RO133717A4 - Metodă de reciclare şi reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalaţiilor radiologice şi nucleare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de tratare a betonului reactiv de joasă activitate, rezultat din dezafectări ale instalaţiilor radiologice şi nucleare. Procedeul, conform invenţiei, constă în concasarea în prima treaptă a deşeurilor din beton radioactiv, cu dimensiuni mai mici de 350 mm, pe un concasor cu fălci prereglat la dimensiunea nominală a fantei de 65 mm. Pietrişul rezultat este sortat în 3 fracţii dimensionale: mai mari de 50 mm; între 16 şi 50 mm şi, respectiv, mai mici de 16 mm. Fracţia cu dimensiunile între 16 şi 50 mm se plasează în containere de oţel cu capacitatea de 200 l. Fracţia de pietriş mai mare de 50 mm se concasează în treapta a doua, pe un concasor cu ciocane cu site cu ochiuri de 9 mm. Materialul rezultat se sortează pe sita cu ochiuri de 2,5 mm, rezultând două fracţii dimensionale: fracţii mai mici de 2,5 mm şi, respectiv, mai mari de 2,5 mm. Fracţiile mai mari de 2,5 mm şi, respectiv, mai mici de 16 mm se concasează în treapta a treia pe un concasor cu ciocane cu site cu ochiuri de 6 mm. Agregatele fine obţinute se amestecă cu ciment, apă şi aditivi uzuali, rezultând mortar care se toarnă în containere, peste pietriş, eventual şi peste un bloc de beton radioactiv până la un grad de umplere cu deşeu radiactiv de 70....75%. Rezultă un produs compozit format din pietriş radioactiv într-o matrice de mortar pe bază de agregate fine radioactive. La depozitare, coletul cu deşeuri radioactive asigură un debit de doză de radiaţii la peretele containerului de maximum 2 mSv/h.

Description

Metoda de reciclare si reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare

Solicitanti: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara-Horia Hulubei-IFIN-HH Universitatea Tehnica de Construcții

Autori: Dragusin Mitica, Deju Radu, Robu Ion, Mazilu Claudiu

Descrierea invenției

OFICIUL DE STAT PENTRU INVEMpJ Șl MĂRCI Cerere de brevet de invenție

Nr. ......

Data depozit

Invenția de fata se refera la o metoda de reciclare si reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare. O parte din betonul rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare este radioactiv atat superficial cat si in profunzime datorita efectului radiațiilor ionizante din timpul funcționarii instalațiilor. Elementele principale ale strategiei de management a deșeurilor pot fi grupate in patru domenii: reducerea sursei, prevenirea imprastieii contaminării, reciclarea - refolosirea si optimizarea managementului deșeurilor. Prima etapa a oricărei strategii de management a deșeurilor este sa mențină generarea deșeurilor radioactive la minim, astfel caracterizarea corespunzătoare si segregarea materialelor sunt factori importanți in orice strategie de management a deșeurilor. Caracterizarea radiologica ne ajuta sa dobândim informații despre caracteristicile fizice, chimice si radiologice ale acestor materiale cu scopul de a le segrega, procesa si/sau depozita final. Segregarea favorizează maximizarea eliberării nerestrictive, permite considerarea eliberării condiționate, refolosirea sau reciclarea materialelor si permite reducerea volumului de deșeuri radioactive care nu îndeplinesc criteriile de eliberare, reciclare sau refolosire. Cerințele in ceea ce privește securitatea nucleara si radiologica, proiecția mediului, transportul, tratarea, condiționarea, depozitarea intermediara si depozitarea finala a deșeurilor radioactive in ultimii ani au devenit mai stringente. Acceptanta publica pentru domeniul nuclear induce constrângeri pentru procesele de reglementare, control, autorizare, securitate si protecție fizica.

