ES2920838T3

ES2920838T3 - Contenedor de encapsulación de materiales radiactivos y / o sustancias tóxicas

Info

Publication number: ES2920838T3
Application number: ES16852906T
Authority: ES
Inventors: Mohammad Ali Sanagooy Moharrer
Original assignee: Hazprotect Pty Ltd
Current assignee: Hazprotect Pty Ltd
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: RS63349B1; IL258518A; HUE059554T2; AU2021204733A1; JP2019503945A; CN108292537B; JP2021183516A; AU2016336036A1; SG11201802885VA; SI3360141T1; CN108292537A; EP3360141A1; RU2018116590A3; EP3360141A4; CA3001177A1; RU2761520C2; IL258518B; AU2016336036B2; PL3360141T3; RU2018116590A

Abstract

Un panel compuesto para un sistema de encapsulación de material tóxico, que comprende una estructura de refuerzo que se extiende dentro y se formó integralmente con un polímero termoplástico no biodegradable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Contenedor de encapsulación de materiales radiactivos y / o sustancias tóxicas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la encapsulación, a la contención, al almacenamiento y al transporte eficientes de residuos radiactivos de bajo nivel y peligrosos/tóxicos. Más particularmente, la invención se refiere a un contenedor de encapsulación y a un método de encapsulación de materiales tóxicos tales como residuos radiactivos de bajo nivel.

Antecedentes

Los residuos radiactivos y peligrosos provienen de varias fuentes. En cuanto a los residuos radiactivos, la mayoría se origina en el ciclo del combustible nuclear y el reprocesamiento de armas nucleares. Sin embargo, otras fuentes incluyen residuos médicos e industriales, así como materiales radiactivos naturales (NORM) que pueden concentrarse como resultado del procesamiento o consumo de carbón, petróleo y gas, y algunos minerales. Por ejemplo, el carbón contiene una pequeña cantidad de uranio radiactivo, bario, torio y potasio, y los residuos de la industria del petróleo y el gas a menudo contienen radio, así como sus productos de descomposición.

Los materiales de los cuales se sabe y se ha probado que presentan características tales como inflamabilidad, reactividad, corrosividad e inflamabilidad constituyen residuos peligrosos. Dichos residuos se generan típicamente en el curso de aplicaciones industriales y comerciales, las cuales incluyen limpieza en seco, industria automotriz, hospitales, exterminadores y centros de fotoprocesamiento. Algunos generadores de residuos peligrosos son empresas más grandes, como fabricantes de productos químicos, empresas de galvanoplastia y refinerías de petróleo, mientras que los hogares también contribuyen a la generación de dichos residuos.

Los residuos radiactivos y peligrosos se pueden distinguir de otros tipos de residuos generales porque, por lo general, no se pueden eliminar por medios comunes o rutinarios. Por ejemplo, los residuos radiactivos no pueden eliminarse en vertederos ordinarios, sino que deben contenerse y almacenarse hasta que el componente radiactivo de los residuos se haya "enfriado". De manera similar, los residuos peligrosos que no se pueden reciclar o procesar deben eliminarse de manera que se evite la lixiviación de los residuos al medio ambiente, por ejemplo, en las aguas subterráneas ubicadas en las proximidades de los vertederos.

La radiactividad de todos los residuos nucleares disminuye (se enfría) con el tiempo. Sin embargo, algunos materiales radiactivos requieren consideraciones especiales con respecto a su almacenamiento, principalmente debido a su larga vida media de descomposición en comparación con otros elementos radiactivos. Por ejemplo, los elementos radiactivos (como el plutonio-239) en el combustible "gastado" seguirán siendo peligrosos durante cientos o miles de años, mientras que algunos radioisótopos siguen siendo peligrosos durante millones de años (como el yodo-129). Por lo tanto, los residuos que contengan dichos isótopos deben encapsularse, almacenarse y protegerse adecuadamente durante largos períodos de tiempo. En cualquier evento, incluso los isótopos con una vida media relativamente corta deben contenerse de manera similar para evitar la lixiviación o dispersión en el medio ambiente durante el período de enfriamiento.

Está bien establecido que la exposición incontrolada a material radiactivo es dañina para el tejido biológico. Por consiguiente, al considerar sistemas apropiados de encapsulación y almacenamiento para residuos radiactivos (y peligrosos), el potencial de interrupción de la integridad de los sistemas es una preocupación primordial. Por ejemplo, en situaciones que dependen del almacenamiento subterráneo de los residuos, debe tenerse en cuenta la inmovilización de los residuos contra la dispersión por fuerzas ecológicas. Se han realizado varios intentos para encapsular y almacenar de forma eficaz dichos residuos. Estos incluyen el sellado de residuos en contenedores de metal o plástico, seguido de almacenamiento subterráneo o en el océano, o la incorporación de residuos en una matriz de materiales (como cementos inorgánicos y polímeros) mientras se encuentran en su estado líquido o fundido, seguido de una solidificación. Sin embargo, dichas estrategias no son eficientes dado que los materiales de tipo cementoso son altamente susceptibles al agrietamiento por secado y/o movimiento de tierras. Los contenedores de metal son propensos a oxidarse y los contenedores de plástico a menudo carecerán de resistencia mecánica para soportar las exigentes condiciones en las que normalmente se almacenan dichos residuos.

Asimismo, la alta viscosidad de muchos plásticos fundidos limita generalmente la cantidad de residuos que se pueden cargar en la matriz plástica y, a menudo, la incorporación de residuos en una mezcla plástica está limitada por la incapacidad de la matriz para aislar los residuos del medio ambiente. Por ejemplo, las matrices que tienen más de un 30 por ciento de carga de residuos han sido insatisfactorias debido a la lixiviación debida a la movilización de los residuos. Asimismo, el uso de matrices que comprenden cemento hidráulico convencional y el uso de otros procesos poliméricos termoendurecibles proporcionan una baja eficiencia de encapsulación de residuos, un requisito para curar la matriz mediante la adición de productos químicos y/o el aumento de la temperatura, etapas que en última instancia dan como resultado un aumento de los costes operativos.

Otras desventajas de los sistemas y materiales de encapsulación de residuos que se utilizan actualmente incluyen la incapacidad de los metales de blindaje de alto número atómico, como el plomo, para bloquear los neutrones, el hecho de que algunos materiales de blindaje producen radiación secundaria cuando se exponen a partículas radiactivas de alta energía, y que el equipo de blindaje radiactivo utilizado actualmente es pesado debido al material utilizado.

Además, diferentes industrias abarcan diferentes tipos de fuentes de radiación que emiten niveles variables de energía. La capacidad de blindaje de un material depende del tipo de radiación y el nivel de energía.

Muchos de los sistemas propuestos anteriormente para la eliminación de residuos tóxicos han sido costosos y problemáticos de usar. Por ejemplo, los tambores de acero son un ejemplo de un sistema propuesto anteriormente. Además de los problemas con la corrosión del medio ambiente, la corrosión de los residuos también es un problema y la vida útil esperada del tambor a menudo no alcanza el período de descomposición del material tóxico, particularmente a lo largo de la costura soldada de los tambores de acero convencionales. A pesar de que se revistió una superficie interna de tambores de acero anteriores, usando pintura por ejemplo, muchas sustancias peligrosas/tóxicas pueden atacar dichos recubrimientos. También, a medida que el material tóxico se separa de las paredes del tambor, normalmente no se utiliza todo el espacio dentro del tambor y, como estos contenedores son redondos, se crean espacios externos entre tambores adyacentes, haciendo un uso ineficiente del espacio de almacenamiento.

En algunos casos, los residuos como los residuos nucleares han sido previamente sumergidos en baños de agua o enterrados bajo tierra. Además de los problemas de fugas que causan daños ambientales, la exposición no intencionada a la radiación de las personas es un problema real y muy grave.

Dado que muchas sustancias tóxicas requieren ser almacenadas por largos periodos de tiempo, la eliminación es a menudo una propuesta muy costosa y, dada la ineficacia de los sistemas de encapsulación propuestos anteriormente, las instalaciones de eliminación de residuos suelen ser remotas y requieren grandes espacios para evitar que las personas entren en contacto con el material tóxico.

En vista de estos muchos otros problemas, los ejemplos de la invención buscan resolver, o al menos mejorar, una o más desventajas de los sistemas anteriores de eliminación de residuos tóxicos o al menos proporcionar una alternativa útil. También es deseable proporcionar un sistema de transporte que pueda proteger la radiación durante el transporte para evitar la exposición humana accidental. También es deseable proporcionar un sistema para extraer materiales tóxicos de los residuos para permitir la separación y el reciclaje del material.

El documento US 4.021.363 describe material para la inmovilización de partículas tóxicas. El documento US 5.649.323 describe una composición y un proceso para la encapsulación y estabilización de residuos radiactivos peligrosos y mixtos. A partir del documento US 2011/0318441 A1, se conoce un plan de moldeo para la fabricación de un contenedor de almacenamiento para el almacenamiento de material de radiación nuclear. El documento US 2014/106635 A1 describe materiales elastoméricos unidos carbono-carbono radiopacos, un método de preparación y usos asociados.

Existe la necesidad de abordar lo anterior y/o al menos proporcionar una alternativa útil.

Compendio

El objeto anterior se soluciona mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.

Como resultado de la presente invención, la encapsulación y la contención eficientes de residuos radiactivos y/o peligrosos pueden lograrse fácilmente. En efecto, los residuos se estabilizan al unirse, y ser retenidos por, los constituyentes de la composición de encapsulación, que proporciona una forma residual monolítica estable que es resistente a la lixiviación de los componentes residuales.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones preferidas de la invención se describirán con más detalle, solo a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de flujo de un método de encapsulación y contención de residuos radiactivos y/o peligrosos;

la figura 2 es una representación de un contenedor para contener residuos radiactivos y/o peligrosos que han sido encapsulados;

la figura 3 es una vista en corte en perspectiva de un panel;

la figura 4 es una vista en sección del panel;

la figura 5 es una vista en planta de una pluralidad de paneles interconectados;

la figura 6 es una vista en perspectiva de un contenedor y una tapa;

la figura 7 es una vista lateral en sección del contenedor y la tapa;

las figuras 8a a 8d son vistas de otro contenedor;

la figura 9 es una vista en perspectiva de otro panel; y

la figura 10 es una vista en sección de un contenedor.

Descripción detallada

La presente descripción se basa en parte en la identificación de una composición, cuyos componentes, combinados con residuos radiactivos y peligrosos, permiten una encapsulación robusta y eficiente de esos residuos.

La presente descripción también se basa en parte en el uso de una composición de encapsulación, cuyos componentes, cuando se mezclan en estado fundido con residuos radiactivos y/o peligrosos, permiten una encapsulación robusta y eficiente de esos residuos.

En una forma, la composición de encapsulación comprende polímero termoplástico no biodegradable y cera. El inventor ha descubierto que la composición de encapsulación se puede mezclar en estado fundido con los residuos radiactivos y/o peligrosos, enfriarse luego para formar una masa sólida, para proporcionar una encapsulación robusta y eficiente de los residuos.

