CS218838B1

CS218838B1 - Způsob zpracování kapalných radioaktivních odpadů z jaderných •elektráren

Info

Publication number: CS218838B1
Application number: CS172580A
Authority: CS
Inventors: Leo Neumann; Jiri Stejskal; Otakar Vojtech
Original assignee: Leo Neumann; Jiri Stejskal; Otakar Vojtech
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Způsob zpracování kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren Se týká oboru! radiOchemie a technologie přepracování vyhořelého jaderného paliva. Řeší způsob sólídifikace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren do formy, vhodné k jejich trvalému a bezpečnému uložení v centrálních úložištích. Jeho podstatou je skutečnost, že před jejich I zahušťováním jednotlivé pracovní operace při dezaktivaci odpadních roztoků procesy na bázi. epolusrážení: a/nebo sorpce, popřípadě iontové výměny, zavádějí do systému sklotvorné látky ve formě sloučenin křemíku a/nebo fosforu v takovém množství, aby konečná koncentrace oxidu křemičitého a/nebo oxidu fosforečného v produktu so- . lidifikace činila 30 až 70 % hm-ot. a dále ještě zavádějí do sýstému intermediární látky ve formě sloučenin hliníku a/nebo železa a/nebo zinku a/nebo: vápníku v takovém množství, aby konečná koncentrace oxidů těchto prvků v produktu sólídifikace nepřesáhla 30 %’ hmot. Produktem solidiflkace se rozumí hmota skelného, sklokrystalického nebo krystalického charakteru, která vznikne tepelným zpracováním směsi odpadního roztoku a! uvedených komponent až na teplotu jejího slinutí nebo jejího tavení v mezích od 150 ”0 do 1200 °C.

Description

Vynález se týká způsobu zpracování kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren do formy β vlastnostmi vhodnými k jejich trvalému a bezpečnému uložení v centrálních úložištích. Konečná forma takto zpracovaných radioaktivních odpadů má být chemicky stabilní, má vykazovat vysokou hydrolytickou odolnost, nízkou vyluhovatelnost fixovaných radionuklidů, dobrou mechanickou pevnost a co možná největší redukci objemu vzhledem k původním kapalným odpadním roztokům, což je hlavním cílem tohoto zpracování odpadů na konečný produkt, tzv. solidifikace. Přesněji řešeno, jedná se o způsob zpracování radioaktivních odpadních roztoků z jaderných elektráren, využívající komplex jednotlivých operací nutných předúprav při dekontaminaci a odstraňování přebytečné vody β cílem zavést do technologie zpracování těchto odpadů látky, které_: jsou vhodnými aditivy pro tvorbu optimálního produktu fixace či solidifikace.

V průběhu předchozích úprav před vlastňí./solidifikací je poměrně nízká koncentrace radioaktivních nuklidů v odpadních roztocích ještě více snižována balastními produkty, které se do odpadů dostávají v důsledku chemických procesů jako je např. srážení, spolusrážení, iontová výměna apod. Zařazení těchto procesů do technologického schématu, zpracování: odpadů nebere prozatím ohled na kvalitativní složení konečných kapalných odpadů, určených k solidifikaci. Současné technologické postupy solidifikace, čili zpevňování radioaktivních odpadů z jaderných elektráren představují pouze inko-rporaci vody zbavených solí, přítomných v odpadních vodách, do hmot na bázi cementů, bitumenů, organických polymerů apod. Do uvedených hmot lze za současných technologických postupů inkorporovat až 30 % hmot. odpadů, přepočteno- na bezvodé soli. Těmito postupy získané konečné produkty solidifikace vykazují hodnoty vyluhovatelnosti radioaktivních nuklidů, především pro ¹³⁷cesium a ⁹ⁿstroncium v mezích -od IO^-6 do 10^-1 g.cm^-2 den^-1.

Produkty získané inkorporací odpadních roztoků do hmot na bázi cementu, takzvanou cementací, se při vyšších koncentracích inkorporovaných solí mechanicky rozpadají, čímž zvyšují svůj objem a tím i hodnoty vyluhovatelnosti. Produkty, získávané na báze bitumenu, vznikají fixací odpadních roztoků do roztaveného bitumenu při teplotách asi do 250 °C. Nevítaným jevem u tohoto způsobu fixace odpadů je radiolýza bitumenové hmoty spojená s vývojem plynného vodíku. Vzhledem k hořlavosti roztavených bitumenových směsí není uvedený způsob solidifikace v mnohých případech zcela bezpečný. U fixace odpadů do- hmot na bázi organických polymerů hrozí při dlouhodobém uložení takto solidiftkovaných odpadů postupná mechanická destrukce vlivem radiace inkorporovaných nuklidů, kte4 rá je oproti anorganickým látkám podstatně -vyšší.

Výše uvedené vlastnosti solidifikačních produktů zlepšuje a nedostatky ve značné míře odstraňuje vynález, jehož podstatou je, že se zavádějí do systému sklotvorné látky ve formě sloučenin křemíku a/nebo fosforu v množství, odpovídajícím konečné koncentraci oxidů těchto prvků v produktu solidifikace v rozmezí od 30 % hmot. do 70 proč. hmot., dále pak ještě intermediární prvky ve formě sloučenin hliníku a/nebo železa a/nebo zinku a/něbo vápníku v množství, -odpovídajícím konečné koncentraci oxidů těchto prvků v produktu solidifikace v rozmezí od 0 % hmot. do 30 % hmot., načež se získaná směs zahřívá až na teplotu slinování nebo tavení v mezích od 150 °C do 1200 °C.

Teplotní zpracování uvedeného systému vede k tvorbě křemičitých, fosfo-rečnanových nebo křemičito-fosforečnanových skel, eventuálně k látkám krystalického nebo sklo-krystalického charakteru. Podle obsahu jednotlivých složek jsou produkty solidifikace různě odolné proti působení vody a mají rozdílnou teplotu slinutí či tavení.

Vynálezu lze využít jako jednoho z možných způsobů solidifikace kapalných radioaktivních odpadních roztoků, jež obsahují značné množství sodných a bo-ritých solí, do pevné formy, vhodné k trvalému a bezpečnému uložení na centrálních úložištích radioaktivních odpadů. Takový druh odpadních roztoků je například produkován čs. jadernými elektrárnami typu VVER—440.

Výhody postupu podle vynálezu oproti dosavadnímu stavu spočívají zejména ve vyšší objemové redukci původních odpadů, lep¹· ší mechanické pevnosti a stejné nebo nižší r ozpustnosti konečného - produktu f ixace. Příklad 1

100 gramů -vysyceného anorganického sorbentu fosforečnanu hlinitého, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, sé smíchá s 1 litrem zahuštěného roztoku středně aktivních odpadů s vysokým obsahem sodíku a bóru o složení například dusičnan sodný 220 g/1 šťavelan sodný 28 g^zl tetrabo-ritan sodný 56 g/1 uhličitan sodný . 25 g^zl hydroxid -sodný 31 g/1

K této směsi se přidá 70 ml 85 % kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se promíchá ia zkalcinuje při teplotě 300 až 550 stupňů Celsia. Kalcinát še pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 980 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace skelného charakteru, a který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 2

110 gramů hydroxidu železitého, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 205 ml 85 % kyseliny o.-řosforečné. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 1200 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace slinutého charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 3

300 gramů anorganického sorbentu hexakyanoželeznatanu zinečnatého, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 250 ml 85 proč. kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 1000 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace slinutého charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 4

100 gramů anorganického sorbentu fosforečnanu vápenatého, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 275 ml 85 % kyseliny o-fosforečné. Vzniklá směs se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C.

Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 900 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 5

200 gramů anorganického sorbentu bentonitu, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. Vzpiklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 850 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost II. třídy.

Příklad 6 gramů anorganických sorbentů hydroxidu železitého a 250 gramů bentonitu, jichž 'bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadníhoi roztoku o složení jako v příkladu 1. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 1050 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace slinutého charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost II. třídy.

Příklad 7

130 gramů anorganických sorbentů hexakyanoželeznatanu zinečnatého a 300 gramů bentonitu, jichž bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadných vod, se smíchá s 1 litrem odpadního: roztoku o složení jako v příkladu 1. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 ^QC. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 1100 stupňů Celsia po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace skelného¹charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost Ϊ. třídy.

Příklad 8 gramů anorganických sorbentů fosforečnanu vápenatého a 250 gramů bentonitu, jichž bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako· v příkladu 1. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 stupňů Celsia. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 950 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného proiduktu solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 9

200 gramů anorganického sorbentu bentonitu, jehož bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního' roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 120 ml 85 % kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelnému zpracování při teplotě 800 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného produktu solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 10

400 gramů anorganických sorbentů bentonitu a 50 gramů hydroxidu železitého, jichž bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 200 ml 85 proč. kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se promíchá a zkalcinuje při teplotě 300 až 550 °C. Kalcinát se pak podrobí tepelné7

218338 mu zpracování při teplotě 1150 °C po dobu 2 hodin za vzniku konečného' produktu solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytlckou odolnost I. třídy.

Příklad 11

200 gramů anorganických sorbentů bentonitu a 50 gramů hexakyanoželeznatanu zinečnatého, jichž bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního- roztoku o složení jako' v příkladu 1. K této směsi se přidá 300 ml 85 % kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se bez kalcinace za neustálého' míchání vnáší po částech do tavící nádoby vyhřáté na 1000 °C. Po vyčeření taveniny a jejím vychladnutí vznikne konečný produkt solidifikace skelného cha8 rakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost II. třídy.

Příklad 12

250 gramů anorganických sorbentů bentonitu a 100 gramů fosforečnanu vápenatého, jichž bylo použito k předchozí dekontaminaci radioaktivních odpadních vod, se smíchá s 1 litrem odpadního roztoku o složení jako v příkladu 1. K této směsi se přidá 250 ml 85 °/o kyseliny o-fosforečné. Vzniklá suspenze se bez kalcinace za neustálého míchání vnáší po částech do tavící nádoby, vyhřáté na 850 °C. Po· vyčeření taveniny a jejím vychladnutí vznikne konečný produkt solidifikace skelného charakteru, který vykazuje hydrolytickou odolnost II. třídy.

Claims

Způsob zpracování kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren na bázi procesů spolusrážení a/nebo sorpce, popřípadě iontové výměny, za účelem získání produktů solidifikace skelného, sklokryst-alického nebo krystalického charakteru, vyznačený tím, že se zavádějí do systému sklotvorné látky ve formě sloučenin křemíku a/nebo fosforu v množství odpovídajícím konečné koncentraci oxidů těchto prvků v

YNÁLEZU produktu solidifikace v rozmezí od 30 % hmot. do 70 % hmot. a popřípadě se přidávají intermediární látky ve formě -sloučenin hliníku a/nebo železa a/nebo- zinku a/nebo vápníku v množství, odpovídajícím konečné koncentraci oxidů těchto prvků v produktu solidifikace do> 30 % hmot., načež se získaná směs zahřívá až na teplotu slinutí nebo tavení v mezích od 150 °C do 1200 °C.