Managementul deșeurilor radioactive rezultate consta in următoarele etape: colectare, transport, tratare, depozitare intermediara, condiționare, stocare si depozitare finala. Problema tehnica pe care o rezolva invenția consta in reducerea volumului deșeurilor radioactive din categoria betonului care urmeaza a fi condiționat si depozitat, costurile cu depozitarea finala in depozite de deșeuri radioactive fiind ridicate, in aceste costuri incluzând si transportul de la Stafia de Tratare Deșeuri Radioactve, cu toate masurile de siguranța impuse prin lege pentru aceste categorii de produse.

a 2016 00755

26/10/2016

IESECRET

O mare parte din materialele de construcție rezultate din dezafectarea instalațiilor nucleare si radiologice sunt inactive, putând fi eliberate nerestrictiv si depozitate final sau reciclate folosind metode convenționale, in conformitate cu cerințele de reglementare aplicabile. Totodată, este bine cunoscut faptul ca in timpul operării, întreținerii sau reparațiilor acestor instalații, o parte din structurile de beton ale acestora pot deveni radioactive (contaminate/activate). Astfel, dezafectarea instalațiilor nucleare produce cantitati impresionante de deșeuri radioactive din care cea mai mare parte o reprezintă deseurile din beton. In urma dezafectării:

- unei centrale nuclearo-electrice cu apa ușoara (900 1300 MWe) rezulta aproximativ 600 tone de deșeuri de beton radioactiv;

- unui reactor nuclear de cercetare (KRR-2 cu puterea de 10 MWth) rezulta aproximativ 260 tone de deșeuri de beton radioactiv raportat la o cantitate totala de 2.000 tone deșeuri de beton

- unui reactor nuclear de cercetare .VVR-S din cadrul IFIN-HH cu puterea termica de 2 MWth, aflat in dezafectare, rezulta aproximativ 75 tone de deșeuri de beton radioactive raportat la o cantitate totala de 925 tone deșeuri de beton.

După anul 2025, când multe reactoare nucleare se vor dezafecta fiind la sfârșitul duratei de viata, cantitatile de beton radioactiv vor creste considerabil. Reducerea volumului si reciclarea deșeurilor este esențiala pentru reducerea costului dezafectării instalațiilor nucleare.

L Stadiul tehnicii la nivel internațional

Domenii de aplicații

Domeniile de aplicații pentru reutilizarea betonului radioactiv in industria nucleara cuprind:

a) fabricarea ecranelor de protecție radiologica;

b) fabricarea pieselor prefabricate:

• containere, celule si vetre pentru depozitarea finala a deșeurilor in depozite de suprafața;

• grinzi si segmenti pentru construirea de depozite finale geologice de adâncime;

a) prepararea materialului de umplere, de completare sau încapsulare pentru butoaiele cu deșeuri si containere utilizate in depozitele finale de suprafața;

b) prepararea mortarului pentru imobilizarea deșeurilor solide de joasa activitate;

c) mortar pentru impermeabilizare;

d) construirea de noi instalații sub anumite condiții.

i)Utilizarea betonului radioactiv la fabricarea ecranelor de radioprotectie

Utilizarea ecranelor de radioprotectie este o necesitate si este larg raspandita in tehnologia nucleara.

Dr. Dragusin Mitica a 2016 00755

26/10/2016

SECRET D

NE

Ecranele sunt fabricate din metal sau beton si sunt proiectate sa asigure o secțiune relativ mare de absorbție a neutronilor pentru a minimiza transmisia radiației dintr- un spațiu delimitat de aceste structuri către mediul înconjurător sau pentru a reduce energia unei astfel de radiații facand- o inofensiva. In mod clasic, ecranele din beton se realizează utilizând agregatele naturale.