Con referencia a la figura 3, se muestra un panel compuesto 10 según una configuración de la presente descripción. El panel 10 está configurado para usarse en un sistema de encapsulación de materiales tóxicos y una pluralidad de paneles pueden combinarse para formar el contenedor 100 que se muestra en la figura 6.

El panel 10 comprende una estructura de refuerzo 12 dispuesta al menos parcialmente dentro de un material de matriz 14. En una forma, el material de matriz 14 es una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable tal como poliolefina y la estructura de refuerzo 12 está formada integralmente dentro del material de matriz. En otras formas, la matriz incluye un aditivo que mejora la flexibilidad. En las realizaciones preferentes, el material de matriz 14 es una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable tal como poliolefina y una cera o grasa en la que la estructura de refuerzo 12 está dispuesta al menos parcialmente. El material de poliolefina puede ser nuevo o reciclado, individualmente o mezclado. La grasa puede derivar de fuentes animales o vegetales y puede ser de fuentes residuales o no residuales.

En una configuración, el panel está formado por una composición de encapsulación para encapsular residuos radiactivos y/o peligrosos, incluyendo la composición de encapsulación: un polímero termoplástico no biodegradable; y una cera.

En otra configuración, se proporciona una composición de encapsulación para evitar la lixiviación de residuos radiactivos y/o peligrosos al medio ambiente, incluyendo la composición de encapsulación: residuos, incluidos los residuos radiactivos y/o peligrosos; un polímero termoplástico no biodegradable; y una cera.

Para encapsular eficazmente los residuos, el polímero termoplástico, la cera y los residuos pueden combinarse bajo presión y calentarse para proporcionar una mezcla en la que los residuos se recubren con el polímero termoplástico y la cera. Esta mezcla luego se extrude en una forma maleable en el contenedor 100 formada por una composición similar para permitir que los residuos encapsulados se adhieran al contenedor 100 para proporcionar un sistema de encapsulación robusto que es extremadamente duradero para el transporte y resistente a los daños durante el transporte. Ventajosamente, en caso de accidente de transporte u otro incidente destructivo, los residuos pueden recogerse con una posible contaminación externa menor.

Debe ser capaz de integrarse con los residuos y proporcionar un marco de apoyo al que se unen y retienen los residuos. El inventor ha descubierto que una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera, cuando se calienta a una forma líquida, se agrega a los residuos y luego se enfría a una forma sólida, proporciona una encapsulación muy robusta y eficiente de los residuos.

Como se emplea en esta memoria, los residuos radiactivos se refieren a los residuos que contienen material radiactivo. Los residuos radiactivos suelen ser un subproducto de la generación de energía nuclear o se producen a partir del uso de materiales radiactivos en la investigación científica, industrial, en aplicaciones agrícolas y médicas y en la producción de radiofármacos. Asimismo, en la industria minera, los residuos radiactivos surgen de materiales radiactivos naturales (NORM) que se concentran como resultado del procesamiento o consumo de carbón, petróleo y gas, y algunos minerales.

Los residuos radiactivos se pueden dividir en 6 categorías: residuos exentos (EW), residuos de periodo muy corto (VSLW), residuos de actividad muy baja (VLLW), residuos de actividad baja (LLW), residuos de actividad intermedia (ILW) y residuos de actividad alta (HLW). La clasificación de los residuos radiactivos ha sido definida en estándares internacionales desarrollados por el Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA, Safety Standard Series, N.° GSG-1, 2009). Hay tres clases generales de residuos radiactivos: residuos de actividad baja (LLW), residuos de actividad intermedia (iLW) y residuos de actividad alta (HLW). Sin embargo, una revisión reciente de las clasificaciones de residuos ha llevado a la adición de dos nuevas clases entre LLW y residuos exentos. Las clasificaciones establecidas en una publicación reciente de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO, Management of Radioactive Waste in Australia, enero de 2011) se pueden describir de la siguiente manera.

Los residuos exentos (EW) contienen una concentración tan baja de radionúclidos que pueden excluirse del control regulatorio nuclear porque los peligros radiológicos se consideran insignificantes. Los residuos de periodo muy corto (VSLW) pueden almacenarse para que se descompongan durante un período limitado de unos pocos años y, posteriormente, eliminar el control reglamentario para eliminarlos como residuos normales. Los residuos de actividad muy baja (VLLW) no necesitan un alto nivel de contención y aislamiento y, por lo tanto, son adecuados para su eliminación en instalaciones tipo vertedero cerca de la superficie con un control reglamentario limitado. Los residuos de actividad baja (LLW) contienen cantidades limitadas de radionucleidos de vida prolongada. Esta clasificación cubre un intervalo muy amplio de residuos radiactivos, desde residuos que no requieren ningún tipo de blindaje para su manipulación o transporte hasta niveles de actividad que requieren una contención más robusta y periodos de aislamiento de hasta unos pocos cientos de años. Hay un intervalo de opciones de eliminación, desde simples instalaciones cercanas a la superficie hasta instalaciones de ingeniería más complejas. Los LLW puede incluir radionucleidos de vida corta a niveles más altos de concentración de actividad, y también radionucleidos de periodo largo, pero solo a niveles relativamente bajos de concentración de actividad. Los LLW se generan en los hospitales y en la industria, así como el ciclo del combustible nuclear. Por lo tanto, los LLW generalmente incluyen material radiactivo que se encuentra en el concentrado del evaporador, resinas de intercambio iónico, ceniza inferior del incinerador, lodos de filtración y filtros y membranas contaminados. Los residuos de nivel intermedio (ILW) normalmente incluyen resinas, revestimiento de combustible nuclear de lodos químicos y reactores metálicos, así como materiales contaminados por la clausura del reactor. Los ILW contiene mayores cantidades de radionucleidos de periodo largo y necesitan un aumento en las barreras de contención y aislamiento en comparación con los LLW. Los ILW no necesitan disposiciones para la disipación de calor durante el almacenamiento y la eliminación. Los radionucleidos de período largo, como los emisores alfa, no decaerán hasta un nivel de actividad durante el tiempo en el que se pueda confiar en los controles institucionales. Por lo tanto, los ILW requieren su eliminación a mayores profundidades, de decenas a cientos de metros.

Los residuos de actividad alta (HLW) son producidos por reactores nucleares. Contiene productos de fisión y elementos transuránicos generados en el núcleo del reactor. Los HLW tienen altos niveles de actividad que generan cantidades significativas de calor por desintegración radiactiva que deben tenerse en cuenta en el diseño de una instalación de disposición final. La eliminación en formaciones geológicas estables profundas, por lo general a varios cientos de metros por debajo de la superficie, se reconoce generalmente como la opción más adecuada para los HLW. Las dos clases principales de HLW civiles son el combustible usado de los reactores nucleares de potencia y los residuos separados que surgen del reprocesamiento de ese combustible usado.

Como se usa en la presente descripción, los residuos peligrosos se refieren a los residuos que presentan, o tienen el potencial de presentar, un peligro para la salud humana y el medio ambiente si no se trata, almacena, transporta, elimina o gestiona adecuadamente de otra manera de manera adecuada. En los Estados Unidos, el tratamiento, el almacenamiento y la eliminación de residuos peligrosos está regulado por la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos (RCRA). En 40 CFR 261 de esa ley, los residuos peligrosos se dividen en dos categorías principales, en concreto, residuos característicos y residuos enumerados. Los residuos peligrosos característicos son materiales de los cuales se sabe o se ha probado que presentan uno o más de los siguientes cuatro rasgos peligrosos: inflamabilidad (es decir, que prende con facilidad), reactividad, corrosividad y toxicidad. Los residuos peligrosos enumerados son materiales enumerados específicamente por las autoridades reguladoras como residuos peligrosos que provienen de fuentes no específicas, fuentes específicas o productos químicos desechados. En Australia, los residuos peligrosos se definen en la Ley de Residuos Peligrosos (Regulación de Exportaciones e Importaciones) de 1989 en cuatro categorías. Estas incluyen: (1) residuos prescritos por el Reglamento de la Ley, cuando los residuos tengan alguna de las características mencionadas en el Anexo 111 del Convenio de Basilea (estas características incluyen materiales explosivos, líquidos y sólidos inflamables, sustancias venenosas, sustancias toxicas, sustancias ecotóxicas y sustancias infecciosas); (2) residuos que pertenezcan a cualquier categoría contenida en el Anexo I del Convenio de Basilea, a menos que no posean ninguna de las características peligrosas contenidas en el Anexo 111 (los residuos en el Anexo I incluyen residuos clínicos, aceites/agua usados, mezclas de hidrocarburos/agua, emulsiones, residuos de la producción, formulación y uso de resinas, látex, plastificantes, colas/adhesivos, residuos resultantes del tratamiento superficial de metales y plásticos, residuos derivados de operaciones de eliminación de residuos industriales; y residuos que contienen ciertos compuestos tales como cobre, zinc, cadmio, mercurio, plomo y amianto); (3) residuos domésticos; y (4) residuos derivados de la incineración de residuos domésticos.

La composición de encapsulación puede incluir residuos que se encuentran en forma seca o casi seca. En este sentido, los residuos pueden tener un contenido de humedad en un intervalo de aproximadamente 0 % a aproximadamente 10 % en peso. Sin embargo, debe quedar claro que no es necesario que los residuos estén en una forma tan seca o casi seca. Las ventajas de que los residuos estén en tal forma son principalmente para los propósitos de reducir el volumen de residuos antes de la encapsulación y contención. Cuando los residuos se proporcionen en forma seca o casi seca, se requieren etapas de pretratamiento para hacer que los residuos sean sustancialmente anhidros. Esto puede incluir calentar los residuos en un incinerador u horno, o mediante el uso de un sistema de secado al vacío, seguido opcionalmente por las etapas de moler, triturar o molturar los residuos secos o casi secos para reducir aún más el volumen.

Cuando los residuos se encuentran en forma seca o casi seca, las cargas de residuos en la composición de encapsulación pueden ser de aproximadamente un 10 % a aproximadamente un 85 % en peso.

Los residuos húmedos también pueden manipularse según las configuraciones descritas en este documento y pueden colocarse directamente en un contenedor del tipo descrito. Dichos residuos pueden mezclarse con cera a baja temperatura para su encapsulación.

Si es preciso, antes de mezclarse por fusión con la composición de encapsulación, los residuos pueden triturarse. La trituración se puede lograr utilizando técnicas conocidas en la técnica, como molienda, raspado, trituración o moltura.

En una configuración, los residuos radiactivos y/o peligrosos se someten a trituración antes de mezclarse por fusión con la composición de encapsulación.

La composición de encapsulación puede comprender cera y polímero termoplástico no biodegradable. El polímero termoplástico no biodegradable, junto con la cera, forma una mezcla que funciona como aglutinante para unir y encapsular los residuos. Como composición aglutinante, tiene una serie de ventajas sobre el uso de aglutinantes convencionales como el cemento. Por ejemplo, permite una mayor carga de residuos que el uso de cemento, la solidificación de la composición al enfriarse está asegurada (en virtud de ser termoplástico, tanto la cera como el polímero son termoplásticos) dado que no se requiere curado químico, y la composición puede permitir un amplio intervalo de tipos de residuos porque los constituyentes de los residuos no interferirán con su solidificación al enfriarse.

