CZ20079A3 - Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu - Google Patents
Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20079A3 CZ20079A3 CZ20070009A CZ20079A CZ20079A3 CZ 20079 A3 CZ20079 A3 CZ 20079A3 CZ 20070009 A CZ20070009 A CZ 20070009A CZ 20079 A CZ20079 A CZ 20079A CZ 20079 A3 CZ20079 A3 CZ 20079A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- radioactive waste
- radioactive
- mixing
- mixture
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000007711 solidification Methods 0.000 title abstract description 20
- 230000008023 solidification Effects 0.000 title abstract description 20
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title abstract description 5
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title abstract description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 claims abstract description 11
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 12
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 9
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 7
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 description 4
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 4
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 3
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 2
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- -1 CsCO 3 Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011146 organic particle Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu jejich mísením s dvouvrstvými jílovitými materiály kaolinitického typu, kdy dvouvrstvé jílovité materiály, zahráté na teplotu v rozmezí od 15 do 60 .degree.C, se mísí ve vodném alkalickém prostredí, címž se v nich vytvárí prostorová alkalicky aktivovaná alumino-silikátová matrice, a pak se mísí s radioaktivními odpady v množství od 45 do 85 % hmotn. smesi tak, že se nastartuje polymerní reakce postupne v celém objemu reakcní smesi, následne se smes samovolne vytvrzuje pri teplote a tlaku okolí v závislosti na teplote okolí po dobu 4 až 12 hodin a vytvárí solidifikát s minimální pevnostív tlaku 5 MPa, ve kterém je radioaktivní odpad trvale vázaný do alumino - silikátové matrice. Od okamžiku zhomogenizování smesi se mísení muže provádet pri teplote smesi do 25.degree.C ješte nejméne dalších 10 minut. Radioaktivním odpadem je látka, vybraná ze skupiny, zahrnující radioaktivní kaly ze sekundárního chladícího okruhu jaderné elektrárny s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, radioaktivní kaly s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, kontaminované cásteckami vycerpaných ionexu, vycerpané ionexy,popel spálených vycerpaných ionexu a radioaktivníodpady ve forme roztoku neutrální, kyselé nebo zásadité vody s rozpuštenými radioaktivními anorganickými látkami a solemi kovu a nekovu, zahrnujícímiSr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni a B. Vycerpané ionexy se pred smísením s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí mohou rozemlít, címž se poruší jejich kulovitý tvar.
Description
Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů.
Oblast techniky
Předmětem tohoto vynálezu je způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů.
Dosavadní stav techniky
Odpady z jaderných eiektráren, obecně radioaktivní odpady, jsou v současné době ukládány v ocelových sudech a solidifikovány cementací nebo bitumenací. Obě tyto metody mají své limity a nedostatky. Z cementových solidifikátů se radioaktivní materiál vodou vyluhuje, to znamená, že v případě zaplavení úložiště se radioaktivní látky mohou dostat do okolního prostředí, především do podzemích vod. Bitumenace, to je ukládání radioaktivních odpadů do asfaltových směsí, má nevýhody v tom, že je nutno odpady nejdříve vysušit. Další nevýhodou bitumenace je skutečnost, že v úložišti dochází k vývoji methanu. Je zapotřebí zajišťovat větrání a to přináší další doprovodné náklady.
