Способ подготовки жидких высокоактивных отходов к остекловыванию

Изобретение относится к способам иммобилизации жидких радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности методами остекловывания. Способ подготовки жидких высокоактивных отходов к остекловыванию с получением боросиликатного стекла заключается в смешении отходов с жидким стеклообразователем. Предварительно к жидким отходам добавляют азотную кислоту. В качестве жидкого стеклообразователя используют водный кремнезоль. Смешивание жидких отходов с водным кремнезолем осуществяют из расчета получения боросиликатного стекла с содержанием оксида кремния 35 - 55 мас.%. Изобретение направлено на повышение качества смешения отходов со стеклообразователем, обеспечение непрерывной подачи смеси в плавитель без образования пробок суспензии в трубопроводах и, как следствие всего этого, достижение гомогенности стекломассы и конечного продукта, а также достижение высокой химической стойкости получаемого стекла, а следовательно, повышение безопасности и надежности остекловывания отходов. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

 

Изобретение относится к способам иммобилизации жидких радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности методами остекловывания.

Способы подготовки отходов являются одной из основных стадий, определяющих процесс остекловывания жидких высокоактивных отходов. Так, в основе технологии остекловывания жидких высокоактивных отходов в ПО «Маяк» лежит способ подготовки отходов, основанный на жидком стеклообразователе (ортофосфорной кислоте), позволяющий в течение многих десятков лет осуществлять без насосов и аэрлифтов простую надежную подачу и дозировку смесей отходов в печь электроварки ЭП-500 с получением фосфатных стекол. Однако фосфатные стекла по сравнению с общепринятой матрицей для хранения высокоактивных отходов на основе боросиликатного стекла имеют меньшую химическую стойкость.

Известен способ подготовки жидких высокоактивных отходов к остекловыванию с получением боросиликатных стекол. К нему относится способ подготовки жидких высокоактивных отходов, основанный на использовании твердого стеклообразователя в форме измельченной боросиликатной стеклофриты следующего состава, мас.%:

Номер стеклофритты А12O3 В2O3 Li2O Na2O MgO SiO2 Другие оксиды (La, Ti, Zr)
1 2 3 4 5 6 7 8
165 - 10,00 7,00 13,00 1,0 68,0 1,00
200 - 12,00 5,00 1,00 2,00 70,00 -
304 2,29 6,71 5,80 18,07 - 67,13 -
307 - 12,08 10,74 4,67 4,67 72,51 -
202 - 8,00 7,00 6,00 2,00 77,00 -
314 - 20,13 5,94 6,12 - 65,79 2,01
320 - 8,00 8,00 12,00 - 72,00 -
324 - 15,00 8,28 5,19 - 71,53 -

Стеклофриту смешивают с жидкими отходами с последующей подачей суспензии на остекловывание в керамический плавитель [J.M.Perez, Jr D.F. Bickford, et al. "High-Level Waste Melter Study Report", PNLL-13582, July 2001].

Недостатком этого способа является интенсивное образивное воздействие боросиликатной стеклофриты на смесительную емкость и, в первую очередь, на мешалку и насосы-дозатры. Абразивный износ мешалки и насоса-дозатора вызывает после полугода работы выход из строя, что требует дезактивации и замены на новое оборудование

Другой известный способ подготовки жидких радиоактивных отходов состоит в том, что в качестве стеклообразователя используют суспензию на основе органической фазы из алкооксидов (метилортосиликатов), содержащую в своем составе кремнезем с частицами размером 0,1-0,7 мкм. Способ включает операции гидролиза с введением чистой воды или аммиачной воды и метанола, медленной сушки или прокалки кремнезема при 400-500°С [Патент США №4759879, МПК G21F 9/16; C03G 3/00]. Благодаря мелкодисперсности частиц кремнезема суспензия обладает относительной устойчивостью и может содержать другие стеклообразующиеся компоненты.

Существенным недостатком способа является малая производительность, сложность процесса получения указанных высокодисперсных частиц кремнезема, возможность образования горючих смесей при сушке и кальцинации.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества смешения отходов со стеклообразователем, обеспечение непрерывной подачи смеси в плавитель без образования пробок суспензии в трубопроводах и, как следствие всего этого, достижение гомогенности стекломассы и конечного продукта, а также достижение высокой химической стойкости получаемого стекла, а следовательно, повышение безопасности и надежности остекловывания отходов.

Для решения поставленной задачи способ подготовки жидких высокоактивных отходов к остекловыванию с получением боросиликатного стекла заключается в смешении отходов с жидким стеклообразователем, причем предварительно к жидким отходам добавляют азотную кислоту, в качестве жидкого стеклообразователя используют водный кремнезоль, а смешивание жидких отходов с водным кремнезолем осуществяют из расчета получения боросиликатного стекла с содержанием оксида кремния 35-55 мас.%.

В частном варианте концентрация азотной кислоты в смеси составляет 2-200 г/л.