Puede usarse cualquier polímero termoplástico no biodegradable en la composición de encapsulación descrita. Los que están reblandecidos o en forma fundida desde aproximadamente 120 °C hasta aproximadamente 260 °C son los más convenientes en términos de reducción de costes de energía cuando se formula la composición o cuando se mezcla la composición con los residuos radiactivos y/o peligrosos. Dichos polímeros serían conocidos en la técnica e incluyen, pero sin limitación, polietileno (incluyendo polietileno de baja densidad (LDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE)), polipropileno, acrílico, polivinil etileno, acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, nailon, polibutadieno y mezclas de los mismos.

El polietileno es un polímero termoplástico inerte con una temperatura de fusión dictada por su densidad. Por lo tanto, las temperaturas de fusión pueden estar en un intervalo entre 105 °C (para polietileno de menor densidad) y 130 °C (para polietileno de mayor densidad). Como agente aglutinante, tiene una serie de ventajas sobre el uso de aglutinantes convencionales como los cementos. Por ejemplo, la encapsulación de polietileno permite una mayor carga de residuos que el uso de cemento, la solidificación del polietileno al enfriarse está asegurada dado que no se requiere curado químico, y el polietileno puede permitir un amplio intervalo de tipos de residuos porque los constituyentes de los residuos no interferirán con la solidificación al enfriarse.

El polietileno se puede clasificar en varias categorías diferentes en función de características como su densidad y ramificación. Sus propiedades mecánicas dependen significativamente de variables como la extensión y tipo de ramificación, la estructura cristalina y el peso molecular. Cuando se clasifican según la densidad, el polietileno existe en varias formas, siendo las más comunes el polietileno de alta densidad (HDPE), el polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y el polietileno de baja densidad (LDPE). El HDPE se define por una densidad mayor o igual a 0,941 g/cm3.

El HDPE tiene un bajo grado de ramificación y, por lo tanto, tiene fuerzas intermoleculares y resistencia a la tracción más fuertes que el LLDPE y el LDPE. El HDPE es producido por catalizadores de cromo/sílice, catalizadores de Ziegler-Natta o catalizadores de metaloceno. La falta de ramificación se asegura mediante una elección adecuada del catalizador (por ejemplo, catalizadores de cromo o catalizadores de Ziegler Natta) y las condiciones de reacción. El HDPE se utiliza en productos y envases como garrafas de leche, botellas de detergente, tarros de margarina, contenedores de basura y tuberías de agua.

El LLDPE se define por un intervalo de densidad de 0,915-0,925 g/cm3. El LLDPE es un polímero sustancialmente lineal con un número significativo de ramificaciones cortas, hecho comúnmente por copolimerización de etileno con alfa-olefinas de cadena corta (por ejemplo, 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno). El LLDPE tiene una mayor resistencia a la tracción que el LDPE y exhibe una mayor resistencia al impacto y a las perforaciones que el LDPE. El LLDPE se usa comúnmente en envases, particularmente películas para bolsas y láminas, film plástico y plástico de burbujas.

El LDPE se define por un intervalo de densidad de 0,910-0,940 g/cm3. El LDPE tiene un alto grado de ramificación de cadena corta y larga, lo que significa que las cadenas tampoco se envasan en la estructura cristalina. Tiene, por lo tanto, fuerzas intermoleculares menos fuertes, ya que la atracción del dipolo inducido por el dipolo instantáneo es menor. Esto da como resultado una menor resistencia a la tracción y una mayor ductilidad. El alto grado de ramificación con cadenas largas le da al LDPE fundido propiedades de flujo únicas y deseables. El LDPE se usa más comúnmente para fabricar varios contenedores, botellas dispensadoras, botellas de limpieza, tubos y bolsas de plástico para componentes informáticos. Sin embargo, su uso más común es en bolsas de plástico.

En una configuración, el LDPE es el polímero termoplástico no biodegradable preferido para su uso en la composición de encapsulación.

En algunas configuraciones, el polímero termoplástico no biodegradable puede estar presente en la composición de encapsulación en una cantidad de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 30 % del volumen total. En algunas configuraciones, el polímero puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 10 %, de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 5 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 10 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 20 % a aproximadamente 30 %, o de aproximadamente 20 % a aproximadamente 25 %, por el volumen total de la composición de encapsulación.

La composición de encapsulación también incluye una cera. Como entenderá un experto en la técnica, las ceras pertenecen a una clase de compuestos químicos que son maleables cerca de la temperatura ambiente. De forma característica, las ceras se funden por encima de los 45 °C para dar un líquido de baja viscosidad. Las ceras son hidrófobas, pero son solubles en disolventes orgánicos no polares. Todas las ceras son compuestos orgánicos que son tanto sintéticos como de origen natural. Las ceras naturales son típicamente ésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena larga. Las ceras sintéticas son hidrocarburos de cadena larga que carecen de grupos funcionales.

Las ceras adecuadas pueden incluir cualquiera de varios hidrocarburos (alcanos o alquenos de cadena lineal o ramificada, cetona, dicetona, alcoholes primarios o secundarios, aldehídos, ésteres de esteroles, ácidos alcanoicos, trepenos, monoésteres), tales como aquellos que tienen una longitud de cadena de carbono que oscila entre ClrC3s. También son adecuados los diésteres u otros ésteres ramificados. El compuesto puede ser un éster de un alcohol (glicerol u otro que no sea glicerol) y un ácido graso C18 o mayor.

En algunas configuraciones, la cera se selecciona de una o más del grupo que consiste en ceras minerales tales como parafina, cera de abeja (p. ej., White Beeswax SP-422P disponible de Strahl & Pitsch de West Babylon, Nueva York), cera china, lanolina, cera de goma laca, esperma de ballena, cera de myrica, cera de candelilla, ceras vegetales como la cera de carnaúba, cera de insectos, cera de ricino, cera de esparto, cera japonesa, aceite de jojoba, cera de Ouricuri, cera de salvado de arroz, cosa de soja, cera de loto (p. ej., cera floral de nelumbo nucifera, disponible en Deveraux Specialties, Silmar, California), cera de ceresina, cera de montana, ozoquerita, ceras de turba, cera microcristalina, jalea de petrolato, ceras de Fischer-Tropsch, ceras de amidas sustituidas, palmitato de cetilo, palmitato de laurilo, estearato de cetoestearilo, cera de polietileno (p. ej., PERFORMALENE 400, con un peso molecular de 450 y un punto de fusión de 84 °C, disponible de New Phase Technologies de Sugar Land, Texas) y ceras de silicona como C3o-45 Alkyl Methicone y C3o-45 Olefin (p. ej., Dow Corning AMS-C30, que tiene un punto de fusión de 70 °C, disponible de Dow Corning de Midland, Michigan).

En una configuración, la parafina es la cera preferida para usar en la composición de encapsulación.

En algunas configuraciones, la cera puede estar presente en la composición de encapsulación en una cantidad de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 99,5 % del volumen total. En algunas configuraciones, la cera puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 20 % a aproximadamente 80 %, de aproximadamente 30 % a aproximadamente 70 %, o de aproximadamente 40 % a aproximadamente 60 %, por el volumen total de la composición de encapsulación.

En algunas configuraciones, la composición de encapsulación también puede incluir un agente anti-lixiviación anhídrico. Dichos agentes pueden formar precipitados con los componentes radiactivos o tóxicos de los residuos. Ejemplos de agentes anti-lixiviación anhídricos adecuados incluyen, pero sin limitación, sulfuro de sodio, hidróxido de calcio, hidróxido de sodio, óxido de calcio, óxido de magnesio y mezclas de los mismos.

En algunas configuraciones, el sulfuro de sodio es el agente anti-lixiviación anhídrico preferido para su uso en la composición de encapsulación.

En algunas configuraciones, el agente anti-lixiviación anhídrico está presente en la composición de encapsulación en una cantidad de aproximadamente 5 % a aproximadamente 60 % en volumen total. En algunas configuraciones, el agente anti-lixiviación anhídrico puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 5 % a aproximadamente 55 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 50 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 45 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 40 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 35 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 10 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 50 %, de aproximadamente 20 % a aproximadamente 40 %, o de aproximadamente 30 % a aproximadamente 40 %, por el volumen total de la composición de encapsulación.

En algunas configuraciones, la composición de encapsulación está en forma líquida o fundida a temperaturas superiores a aproximadamente 120 °C. En forma fundida, el polímero y la cera combinados de la composición de encapsulación pueden mezclarse con los residuos, que al enfriarse, dan lugar a una forma de residuo sólido monolítico que representa una encapsulación robusta y eficiente de los residuos. En efecto, la combinación del polímero y la cera actúa como agente aglutinante para los residuos.

La composición de encapsulación puede estar en forma de gránulos sólidos que contienen el polímero y la cera. Dichos gránulos se pueden preparar utilizando técnicas estándar conocidas en la técnica. Habitualmente, estos implican calentar el polímero y la cera (juntos o por separado) a una fase líquida o fundida, mezclar los dos componentes fundidos (si se calientan por separado) y luego forzar el flujo de la composición fundida a través de una placa de matriz antes de cortarla en gránulos y permitir que se solidifique. si la composición de encapsulación va a incluir un agente anti-lixiviación, el agente se puede añadir al polímero fundido o a la cera fundida antes de la mezcla, o al polímero fundido y la cera cuando se combinan. En una forma, los gránulos se mezclan por separado con cera fundida antes de su uso para recubrir los gránulos, que se puede romper listo para su uso posterior. Esto permite que los gránulos se mezclen con los residuos para que ambos componentes puedan calentarse juntos.

Habiendo identificado que la combinación específica de un polímero termoplástico no biodegradable y una cera proporciona una composición de encapsulación robusta y fiable para residuos radiactivos y/o peligrosos, la presente descripción proporciona un método para la encapsulación de dichos residuos usando dicha composición.

También, habiendo seleccionado una combinación específica de un polímero termoplástico no biodegradable y cera que proporciona una composición de encapsulación robusta y fiable para los residuos radiactivos y/o peligrosos seleccionados, la presente descripción proporciona la encapsulación de los residuos mezclando en estado fundido los residuos con la composición de encapsulación.

Como se emplea en esta memoria, la expresión "mezclado en estado fundido" pretende significar un proceso mecánico mediante el cual la composición de encapsulación y los residuos se mezclan mecánicamente con la composición de encapsulación mientras está en estado fundido. Por lo tanto, se pretende que la mezcla en estado fundido sea distinta de la mera adición de los residuos a la composición de encapsulación fundida (donde la mezcla y la dispersión de los residuos a través de la composición de encapsulación serán limitadas y bastante ineficaces).

Por lo tanto, la expresión "mezclado en estado fundido" también puede denominarse "mezclado mecánico en estado fundido".