Je známo, že pro využití elektrárenských a teplárenských popelů a popílků a pro zneškodňování kalů odpadních vod z průmyslových výrob a galvanoven se v omezeném rozsahu používají geopolymerní kompozity, které mohou být na, bázi jílových minerálů
ÁS 5539140 a dalších. Kaolinitické jílové materiály poskytují po tepelné aktivaci jílu ve vodném alkalickém prostředí solidifikáty s vysokými pevnostmi v tlaku prostém a jsou dobrou matricí pro inhibici a solidifikaci nebezpečných a toxických látek. Využívá se přitom jedné z výrazných vlastností geopolymerů, kterou je možnost uzavírat do prostorové anorganické poíymerní sítě velké množství dalších anorganických látek a účinně je vázat do strukturní sítě. Nevýhodou geopolymerních matric je jejich pórovítost, především otevřená pórovitost, která se projevuje jako nasákavost matric. Z toho plynou omezení jejich využití. Vykazují naopak dlouhodobou stabilitu a zvyšující se pevnost a bylo prokázáno, že geopolymerní vazby projevují progresivní tendenci. Vedle této vlastnosti vyniká především odolnost proti ohni - materiály anorganického typu ani nehoří, ani nevydávají zplodiny, oproti cementům jsou odolné až do přibližně 1000 °C a pak s výjimkou dodatečného smrštění nepodléhají rozkladu, ale jsou konvertovány na keramické hmoty. Současné bylo prokázáno, že uvedené materiály nepodléhají změnám při prudké změně teploty a jsou odolné vůči vlivům kyselin a zásad. Je známo, že mají schopnost vázat a zapouzdřit do vznikající prostorové polymemí sítě velké množství plniv, například až 75 % hmotn. písku.
• « » ·
- 2Stabilizace toxických a radioaktivních odpadů je popsána rovněž v patentových spisech Gfr 2270910, US 4028265 a US 4632778. V případě dokumentu GB 2270910 jsou toxické nebo radioaktivní odpady uzavřeny v betonové matrici po předchozí absorpci ve vypáleném jílovitém materiálu. Obdobně v dokumentech US 4028265 a US 4632778 je fixace odpadu provedena v keramickém materiálu, kdy je produkt po míchání pálen. Společným znakem uvedených technologii je míšení radioaktivních odpadů s jílovými materiály, včetně dvouvrstvých jílových materiálů, a následné tepelné zpracování směsi za vysokých teplot, to znamená výpal směsi, kdy se jílová složka přetváří na složku keramickou. Nevýhodou je nadměrná spotřeba enegie, především v důsledku závěrečného vypalování, aby se získal tuhý produkt.
Cílem tohoto vynálezu je uzavřít odpady z jaderných elektráren do prostorové anorganické polymemí šité, dosáhnout solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů v podmínkách nízkých provozních nákladů a nízké spotřeby energie.
Podstata vynálezu
Vynález se týká způsobu solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů jejich míšením s dvouvrstvými jílovitými materiály kaolinitického typu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že dvouvrstvé jítovité materiály, zahřáté na teplotu v rozmezí od 15 do 60 °C, se mísí ve vodném alkalickém prostředí, čímž se v nich vytváří prostorová alkalicky aktivovaná aluminosilikátová matrice, a pak se mísí s radioaktivními odpady v množství od 45 do 85 % hmotn.
směsi tak, že se nastartuje polymemí reakce postupně v celém objemu reakční směsi, následné se směs samovolně vytvrzuje pň teplotě a tlaku okolí v závislosti na teplotě okolí po dobu 4 až 12 hodin a vytváří solidifikát s minimální pevností v tlaku 5 MPa, ve kterém je radioaktivní odpad trvale vázaný do alumino - silikátové matrice. Dvouvrstvé jílové minerály 20 kaolinitického typu se mohou ohřívat na teplotu od 15 do 25 C, případné od TS do 25 °C.
Od okamžiku zhomogenizování směsi se míšení může provádět při teplotě směsi do 25^C ještě nejméně dalších 10 minut.
Radioaktivním odpadem je látka, vybraná ze skupiny, zahrnující radioaktivní kaly ze sekundárního chladicího okruhu jaderné elektrárny s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, radioaktivní kaly s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, kontaminované částečkami vyčerpaných ionexů, vyčerpané ionexy, popel spálených vyčerpaných ionexú a radioaktivní odpady ve formě roztoků neutrální, kyselé nebo zásadité vody s rozpuštěnými radioaktivními anorganickými látkami a solemi kovů a nekovů, zahrnujícími Sr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni a B.