Conform brevetelor US Patent No.4.767.572/30.08.1988, M. Sappok, Method of Making Radiation Shielding Elements for use in Nuclear Tehnology, US Patent No.4.882.092/21.11.1989, M. Sappok, Method of Making Radiation Shielding Elements for use in Nuclear Tehnology, Canadian Intellectual Property Office, 2.205.947/1997, R. S. Kingsley, Method for Reuse of Contaminated Concrete, Demande-Application,. United States Patent No.5.789.648/04.08.1998 si No.5.545.796, 13.08.1996, B. A. Roy, J. D. Ingram, H. W. Arrowsmith, T. B. Ramsey, Article Made out of Radioactive or Hazardous Waste and a Method of Making the Same, s-a propus utilizarea agregatelor de beton radioactiv in locul agregatelor naturale pentru fabricarea de ecrane de radioprotectie, urmărind astfel minimizarea volumului de deșeuri radioactive. Metoda dezvoltata a demonstrat ca agregatele de beton radioactiv pot fi incorporate fara dificultate in structuri de ecranare noi, cu condiția ca deseul radioactiv sa aiba înainte de introducerea in beton o activitate specifica echivalent Co 60 < 100 Bq/ g.

Se estimează ca pentru a construi o incinta ecranata sunt necesare aprox. 1.200 t de blocuri de beton. Agregatele naturale pot fi înlocuite in întregime cu agregate fine/ pietriș radioactiv reciclat, rezultând un necesar de beton radioactiv reciclat de 1.0001/ incinta.

ii) Utilizarea betonului radioactiv la fabricarea de prefabricate din beton

Conform US Patent No.5.789.648/04.08.1998 si US Patent No.5.545.796/13.08.1996 s-a propus realizarea de containere din RAC cu dimensiuni, forme si capacitati variate pentru procesarea, izolarea, depozitarea finala sau pastrarea deșeurilor radioactive sau a materialelor periculoase. De asemenea, conform Demande-Application 2.205.947/1997 s-a propus o metoda de minimizare a volumului de deșeuri radioactive si utilizarea RCA pentru fabricarea de prefabricate (containere, celule si vetre pentru depozitarea finala a deșeurilor in depozite de suprafața, grinzi si segmenti pentru construirea de depozite finale geologice de adâncime). Betonul este singurul material, compatibil cu formațiunile de argila, care poate fi utilizat pentru consolidarea tunelelor si galeriilor excavate. In Spania s-a studiat utilizarea betonului radioactiv concasat reciclat pentru realizarea de prefabricate de beton (grinzi si segmenti) folosite in construcția unui depozit geologic de mare adâncime situat in structuri argiloase, estimandu-se ca va fi necesara o cantitate de beton prefabricat de aprox. 58.500 t/an.

Dr. Dragusin Mitica Dr. Ing Deju Radu / s

SECRET a 2016 00755

26/10/2016

ESECRETP

SECRETpBlSERVICIU

In perioada de operare a depozitului cantitatea necesara de prefabricate va fi de aprox. 3.300 t/an. Considerând ca pietrișul radioactiv din compoziția betonului va fi de cca. 60 % se estimează ca va fi reciclata o cantitate de aprox. 97.000 t pietriș radioactiv. Evaluarea acestei metode arata ca reciclarea betonuluiradioactiv pentru fabricarea de repere prefabricate este fezabila si mai puțin costisitoare decât depozitarea finala in depozite de suprafața.

iii) Utilizarea betonului radioactiv ca mediu de umplere, de completare sau încapsulare pentru butoaie si containere cu deșeuri