La mezcla en estado fundido se puede realizar ventajosamente utilizando técnicas y equipos conocidos en la técnica. Por ejemplo, la mezcla en estado fundido se puede lograr utilizando equipos de extrusión continua, como extrusoras de doble tornillo, extrusoras de un solo tornillo, otras extrusoras de múltiples tornillos y mezcladoras Farell.

Al realizar el método, la composición de encapsulación y los residuos se pueden introducir en el equipo de mezclado en estado fundido juntos o por separado. Los componentes que componen la composición de encapsulación también pueden introducirse en el equipo de mezclado en estado fundido juntos o por separado. La propia composición de encapsulación puede haberse formado antes de realizar el método mezclando en estado fundido polímero termoplástico no biodegradable, la cera y opcionalmente uno o más aditivos tales como el agente anti-lixiviación anhidro.

En una configuración, la composición de encapsulación se proporciona en forma de gránulos, teniendo los gránulos una estructura de núcleo-corteza, comprendiendo el núcleo el polímero termoplástico no biodegradable y comprendiendo la corteza la cera.

Dicha estructura de composición de encapsulación de núcleo-corteza se puede producir simplemente obteniendo el polímero en forma de gránulos y mezclando mecánicamente los gránulos con cera fundida para recubrir el exterior de los gránulos y formar una envoltura exterior de cera. Cualquier aditivo a utilizar en la composición de encapsulación puede incorporarse a la cubierta exterior de cera mezclándolo con la cera fundida y usando esa mezcla de cera para formar la cubierta a base de cera.

También se ha descrito aquí un método de encapsulación y contención de residuos radiactivos y/o peligrosos, incluyendo el método:

(i) proporcionar los residuos radiactivos y/o peligrosos a encapsular y contener;

(ii) mezclar los residuos de la etapa (i) con una composición de encapsulación que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera;

(iii) calentar la mezcla de residuos y composición de encapsulación de la etapa (ii), de modo que la composición de encapsulación esté en forma líquida o fundida, encapsulando así los residuos; y

(iv) depositar la mezcla de la etapa (iii) en un contenedor, conteniendo así los residuos.

Este método se ilustra en el diagrama de flujo de la figura 1. Aquí se puede ver que los residuos radiactivos y/o peligrosos se introducen en un sinfín a través de una tolva (tolva 1). El proceso de alimentación está automatizado y preferiblemente controlado por un microprocesador. Los residuos pueden introducirse en la tolva en su estado original, o pueden someterse primero a secado utilizando métodos como los descritos anteriormente. En este caso, los residuos se introducen en la tolva en forma seca o casi seca. Si los residuos se proporcionan en su estado original, opcionalmente pueden someterse a secado dentro del sinfín, como lo efectúa un elemento de calefacción en, o asociado con, el sinfín (calentador 1) antes de mezclar con la composición de encapsulación. En una configuración, los residuos (en su forma seca, casi seca o nativa) puede ser molerse, triturarse o molturarse antes de alimentarse a la tolva.

La composición de encapsulación, por ejemplo, en forma de gránulos, como se ha descrito anteriormente, se puede añadir por separado al sinfín a través de una tolva independiente (tolva 2). El sinfín luego facilita la mezcla de los residuos y la composición de encapsulación antes de que la mezcla sea calentada por un segundo elemento de calentamiento controlado por separado en, o asociado con, el sinfín (calentador 2). En algunas configuraciones, el sinfín puede tener 1, 2 o más elementos calefactores adicionales colocados después del calentador 2. Esto permite obtener una mezcla fundida homogénea de todos los componentes a obtener que asegure el encapsulado adecuado de los residuos. Luego, la mezcla se deposita en un contenedor y se deja enfriar a temperatura ambiente de modo que se forme un sólido monolítico dentro del contenedor, conteniendo así los residuos para su posterior almacenamiento.

Como se ha indicado anteriormente, el proceso de alimentación para la adición de la composición de encapsulación al sinfín está automatizado y preferiblemente controlado por un microprocesador. En este sentido, cada alimentador individual está regulado por un controlador maestro que supervisa y ajusta la entrega de los residuos y la composición de encapsulación para mantener la proporción de peso requerida o deseada entre los componentes de la mezcla.

Se puede utilizar cualquier sinfín en el método descrito, como una configuración de tornillo único o múltiple, siempre que tenga el tamaño adecuado. Las temperaturas de zona, las temperaturas de fusión, las presiones de fusión, el consumo de corriente y la velocidad del tornillo son parámetros que deben controlarse cuidadosamente mediante la instrumentación adecuada durante todo el proceso.

En ciertas situaciones y lugares, puede que no sea posible triturar o molturar los residuos antes de mezclarlos con la composición de encapsulación. También es posible que ni siquiera sea posible secar los residuos antes de esta etapa. Por ejemplo, las aplicaciones médicas generan una cantidad sustancial de residuos radiactivos y peligrosos, como en hospitales e institutos de investigación, y estos sitios pueden no tener la infraestructura y los recursos necesarios para implementar dichas etapas. Por lo tanto, un método alternativo para dichos sitios sería compactar los residuos (en su forma pura) en el contenedor usando fuerza física o mecánicamente por medio de un compresor hidráulico. No es necesario compactar los residuos, pero se prefiere en aras de ahorrar espacio con respecto al almacenamiento posterior de los residuos contenidos. Una vez que el contenedor esté lleno de residuos (compactados o no), la composición de encapsulación en forma fundida se puede agregar a los residuos, se deja intercalar con los residuos, y luego se deja solidificar en el contenedor, encapsulando y conteniendo así los residuos. A continuación, se puede aplicar un sello o tapa al contenedor para fines de almacenamiento posteriores.

Una ventaja de la composición de encapsulación es que puede reutilizarse para futuros requisitos de encapsulación. Con respecto a los residuos radiactivos como ejemplo, una vez que los residuos radiactivos encapsulados se hayan desintegrado lo suficiente (según la normativa aplicable) después del almacenamiento, la composición de encapsulación se puede recalentar hasta una forma fundida que permita su separación de los residuos degradados. A continuación, la composición de encapsulación fundida se puede reutilizar para necesidades de encapsulación posteriores. Asimismo, para los residuos que contengan metales pesados cuya radiactividad se haya desintegrado lo suficiente, los metales pesados pueden recolectarse para su reutilización en aplicaciones posteriores después de la aplicación de calor y/o un disolvente como el queroseno. Este reciclaje de componentes simplemente no es posible con agentes aglutinantes convencionales tales como cementos y similares.

La mezcla fundida producida puede comprender los residuos encapsulados en la composición de encapsulación. Al enfriarse, esta mezcla fundida puede solidificarse en un sólido monolítico que puede transportarse fácilmente para su posterior almacenamiento. La composición de encapsulación solidificada que comprende los residuos encapsulados en ella es muy robusta y no es propensa a la lixiviación de los residuos.

La mezcla fundida que comprende los residuos encapsulados en la composición de encapsulación puede depositarse en un contenedor y dejarse enfriar a temperatura ambiente de manera que se forme un sólido monolítico dentro del contenedor, conteniendo así los residuos para su posterior almacenamiento.

Por consiguiente, en una configuración, el método comprende, además, depositar los residuos encapsulados así formados mientras aún están en forma fundida en un contenedor, conteniendo así los residuos encapsulados.

Al depositar los residuos encapsulados así formados mientras aún están en forma fundida en un contenedor, los residuos encapsulados adoptan la forma del contenedor. El contenedor se puede diseñar para que sea fácil de sellar, transportar y almacenar.

En algunas configuraciones, el contenedor está construido con una composición de contenedor que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una fibra de relleno o de refuerzo. Los componentes de la composición del contenedor están "limpios" porque en sí mismos no contienen residuos radiactivos ni productos químicos tóxicos. En efecto, esto hace que el contenedor esté "limpio" y por lo tanto minimiza aún más la lixiviación de los contaminantes atrapados en o cerca de la superficie de los residuos encapsulados.

En una configuración, el polímero termoplástico no biodegradable de la composición del envase se selecciona del grupo que consiste en polipropileno, polietileno de alta densidad (HDPE), poliéster, poliolefina, poliamida, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilideno y mezclas de los mismos.

En una configuración, el polímero termoplástico no biodegradable de la composición del contenedor es polipropileno. En otra configuración más, el polímero termoplástico no biodegradable de la composición del contenedor es HDPE. Tanto el polipropileno como el HDPE se utilizan constantemente para la construcción de contenedores debido a su resistencia física, resistencia química y un aceptable efecto amortiguador de la radiación gamma.

En algunas configuraciones, el polímero termoplástico no biodegradable de la composición del contenedor está presente en una cantidad de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 90 % del volumen total de la composición del contenedor. En algunas configuraciones, el polímero termoplástico no biodegradable puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 20 % a aproximadamente 80 %, de aproximadamente 30 % a aproximadamente 70 %, o de aproximadamente 40 % a aproximadamente 60 %, por el volumen total de la composición del contenedor.

El propósito de la fibra de relleno o de refuerzo de la composición del contenedor es proporcionar soporte y resistencia adicionales al contenedor. Las cargas y fibras apropiadas serán conocidas por un experto en la técnica. Sin embargo, en aras de la claridad, los ejemplos pueden incluir, pero sin limitación, los seleccionados de uno o más del grupo que consiste en polvo seco de madera limpia o desechos de madera, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de carburo de silicio, fibra de boro, fibra de alúmina, fibra de poliamida aromática, fibra de poliéster de alta elasticidad, Kevlar, cáñamo, yute o sisal. En una realización de la presente invención, la fibra de relleno o de refuerzo de la composición del contenedor es polvo de madera seco. En una configuración, el polvo de madera seco tiene un tamaño de partícula no superior a 2 milímetros.

En algunas configuraciones, la fibra de relleno o de refuerzo está presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 30 % del volumen total de la composición del contenedor. En algunas configuraciones, la fibra de relleno o de refuerzo puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 0 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 0 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 0 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 0 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 0 % a aproximadamente 10 %, de aproximadamente 0 % a aproximadamente 5 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 10 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 15 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 30 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 25 %, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 20 %, de aproximadamente 20 % a aproximadamente 30 %, o de aproximadamente 20 % a aproximadamente 25 %, por el volumen total de la composición del contenedor.

El grosor de las paredes y de la base del contenedor vendrá dictado generalmente por la naturaleza de los residuos que va a contener. Por ejemplo, los residuos que se anticipa que serán pesados una vez compactados en el contenedor requerirán un contenedor que sea más grueso que los residuos que comprenden material liviano o donde solo hay una pequeña cantidad de residuos a contener. En algunas configuraciones, las paredes y la base del contenedor tendrán un grosor de aproximadamente 3 milímetros a aproximadamente 10 milímetros. Sin embargo, debe entenderse que las paredes y la base del contenedor pueden ser de cualquier grosor diseñado para adaptarse a la situación y la naturaleza de los residuos encapsulados a contener.

