заключается в том, что удалось иммобилизовать органические и поверхностно-активные вещества, использовав при этом в минимальном количестве легко доступные и дешевые компоненты вяжущего, значительно уменьшить отверждаемый объем радиоактивных отходов за счет реакций полимеризации и поликонденсации при определенной «соразмерности» интенсивности процесса химического взаимодействия между компонентами и интенсивности процессов структурообразования, уменьшить выщелачиваемость Sr и Cs при включении их в иммобилизующий монолит, понизить температуру отверждения монолита и его дальнейшее растрескивание, включить в единицу объема на 10% больше органических веществ.
Это достигается тем, что в способе отверждения концентратов радиоактивных отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей, включающем последовательное внесение без перемешивания ортофосфорной кислоты, жидкого стекла и каустического магнезита, согласно изобретению вносят монтмориллонит, обеспечивая массовое соотношение компонентов концентрат: ортофосфорная кислота: жидкое стекло: монтмориллонит: каустический магнезит, равное 1:(0,6-0,8):(0,03-0,1):(0,03-0,06):(0,4-0,6).
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки способа (внесение монтмориллонита с обеспечением массового соотношения компонентов концентрат: ортофосфорная кислота: жидкое стекло: монтмориллонит: каустический магнезит, равным 1:(0,6-0,8):(0,03-0,1):(0,03-0,06):(0,4-0,6)), не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Концентраты радиоактивных СОЖ, представляющие собой донные и всплывшие в результате, например, седиментации, составляющие СОЖ, а также концентраты, полученные обработкой СОЖ, например, после деэмульгирования и декантации воды, заливают фосфорной кислотой и жидким стеклом с временной выдержкой для выравнивания компонентов в объеме, затем засыпают монтмориллонитом и каустическим магнезитом в соотношении: 1:(0,6-0,8):(0,03-0,12):(0,03-0,075):(0,4-0,65) их массовых частей. Затем для набора прочности отвержденные продукты выдерживают в течение 20 суток. Достигаемая при этом прочность на сжатие больше 5 МПа, а скорость выщелачивания цезия и стронция меньше 4,5·10-5 и 4,0·10-5 см/сут. Объем отходов при данном способе отверждения увеличивается не более чем в 1,2 раза.
Пример 1.
В 1000 г концентрата СОЖ заливают 600 г ортофосфорной кислоты и 100 г жидкого стекла. После заливки смесь выдерживается 10 часов. После указанной выдержки производят засыпку монтмориллонита и каустического магнезита в количестве 75 г и 400 г соответственно. Затем для набора достаточной прочности отвержденные продукты выдерживают в течение 20 суток при атмосферных условиях (см. таблицу).
Примеры 2-6 отличаются от примера 1 соотношением компонентов (см. таблицу).
Полученные данные по отверждению СОЖ внесены в таблицу.
| № п/п | Состав отверждаемых продуктов мас. части | Прочность на сжатие (после 20 суток), МПа | Скорость выщелачивания цезия (через 20 сут) | Скорость выщелачивания стронция (через 20 суток) | Vсож+Vком.от./Vсож* | ||||
| СОЖ,концентра тСОЖ | Ортофосфорная кислота | Жидкое стекло | Монтмориллонит | Каустический магнезит | |||||
| 1 | 1 | 0,6 | 0,03 | 0,03 | 0,4 | 5,3 | 4,9·10-5 | 4,4·10-5 | ~1,2 |
| 2 | 1 | 0,7 | 0,07 | 0,045 | 0,5 | 5,7 | 4,6·10-5 | 4,1·10-5 | ~1,2 |
| 3 | 1 | 0,6 | 0,1 | 0,075 | 0,4 | 5,8 | 5,1·10-5 | 4,7·10-5 | ~1,2 |
| 4 | 1 | 0,55 | 0,05 | 0,05 | 0,45 | 4,8 | 4,6·10-5 | 4,8·10-5 | -1,2 |
| 5 | 1 | 0,8 | 0,12 | 0,07 | 0,65 | 5,9 | 5,6·10-5 | 5,4·10-5 | ~1,3 |
| 6 | 1 | 0,5 | 0,025 | 0,02 | 0,35 | В компаунде не подвергнут отверждению примерно 1% взятых на иммобилизацию продуктов СОЖ | |||
| *Vсож - объем СОЖ или их концентрата; | |||||||||
| Vком.от. - суммарный объем связывающих компонентов, используемых для отверждения и иммобилизации СОЖ. |
Из данных, приведенных в таблице, видно, что при соотношении концентрат: ортофосфорная кислота: жидкое стекло: монтмориллонит: каустический магнезит менее 1:0,55:0,025:0,02:0,35 не происходит полного связывания продуктов, подвергаемых отверждению (пример 6). При соотношении указанных компонентов более 1:0,85:0,12:0,07:0,65 неоправданно возрастает объем отверждаемого продукта при достижении необходимых лимитирующих (прочность, скорость выщелачивания) параметрах получаемого цементного монолита (пример 5).
В предлагаемом техническом решении отверждение, полученное любым физико-химическим воздействием на радиоактивную СОЖ их концентратов непосредственно (при необходимости) в емкости, либо за ее пределами, позволило включить в компаунд при максимально известной степени наполнения иммобилизующих блоков по радиоактивным концентратам при сохранении нормируемой выщелачиваемости радионуклидов из отвержденного монолита без предварительного перемешивания составляющих отверждаемого компаунда.
Использование настоящего изобретения позволило отверждать и более надежно иммобилизовать концентраты СОЖ, а также сами СОЖ, содержащие в своем составе органические нефтепродукты (масла, ПАВ), тяжелые металлы, Sr и Cs без тщательного и интенсивного перемешивания вносимых ингредиентов, отказаться от больших объемов и дорогих по стоимости компонентов вяжущего, значительно уменьшить отверждаемый объем радиоактивных отходов, снизить температуру отверждения монолита и его дельнейшую растрескиваемость, включить в единицу объема монолита на 10% больше органических веществ.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа отверждения концентратов радиоактивных смазочно-охлаждающих жидкостей и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Способ отверждения концентратов радиоактивных смазочно-охлаждающих жидкостей, включающий последовательное внесение без перемешивания ортофосфорной кислоты, жидкого стекла и каустического магнезита, отличающийся тем, что вносят монтмориллонит, обеспечивая массовое соотношение компонентов концентрат : ортофосфорная кислота : жидкое стекло : монтмориллонит : каустический магнезит, равное 1:(0,6-0,8):(0,03-0,12):(0,03-0,075):(0,4-0,65).