В другом частном варианте используют водный кремнезоль с концентрацией в нем диоксида кремния 200-500 г/л из расчета содержания в смеси высокоактивных отходов и водного кремнезоля диоксида кремния 50-250 г/л.

Ниже на примерах показана возможность использования водного кремнезоля при приготовлении смеси отходов и варке боросиликатного стекла с содержанием оксида алюминия до 15 мас.% и кремнезема от 35 до 55 мас.%.

В качестве источника оксида кремния использовали промышленный сорт водного кремнезоля марки КТЗ-Л с содержанием кремнезема от 300 до 600 г/л. Бор вводили в виде буры, а алюминий в виде нитрата алюминия. При введении в модельный раствор кремнезоля выпадал гелеобразный осадок. Поэтому в модельный раствор до ввода кремнезоля добавляли азотную кислоту до концентраций от 2 до 10 г/л HNO3, после чего в кислый раствор из расчета получения стекла с содержанием от 35% до 55% оксида кремния вводили кремнезоль. Принципиально оценивали положительное влияние азотной кислоты на устойчивость растворов с водным кремнезолем, так при введении в раствор 2 г/л азотной кислоты, устойчивость его составила более двух суток. При введении в отходы более 10 г/л и выше азотной кислоты устойчивость раствора с золем может доходить до нескольких месяцев. Для высококислых высокоактивных отходов суспензионная устойчивость его с водным кремнезолем составляет около 0,3-0,5 года в зависимости от состава отходов.

Устойчивость смеси жидких высокоактивных отходов и водного кремнезоля в зависимости от концентрации азотной кислоты показана в таблице 1.

Таблица 1
Концентрация азотной кислоты в смеси жидких высокоактивных отходов и водного кремнезоля, г/л Устойчивость смеси не более, сут.
2 4
10 14
50 48
100 96
150 125
200 145

Предложенный способ поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Приготовление раствора модельных высокоактивных отходов с использованием водного кремнезоля и варка алюмоборосиликатного стекла шихты боросиликатного состава. Температура варки 1250°С.

Таблица 2
Состав модельного раствора ВАО с добавками борной кислоты и кремнезоля, г/л Состав боросиликатного стекла, мас.%
1 2 3 4
NaNO3 164.5 Na2O 30,81
Fe(NO3)3 24.3 Fe2O3 4,12
Ca(NO3)2 5.84 CaO 1,03
Ni(NO3)2 2.39 NiO 0,51
La(NO3)3 3.99 La2O3 1,02
Ce(NO3)3 2.03 Ce2O3 0,52
Al(NO3)3 125.3 Al2O3 15,36
HNO3 2-200 - -
H3BO3 28 B2O3 8,09
Кремнезоль с SiO2 - 30% 250 SiO2 38,52

Температура варки стекла составила 1250°С при последующей выдержке в течение 2 часов. Химическая стойкость данного стекла определялась по стандартной методике. Скорость выщелачивания Na+ была высокой и составила 3,5×10-6 г/см2 в сутки.

Пример 2.

Приготовление раствора модельных высокоактивных отходов с использованием водного кремнезоля и варка алюмоборосиликатного стекла боросиликатного состава. Температура варки 1200°С.

Таблица 3
Состав модельного раствора ВАО с добавками борной кислоты и кремнезоля, г/л Состав боросиликатного стекла, мас.%.
1 2 3 4
NaNO3 164.5 Na2O 30,81
Fe(NO3)3 24.3 Fe2O3 4,12
Ca(NO3)2 5.84 CaO 1,03
Ni(NO3)2 2.39 NiO 0,51
La(NO3)3 3.99 La2O3 1,02
Ce(NO3)3 2.03 Ce2O3 0,52
Al(NO3)3 26.2 Al2O3 3,21
HNO3 2-200 - -
H3BO3 28 B2O3 8,09
Кремнезоль с SiO2 - 30% 329 SiO2 50,67

Температуре варки стекла составила 1200°С при последующей выдержке в течение 2 часов. Скорость выщелачивания Na+ была низкой и составила 5,8×10-5 г/см2 в сутки.

Пример 3.

Приготовление раствора модельных высокоактивных отходов с использованием водного кремнезоля и варка алюмоборосиликатного стекла шихты боросиликатного состава. Температура варки до 1180°С.

Таблица 4
Состав модельного раствора ВАО с добавками борной кислоты и кремнезоля, г/л Состав боросиликатного стекла, мас.%
1 2 3 4
NaNO3 164.5 Na2O 30,81
Fe(NO3)3 24.3 Fe2O3 4,12
Ca(NO3)2 5.84 CaO 1,03
Ni(NO3)2 2.39 NiO 0,51
La(NO3)3 3.99 La2O3 1,02
Ce(NO3)3 2.03 Ce2O3 0,52
Al(NO3)3 - Al2O3 -
HNO3 2-200 - -
H3BO3 28 B2O3 8,09
Кремнезоль с SiO2 - 30% 350 SiO2 53,88

Температура варки стекла составила 1180°С при последующей выдержке в течение 2 часов. Скорость выщелачивания Na+ была низкой и составила 8,5×10-5 г/см2 в сутки.

