CS260183B1 - Spflsob solidiřikácie kvapalných radioaktívnych látok - Google Patents

Description

280183

Vynález sa týká spůsobu solidifikácie kva-palných rádioaktívnych odpadov z prevádz-ky jádrových elektrární a z prepracovatef-ských závodov gélovým procesom, při kto-rom v géloch sa viažu zložky rádioaktiv-nych látok s přidávanými spolureaktantamia ktoré pri sušení a výpale do teplůt 1400 °Cvytvárajú spolu fázy vo vodě nerozpustné. V súčasnosti kvapalné rádioaktívne látkypodrobujú sa soliditikácii vo viacerých stup-ňoch a různým sposobom. V prvom stupnikvapalné rádioaktívne látky sa zahusťujú apřipadne sa sušia. Koncentráty alebo výsuškysa ďalej spracovávajú fixáciou v organickýchpolyméroch, bitúmenoch a betónoch. Všetkyspůsoby solidifikácie vychádzajúce z končen-trátov a výsuškov nie sú dostatočne spoleh-livé, nezabezpečujú dlhodobú bariéru protirozptylu rádioaktívnych látok v prostředí.Preto koncentráty a výsušky rádioaktívnychlátok sa ďalej spracovávajú.

Druhý stupeň spracovania výsuškov rádio-aktívnych látok spočívá v ich kalcinácii afixácii různým spůsobom. Kalcináty sa mie-šajú s dalšími zložkami — spolureaktantamia takto získaný systém sa podrobuje vysoko-teplotným reakciám. Produktami týchto re-akci! sú keramiky, sklokeramiky, sklá a ce-menty.

Uvedený spůsob solidifikácie prebiehajú-ci vo viacerých stupňoch je velmi náročnýz híadiska procesov, homogenit systémov azabezpeč enia istůt proti rozptylu rádioak-tívnych látok v prostředí. Požadovaný prie-beh vysokoteplotných reakcií tvorby skiela hlavně keramik je podmienený vysokýmstupňom homogenity systémov, ktorý sa (až-ko dosahuje miešaním práškových látok, keďgranulometria kalcinátov je prakticky ne-známa. Vážným bezpečnostným problémom jeprašnost vznikajúca hlavně pri kalcinácii,ktorá je riešitefná len technicky velmi ná-ročným spůsobom.

Tažkosti pri solidifikácii kvapalných rádio-aktívnych látok z prevádzky jádrových elek-trární a z prepracovatefských závodov saodstraňujú spůsobom podlá vynálezu, kto-rého podstatou je, že kvapalné rádioaktívnelátky sa zmiešajú s polyelektrolytom aleboso zmesou látok vytvárajúcich polyelektro-lyt a v dalšom sa pridajú spolureaktantyzložiek rádioaktívnych látok za miešania,získaný kvapalný medziprodukt sa miešaso sofami viacmocných katlónov a/alebo sopačné nabitými polyelektrolytmi za tvor-by gélu, pričom takto získaný gél sa podro-bí sušeniu a výpalu pri postupnom zvyšova-ní teploty od 1400 °C. Polyelektrolyty, za-bezpečujúce tvorbu gélu, sú vybrané zo sku-piny látok ako sú algináty, pektíny, škrobya pridávajú sa do kvapalných rádioaktív-nych látok za miešania, připadne po úpravěpH na hodnotu v rozmedzí 5—8. Ďalej sado tejto ikvapaliny pridávajú spolureaktanty,ktoré pri vysokoteplotných reakciách sozložkami rádioaktívnych látok zabezpečujú tvorbu vo vodě nerozpustných fáz. Spolu-reaktanty sú látky ako kyselina fosforečná,oxidy fosforu, fosforečnany hlinité a amon-né, oxidy, hydroxidy, oxyhydroxidy a oxychlo-ridy hlinité; organické zlúčeniny dvoj- atrojmocných kovov; kyselina a oxid křemi-čitý, kremičitany dvojmocných a trojmoc-ných kovov. Tieto reaktanty sa pridávajú vmnožstve 0,1 až 4 moly ekvivalentov na je-den mól ekvivalentov katiónov nachádzajú-cich sa v kvapalných rádioaktívnych lát-kách. Kvapalina, obsahujúca rádioaktívnelátky, polyelektrolyty a spolureaktanty, tvo-ří medziprodukt, ktorý v kontakte so sofamiviacmocných katiónov a/alebo po zmiešanís opačné nabitými polyelektrolytmi mění sana gély. Ak sa kvapalný medziprodukt kvap-ká do roztoku viacmocných solí ako jeCaCh, Ca(NO3)2, AljNOijs alebo sa s týmitosofami proporcionálně mieša, pri výtoku zdýzy získájú sa gélové gufóčky. Může sa postupovat aj tak, že kvapalnýmedziprodukt sa zmieša so sofami viacmoc-ných prv!ko«v a/alebo s opačné nabitými po-lyelektrolytmi za tvorby gélu a tento gél saspracuje výtlačným lisováním na určité vý-tvorky, resp. valčeky. Gélové gufóčky alebovalčeky sa ďalej podrobia sušeniu a výpaludo teploty 1400 °C. Výsledkom je hutný ke-ramický materiál v tvare gufoček alebo val-čekov, ktorý vo vodě nie je rozpustný. Ne-rozpustnost materiálu zabezpečujú fázyvzniklé vysokoteplotnými reakciami medzizložkami rádioaktívnych látok a přidávaný-mi spolureaktantmi.