» · * «
Výhodou je dosažení solidifikace radioaktivních odpadů v podmínkách nízkých provozních nákladů a nízké spotřeby energie. Tyto výhody jsou výrazné při porovnání s dosavadními technologiemi solidifikace radioaktivních odpadů cementací nebo bitumenací.
Vyčerpané ionexy se před smísením s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí mohou s výhodou rozemlít, čímž se poruší jejich kulovitý tvar. Mletím ionexú se zničí jejich kulovitá struktura, což znamená především snížení nebo výrazné potlačeni efektu jejich bobtnání, a tím odstranění změny objemu vyčerpaných ionexů. Vyčerpané ionexy se z kulovitých částic méní na vláknitý materiál, který lze vmíchat do trojrozměrné sítě tvořené alkalicky aktivovanými alumino-siiikáty.
Příklady provedeni vynálezu
Radioaktivní odpad se odebírá ze zásobníku kalu nebo ionexu v jaderné elektrárně a zpracovává se kontinuálně nebo diskontinuálné. Reálný kal je složitý, těžko definovatelný systém z hlediska chemického siožení, tak i svého původu. Je to sediment ve sběrné nádrži, kam se svádí kal ze sekundárního chladícího okruhu jaderné elektrárny. Tento sediment je radioaktivní tmavá, lepkavá a nesourodá kašovitá hmota, která obsahuje 50 až 70 % hmotn. vody, pokud není dodatečně odvodněna. Jeho pevná fáze je složena z částic nejrůznějšího původu, částic ze stěn potrubí, minerálních i organických částic prachu, textilních, anorganických i živočišných vláken, nerozpustných solí, i pevných kovových částic. Obsahuje nebezpečné rozpuštěné látky, například sol(fjedovatých kovů a radioaktivních izotopů. Chemické složeni je proměnlivé a natolik široké, že neposkytuje žádný definitivní obraz. Kal radioaktivního odpadu je proto definován pouze z hlediska obsahu vody, resp. sušiny a z hlediska své radioaktivity. Může být kontaminován kulovitými částečkami vyčerpaných ionexů, které se do něj případně dostaly technologickým nedopatřením a které mají být shromažďovány v jiné nádrži. Jejich obsah v kalu je neznámý, avšak je nutné očekávat, že budou v nádrži s kalem nehomogenně rczptýíeny a mohou tvořit početné shluky a tedy kal s vyšším obsahem ionexú než v jiném místě nádrže s kalem. Radioaktivní odpady mohou být ve formě roztoku (voda s rozpuštěnými radioaktivními anorganickými látkami, neutrální, kyselá i zásaditá, s libovolnou koncentrací soli kovů i nekovů, například Sr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni a B).
Radioaktivní odpad je automaticky navazován nebo dávkován objemovým nebo časově krokovým dávkováním a podáván do zařízení, jehož míchací nádobu může tvořit vlastní úložný sud. Tato nádoba je uspořádána s míchadlem pro míchání směsí dvouvrstvých jílových minerálů kaolinitického typu, například metakaolmu, s alkalickým roztokem pro
I » « II · · II
vytvoření alumino-silikátové matrice s radioaktivními odpady v celém objemu nádoby. Míchadlo je uspořádáno výškově posuvně pro vyjmuti z nádoby pro homogenizaci směsi, tak, aby po ukončeném míchání mohlo být míchadlo vytaženo a obsah nádoby byl pak ponechán v klidu k vytvrzeni. Nádoba je pak automaticky odsunuta a nahrazena další prázdnou nádobou a cyklus se kontinuálně opakuje. Plné nádoby (sudy) s nastartovanou chemickou reakcí obsahu nebo již s obsahem vytvrzeným se dopravují na úložiště radioaktivního odpadu.