In brevetul JP1020499(A)/24.01.1989, C. Koichi, Treatment of contaminated concrete, a dezvoltat o metoda inovativa de utilizare a betonului radioactiv ca mediu de umplere pentru butoaiele cu deșeuri radioactive, urmărind stocarea eficienta si in condiții de siguranța a betoanelor radioactive rezultate din dezafectarea instalațiilor nucleare. In condiții similare de depozitare cu metoda clasica, autorul a propus înlocuirea nisipului provenit din agregate naturale, ca mediu de umplere, cu un mortar pe baza de beton radioactiv. Betonul este concasat la o granulatie < 5 mm, amestecat cu ciment hidraulic pulverizat (ciment cu ionomeri de sticla), cu un adaos suplimentar de apa, pana la obținerea unei paste ce se introduce prin presare in interstitiile butoaielor metalice, facand posibila solidificarea betonului radioactiv in adapost, fara a-1 plasa in butoaie. De asemenea, chiar dacă se infiltrează apa subterana in adapost, data fiind protecția pe care betonul o asigura corpurilor solidificate, contactul acestora cu apa este infim si drept urmare, se reduc in mare măsură scurgerile de radionuclizi in afara. Deoarece prin metoda propusa devine posibila utilizarea betonului contaminat drept material de umplere a spatiilor dintre butoaiele metalice pre-plasate in adăposturile de stocare, dispare necesitatea utilizării butoaielor destinate stocării betonului menționai. O metoda asemanatoare se aplica La El Cabril (Spania) [23, 24], In containere paralelipipedice de beton armat (11 m³), se introduc cate 18 butoaie de 220 1 cu deșeuri radioactive LLW/ILW. Butoaiele sunt imobilizate injectând in spațiul gol dintre ele mortar conținând agregate radioactive. In acest fel 50 % din volumul de nisip este înlocuit cu agregate fine reciclate de beton radioactiv. In fiecare an la El Cabril se reciclează cca. 700 tone de beton radioactiv concasat.

iv) Utilizarea betonului radioactiv ca mortar pentru imobilizarea deșeurilor de joasa activitate

Conform brevetului JP10153691(A)/09.06.1998, K. Yamamoto et all, Processing and disposal method for contaminated concrete waste, după concasare, bucățile radioactive de beton sunt amestecate cu mortar de umplere din agregate naturale care se toama in butoaie metalice si se lașa sa se solidifice. Butoaiele sunt amplasate intr- un adapost de beton armat, înglobate in beton obtinut din agregate naturale si depozitate final.

a 2016 00755

26/10/2016 ^îEsecrejP

SECRETpEr^ERVICIU

Brevetul a propus o metoda inovativa de procesare si depozitare finala a deșeurilor de beton radioactiv, care asigura:

- inhibarea propagării contaminării radioactive ce se poate produce prin deteriorarea protecției adăpostului si/ sau a butoiului;

- reducerea cantitatii de deșeuri depozitata final si implicit spațiul de depozitare.

Resturile de beton radioactiv sunt condiționate prin concasare/ măcinare in diferite fracții granulometrice, amestecate si vibrocompactate in butoaie. Utilizarea distribuției continue de particule, asigura o mai buna umplere a spațiului, decât in cazul celor grosiere, reducând astfel substanțial, volumul de deșeuri. Prin modificarea ponderii fracțiilor granulometrice adaugate in amestec se poate delimita un domeniu in care jocul dintre particule in amestec atinge valoarea minima si densitatea compactată este mare. Fracția fina este utilizata ca un material de solidificare pentru fracția grosiera. Prin faptul ca in amestec nu se introduce nici un material de solidificare din exterior volumul deșeului după procesare scade semnificativ.

In cazul in care in timpul depozitarii pe termen lung apa freatica se infiltrează in butoaiele cu deșeuri, ea este consumata prin hidratarea amestecului si elutia contaminantului radioactiv este inhibată.

Brevetul JP10274695 (A)- 13.10.1998, M. Sukekiyo et all, Method for treating radioactive concrete waste and method for manufacturing filling mortar that solidifîes radioactive waste

Metoda isi propune sa asigure:

- tratarea deșeurilor radioactive de beton, reutilizand toate fragmentele de beton radioactiv rezultate din concasarea acestuia;

- fabricarea mortarului de umplere pentru solidificarea altor deșeuri radioactive prin folosirea agregatelor fine si a unui amestec chimic.

Autorii au dovedit ca modificarea cantitatiilor de amestec chimic si a suprafeței specifice a fracției fine determina modificarea proprietățile mortarului crud si întărit, astfel:

- modificarea distribuției granulometrice a agregatelor fine la dimensiunea maxima a particulelor de 5 mm, din care o fracție de 10 % care trece prin sita de 0.15 mm si densitatea de 2.6 g/cm³ , conduce la o fluiditate si rezistenta la compresiune comparabile cu ale mortarului obtinut cu agregate naturale;

- creșterea proporției de amestec chimic in mortar conduce la:

- scăderea fluidității mortarului;

- creșterea rezistentei la compresiune a mortarului solidificat;

- creșterea suprafeței specifice a fracției fine in amestec determina scăderea ușoara imediata a fluidității mortarului crud si deteriorarea puternica după o perioada de 30 min.