Во всех трех примерах синтезированы гомогенные некристаллизуемые стекла.

При введении водных кремнезолей в кислые отходы золи имеют высокую устойчивость, что обеспечвает их надежную и простую дозировку в плавитель. Полученные из золей алюмоборосиликатные стекла характеризуются гомогенностью и высокой химической стойкостью.

1. Способ подготовки жидких высокоактивных отходов к остекловыванию с получением боросиликатного стекла, заключающийся в смешении отходов с жидким стеклообразователем, отличающийся тем, что предварительно к жидким отходам добавляют азотную кислоту, в качестве жидкого стеклообразователя используют водный кремнезоль, а смешивание жидких отходов с водным кремнезолем осуществляют из расчета получения боросиликатного стекла с содержанием оксида кремния 35-55 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация азотной кислоты в смеси составляет 2-200 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водный кремнезоль с концентрацией в нем диоксида кремния 200 - 500 г/л из расчета содержания в смеси высокоактивных отходов и водного кремнезоля диоксида кремния 50-250 г/л.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к иммобилизации жидких радиоактивных отходов от переработки ядерного топлива. .

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного и прочих видов загрязнения и предназначено для использования в технологии обезвреживания радиоактивных отходов и других видов опасных отходов, а также для локализации выбросов различного рода отходов.
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).
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов, в частности к составам для иммобилизации жидких гомогенных и гетерогенных радиоактивных отходов (РАО) путем их остекловывания.

Изобретение относится к технике переработки твердых радиоактивных отходов, а конкретно к омоноличиванию зольных остатков в цементные компаунды, преимущественно на предприятиях, в которых от сжигания ТРО образуется 0,5-2 м зольных остатков в год.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано в технологии переработки, обезвреживания жидких высокосолевых радиоактивных отходов (ЖРО), в т.ч.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов путем их иммобилизации в твердой инертной матрице, устойчивой к воздействию окружающей среды.
Изобретение относится к области атомной техники и технологии, касается вопросов переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности. .
Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и может быть использовано в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных растворов и пульп.
Изобретение относится к области радиохимической технологии и может быть использовано для иммобилизации радиоактивных отходов

Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов (РАО), преимущественно азотнокислых, содержащих щелочные и щелочно-земельные элементы, в том числе соли натрия, радиоизотопы 137Cs и 90Sr

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам переработки радионуклидов щелочноземельных и редкоземельных элементов из отработанного ядерного топлива
Изобретение относится к способу иммобилизации ядерных отходов матрицей на базе минеральной композиции, полученной приготовлением основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов
Изобретение относится к способу остекловывания продуктов деления, получаемых при переработке облученного топлива

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при обезвреживании радиоактивных отходов, а именно выработавших свой ресурс радиоактивных масел и твердых радиоактивных отходов органического происхождения, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов

Изобретение относится к отверждению радиоактивных отходов, преимущественно жидких (ЖРО), в контейнерах для их хранения, транспортирования и захоронения
Изобретение относится к области атомной техники и касается технологии переработки высокосолевых жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности, содержащих до 30% органических веществ, путем включения их в магнезиальный цемент
Изобретение относится к радиохимической технологии переработки жидких высокоактивных отходов. Способ иммобилизации ВАО в пористую стеклокерамическую матрицу, получаемую путем вспенивания расплава утилизированного лампового стекла. Иммобилизация и фиксация радионуклидов в пористую стеклокерамику осуществляется при проведении следующих процессов: пропитка стеклокерамики, насыщение, сушка, нагревание с отгонкой газообразных продуктов, прокалка при 1000°С. Изобретение позволяет использовать доступный, дешевый сорбент с высоким значением открытой пористости (до 90%). 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к проблемам охраны окружающей среды, в частности к процессам кондиционирования методом цементирования жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включая борсодержащие ЖРО. Кондиционирования жидких радиоактивных отходов проводят цементированием с использованием электромагнитной обработки в вихревом слое с ферромагнитными телами вращения и последующим отверждением продукта. В качестве ферромагнитных тел вращения используют мелкодисперсные или нанодисперсные порошки оксидов железа, которые вносят в исходные жидкие радиоактивные отходы в количестве не менее 5% (масс.). Далее радиоактивные отходы последовательно подвергают электромагнитной обработке в вихревом слое и смешиванию с портландцементом при раствороцементном отношении не менее 0,6. В качестве ферромагнитных тел вращения используют мелкодисперсные или нанодисперсные порошки оксидов железа размером соответственно 30-50 мкм и 30-80 нм, а в качестве жидких радиоактивных отходов используют жидкие борсодержащие радиоактивные отходы с общим солесодержанием до 500 г/дм3. Электромагнитную обработку проводят в "вихревом слое" не менее 30 секунд. Изобретение позволяет сократить срок отверждения, повысить прочность цементной матрицы и расширить виды отверждаемых ЖРО. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх