CS219351B1

CS219351B1 - Způsob likvidace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren s obsahem sodíku a bóru

Info

Publication number: CS219351B1
Application number: CS132680A
Authority: CS
Inventors: Otakar Vojtech; Jiri Stejskal; Marie Santarova; Josef Susmilch; Karel Vrba; Leo Neumann
Original assignee: Otakar Vojtech; Jiri Stejskal; Marie Santarova; Josef Susmilch; Karel Vrba; Leo Neumann
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1983-03-25

Description

(54) Způsob likvidace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren s obsahem sodíku a bóru

2

Vynález má název „Způsob likvidace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren s obsahem sodíku a bóru“. Týká se oboru radiochemie a technologie přepracování vyhořelého jaderného paliva. Řeší způsob solidifikace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren do formy, vhodné k jejich trvalému a beizpečnému uložení v centrálních úložištích. Jeho podstatou j-e skutečnost, že k radioaktivním odpadům se přidává kyslíkatá sloučenina fosforu nebo fosfor, jakožto šklotvorná látka v takovém množství, aby konečná koncentrace oxidu fosforečného- v produktu solidifikace činila 20 až 70 % hmot. a dále se ještě přidávají sloučeniny intermediárních prvků, jako je hliník a/nebo železo a/nebo zinek a/nebo vápník a/nebo- olovo v takovém množství, aby konečná koncentrace oxidů těchto prvků v produktu solidifikace činila až 3t0 proč. hmot. Produktem solidifikace se rozumí hmota skelného, sklo-krystalického nebo krystalického charakteru, která vznikne tepelným zpracováním odpadního roztoku s uvedenými komponentami až na teiplotu sintrace nebo tavení příslušné směsi v mezích od 400 do 1200^{* 1}¾.

219331

Vynález se týká způsobu likvidace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elekt-áren s vysokým obsahem bóru a sodíku.

Jak je známo, předmětem zájmu radiochemlckých pracovišť, spadajících do oblasti rozvoje jaderné energetiky, je vývoj a realizace technologických postupů, vedo-ucích k přeměno značných objemů radioaktivních odpadních roztoků z jaderných elektráren na tuhé konečné produkty, vhodné k jejich trvalému uložení. K nejznámějším technologickým postupům zpracování těchto kapalných odpadních roztoků patří jejich fixace do bloku cementu, tzn, cementace, např. podle patentů NSR č. 2 421142, č. 2 515 766, c. 2 616 629, nebo- podle japonských patentů č. 111 660. — 1976, č. 26 000 — 1977, č. 70 606ⁱ — 1677. Velmi známá je také fixace do bloků bitumenu, tzv. bitumenace, např. podle patentů NSR č. 2 301 732, č. 2 304 061, č. 2 732 0(31, č. 2 705 470^: nebo patentu CSSR č. 163 830, .nebo- japonského, patentu číslo34 266 — 1977. Oba uvedené postupy se vy-značuýí-především tím, že teplota při zpracování odpadů nepřevyšuje hodnotu 250^0, a, že vedou ke konečným produktům fixace s obsahem do 30 % hmot. zpracovaných odpadů. Vyluhovatelnostl radioaktivních látek, především pro ces-urn 137 a stroncium 90 se pohybují v rozmezí ΚΓ⁵ až 10¹ g/cm²/ /den. Hlavní nevýhodou u cementace je ta skutečnost, že při zvyšujícím se obsahu fixovaných odpadních produktů se snižuje mechanická stálost bloku a stoupá vyluhovatelnost rrdionuklidů. Postupy, využívající pro fixaci odpadních roztoků bitůmenů, mají mimoto- při tepelném zpracování určité riziko· vzplanutí a jseu tedy z hlediska protipožární bezpečnosti méně vhodné. Nevítaným jevem je také vznik H2 z již hotových produktů fixace v důsledku radiclýzy. Dále jsou známy postupy na fixaci radioaktivních odpadů do- organických polymerů, např. podle patentů NSR č. 2-363 474, č. 2 363 475, USA č. 4 637 SCI, Francie c. 2 286186 a Japonsko- č. 127 606 — 1977. Tyto postupy jsou vhodné zejména pro odpadní roztoky s obsahem organických látek. V neposlední řadě jsou známy postupy na zatavování radioaktivních odpadů do- skel nebo keramik, tzv. vitrifikrční postupy, např. podle patentů NSR č. 2 W 928, č. 2 414 481, UK č. 1 446 016, NSR č. 2 453 454, č. 2 524 169, Francie čís. 2 262 8154. Podstatou těchto- postupů je skutečnost, že k odpadním roztokům se přidávají sklotvorné příměsi. Jedná se zejména

o. sloučeniny křemíku, fosforu, hliníku a bóru. Výhodou vitirifikačních postupů je vysoká specifická hmotnost finálních produktů fxace a také nižší vyluhovatelnosti fixovaných radionuklldů než u předchozích postupů. K nevýhodám naopak patří nutnost vysokoteplotního- zpracování směsí, a proto- se tohoto- postupu používá zejména, pro zpracování vysoko-aktivních odpadních roztoků.

Ukázalo- se proto· jako vhodné a účelné, aby byl vyřešen způsob fixace kapalných radioaktivních odpadních roztoků z jaderných elektráren, který sníží nevýhody dosud známých postupů na co neijmenší míru, který bude ekonomičtější, a který poskytne konečné produkty fixace s lepšími parametry. Těmito parametry se rozumí mžší hodnoty výluhovátelnosti radioaktivních nuklidů, větší redukce objemu původních odpadů, možnost ukládání produktů fixace v jednodušších obalech nebo dokonce bez obalů a v neposlední řadě je to i otázka zvýšení bezpečnosti jak při samotném zpracování odpadů, tak i při trvalém uležení finálních produktů fixace.

Uvedené cíle jsou značnou měrou, popřípadě úplně, dosaženy tímto vynálezem, způsobu fixace kapalných radioaktivních odpadních roztoků s vysokým obsahem sodíku a béru, před ukovaných jadernými energetickými zařízeními tak, že se využívá prďvě přítomnosti hlavních složek odpadů, tj. solí sodíku a solí bóru k přípravě fnálního fixačního produktu. Podstatou vynálezu je, že se k radioaktivnímu odpadnímu roztoku přidává kyslíkatá sloučenina fosforu nebo- fosfor, s výhodou potom kyselina fosforečná, přičemž konečná koncentrace oxidu fosforečného ve výsledném produktu fixace je v rozmezí cd 20 % hmot. do 70' % hmot., dále se přidávají sloučeniny hliníku a/nebo železa a/nebo· zinku a/nebo· vápníku a/nebo olova, přičemž konečná koncentrace oxidu hlinitého- nebo oxidu železitého nebo- oxidu z nečnaíéhc; oxidu vápenatého· nebo oxidu otc-vnartého ve výsledném produktu fixace nepřevyšuje 36 % hmot., načež se takto vzniklý roztek nebo suspenze tepelně zpracuje až na teplotu stntraoe nebo tavení v mezích od-400 °C do 1200 °C.

Při- tepelném zpracování výše zmíněné směsi může při tomto* procesu v závislosti na jejím složení jít o- přímou přeměnu roztoku na taveninu v jednostupnevém procesu nebo o odpaření převážné části vody v odparce s následujícím taveiním nebo o- kalcinaci směisi 3 následujícím tavením při vyšší teplotě.

Tsplotní zpracování uvedeného· systému vede k tvorbě boritano-fosforečnanových skel, eventuálně k látkám krystalického nebo sklo-krystalic-kého charakteru. Podle obsahu jednotlivých složek jsou produkty fixace různě odolné proti působením vody a mají rozdílnou teplotu tavení. Složení zpracovávaného odpadního- roztoku, pokud se týká koncentrace sodíku a bóru, lze před vysokoteplotním zpracováním upravit tak, aby bylo- dosaženo¹ jejich vhodné koncentrace, např. smíšením více druhů odpadních roztoků o* různém složení, aby nevznikla potřeba k roztoku odpadu přidávat sloučeniny sodíku a bóru.