Dr. Dragusin Mitic

a 2016 00755

26/10/2016

Reutilizarea deșeurilor de beton radioactiv ca material de solidificare pentru alte deșeuri radioactive conduce la scăderea costului depozitarii finale, fata de cazul depozitarii deșeurilor radioactive de beton ca atare.

In Brevetele JP2001-343488 (A)- 2001-12-14, JP2002-296393 (A)- 2002-10-09, H. Ueki, et all, Processing method for radioactive concrete si JP2003-344585 (A”)- 2003-12-03, Y. Tsukhara, et all, Method of filling Disposal Container with Radioactive Concrete, se propune procesarea slamului radioactiv rezultat din procesul de taiere a structurilor de beton sub forma de pelete si depozitarea finala in containere împreuna cu blocurile si fragmentele de beton, reducând astfel volumul de deșeuri radioactive. In prima etapa a procesului, din structura de beton supusa demolării se taie cu firul diamantat blocul de beton la dimensiunea si forma necesara pentru introducerea sa in container si injectarea in joc a umpluturii. In a doua etapa slamul rezultat in urma operațiilor de taiere este uscat intr-un deshidrator de tip filtru presa- centrifuga pana la umiditatea de 30+- 55%. In a treia etapa slamul deshidratat se amesteca cu ciment si se extrudeaza sub forma de pelete cilindrice. Raportul ciment/ apa trebuie sa fie corelat cu conținutul de apa din slam (> 0.6) pentru a obține rezistenta la compresiune care sa permită manipularea fara deteriorare a peletelor. In a patra etapa peletele crude se lașa sa se intareasca la o temperatura de aprox. 20° C, si nu se usucă, pentru a evita apariția de crăpături si a inhiba absorbția de apa. In a cincea etapa blocul de beton este poziționat in container pe suporți pentru a forma un joc egal pe toate laturile. In a sasea etapa peletele sunt plasate in jocul dintre pereții interiori ai containerului si blocul de beton. In a șaptea etapa in golurile ramase dintre pelete se injectează mortar de umplere care trebuie sa îndeplinească condiția de fluiditate p-cone 16-^- 50 sec. Deschiderea superioara a containerului este acoperita si etansata, deseul de beton radioactiv fiind pregătit pentru depozitarea finala.

Prin aplicarea metodei propuse nu se generează slam de beton independent si se reduce cantitatea de deseu radioactiv a coletului care conține blocul de beton radioactiv, moloz de beton radioactiv si întreaga cantitate de slam de beton.

In Brevetul JP2008026116(A)- 2008-02-07, T. Kazuyoshi, Treating method of radioactive waste, se propune tratarea betonului radioactiv astfel incat sa creasca volumul celui concasat inclus intr-o unitate de volum de bloc de deseu radioactiv format.

Betonul radioactiv rezultat din operațiile de dezmembrare, este concasat intr-un concasor cu falei, obtinandu-se agregate grosiere, agregate fine si pulbere. Agregatele grosiere au dimensiunea particulelor >2.5 mm, agregatele fine au dimensiunile in domeniul 0.15 2.5 mm si pulberea are diametrul particulelor <0.15 mm. Materialul granular este separat pe cele trei categorii mai sus menționate. Apoi, agregatele fine si pulberea se amesteca si încălzesc la 700^- 800°C astfel incat pulberea sa capete proprietăți de auto-intarire.