El contenedor debe soportar carga cuando haya residuos encapsulados en el contenedor. Esto es para asegurar que la integridad del contenedor no se vea comprometida en ningún momento durante el manejo, el transporte y/o el almacenamiento posteriores. Es preferible que el contenedor soporte una capacidad de carga de al menos 5 veces el peso de los residuos encapsulados presentes en el contenedor, incluido el peso del propio contenedor.

En los casos en que el contenedor se vaya a utilizar para contener residuos radiactivos que requieran almacenamiento durante largos períodos de tiempo, incluyendo requisitos de entierro profundo, es posible que sea necesario aumentar la capacidad de carga del contenedor para garantizar la integridad. En dichos casos, durante la fabricación del contenedor se pueden incorporar medios de refuerzo adicionales en el proceso de moldeo y forja. Los medios de refuerzo pueden ser internos y/o externos al contenedor y la naturaleza de los medios de refuerzo será comprendida por un experto en la técnica.

Por ejemplo, en una configuración, los medios de refuerzo son medios de refuerzo internos que incluyen uno o más soportes o varillas posicionados en las paredes y/o base y la tapa del contenedor. Los soportes o varillas pueden construirse con cualquier material resistente a la tracción capaz de soportar cargas y otras fuerzas externas. En una realización, los soportes o varillas son de acero. Cuando se coloca en las paredes del contenedor, el medio de refuerzo interno puede extenderse sustancialmente horizontal y circunferencialmente alrededor del contenedor, o puede extenderse sustancialmente vertical y circunferencialmente alrededor del contenedor, a intervalos intercalados.

En una configuración, los medios de refuerzo son medios de refuerzo externos que pueden impartirse mediante un diseño geométrico incorporado como parte de la superficie de las paredes del contenedor, por ejemplo. Los diseños geométricos normalmente se moldean por soplado durante la fabricación del contenedor y pueden incluir formas tales como hendiduras circulares, cuadradas, rectangulares, redondas, ovaladas, triangulares, nervios diagonales, corrugaciones e imitaciones de panal.

En ciertas configuraciones, los diseños geométricos de los medios de refuerzo externos permiten un almacenamiento eficiente de los contenedores porque pueden proporcionar superficies de contenedores que pueden encajar con las superficies de contenedores almacenados adyacentes. Las corrugaciones son un ejemplo típico; sin embargo, otras formas geométricas pueden ofrecer la misma funcionalidad. La eficacia del almacenamiento también puede mejorarse fabricando el contenedor en forma cuadrada o rectangular para permitir el apilamiento efectivo de los contenedores. Esto es particularmente importante en hospitales e institutos de investigación, donde los residuos encapsulados se almacenan en el lugar y el espacio de almacenamiento es escaso.

Una vez contenidos los residuos encapsulados en el contenedor, el contenedor queda sellado. Esto puede efectuarse por varios medios, como comprenderá un experto en la técnica. Por ejemplo, el contenedor puede tener una tapa dedicada que se sella al contenedor por uno o más de varios medios, incluida la dependencia de un sello creado por la solidificación de la composición de encapsulación fundida presente en la parte superior de los residuos encapsulados, uso de un adhesivo independiente, o uso de clips o similares que se ubican donde las paredes del contenedor se acoplan con la tapa.

La figura 2 muestra un ejemplo de un contenedor reforzado tanto interna como externamente. Adicionalmente, el refuerzo se puede incrustar en la pared del contenedor. En la configuración mostrada, la tapa del contenedor también comprende un refuerzo interno.

Para la contención de residuos radiactivos, el interior del contenedor también puede estar revestido con plomo. El plomo actúa como una forma de protección contra la radiación para proteger a personas u objetos de la radiación. El plomo puede atenuar eficazmente ciertos tipos de radiación debido a su alta densidad y alto número atómico; principalmente, es eficaz para detener la radiación gamma. Sin embargo, el plomo no es eficaz contra todos los tipos de radiación, incluida la radiación beta, en cuyo caso no se debe utilizar.

El revestimiento de plomo puede tener la forma de una lámina colocada en los lados internos y el fondo del contenedor (y en la parte inferior de la tapa) antes de que el contenedor se llene con los residuos encapsulados, o el plomo puede formar parte integral del contenedor, incorporándose a la composición del contenedor durante el moldeado y forjado del contenedor.

También se ha descrito en este documento un sistema para el encapsulado y contención de residuos radiactivos y/o peligrosos, incluyendo el sistema:

(i) una composición de encapsulación para la encapsulación de residuos radiactivos y/o peligrosos, incluyendo la composición de encapsulación un polímero termoplástico no biodegradable y una cera; y

(ii) un contenedor para recibir la composición de encapsulación.

Para una descripción de los componentes del sistema, incluyendo la naturaleza del polímero termoplástico no biodegradable, la cera y el contenedor, debe hacerse referencia a la descripción anterior.

En configuraciones preferidas, el material de matriz comprende un gran porcentaje de cera y un pequeño porcentaje de polietileno de baja densidad (LDPE), como por ejemplo, 99,5 % en peso de cera y 0,5 % en peso de LDPE. Ventajosamente, los paneles se pueden formar fácilmente y, después de su uso, refundirse fácilmente para su reciclaje.

Volviendo a la figura 3, la estructura de refuerzo 12 está encapsulada dentro y abarca la extensión del panel 10, proporcionando así un refuerzo estructural al panel 10. Dicha configuración de panel aprovecha las diferentes propiedades de los constituyentes del material matriz 14 para lograr un panel 10 para su uso en un sistema de encapsulación que es muy superior a los propuestos anteriormente. En este sentido, las propiedades de absorción de radiación y la longevidad de un polímero termoplástico no biodegradable, combinadas con las propiedades anti lixiviación de la cera o la grasa (que también mejoran la formabilidad/moldeabilidad de la composición) y la resistencia estructural de la estructura de refuerzo 12 se combinan para proporcionar un panel que tiene suficiente rendimiento del material y resistencia estructural para su uso en la encapsulación de materiales tóxicos de una manera rentable. También, encapsulando la estructura de refuerzo 12 dentro del material de la matriz se puede proteger de la corrosión, un problema importante con los sistemas anteriores.

De una forma preferida, el panel 10 incluye elementos de enganche acoplados a la estructura de refuerzo 12 y que se extienden fuera del panel 10, permitiendo así que el panel sea manejado convenientemente sin un enganche manual excesivo. Los miembros de enganche se muestran en forma de bucles 16, aunque también puede tener forma de aberturas, ganchos u otros miembros de sujeción.

De una forma preferida, el panel 10 se forma aplicando el material de matriz 14 en forma líquida al material de refuerzo 12 en un molde. En otras formas, el panel 10 puede ser de construcción tipo sándwich, que en un ejemplo se forma fusionando paneles interior y exterior alrededor del material de matriz 14 y, en otras formas, proporcionando láminas interior y exterior entre las que se vierte una matriz fundida. En una forma, el panel 10 puede ser relativamente delgado y flexible y suministrarse en forma de lámina u hoja enrollada, entre las cuales se puede disponer una mezcla de espuma o cera.

Se apreciará que el material de matriz 14 tendrá un punto de fusión relativamente bajo debido a su composición, posiblemente en el orden de 120 grados centígrados, aunque el punto de fusión real dependerá de la composición real del material de matriz 14. Un punto de fusión tan bajo permite que se utilicen técnicas de moldeo convencionales para formar el material de matriz 14, de modo que el panel 10 se pueda moldear en forma plana o tridimensional o en un contenedor de encapsulación, como se describirá más adelante. Al moldear los paneles juntos como un contenedor de encapsulación, puede formarse como un cuerpo sellado y adoptar una forma rectangular que haga un uso eficaz del espacio para reducir el coste de almacenamiento y/o transporte.

En la configuración ilustrada, el panel 10 incluye un protector de radiación 18 formado integralmente dentro del panel. El protector de radiación 18 se puede proporcionar para aplicaciones en las que se va a encontrar una radiación nuclear particularmente fuerte y puede incluir un moderador como el grafito o el boro. Aunque el protector de radiación 18 se muestra como una capa formada dentro del panel 10 (véase también ilustrado en la figura 10), se apreciará que el protector de radiación 18 se puede fijar a una superficie interna o externa del panel 10. El protector de radiación puede tener la forma de una capa adicional de una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa, cuyo grosor se adapta a la aplicación.

El protector 18 también puede estar formado por múltiples capas. En una forma, el panel está formado con un elemento de refuerzo de borde, como el miembro 20 que se muestra en la figura 4 que tiene una sección transversal en forma de 'C, que se acopla con el material de refuerzo 12 y/o el protector de radiación 18 para mantenerlo en posición y proporcionar una mayor resistencia estructural.

En formas alternativas, el protector puede estar en forma líquida incluyendo, por ejemplo, boro, grafito, agua, cera o grasa, o combinaciones de los mismos.

Dicha configuración es particularmente útil para enviar materiales como óxidos de uranio que incluyen un pequeño porcentaje de U235 que irradia radiación de neutrones. Durante el uso actual, la torta amarilla se envía en tambores de acero para su procesamiento, luego, después del enriquecimiento (se desea U235 puro), el uranio empobrecido U238 (que es un residuo radiactivo de bajo nivel no deseado) se vuelve a colocar en los mismos tambores de acero para enviarlo al depósito y almacenarlo. La radiación de neutrones es muy difícil de proteger con cualquier metal de alta densidad como el plomo, por lo tanto, existe la necesidad de un mejor método y sistema de seguridad, como la presente invención, donde se usa el protector 18 en un contenedor para transportar torta amarilla a un centro de enriquecimiento y, después de separar el U235, el protector se puede derretir o quitar para otro uso. Con el protector 18 quitado, el contenedor vacío podría usarse para transportar el uranio empobrecido a una ubicación de depósito. Al transportar uranio empobrecido, la composición de encapsulación puede ser 10 % de cera y 90 % de LDPE.

En otra configuración, el miembro de refuerzo del borde puede tener otras formas de sección transversal para ayudar a retener las paredes del contenedor de encapsulación en posición. En un ejemplo, el miembro de refuerzo del borde puede tener una sección transversal en forma de estrella y tener la forma de un poste de estrella, por ejemplo. Dicha configuración puede proporcionar un panel para ser recibido contra los bordes del miembro, de modo que la presión del material en el contenedor mantenga el panel en posición. Dicha configuración también puede proporcionar una cavidad que se puede llenar con otros materiales, como un moderador, por ejemplo.

El panel también puede incluir al menos un soporte (no mostrado) que se extiende desde una superficie del panel para soportar un material tóxico desde la superficie del panel 10. El soporte se extiende preferiblemente desde un lado del panel 10 que está en uso interno. Además de brindar protección al panel 10, dicha configuración permite, cuando varios paneles se combinan, formar un recinto, agua u otros materiales que se introducen en el recinto para su uso como moderador que rodea el material tóxico. Ejemplos de moderadores incluyen carbono suspendido en grasa o agua, agua borada o boro suspendido en una grasa, cera, polímero o gel. Proporcionar un líquido o gel dentro del recinto también es útil para reducir la inflamabilidad.