Radioaktivní odpady se v nádobě mísí s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu, například metakaolinem, s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí při teplotě od 15 do 60 °C (s výhodou od 15 do 25 °C, případně od 20 do 25 °C), kde tyto minerály jsou v množství od 45 do 85 % hmotn. směsi, čímž se nejprve nastartuje polymemí reakce, načež se solidikát při udržování daného rozmezí teplot vytvrzuje v závislosti na teplotě okolí v rozsahu od 4 do 12 hodin.
V jiném příkladu provedení, například při solidifikaci a stabilizaci samotných vyčerpaných ionexú, mohou být ionexy v předcházejícím technologickém kroku rozemlety ve střižním, kulovém nebo vibračním mlýnu, s případným použitím abraziva. Vyčerpané ionexy se před smísením s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu s alkalicky aktivovanou atumino-silikátovou matricí rozemelou, čímž se poruší jejich kulovitý tvar. Mletí ionexů, kdy se zničí jejich kulovitá struktura, znamená především sníženi nebo výrazné potlačení efektu jejich bobtnání, a tím odstranění zásadní překážky - změny objemu vyčerpaných ionexů.
Bylo prokázáno, že i když jsou v anexech přítomny anioný roztoků kyselin jako BO3'3, případně NO3', nemají tyto anioný vliv na vznik a trvanlivost polymemí sítě. Při mletí, a to ať již v přítomností abraziv (písek, popel), nebo i v případě, že jsou vyčerpané ionexy mlety samostatně na střižním mlýnu, nedochází k uvolňování kapalin. Vyčerpané ionexy se z kulovitých částic mění na vláknitý materiál, který lze úspěšně vmíchat do trojrozměrné sítě tvořené alkalicky aktivovanými alumino-silikáty.
Ionexy se skládají z anexů a katexů (syntetizované vysoce odolné organické polymemí látky), které jsou schopné několikanásobné, to je regenerovatelně, vyměňovat aníonya kationý z vodných roztoků. Příkladem je tak zvané změkčování vody, kdy je zachycován ve vodě rozpuštěný vápník a vyměňován za sodík v katexu, čímž dochází ke snížení až odstranění nebezpečí tvorby vodního kamene (využití pro myčky nádobí, keramický průmysl a další). Regenerace se v tomto případě provádí prolitím ionexů roztokem kamenné soli (NaCI). lontoměniče ve vodě mění svůj objem, bobtnají, a pří sušení opět objem zmenšují. Tento efekt značně ztěžuje inhibici vyčerpaných ionexů v pórovitých matricích (cement,
I » — 5anorganický polymer). Voda postupně proniká solidifikátem a bobtnající ionexy způsobí rozpad solidifikátu. Běžně je zapotřebí solidifikovat vyčerpané ionexy z jaderných elektráren, jako radioaktivní odpad s obsahem až 50 % hmotn. vody. Tvrdnutí anorganického polymeru (alkalicky aktivovaných alumino - silikátů) je založeno na postupném řetězení aluminosílikátů v alkalickém vodném prostředí. Při vmíchání kulovitých částic ionexů ve vytvářené třírozměrné polymemí síti dochází k jejich solidifikaci. Při namočení solidifikátu do vody se mění objem uzavřených ionexů (polymemí síť je pórovitá) a při plnění vyšším než 10 % hmotn. se solidifikát postupné «jzpaaá. Z tohoto důvodu se vyčerpané ionexy před smísením s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí rozemelou, čímž se zničí jejich kulovitá struktura a výrazně se sníží nebo potlačí efekt jejich bobtnání, to je změna objemu.
Pro zamíchání do anorganického polymeru, tvořeného metakaolinem s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí, mohou být rovněž použity ionexy, které jsou spáleny a solidifikován je jejich nespalitelný zbytek v podobě popela. Při spalování vyčerpaných ionexů se bobtnání ztrácí úplně a vzniklý popel, který má jen asi 20 % hmotn. původního objemu, se snadno a homogenně vmíchá do trojrozměrné sítě. Dosahuje se tak nejvyššího plněni (poměr matrice a inhibovaného materiálu, to je radioaktivního odpadu) a dobrých mechanických vlastností, pevnosti v tlaku solidifikátu vyšší než 10 MPa, v kombinaci s nízkou nebo takřka zanedbatelnou vychovatelností radioaktivních látek do vody.