Dr. Dragusin Mitic 'NESECRET a 2016 00755

26/10/2016

Agregatele fine, pulberea si apa se amesteca intr-un malaxor iar amestecul se toama peste agregatele grosiere pre-plasate intr-un butoi. Opțional, agregatele grosiere si amestecul se pot turna in butoi in același timp. Compoziția din butoi se întărește deoarece apa si pulberea tratata determina o reacție de rehidratare (proces de întărire). Coletul format cuprinzând agregate grosiere, agregate fine, pulbere cu proprietate de auto-intarire se transporta in zona de depozitare finala a deșeurilor radioactive. De remarcat ca adaosul de ciment in compoziție nu este necesar pentru întărire când se formează coletul din deșeuri de beton radioactiv concasat. Astfel cantitatea de beton radioactiv concasat conținuta in unitatea de volum de colet poate fi crescută. Costul de depozitare finala al betonului radioactiv rezultat din dezafectarea instalațiilor nucleare devine nesemnificativ. Ca o varianta, prin separarea inițiala a pulberii de celelalte fracții si tratare termica separata, lucrabilitatea mortarului poate fi imbunatatita. Aplicabilitatea metodei poate fi extinsa si la depozitarea finala a deșeurilor metalice. In acest caz amestecul de umplere este format numai din agregate fine, material pulverulent care are proprietăți de auto-intarire si apa.

v) Utilizarea betonului radioactiv ca mortar de impermeabilizare

Demande de brevet europeen EP 2 302 642 Al [32] a dezvoltat un procedeu de utilizare a betonului radioactiv provenind de la dezafectare structurilor de beton radioactiv de foarte slaba activitate < 100 Bq/g la depozitarea pe termen lung a deșeurilor radioactive si toxice. Procedeul propus cuprinde următoarele subprocese:

- separarea blocurilor si molozului (0 + 500 mm) de armatura din fier beton;

- concasarea:

o (treapta I), cu un concasor cu falei, a blocurilor si/sau molozului de beton (0 + 500 mm) pana la dimensiuni < 200 mm;

o (treapta II), cu un concasor giratoriu, a materialului < 200 mm pana la o granulatie < 20 mm cu reciclarea la concasare a molozului > 20 mm;

- transportul materialului concasat in silozuri de stocare;

- amestecarea materialului concasat < 20 mm cu ciment autonivelant;

- forarea de puțuri de injecție situate deasupra cavitatii subterane;

- impermeabilizarea pereților cavităților subterane prin injecția sapei fluide de beton in cavitatea subterana chiar la contactul pereților care delimitează cavitatea;

- închiderea puțurilor de injecție prin umplerea la o înălțime pre-determinata cu nisip sau beton hidraulic.

Dr. Dragusin Mitica '—--- Dr. Ing Deju Radi

a 2016 00755

26/10/2016

II. Stadiul tehnicii la nivel național /

In prezent, in Romania deseurile de beton radioactiv LLW sunt pre-plasate in butoaie cilindrice din otel cu capacitatea de 220 litri, sub forma de blocuri si solidificate cu mortar (amestec făcut din agregate fine obținute din resurse naturale, ciment si apa), pentru a asigura rezistenta specifica a coletului ce urmeaza a fi depozitat final, betonului radioactiv, dar începând cu anul 2013 procesul de dezafectare in desfășurare al reactorului nuclear de cercetare VVR-S va produce cantitati mari de deșeuri de beton ( 925 de tone din care apox. 75 de tone de deșeuri de beton LLW-deseuri radioactive de joasa activitate). Astfel propunerea unei tehnologii inovative este imperios necesara.

Tehnologia clasica asigura un raport de umplere de aproximativ 50 % voi. pentru betonul radioactiv, in fiecare container cu deșeuri. Cea mai mare parte a deșeurilor radioactive rezultate din activitatile de dezafectare este depozitata final in aceasta forma. Pana acum nu a existat o constrângere de a dezvolta la nivel național o tehnologie de reciclare a

III. Analiza comparativa a tehnologiilor de reciclare a betonului radioactiv

Metodele de reciclare dezvoltate pana in prezent pentru reciclarea betonului radioactiv au similarități dar si diferente in ceea ce privește:

- metodele si tipurile de echipamente folosite in procesul de concasare;

- parametrii procesului de concasare;

- numărul treptelor de concasare;

- tipul de produs final (ecrane, piese prefabricate, mortar, etc.);

- caracteristicile agregatelor fine reciclate folosite pentru obținerea produselor finale.