Příklady provedení

Příklad 1

Κ 1 litru roztoku radioiaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o- složení dusičnan sodný 220* g/1 šíavelan sodný . 28 g/1 tetraboritan sodný 66- g/1 uhličitan sodný 25 g/1 hydroxid sodný 31 g/1 se přidá 0,960 kg dusičnanu hlinitého dodekahydrátu a 0/186 1 kyseliny o-fosforečné 66 %. Vzniklá směs se zkalcinuje při teplotě 400 °C a potem se dále zahřívá při teplete 860 °C po- dobu 2 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolnost I. třídy.

P ř í k 1 a d 2

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení stejném, jak je uvedeno v příkladu 1 se přidá 0,9 kg dusičnanu železného dodekahydrátu a 0,242 1 kyseliny fosforečné 86 %. Směs se zkalcinuje při teplotě 500—C a dále potom zahřívá, při teplotě 900 po- dobu 2 hodin. Produkt fixace má skelný charakter a vykazuje hydrolytickou odolnost I. třídy.

P ř í k 1 a d 3

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení stejném, jak je uvedeno v příkladu 1 se přidá 0,457 kg dusičnanu zinečnatého hexahydrátu a 0,301 1 kyseliny o-fosforečné 86 %. Vzniklá směs se zkalcinuje¹ při 550 ^qC a poté zahřívá při 850°Ό po- dobu 3 hodin. Produkt fixace vykazuje skelný charakter a hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 4

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení stejném, jak je uvedeno- v příkladu 1 se přidá 0,,1813 kg dusičnanu vápenatého· a 6,3(81 1 kyseliny o-fosforečné 85 %. Vzniklá směs se potom dávkuje do taviči nádoby vyhřáté na 950 °C. Po« skončení dávkování se směs při téže teplotě zahřívá ještě po dobu 1 hodiny. Takto vzniklý produkt vykazuje skelný charakter a hydrolytickou odolnost II. třídy.

Příklad 5

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení, jak je uvedeno v příkladu 1 se přidá 0,2(79 kg dusičnanu olovnatého a 0,241 1 kyseliny o-fosforečné 85%. Vzniklá směs se zkalcinuje pří teplotě 500'^QC a dále potom zahřívá při téplotě 900° Celsia po dobu 2 hodin. Takto vzniklý produkt fixace vykazuje skelný charakter a hydrolytickou odolnost II. třídy.

Příkladů

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o· složení, jak je uvedeno- v příkladu 1 se přidá 0,692 kg dusičnanu hlinitého dodekahydrátu, 0,3-16 kg dusičnanu železitého dodekahydrátu a 0,271. 1 kyseliny o-fosforečné 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě 550 °C a potom zahřívá po* dobu 4 hodin při teplotě 10GO°C. Vzniklý produkt f^:xace má charakter sintru a hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 7

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o· složení, jak je uvedeno’ v příkladu 1, se přidá 0 692 kg dusičnanu hlinitého dodekahydrátu, dále 0,344 kg dusičnanu znečnatého hexahydrátu a 0,2411 kyseliny o-fcsforečné 8,5%. Směs se zkalcinuje při teplotě 55-0 °C a potom se zahřívá při teplotě 950'°C po- dobu 2 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolnost I. třídy.

P ř í k 1 a d 8

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o· složení, jak je uvedeno v příkladu 1 se přidá 0,911 kg dusičnanu hlinitého dodekahydrátu, dále 0,183 kg dusičnanu vápenatého- a 0,241 1 kyseliny o-fošforeičiné 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě 450 ^QC a poté zahřívá při teplotě 1150 ^C po dobu 2 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolndst I. třídy.