Radioaktivní odpady, například kaly, ionexy nebo roztoky radioaktivních odpadů, jsou přimíchávány již od počátku směšování všech zúčastněných složek a jejich vysoký obsah vody, znemožňující klasické postupy, slouží jako rozdélávací voda. Jestliže jsou odpady suché, to je s obsahem do 5 % hmotn. vody, jsou přimíchávány až po náběhu reakce anorganického polymeru a vytvoření účinného pojivá.
Způsob kontinuální nebo diskontinuální výroby solidifikátů radioaktivních odpadů, například kalu a ionexů, probíhá následovně : Odebraná dávka kašovitého kalu nebo ionexů, obsahujícího 50 až 70 % hmotn. vody, se smíchá s pevnou a kapalnou složkou anorganického polymeru, například metakaolinu, a míchá se po dobu 40 minut. Tim se nastartuje polymemí reakce a hmota se po vytažení míchadla z míchací nádoby ponechá vytvrdnout. Změněné složení odpadu, vnášejícího do reakční směsi další vodu nebo roztoky kyselin (například kyseliny dusičné nebo kyseliny borité), mění i výsledné vlastnosti solidifikátu, a to jeho pevnost a chemickou odolnost v kyselinách, zásadách nebo ve vodé. Úpravami poměrů, to je změnou obsahu vody a alkalických aktivátorů, například NaOH, CsCO3, Na2CO3, KOH, K2CO3, lze dosáhnout stálosti solidifikátu, to je jeho pevnosti a • · « · · • ·
I « — 6 -r a · « i« «· · odolnosti k vyluhování škodlivin. Pro názornost jsou uvedeny příklady použiti vynálezu pro stabilizaci různých forem radioaktivního odpadu (jednotlivé složky jsou v hmotnostních procentech). Kal radioaktivního odpadu obsahuje kovy i nekovy, například Sr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni a B. Pod pojmem účinnost plnění se rozumí množství inhibované látky (radioaktivního odpadu) k celkovému množství solidifikátu. V ionexech jsou přítomny aniony roztoků kyselin jako BO3 3, případně NO3', a kationý, především Cs, Fe, Co. AAAS znamená alkalicky aktivované alumino-silikáty.
Přiklad 1
Solidifikace kalu radioaktivního odpadu
| Složení odpadu | obsah vody | obsah ionexú v kalu | přídavek AAAS | účinnost plnění |
| Kal | 25% | 0% | 50% | 55% |
| Příklad 2 | ||||
| Složení odpadu | obsah vody | obsah ionexú v kalu | přídavek AAAS | účinnost plnění |
| Kal | 50% | 0% | 50% | 20% |
| Příklad 3 | ||||
| Složení odpadu | obsah vody | obsah ionexú v kalu | přídavek AAAS | účinnost plnění |
| Kal | 50% | 50% | 50% | 20% |
| Přiklad 4 | ||||
| Složení odpadu | obsah vody | přídavek AAAS | účinnost plnění | |
| lonexy mleté | 50% | 60% | 20% | |
| Příklad 5 | ||||
| Složení odpadu | obsah vody | přídavek AAAS | účinnost plnění | |
| lonexy spálené | 0% | 80% | 100 až 120% |
na nespalitelný zbytek
V míchacím zařízení (míchací nádobě s míchadlem, při poměru 2 :1 poloměru dna nádoby a poloměru míchadla) jsou alkalicky aktivované alumino-silikáty (případně s přídavkem vody) míchány po dobu přibližně 20 až 30 minut při otáčkách míchadla 500 ot/min, čímž se nastartuje polymerní reakce. Účinek míchání je podstatně vyšší na lopatkách míchadla, závisí také na tvaru a úhlu nastavení míchadla. Kal, který má 25 % hmotn. vody v příkladu 1, se přidává po náběhu reakce, kal v příkladu 2 je účasten reakce od jejího počátku. Tím se využije voda v kalu jako voda rozdélávací. V případě přehřátí směsi intenzivním třením při « « «
t t 4 » t 1 · «4
- 7 — /i:·::::*::
f » » » t * «4 · · * míchání může být aplikováno chlazení, aby se zabránilo nerovnoměrnému průběhu reakce. Rozmíchaný materiál se ponechá po vytažení míchadla v míchací nádobě (sudu) ztvrdnout.