El material de refuerzo 12 puede tomar muchas formas, incluyendo una pluralidad de barras de tensión, como varillas redondas de refuerzo. También se pueden utilizar elementos de tiras planas y el material de refuerzo 12 también puede tener forma de malla, red o eslabón de cadena, que pueden o no estar provistos de una capa protectora de plástico. Los miembros de refuerzo externo, como miembros de protección de esquina, puede disponerse externamente del material de matriz 14 para brindar protección adicional al material de matriz 14, particularmente cuando el panel 10 se va a utilizar como un contenedor de encapsulación que se va a transportar. En una forma, los miembros de protección de esquina pueden estar formados por secciones en ángulo recto de hierro galvanizado para que sean resistentes a la oxidación.

Para permitir que varios paneles 10 se combinen como un contenedor de encapsulación, se pueden proporcionar características adicionales en al menos uno de los paneles, como un respiradero de descarga de gas (no se muestra). Esto permite aliviar la presión del gas para evitar explosiones, que puede ser el resultado de un calentamiento excesivo, uso de residuos incompatibles en la caja o escisión de enlaces debido a la química radiactiva.

También, como se ilustra en la figura 5, el panel 10 se puede formar con bisagras 20 dispuestas a lo largo de al menos un borde para permitir que una pluralidad de paneles 10 se acoplen convenientemente entre sí. Ventajosamente, al proporcionar paneles de esta manera, un contenedor de encapsulación se puede enviar convenientemente como un "paquete plano" sin incurrir en grandes costes de envío y ensamblarse rápidamente en el sitio. En dichas realizaciones, los paneles pueden estar provistos de bordes entrelazados para promover el sellado o pueden estar provistos de medios de calentamiento para permitir que los bordes de los paneles adyacentes se fusionen por calor, como se describirá más adelante.

La figura 6 ilustra un contenedor 100 para encapsular materiales tóxicos según una configuración de la descripción. El contenedor 100 también está configurado para su uso en un sistema de encapsulación de material tóxico y comprende una estructura de refuerzo 112 dispuesta al menos parcialmente dentro de un material de matriz 114. El material de matriz 114 es una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable tal como poliolefina y una cera o grasa.

El contenedor se puede formar de la misma manera que el panel 10 y, en una realización, es de construcción unitaria, aunque en otras realizaciones se forma a partir de una pluralidad de paneles 10. En la configuración ilustrada, el contenedor 100 incluye una carcasa inferior 102 y una tapa 104, cada una de las cuales comprende una estructura de refuerzo 112 al menos parcialmente dispuesta dentro de un material de matriz 114. El material de matriz 114 es una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa.

El contenedor está configurado para ser sellado herméticamente durante el uso, que es una propiedad inherente cuando es de construcción unitaria si se fabrica mediante procesos de moldeo, por ejemplo, aunque, cuando está formado por una pluralidad de paneles, pueden ser necesarios medios de sellado. Una vez sellado, una ventaja es que la composición de encapsulación absorbe 0 % de agua, una ventaja de ser hidrófobo o repelente al agua. El resultado es una excelente barrera contra el agua. Esta propiedad se puede utilizar en una configuración en la que el contenedor se llena de líquido para actuar como una piscina de agua nuclear. El líquido puede ser agua destilada y/o grasa y puede incluir boro o carbón. Esto proporciona un contenedor que tiene excelentes propiedades de absorción de radiación. Asimismo, ya que el contenedor tiene excelentes características de sellado, los residuos pueden almacenarse bajo el agua o bajo tierra con poco riesgo de lixiviación.

El contenedor 100 puede proporcionar una mejora significativa con respecto a los contenedores y métodos de encapsulación de la técnica anterior al mismo tiempo que cumple con los requisitos de transporte, los códigos de almacenamiento y la gestión de residuos. Asimismo, puede evitarse la incineración de residuos.

En una forma, el contenedor 100 se sella calentando los bordes de los paneles adyacentes y juntándolos. En un ejemplo, los paneles 10 que forman el contenedor 100 pueden tener al menos un elemento de calentamiento dispuesto cerca de un borde expuesto y operable para calentar el borde de los paneles para fusionar los paneles adyacentes entre sí. El al menos un elemento de calentamiento puede estar formado integralmente dentro del panel. En la figura 7 se muestra un ejemplo de elementos de calentamiento 130 en relación con el contenedor 100 con el fin de fusionar la carcasa inferior 102 y la tapa 104 entre sí.

En la configuración ilustrada, los elementos de calentamiento 130 están formados dentro de cada miembro cerca de un borde a unir. Aunque se ilustra con un elemento de calentamiento 130 en cada borde, se apreciará que puede ser posible tener solo un único elemento de calentamiento en cada borde. De una forma preferida, el elemento de calentamiento 130 es un elemento de resistencia conductor que está configurado para calentarse cuando se le aplica una corriente eléctrica, calentando así el material de matriz 114 para fusionar la carcasa 102 y la tapa 104 entre sí.

La carcasa inferior 102 (y también posiblemente la tapa 104) también puede estar provista de miembros de protección de esquina 132 fijados a una superficie externa de la carcasa/tapa para protección adicional contra impactos y/o desgaste durante el transporte.

Como se ha tratado anteriormente, al formar el contenedor 100 de la manera descrita, puede formarse mediante procesos de moldeo o formarse por paneles formados mediante procesos de moldeo, proporcionando así una libertad significativa en cuanto a la forma externa final del contenedor 100. Preferiblemente, el contenedor 100 es rectangular para que pueda apilarse eficientemente en un espacio para almacenamiento y/o transporte, aunque también puede ser cilíndrico. También, los contenedores pueden tener un tamaño que encaje perfectamente dentro del contenedor de transporte sin libertad de movimiento, de modo que no se requiera sujetarlos en posición. El contenedor 100 tiene preferiblemente suficiente resistencia como para permitir que contenedores similares se apilen de 10 a 15 de profundidad, en comparación con los contenedores propuestos anteriormente que solo se pueden apilar de 3 a 5 de profundidad.

El contenedor 100 puede estar provisto de una tapa con cerradura y un respiradero para ventilar los gases a la atmósfera, ambos pueden estar rebajados para no reducir la capacidad de apilamiento. El contenedor 100 también puede estar provisto de rebajes a lo largo de un borde inferior para la recepción de dientes de montacargas para permitir la carga con montacargas.

Se apreciará que los paneles 10 descritos tendrán muchos usos en relación con la encapsulación, la contención, el almacenamiento y el transporte de residuos radiactivos y peligrosos/tóxicos. En un ejemplo, los paneles 10 pueden usarse en una gran instalación de almacenamiento de líquidos, como una presa de relaves, por ejemplo. En una realización así, los miembros de refuerzo de los paneles 10 pueden estar interconectados de modo que la resistencia a la tracción de los miembros de refuerzo pueda utilizarse y las fuerzas de tensión puedan transferirse a través de una pluralidad de paneles que forman la instalación. En una realización así, los paneles 10 pueden interconectarse y colocarse sobre una superficie de base de la presa y una composición de encapsulación adicional, cera o LDPE aplicada a los espacios para sellar completamente la base de la presa. Los expertos en la técnica apreciarán que el uso de los paneles 10 de esta manera proporcionará una presa bien sellada que puede almacenar residuos radiactivos, peligrosos o tóxicos, al tiempo que proporciona suficiente flexibilidad para adaptarse a la actividad sísmica.

En otro ejemplo, los paneles 10 y el contenedor 100 descritos pueden formar parte de un sistema de transporte que incluye una pluralidad de paneles 10 y una pluralidad de contenedores 100. Los paneles 10 pueden disponerse dentro de y revestir un contenedor de transporte, como un remolque de camión o un contenedor de envío convencional, por ejemplo, dentro del cual se dispone la pluralidad de contenedores 100. Los paneles 10 están preferiblemente configurados para estar interconectados para sellar eficazmente el contenedor de transporte. En una forma, los paneles 10 pueden estar provistos de elementos magnéticos formados dentro del panel para permitir su instalación extraíble dentro del contenedor, proporcionando así un protector adicional durante la instalación si es necesario.

Mediante el uso de paneles 10 de esta manera, se puede evitar la contaminación del contenedor de transporte. También, la exposición de las personas que manipulan los residuos o se acercan al contenedor puede reducirse o evitarse, haciendo más seguro el transporte del material tóxico.

También se proporciona aquí un método para encapsular materiales tóxicos. En una forma, el método incluye la etapa de insertar material tóxico en un contenedor del tipo descrito anteriormente. En otra forma, el método incluye las etapas de llevar a estado fundido una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa, combinar el material tóxico con la composición para formar una mezcla; y verter la mezcla en un contenedor 100 del tipo descrito anteriormente. En una forma, la composición es 100 % de cera, que permite un reciclaje eficiente de los residuos. En otra forma, la composición puede ser 100 % de poliolefina. En otras formas, la composición es una mezcla de cera y poliolefina y dicha composición puede ser según el material de matriz descrito anteriormente. Ventajosamente, se producirá adhesión entre la mezcla y el contenedor, actuando además para contener de forma segura los residuos dentro del contenedor.

En configuraciones alternativas, los residuos pueden embolsarse, usando papel o plástico, o recogerse de otra manera antes de ser colocados en el contenedor.

Durante su uso, la mezcla se puede comprimir dentro del contenedor para reducir el volumen del material tóxico. Esto puede ser necesario en aplicaciones donde se mezcla el material tóxico, como son los residuos hospitalarios, por ejemplo, donde artículos desechables tales como guantes y contenedores puedan mezclarse con el material tóxico. Una vez llena hasta un nivel predeterminado, la mezcla se puede cubrir con una cantidad adicional de la composición fundida para sellar más el contenedor y asegurar una encapsulación adecuada.

Una vez se ha llenado, el método puede incluir la etapa de aplicar una tapa al contenedor y sellar el contenedor. La tapa puede estar según la tapa 104 o estar formada por un panel 10 del tipo descrito anteriormente.

De una forma preferida, la mezcla se combina en un sinfín. En este sentido, la composición puede almacenarse en una tolva antes de fundirse e introducirse en el sinfín. Posteriormente, el material tóxico se puede introducir en el sinfín para combinarlo con la composición fundida. Utilizando la composición descrita anteriormente, la viscosidad de la composición es más baja que las composiciones anteriores, permitiendo así que la mezcla dentro del sinfín se realice con energía reducida y carga reducida en el sinfín. Asimismo, la mayor viscosidad de la composición también conduce a un mejor revestimiento y encapsulación de los residuos, de modo que quedan completamente rodeados y encapsulados dentro de la composición.

Los expertos en la técnica apreciarán que el material tóxico puede adoptar muchas formas, como residuos radiactivos/nucleares, residuos médicos de hospitales, residuos de la producción de energía, procesos de extracción o fabricación.

En otra forma, el material tóxico se extrae de un proceso de destilación de vapor. Dicho proceso se ha descrito en otras solicitudes al presente solicitante, como la solicitud de patente internacional n.° PCT/AU2015/050382.