Příklad 9

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů •s nízkou aktivitou a o- složení, jak je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,275 kg dusičnanu hlinitého- dodekahydrátu, dále 0*0-75- kg dusičnanu olovnatého -a 0,3 1 kyseliny o-fosforeč.né 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě 500 °C a potom zahřívá při teplotě 1200 °C po- dobu 4 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 10

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů -s nízkou aktivitou a o složení, jak je uvedeno- v příkladu 1, se přidá 0,158 kg dusičnanu železitého dodekahydrátu, dále 0,,144 kg dusičnanu zinečnatého a 0,.3(01 1 kyseliny o-fosfo-rečné 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě 570- °C a potom dále zahřívá při teplotě 800 °C po dobu 3 hodin. Vzniklý produkt fixace má charakter sintru a hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 11

Κ 1 litru roztoku radioaktivníich odpadů s nízkou aktivitou a o složení, jak je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,156 kg duisičnanu železitého dodekahydrátu, dále 0,031 kg dusičnanu vápenatého· a 0,361 1 kyseliny o-fosforečné 85%. Směs se poté dávkuje do tavící nádoby, vyhřáté na 1100 ~C. Po ukončeném dávkování se směs při téže· teplotě zahřívá ještě po· dobu 1 hodiny. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickon odolnost II. třídy.

Příklad 12

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení, jak je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,158 kg dusičnainu železitého dodekahydrátu, dále 0,046 kg dusičnanu olovnatého a 0,36.1 1 kyseliny o-fosforečné 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě 500 ^C'C a potom dále zahřívá při teplotě 800 ^O|C po dobu 3 hodin. Vzniklý produkt fixace má charakter sintru a hydrolytickou odolncbt I. třídy.

Příklad 13

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení, jaík je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,344 kg dusičnanu zinečnatého· hexahydrátu, dále 0,031 kg dusičnanu vápenatého a 0,301 1 kyseliny o-fosforečné 8|5%. Směs se zkalcinuje při teplotě 530 °C a dále poté zahřívá při teplotě 900 °t! po dobu 2 hodin. Vzniklý produkt fixace· má

Claims

PŘEDMĚT

Způsob likvidace kapalných radioaktivních odpadů z jaderných elektráren s obsahem sodíku a bóru jejich zpracováním do skel fosforečnanového typu, vyznačený tím, že se k radioaktivnímu odpadnímu .roztoku přidává kyslíkatá sloučenina fosforu nebo fosfor, přičemž konečná koncentrace oxidu fosforečného ve výsledném produktu fixace je v rozmezí od 20 % hmot. do 70 % hmot., dále se přidávají sloučeniny hliníku a/nebo skelný charakter a hydrolytickou odolnost

I. třídy.

Příklad 14

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení, jak je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,344 kg duisičnanu zinečnatého hexahydrátu, dále 0,0146· kg dusičnanu olovnatého a 0,'30ll 1 kyseliny o-fosforečné 85%. Směs se zkalcinuje při teplotě SCO °C a dále potom zahřívá při teplotě 850° Celsia po dobu 2 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolnost I. třídy.

Příklad 15

Κ 1 litru roztoku radioaktivních odpadů s nízkou aktivitou a o složení, ják je uvedeno v příkladu 1, se přidá 0,091 kg dusičnanu vápenatého, dále 0,138 kg dusičnanu olovnatého· a 0,301 1 kyseliny o-fosforečné 8:5%. Směs se zkalcinuje při teplotě 550 °C a .dále potem zahřívá při teplotě 1100 °C po dobu 3 hodin. Vzniklý produkt fixace má skelný charakter a hydrolytickou odolnost II. třídy.

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

železa a/nebo zinku a/nebo vápníku a/nebo olova, přičemž konečná koncentrace oxidu hlinitého nebo oxidu železitého nebo oxidu zinečnatého nebo oxidu vápenatého nebo oxidu olovnatého ve výsledném produktu fixace je do 30 % hmot., načež se takto vzniklý roztek nebo suspenze tepelně zpracuje až na teplotu sintrace nebo tavení v mezích od 400 do 1200 °C.