V příkladu 3 se směs kalů s ionexy přidává na počátku. V příkladu 4 při samotných ionexech se přidávají ionexy průběžně, ať jsou celé nebo mleté. Jsou-li ve formě popela, v příkladu 5, přidávají se vždy až po úplném náběhu polymemí reakce, čímž suspenzi AAAS zahustí.
V případě roztoků s rozpuštěnými kovy, například radioaktivními Cs, Co, Sr, Fe, Cr, Cu, Ni a ostatními, se roztok přidává na počátku jako rozdělávací voda, je-li kyselý, až po neutralizaci.
V případě radioaktivních odpadů v pevné fázi se tyto odpady přidávají do suspenze AAAS až na konci míchání.
Příklad 6 Solidifikace katu RAO
Složení:
Parametry míchání: teplota °C
Pozn.: RAO znamená radioaktivní odpad; kaí obsahuje Sr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni, B.
Přiklad 7 Solidif ikace kalu RAO
Složení:
Parametry míchání: teplota °C
Příklad 8 Solidifikace kalu RAO
Složení:
Parametry míchání: teplota °C obsah vody v kalu přídavek AAAS 50% otáčky 500 ot/min
25% účinnost plnění 38% doba mícháni 45ίτιίη obsah vody v kalu 50 % přídavek AAAS účinnost plnění 58 % 20 % otáčky doba míchání 800 ot/min 45 min obsah vody v kalu 50 % přídavek AAAS 58% otáčky 800 ot/min účinnost plnění 20% doba míchání 30 min
Přiklad 9 Solidifikace kalu RAO
Složení:
teplota 35 °C
Parametry míchání:
obsah vody v kalu 50 % přídavek AAAS účinnost plnění 58 % 20 % otáčky doba míchání
500 ot/min 15 min *
a « • «
| r »i 4 i « * « 1 · 4 4 4 · - 8 - «14* ·« 4· «· | |
| Příklad 10 Solidifikace kalu RAO | obsah vody v kalu 50 % |
| Složení: | přídavek AAAS účinnost plnění 58 % 20 % |
| Parametry míchání: teplota 25 °C | otáčky doba míchání 150Qot/min 15 min |
| Příklad 11 Solidifikace kalu RAO | obsah vody v kalu 0 % |
| Složení: | přídavek AAAS účinnost plnění 51 % 49 % |
| Parametry míchání; teplota 25 °C | otáčky doba míchání 800 ot/min 45 min |
| Příklad 12 Solidifikace kalu RAO | obsah vody v kalu 70 % |
| Složeni: | přídavek AAAS účinnost plnění 56% 13% |
| Parametry míchání: teplota 25 °C | otáčky doba míchání 800 ot/min 45 min |
Příklad 13 Solidifikace kalu RAO s ionexy obsah vody 50 %
| Složení: obsah ionexů v kalu 50% Parametry míchání: teplota 25 °C | přídavek AAAS účinnost plnění 50 % 25 % otáčky doba mícháni 800 ot/min 45 min |
Příklad 14 Solidifikace kalu RAO s ionexy obsah vody v kalu 50 %
| Složení: obsah ionexů v kalu 25% | přídavek AAAS účinnost plnění 50 % 25 % |
| Parametry míchání: teplota 25 °C | otáčky doba míchání 800 ot/min 45 min |
| Příklad 15 Solidifikace celvch ionexů | obsah vody v ionexů 50 % |
| Složení: | přídavek AAAS účinnost plnění 80 % 10 % |
| Parametry míchání: teplota 25 °C | otáčky doba míchání 800 ot/min 45 min |
- 9 t* U 4 1 «1 U • 1«« * · #i *·» »1
| Příklad 16 Solidifikace mletých ionexů | obsah vody v ionexu 50 % | ||
| Složení: | přídavek AAAS 60% | účinnost plnění 20% | |