El proceso de destilación de vapor descrito en el documento PCT/AU2015/050382 puede usarse para evaporar agua de una fuente contaminada, como una presa de relaves utilizada para la eliminación de residuos peligrosos de las operaciones mineras. Mediante el uso de dicho proceso de destilación, se puede obtener agua purificada junto con lodo concentrado que contiene el material tóxico/residuo peligroso. El agua purificada se puede devolver a la fuente de agua contaminada para la recogida de más residuos. También, los residuos concentrados pueden extraerse en una segunda operación de extracción para eliminar los elementos traza que pueden tener valor comercial antes de que el producto concentrado final se encapsule en un contenedor 100 para almacenamiento o transporte a un sitio de almacenamiento.

Las aguas residuales de las operaciones de fracturación hidráulica también se pueden tratar de esta manera para eliminar los productos químicos del agua para su recogida y devolver el agua purificada a una fuente de agua contaminada.

Ventajosamente, el impacto ambiental de las fuentes de agua contaminada puede reducirse y los componentes tóxicos/peligrosos pueden eliminarse para su almacenamiento seguro en otro lugar.

La presente invención proporciona muchas ventajas sobre los sistemas de eliminación de residuos tóxicos propuestos anteriormente. Además de proporcionar un rendimiento y una longevidad superiores a los sistemas anteriores, el almacenamiento puede realizarse de manera más económica y eficiente. También, como materiales conocidos que se han sometido a pruebas de idoneidad para su uso con sustancias tóxicas utilizados en las diferentes realizaciones de la invención, se prevé que las pruebas de aprobación se realizarán próximamente sin la repetición de extensas pruebas de materiales.

Asimismo, debido a la composición del material de la matriz, se puede fundir para que los materiales tóxicos se puedan extraer y potencialmente reciclar o reutilizar. En un ejemplo, se pueden quitar las porciones superior e inferior del contenedor y permitir que el ácido se filtre a través del material encapsulado para extraer los productos químicos. Aunque dicho proceso puede llevar un tiempo considerable, teniendo en cuenta la gran cantidad de tiempo durante el cual se requiere almacenar los residuos tóxicos, este es relativamente corto. La circulación del ácido puede funcionar con energía solar, por lo que no se requiere energía para una instalación de almacenamiento. En una configuración de este tipo, el contenedor puede ser relativamente grande y de un tamaño similar a una habitación grande sellada del medio ambiente con la excepción de dos tuberías, una para llevar ácido al contenedor, que se distribuye preferiblemente sobre los residuos a través de una ducha o sistema de aspersión. El ácido reaccionará o disolverá el metal seleccionado y, por gravedad, lo moverá más abajo dentro de la pila de residuos. Se puede proporcionar una segunda tubería para eliminar el líquido y permitir que se separen los metales contenidos en el líquido, lo que permite que los isótopos radiantes se eliminen y reutilicen o reciclen y el ácido líquido regrese a la parte superior de la pila de residuos para distribuirse nuevamente.

Además de permitir extraer materiales útiles de los residuos, dicho proceso también puede reducir el tamaño de los residuos para que puedan consolidarse con el tiempo en contenedores más pequeños para reducir el volumen de material que se requiere almacenar en un sitio.

Se apreciará que el panel y el contenedor descritos pueden tener cualquier tamaño o forma necesarios para adaptarse a una aplicación particular. Las figuras 8A a 8D ilustran otro contenedor 200 según otra configuración. El contenedor 200 tiene forma de tambor cilíndrico e incluye una parte inferior o tambor 202 y una parte superior o tapa 204. El contenedor 200 está configurado para ser una alternativa directa a los bidones de acero convencionales que se utilizan actualmente para encapsular materiales tóxicos y está configurado preferiblemente para la eliminación o el transporte de residuos médicos. Ventajosamente, el contenedor 200 no es vulnerable a la corrosión (tanto interna como externa) como un tambor de acero y se puede manipular prácticamente cualquier residuo.

El contenedor 200 incluye un elemento de calentamiento 230 formado dentro de la tapa 204 y dispuesto cerca de un borde para unirse con el tambor 202. También se puede proporcionar un elemento de calentamiento similar en una parte superior del tambor 202. De una forma preferida, el elemento de calentamiento 230 es un elemento de resistencia conductor que está configurado para calentarse cuando se le aplica una corriente eléctrica, calentando así el material para fusionar el tambor 202 y la tapa 204 para sellar el tambor una vez lleno. En una forma, el elemento de calentamiento puede configurarse para funcionar con alimentación de red y se proporciona un cable de alimentación simple para la activación.

La figura 9 ilustra un panel 300 según otra configuración.

El panel 300 también está configurado para su uso en un sistema de encapsulación de material tóxico y está formado por una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable tal como poliolefina y una cera o grasa. El panel 300 está preferiblemente formado por HDPE o LDPE. También se puede proporcionar una estructura de refuerzo interna (no mostrada), según las configuraciones descritas anteriormente.

El panel 300 también está formado con imanes 350 dispuestos dentro del panel 300 para permitir que el panel se fije fácilmente a las paredes metálicas, como las de un contenedor de transporte.

El panel 300 puede ser un cuerpo hueco que se puede llenar con boro, grafito o carbono suspendido en agua, cera o grasa, para aumentar las propiedades de protección contra la radiación del panel. Si es necesario, también se puede proporcionar un protector de radiación adicional. Antes del uso, el cuerpo hueco del panel 300 se cierra con una tapa y se sella para evitar el escape de líquido.

La figura 10 ilustra un contenedor 400 que también está configurado para su uso en un sistema de encapsulación de material tóxico. El contenedor 400 comprende una estructura de refuerzo 412 dispuesta al menos parcialmente dentro de un material de matriz 414. El material de matriz 414 es una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable tal como poliolefina y una cera o grasa. El contenedor 400 también incluye un protector de radiación 418 que se muestra como una capa formada dentro del contenedor. El protector de radiación 418 tiene la forma de una capa adicional de la composición descrita anteriormente, es decir, una composición que incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa. El grosor del protector 418 puede adaptarse a la aplicación.

La invención se ilustra adicionalmente en los siguientes ejemplos. Los ejemplos tienen el propósito de describir configuraciones particulares únicamente y no pretenden ser limitantes con respecto a la descripción anterior.

Ejemplo 1

Preparación de composiciones de encapsulación

Según la primera configuración, la composición de encapsulación incluye un polímero termoplástico no biodegradable y una cera. Como se ha indicado anteriormente, el polímero está presente en la composición en una cantidad de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 30 % del volumen total de la composición, y la cera está presente en una cantidad de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 99,5 % del volumen total. Para determinar la cantidad óptima de estos constituyentes a incluir en la composición, en términos de minimizar la lixiviación de los residuos de la composición, se pueden preparar y probar varias formulaciones según metodologías estándar. Las formulaciones representativas se proporcionan en la Tabla 1.

TABLA 1

En variaciones de la primera configuración, la composición de encapsulación también incluye un agente anti-lixiviación anhídrico. Como se ha indicado anteriormente, el agente puede estar presente en la composición en una cantidad de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 60 % del volumen total de la composición. En este sentido, las formulaciones proporcionadas en la Tabla 2 se pueden preparar para determinar la cantidad óptima de constituyentes para incluir en la composición, en términos de minimizar la lixiviación de los residuos de la composición.

TABLA 2

Según la segunda configuración, la composición de encapsulación incluye un polímero termoplástico biodegradable; una cera; y residuos, incluidos los residuos radiactivos y/o peligrosos. En algunas configuraciones, los residuos están en forma seca o casi seca, en cuyo caso los residuos pueden estar presentes en la composición en una cantidad de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 85 % en peso de la composición. En este sentido, las formulaciones proporcionadas en la Tabla 3 se pueden preparar para determinar la cantidad óptima de constituyentes para incluir en la composición, en términos de minimizar la lixiviación de los residuos de la composición mientras se maximiza la cantidad de residuos encapsulados.

TABLA 3

En variaciones de la segunda configuración, la composición de encapsulación también incluye un agente anti lixiviación anhídrico. Por lo tanto, las formulaciones proporcionadas en la Tabla 4 se pueden preparar para determinar la cantidad óptima de constituyentes para incluir en la composición, en términos de minimizar la lixiviación de los residuos de la composición mientras se maximiza la cantidad de residuos encapsulados.

TABLA 4

Ejemplo 2

Pruebas de rendimiento de las composiciones de encapsulación

La encapsulación de contaminantes dentro de un formulario de residuos es la primera de una serie de barreras que pueden emplearse para aislar y contener los residuos para que no se filtren al medio ambiente. La durabilidad de dichos residuos encapsulados durante períodos prolongados de tiempo y en diversas condiciones ambientales, por lo tanto, desempeña un papel importante para garantizar que los contaminantes en los residuos encapsulados permanezcan aislados y contenidos. Por consiguiente, es importante probar las composiciones de encapsulación para garantizar que sean estructuralmente estables y, por lo tanto, retengan suficientemente los residuos encapsulados en ellas, a lo largo del tiempo. En este sentido, las pruebas apropiadas implicarán la aplicación de acondicionamiento a corto plazo y evaluaciones de propiedades que reflejen con la mayor precisión posible las condiciones previstas de eliminación, almacenamiento y contención de los residuos. Las siguientes pruebas se pueden aplicar a los residuos encapsulados por las composiciones. Las pruebas son técnicas estandarizadas reconocidas por las autoridades reguladoras pertinentes, como la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) Internacional, la Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Autoridad/Agencia de Protección Ambiental (EPA) sobre una base jurisdiccional.

Pruebas de inflamabilidad

Las composiciones de encapsulación descritas (con residuos encapsulados en ellas) pueden someterse a una evaluación de inflamabilidad según varias modalidades de prueba. Estas incluyen, pero sin limitación, lo siguiente.

Calorímetro de cono (ISO 5660/ASTM E-1354): esta prueba es exhaustiva porque proporciona datos sobre la mayoría de las características fundamentales de combustión de un material de muestra que se está evaluando (p. ej., facilidad de ignición, ritmo de liberación de calor, peso de la muestra mientras se quema, temperatura de la muestra a medida que se quema, ritmo de pérdida de peso, ritmo de liberación de humo y producción de humo) bajo un amplio intervalo de condiciones de ignición y calentador. Como resultado de la gran cantidad de datos disponibles de esta prueba, se podría desarrollar un modelo de la combustión del material de muestra, permitiendo así una estimación de los efectos potenciales de un incendio en las áreas circundantes y los ocupantes.

Prueba de ignición (ISO 871-1996/ASTM D-1929): esta prueba se utiliza para medir y describir la respuesta de un material de muestra que se está evaluando al calor y las llamas en condiciones controladas. Sin embargo, la prueba por sí sola no incorpora todos los factores requeridos para la evaluación del peligro o riesgo de incendio del material en condiciones reales de incendio.