Vynálezom sa dosahuje pokrok v tom, žespůsob umožňuje solidifikovať i velmi zrie-dené kvapalné rádioaktívne látky cez gély,v ktorých sú v intenzívnom kontakte zlož-ky rádioaktívnych látok a spolureaktantov.V géloch sa dosahuje taký stupeň homoge-nity, ktarý nie je dosažitelný miešaním práš-kových látok. Homogenita reagujúcich zlo-žiek a ich vzájemný kontakt zaručujú prie-beh vysokoteplotných reakcií pri podstatnénižších teplotách ako pri miešaní práško-vých sústav. Ďalšou podstatnou výhodou spů-sobu solidifikácie podl'a vynálezu je to, žeproces sušenia a výpalu je bezprašný. Očin-kom polyelektrolytov vytvára sa pevný ma-teriál už po vysušení a nedrobí sa ani dal-ším sušením a výpalom.

Najdůležitejšou vlastnosťou solidifikáciouzískaného keramického materiálu je jehohydrolytická odolnost. Stanovila sa násle-dovně: 1 g frakcie materiálu 0,05 až 0,25 mm savyluhuje v 50 ml destilovanej vody pri tep-lete 25 °C za trepania 24 hod. Odparok vý-luhu v mg na 1 g materiálu udává hydro-lytickú odolnost. Výsledky sú uvedené v ta-buřke. Následovně příklady solidifikácie kvapal- ných rádioaktívnych látok bližšie ilustrujú tento spůsob pódia vynálezu, ale jeho roz- sah neobmedzujú. 260183 Příklad 1

Solidifikácíi sa podrobil modelový roztokkvap;? lného rádioaktívneho odpadu o pH =- 11,2, obsahujúci 1,02 mólov katiónov al-kalických kovov, 0,64 mólov bóru a ďalšieorganické a anorganické látky v 1 kg kva-palných rádioaktívnych látok. Kyselinou oc-tovou sa upravilo pH kvapaliny na hodno-tu 7,2. Do tejto kvapaliny sa přidával za mie-sani-a alginát sodný v množstve 1,2 % hmot.V ďalšom sa do kvapaliny primiešali spolu-reaktanty zložiek kvapalných rádioaktív-nych látok — fosforečnan hlinitý á koloidnýroztok oxidu křemičitého. Z uvedených zlo-žiek sa získal kvapalný medziprodukt o vis-kozite 18 mPa. s a nasledujúceho zloženia(vyjádřené v hmot. dieloch): kvapalný rádioaktívny odpad 1000 kyselina octová 30 alginát sodný 12 fosforečnan hlinitý AIPCh 100 koloidný SiO2 (30 % hmot. SiCb) 25

Kvapalný medziprodukt sa nechá vytékatz dýzy tak, aby sa tvořili kvapky, ktoré podopade do 2 %-ného roztoku Ca(NO3)2 samenia okamžité na gólové gulóčky. Získanégólové gufóčky sa odfiltrujú a sušia sa 1 hod.pri 80 °C a 1 hod. pri 110 °C. Pri dalšom su-šení, resp. výpale teplota sa zvyšuje rých-losťou 3 °C. min-1 do teploty 550 °C a da-lej rýchlosťou 5 °C . min-1 do teploty 900 °C.Pri tejto teplote sa zahrieva izotermicky 1hodinu.

Uvedeným postupom získali sa pevné, vovodě nerozpustné keramické gulóčky o prie-mere 2,5 mm. Vlastnosti sú uvedené v ta-bufke. Příklad 2

Zloženie a postup sú rovnaké ako v příkla-de 1, změněná je len teplota výpalu na 700stupňov C. Vlastnosti sú uvedené v tab. 1.Příklad 3

Zloženie a postup sú rovnaké ako v pří-klade 1, změněná je len teplota výpalu na1100 °C. Vlastnosti sú uvedené v tabulke. Příklad 4

Zloženie okrem jednej zložky a postup súrovnaké ako v příklade 1, změněné je množ-íc stvo fosforečnanu hlinitého na 120 hmot.dielov, Vlastnosti sú uvedené v tabulke. Příklad 5

Zloženie okrem jednej zložky a postup súrovnaké ako v příklade 1, změněné je množ-stvo fosforečnanu hlinitého' na 150 hmot.dielov. Vlastnosti sú uvedené v tabulke. Příklad 6

Zloženie okrem jednej zložky a postup súrovnaké ako v příklade 1. V ďalšom medzi-produktu sa mieša s dusičnanom vápenatýmv pomere: kvapalný medziprodukt 1000 dusičnan vápenatý 2,5

Dusičnan vápenatý sa používá vo forměroztoku a mieša sa s medziproduktom v pro-cese tvorby kvapiek, ktoré sa následné me:nia na géiové guločky. Ďalšie spracovaniególových gulóček je rovnaké sko v příkla-de 1. Vlastnosti sú uvedené v tabulke. Příklad 7