| Parametry míchání: | teplota | otáčky doba míchání | |
| 25 °C | 800 ot/min | 45 min |
Příklad 17 Solidifikace popelů ionexů zbytek popela z původního ionexu 18,5 % Složení: přídavek AAAS účinnost plnění
| 80% | 108% | ||
| Parametry míchání: | teplota 25 °C | otáčky 800 ot/min | doba míchání 45 min |
Průmyslová využitelnost vynálezu
Vynález je určen k solidifikaci a stabilizaci radioaktivních odpadů z jaderných elektráren, zahrnujících radioaktivní kaly ze sekundárního chladicího okruhu jaderné elektrárny s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, radioaktivní kaly s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, kontaminované částečkami vyčerpaných ionexů, vyčerpané ionexy, popel spálených vyčerpaných ionexů a radioaktivní odpady ve formě roztoků neutrální, kyselé nebo zásadité vody s rozpuštěnými radioaktivními anorganickými látkami a solemi kovů a nekovů, zahrnujícími Sr, Cs, Fe, Co, Cu, Ni a B.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů jejich míšením s dvouvrstvými jílovitými materiály kaolinitického typu, vyznačující se tím, že dvouvrstvé jílovité materiály^ zahřáté na teplotu v rozmezí od 15 do 60 “C^se mísí ve vodném alkalickém prostředí, čímž se v nich vytváří prostorová alkalicky aktivovaná alumino-silikátová matrice, a pak se mísí s radioaktivními odpady v množství od 45 do 85 % hmotn. směsi tak, že se nastartuje polymemí reakce postupně v celém objemu reakční směsi, následně se směs samovolně vytvrzuje při teplotě a tlaku okolí v závislosti na teplotě okolí po dobu 4 až 12 hodin a vytváří solidifikát s minimální pevností v tlaku 5 MPa, ve kterém je radioaktivní odpad trvale vázaný do aluminol -^silikátové matrice.
- 2. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že dvouvrstvé jílové minerály kaolinitického typu se ohřívají na teplotu od 15 do 25 °C.
- 3. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů podle nároku 2, vyznačující se tím, že dvouvrstvé jílové minerály kaolinitického typu se ohřívají na teplotu od 20 do 25 °C.
- 4. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující^sje tím, že od okamžiku zhomogenizování směsi se míšení provádí při teplotě směsi do 25(Ό ještě nejméně dalších 10 minut.Λ
- 5. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že radioaktivním odpadem je látka^ vybraná ze skupiny^zahrnující radioaktivní kaly ze sekundárního chladícího okruhu jaderné elektrárny s obsahem 50 až 70 'o vody,’ radioaktivní kaly s obsahem 50 až 70 % hmotn. vody, kontaminované částečkami vyčerpaných ionexů; vyčerpané ionexy; popel spálených vyčerpaných ionexů a radioaktivní odpady ve formě roztoků neutrální, kyselé nebo zásadité vody s rozpuštěnými radioaktivními anorganickými látkami a solemi kovů a nekovů, zahrnujícími Sr, Cs, Fe, Co,Cu, Ni a B.