Prueba de panel radiante (ASTM E-162): esta prueba mide y compara la inflamabilidad de la superficie del material de muestra que se está evaluando cuando se expone a un nivel prescrito de energía de calor radiante. Está diseñado para usarse en mediciones de la inflamabilidad de la superficie de los materiales de muestra cuando se exponen al fuego.

Índice de oxígeno limitante, LOI (ISO 4589-2/ASTM 0-2863): en esta prueba, un material de muestra bajo evaluación se suspende verticalmente dentro de una cámara cerrada (generalmente un recinto de vidrio o plástico transparente). La cámara está equipada con entradas de gas de oxígeno y nitrógeno para que se pueda controlar la atmósfera en la cámara. El material de muestra se enciende desde el fondo y la atmósfera se ajusta para determinar la cantidad mínima de oxígeno para mantener la combustión. Este contenido mínimo de oxígeno, expresado como porcentaje de la atmósfera de oxígeno/nitrógeno, se llama índice de oxígeno. Los números más altos están asociados con una menor inflamabilidad.

Pruebas de resistencia a la compresión

Las pruebas de compresión proporcionarán información sobre las propiedades de compresión del material de muestra que se está evaluando cuando se empleen en condiciones que se aproximen a aquellas en las que se realizan las pruebas. Las propiedades compresivas incluyen módulo de elasticidad, tensión de fluencia, deformación más allá del límite elástico y resistencia a la compresión (a menos que el material de la muestra simplemente se aplane, pero no se rompa). Es posible que los materiales de muestra que posean un orden bajo de ductilidad no presenten un punto de fluencia. En el caso de un material de muestra que falla a la compresión por una fractura por rotura, la resistencia a la compresión tiene un valor muy definido. En el caso de un material de muestra que no falla a la compresión por una fractura por rotura, la resistencia a la compresión es arbitraria y depende del grado de distorsión que se considera que indica una falla completa del material de la muestra. Las pruebas representativas incluyen el Método de prueba estándar de ASTM para propiedades de compresión de plásticos rígidos, ASTM 0695 (técnicamente equivalente a ISO 604).

Pruebas de lixiviabilidad

Estas pruebas están diseñadas para analizar la eficacia con la que la composición de encapsulación puede retener o reducir la fuga o lixiviación de la composición de contaminantes marcadores presentes en los residuos encapsulados. Los contaminantes marcadores se pueden cargar artificialmente en los residuos para fines de medición. Dichos contaminantes de marcador típicamente incluyen varios metales como plomo, plata, níquel, mercurio, cromo, arsénico, cadmio, berilio y bario.

La prueba de lixiviación más común empleada es el Procedimiento de lixiviación de características de toxicidad (TCLP) según lo dispuesto por la EPA de EE. UU. (Método 1311). En el procedimiento TCLP, el material de muestra se lixivia en una de dos soluciones de tampón. Se usa una primera solución de tampón (pH 4,93) para materiales neutros a ácidos, mientras que una segunda solución de tampón (pH 2,88) se usa para residuos alcalinos. La mezcla de lixiviado se sella en un contenedor de extracción y se voltea durante 18 horas para simular un tiempo prolongado de lixiviación en el suelo. Luego se filtra para que solo quede la solución (no la muestra) y luego se analiza, por ejemplo, mediante espectroscopia de plasma acoplado inductivamente.

Hay alternativas al TCLP disponibles. Estos incluyen la extracción por agitación de residuos sólidos con agua de la norma ASTM 03987-85 y el procedimiento de lixiviación en botella de las normas australianas (AS 4439-1997). El procedimiento ASTM 03987-85 proporciona un punto medio entre las condiciones ácidas de TCLP y las condiciones in situ al permitir la lixiviación en agua desionizada. El procedimiento AS 4439-1997 difiere del TCLP en dos formas principales: (1) el tamaño máximo de partícula de muestra para AS 4439 es de 2,4 mm en contraste con el TCLP que permite 9,5 mm; y (2) además de los tampones TCLP estándar, la AS 4439 permite el uso de tres tampones alternativos dependiendo de la aplicación, en concreto, (i) agua reactiva (aplicable cuando un residuo no se altera y se deja en el sitio); (ii) tetraborato pH 9,2 (para analitos diana volátiles ácidos); y (iii) agua local (cuando se espera la exposición al suelo local, a agua superficial o al mar).

Como entenderá un experto en la técnica, se pueden emplear otros regímenes de prueba rigurosos para probar la eficacia de la composición de encapsulación para retener los residuos encapsulados en ella. Estos incluyen pruebas de choque o caída, o pruebas más extremas de "gorila" o "tortura".

Ejemplo 3

Pruebas de rendimiento del sistema de encapsulación y contención. Según una cuarta configuración, se proporciona un sistema para el encapsulado y la contención de residuos radiactivos y/o peligrosos. En una configuración, el sistema incluye: (i) una composición de encapsulación para la encapsulación de residuos radiactivos y/o peligrosos, incluyendo la composición de encapsulación un polímero termoplástico no biodegradable y una cera; y (ii) un contenedor para recibir la composición de encapsulación.

Mientras que las pruebas a las que se hace referencia en el Ejemplo 2 evalúan la eficacia de la composición de encapsulación para retener los residuos encapsulados en ella, puede emplearse la prueba de la capacidad del contenedor para mantener la contención de los residuos encapsulados bajo estrés o coerción. En cuanto a los residuos radiactivos, también se pueden emplear pruebas para identificar el nivel de radiactividad que se emite a través del contenedor. Dichas pruebas se llevan a cabo según los estándares nacionales e internacionales pertinentes, según lo exigen varios organismos reguladores, como la Agencia Internacional de Energía Atómica y la Autoridad/Agencia de Protección Ambiental (EPA) sobre una base jurisdiccional. Dichas pruebas incluirían pruebas de choque o caída, o pruebas más extremas de "gorila" o "tortura".

Cabe señalar que, cuando se expresa un intervalo de valores, se entenderá claramente que este intervalo abarca los límites superior e inferior del intervalo, así como todos los valores entre estos límites. Asimismo, el término "aproximadamente", como se usa en la memoria descriptiva, significa alrededor de o casi y, en el contexto de un valor numérico o intervalo establecido en este documento, pretende abarcar variaciones de /- 10 % o menos, /- 5 % o menos, /- 1 % o menos, o /- 0,1 % o menos del valor numérico o intervalo mencionado o reivindicado.

Será evidente para el experto en la técnica que, si bien la invención se ha descrito con cierto detalle con fines de claridad y comprensión, se pueden realizar varias modificaciones y alteraciones a las realizaciones y métodos descritos en este documento sin apartarse del alcance del concepto inventivo descrito en esta memoria descriptiva, estando definida la invención por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un contenedor de encapsulación de residuos radiactivos y/o peligrosos, estando formado el contenedor de un polímero termoplástico no biodegradable y teniendo una estructura de refuerzo formada integralmente dentro del polímero, en donde el contenedor (100) está formado por o incluye una pluralidad de paneles compuestos (10) que comprenden la estructura de refuerzo (12, 112) dispuesta al menos parcialmente dentro de un material de matriz (14, 114), siendo el material de matriz una composición que incluye el polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa, estando sellado el contenedor y conteniendo los residuos radiactivos y/o peligrosos encapsulados en una composición de encapsulación que comprende un polímero termoplástico no biodegradable y cera, en donde la composición de encapsulación se mezcla en estado fundido, encapsulando así los residuos en la composición.

2. Un contenedor según la reivindicación 1, en donde el polímero termoplástico no biodegradable es una poliolefina seleccionada del grupo que consiste en polietileno de baja densidad (LDPE), polipropileno, polietileno de alta densidad (HDPE), acrílico, polivinil etileno, acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, nailon, polibutadieno y mezclas de los mismos.

3. Un contenedor según la reivindicación 1 o 2, en donde la cera se selecciona de uno o más del grupo que consiste en parafina, cera de abeja, cera china, lanolina, cera de goma laca, esperma de ballena, cera de myrica, cera de candelilla, cera de carnaúba, cera de insectos, cera de ricino, cera de esparto, cera japonesa, aceite de jojoba, cera de Ouricuri, cera de salvado de arroz, cosa de soja, cera de loto, cera de ceresina, cera de montana, ozoquerita, ceras de turba, cera microcristalina, jalea de petrolato, ceras Fischer-Tropsch, ceras de amidas sustituidas, palmitato de cetilo, palmitato de laurilo, estearato de cetoestearilo, cera de polietileno, meticona de alquilo C3o-45 y olefina C3o-45.

4. Un contenedor según la reivindicación 1, 2 o 3, incluyendo el material de matriz (14, 114), además, una fibra de relleno o de refuerzo seleccionada de uno o más del grupo que consiste en polvo seco de madera limpia o residuos de madera, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de carburo de silicio, fibra de boro, fibra de alúmina, fibra de poliamida aromática, fibra de poliéster de alta elasticidad, cáñamo, yute o sisal.

5. Un contenedor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el contenedor (100) tiene al menos un elemento de calentamiento eléctricamente conductor (130) dispuesto cerca de un extremo abierto del contenedor y energizable para calentar el material de matriz para fusionar una tapa al contenedor.

6. Un método de encapsulación de residuos radiactivos y/o peligrosos, que incluye las etapas de

proporcionar un contenedor (100) formado por un polímero termoplástico no biodegradable y que tiene una estructura de refuerzo formada integralmente dentro del polímero, en donde el contenedor (100) está formado por o incluye una pluralidad de paneles compuestos (10) que comprenden la estructura de refuerzo (12, 112) dispuesta al menos parcialmente dentro de un material de matriz (14, 114), siendo el material de matriz una composición que incluye el polímero termoplástico no biodegradable y una cera o grasa;

introducir los residuos radiactivos y/o peligrosos encapsulados en una composición de encapsulación que comprende un polímero termoplástico no biodegradable y cera, en donde la encapsulación se mezcla en estado fundido, encapsulando así los residuos en la composición, en el contenedor; y

sellar el contenedor.

7. Un método según la reivindicación 6, que incluye, además, la etapa de pasar a un estado fundido una composición de encapsulación que incluye el polímero termoplástico no biodegradable y la cera o grasa; y combinar los residuos radiactivos y/o peligrosos con la composición para formar una mezcla; y verter la mezcla en el contenedor.

8. Un método según la reivindicación 7, en donde el polímero termoplástico no biodegradable usado para formar la composición de encapsulación está en forma de gránulos o perlas recubiertos con la cera.

9. Un método según la reivindicación 7 u 8, que incluye, además, la etapa de comprimir la mezcla dentro del contenedor.

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que incluye, además, la etapa de cubrir los residuos tóxicos con una composición que incluye el polímero termoplástico no biodegradable y la cera o grasa.

11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en donde los residuos están molidos o en forma de polvo antes de mezclarlos.

12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en donde los residuos radiactivos y/o peligrosos son residuos nucleares, residuos médicos, residuos de procesos de minería o fabricación, o residuos radiactivos y/o peligrosos extraídos de un proceso de destilación de vapor.

13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, que incluye, además, la etapa de pasar los residuos a una forma líquida o fundida y separar los residuos de la composición de encapsulación.