Zloženie a postup přípravy medziproduk-tu sú rovnaké ako v příklade 1. V ďalšommeďziproduiktu sa mieša s uhličitanom vá-penatým v hmot. pomere: kvapalný medziprodukt 1000 uhličitan vápenatý 6

Zroiešanie týchío látok sa uskutečňuje vnádobě, kde sa tvoří gél, ktorý sa v dalšomtvaruje výtlačným lisom na vaičeky o prie-mere 5 mm a dížke 7 mm. Spracovanie tých-to výtvorkov je rovnaké ako guločky v pří-klade 1. Vlastnosti sú uvedené v tabulke.

Tabulka Závislost hydrolitickej odolnosti HO (vy-jadrenej v mg sušiny výluhu na 1 g kerami-ky solidifikovanej kvapalnej rádioaktívnejlátky) od teploty výpalu a od poměruni—Π2/Π3, kde ni — látkové množstvo ekvivalentov spolu-reaktantu A1PO4 Π2 — látkové množstvo ekvivalentov spolu-reaktantu SÍO2 = 0,25 Π3 — látkové množstvo ekvivalentov katió-nov přítomných v 1000 g kvapalného rá- dioaktívneho odpadu = 2,94

Claims (9)

260183 Příklad 7 8 ni—Π2 HO t ns (mg.g“1) °C 1 0,92 25,0 700 2 0,92 5,2 900 3 0,92 4,6 1100 4 1,10 3,1 900 5 1,34 2,9 900 6 0,92 5,0 900 7 0,92 5,3 900 P R E D Μ E T VYNALEZU

1. Sposob solidifikácie kvapalných rádio-aktívnych odpadov z prevádzky jádrovýchelektrární a z prepracovatelských závoďovgólovým procesom vyznačený tým, že kva-palné radioaktivně látky sa zmiešajň s po-lyelektrolytom alebo· so zmesou látok vytvá-rajúcich polyelektrolyt a v ďalšorn sa při-dají! spolureaktanty zložiek rádioaktívnychlátok za miešania, získaný kvapalný medzi-produkt sa mieša so solami viacmocných ka-tiónov a/alebo s opačné nabitými polyelek-trolytmi za tvorby gelu, pričom takto zís-kaný gél sa podrobí sušeniu a výpalu pri po-stupnom zvyšovaní teploty do 1400 r,C.

2. Sposob podlá bodu 1 vyznačený tým, žepolyelektrolyt alebo polyelektrolyty sú vy-brané zo skupiny látok zahrnujúcej algináty,pektíny a škroby.

3. Sposob pod! bodov. 1 a 2 vyznačený tým,že spolureaktanty zložiek rádioaktívnych lá-tok sú vybrané zo skupiny látok zahrnujúcejkyseliny fosforečné, oxidy fosforu, fosforeč-nany hlinité a amonné, oxidy, hydroxidy, o-xyhydroxidy a oxychloridy hlinité, organickézlúčeniny dvoj- a trojmocných kovov, kyseli-nu a oxid křemičitý a kremičitany dvojmoc-ných a trojmocných kovov v takovom látko-vom množstve so zložkami rádioaktívnychlátok a ich prímesaini, aby sa pri výpale spo-lu tvořili fázíy vo vodě nerozpustné.

4. Sposob podlá bodov 1 až 3 vyznačený tým, že látkové množstvo spolureaktantovje 0,1 až 4 mólcv ekvivalentov na jeden mólekvivalentov katiónov nachádzaiúcich sa vkvapalných rádioaktívnych odpadoch.

5. Sposob podlá bodov 1 a 4 vyznačenýtým, že pil kvapalných rádioaktívnych od-padov před zmiešaníin s polyelektrolytmi saupraví na hodnotu v rozmedzí 5 až 8.

6. Sposob pódia bodov 1 až 5 vyznačenýtým, že získaný gél před sušením obsahujeaž 9j °/o hmot. vody.

7. Sposob pódia bodov 1 až 6 vyznačenýtým, že získaný kvapalný medziprodukt savnáša vo formě kvapiek do roztokou solíviacmocných katiónov a vytvořené gufočkygélu sa podrobia sušeniu a vypalovaniu.

8. Sposob podlá bodov 1 až 7 vyznačenýtým, že získaný kvapalný medziprodukt saproporcionálně zmiešava so sofami viacmoc-ných katiónov a/alebo s opačné nabitýmielektrolytmi v procese tvorby kvapiek, a ná-sledné vzniklé gólové gufočky sa podrobiasušeniu a vypalovaniu.

9· Sposob podlá bodov 1 až 8 vyznačenýtým, že získaný kvapalný medziprodukt saproporcionálně zmiešava so solami viacmoc-ných katiónov a/alebo s opačné nabitýmipolyelektrolytmi a vytvořený gél sa tvarujevýtlačným lisováním a výtvorky sa podro-bia sušeniu a výpalu. Severografia, n. p. závod 7, Most Cena 2,40 Kčs