- 6. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů podle nároku 5, vyznačující se tím, že vyčerpané ionexy se před smísením s dvouvrstvými jílovými minerály kaolinitického typu s alkalicky aktivovanou alumino-silikátovou matricí rozemelou, čímž se poruší jejich kulovitý tvar.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070009A CZ299909B6 (cs) | 2007-01-02 | 2007-01-02 | Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20070009A CZ299909B6 (cs) | 2007-01-02 | 2007-01-02 | Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20079A3 true CZ20079A3 (cs) | 2008-12-29 |
| CZ299909B6 CZ299909B6 (cs) | 2008-12-29 |
Family
ID=40148687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20070009A CZ299909B6 (cs) | 2007-01-02 | 2007-01-02 | Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ299909B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11373776B2 (en) * | 2017-01-06 | 2022-06-28 | GeoRoc International, Inc. | Integrated ion-exchange disposal and treatment system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4028265A (en) * | 1974-04-02 | 1977-06-07 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Process for converting sodium nitrate-containing, caustic liquid radioactive wastes to solid insoluble products |
| FI71625C (fi) * | 1982-04-30 | 1987-01-19 | Imatran Voima Oy | Foerfarande foer keramisering av radioaktivt avfall. |
| GB9220561D0 (en) * | 1992-09-29 | 1992-11-11 | Ecc Int Ltd | Immobilisation of material |
| KR100332368B1 (ko) * | 1998-07-02 | 2002-08-22 | 쌍용양회공업(주) | 다기능성다공성세라믹스의제조방법 |
| CZ298995B6 (cs) * | 2006-04-25 | 2008-03-26 | Ústav jaderného výzkumu Rež, a.s. | Zpusob solidifikace radioaktivních a nebezpecnýchodpadu |
-
2007
- 2007-01-02 CZ CZ20070009A patent/CZ299909B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ299909B6 (cs) | 2008-12-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2081214C (en) | Hazardous waste disposal method and composition | |
| CN105989903B (zh) | 用于处理放射性液体废物的方法 | |
| JP6454623B2 (ja) | 放射性廃棄物の処理方法および処理設備 | |
| CA2161402A1 (en) | Solidifying material for radioactive wastes, process for solidifying radioactive wastes and solidified products | |
| CN101549965A (zh) | 一种处理中、低放射性焚烧灰的水泥基固化材料及处理中、低放射性焚烧灰的方法 | |
| JP3002525B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化体及び放射性廃棄物の処理方法 | |
| JP7159147B2 (ja) | ジオポリマー固化体製造方法及びジオポリマー固化体製造システム | |
| US4424148A (en) | Process for preparing wastes for non-pollutant disposal | |
| CZ20079A3 (cs) | Zpusob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadu | |
| JPH0453280B2 (cs) | ||
| FI129112B (fi) | Menetelmä nestemäisten jätteiden käsittelemiseksi ja kiinteyttämiseksi | |
| CZ17449U1 (cs) | Solidifikát radioaktivního odpadu a zařízení k jeho výrobě | |
| JP5666328B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化処理方法 | |
| KR20180031441A (ko) | 유해 폐기물 고형화 장치 및 방법 | |
| JP2993486B2 (ja) | 放射性廃棄物充填容器及び放射性廃棄物の固化体 | |
| JP2017514684A (ja) | 樹脂、固体、およびスラッジの固化、安定化、および処分体積の縮小のための方法 | |
| JPS5815000B2 (ja) | 放射性廃棄物処理方法 | |
| JPH10104393A (ja) | 放射性廃棄物用固化材、放射性廃棄物の固化処理方法及び固化物 | |
| CZ261092A3 (en) | Process of transforming residues contaminated by noxious substances from combustion plants to a solid harmless substance | |
| US7737319B2 (en) | Treating radioactive materials | |
| CA1205097A (en) | Process for preparing wastes for non-pollutant disposal | |
| JP7126580B2 (ja) | ホウ酸塩廃液の処理方法 | |
| GB2130428A (en) | A process for reducing the volume of aqueous radioactive waste | |
| JPH0727074B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化処理方法 | |
| JPH10153689A (ja) | 放射性廃棄物の固化材及び放射性廃棄物の固化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130102 |