Ținând cont de costul scăzut implicat, toate metodele sunt atractive din punct de vedere financiar.Intotdeauna s-a subliniat ca folosirea betonului reciclat in alt mod decât pentru obținerea mortarului necesar pentru condiționarea deșeurilor in butoaie va fi limitata. Reciclarea betonului are un efect economic mai mic in cazul betonului obtinut din agregate naturale, depinzând de costurile implicate in instalațiile de depozitare finala ale deșeurilor, comparativ cu betonul radioactiv a cărui reciclare generează mai multe avantaje economice (ca un exemplu costul aproximativ de depozitare finala pentru LLW este de aprox. 50008500 USD/ mc conform studiului din 1999 al Agenției pentru Energia Nucleara din cadrul Organizației pentru Cooperare Economica si Dezvoltare (NEA-OECD), iar in unele tari din Europa (Belgia) costul depozitarii finale pentru 1 mc de deseeuri radioactive condiționate poate ajunge la 15.000 euro.

Masurile necesare a fi luate pentru reducerea dozei de expunere a lucratorilor la praful radioactiv, pot fi ușor asigurate. Analiza datelor economice făcute pentru utilizarea betonului reciclat concasat utilizat la fabricarea de containere si ca material de umplere, arata ca betonul generat la nivel European, poate fi reciclat obtinandu-se o descreștere semnificativa a costului pentru depozitele de suprafața si pentru depozite de adâncime.

Dr. Dragusin Mitica Dr. Ing Deju Radu a 2016 00755

26/10/2016 pMESECP^jl·

SECRET M>8ÎRVICIU

Dezvoltarea unei tehnologii de reciclare pentru beton radioactiv trebuie sa fie studiata deasemenea din punct de vedere social si politic. Tehnologiile de reciclare nu pot fi simplu evaluate, utilitatea si aplicabilitatea lor trebuie sa fie corelata cu:

- existenta, posibilitatea de proiectare si construcție a depozitelor finale de deșeuri radioactive;

- tipul de depozit (de suprafața sau adâncime);

- cerințele legale aplicabile pentru materialele eliberate din domeniul nuclear;

- acceptanta publica.

Necesitatea implementării tehnologiei inovative la nivel național rezulta din următoarele constrângeri:

- nu exista cerere de piața pentru ecrane din beton radioactiv sau piese prefabricate utilizate la consolidarea galeriilor sau tunelurilor de adâncime pentru ca actualmente exista un singur depozit de suprafața;

- numărul mic de instalații nucleare existente nu necesita un număr semnificativ de ecrane de beton;

- cerințele legale nu permit folosirea materialelor radioactive pentru construcția fundațiilor si rambleurilor pentru drumuri, sub forma de amestecuri nelegate cu granulometrie omogena, material de umplere sau agregate pentru fabricația de noi betoane;

- acceptanta publica este limitata către construcția de noi instalații nucleare si ușor crescută pentru retehnologizarea celor existente;

- aplicarea metodelor de reciclare cu minimizarea volumelor si cantitatilor de deșeuri radioactive pe amplasament întrunește așteptările publicului in ceea ce privește strategiile de reciclare a deșeurilor.

Astfel, invenția de fata se aplica in tara ținând seama de tehnologia de depozitare, coletele fiind cu volume de 220 litri sau 420 litri. O data cu dezafectarea reactorului nuclear de cercetare VVR-S din cadrul institutului IFIN-HH, Măgurele, cantitatile de beton radioactiv cresc si este imperios necesar sa se aplice metode inovative de tratare si condiționare, adaptate la condițiile specifice tarii noastre, metoda descrisa in continuare putând fi aplicata si in alte tari.

Metoda de reciclare si utilizare a betonului radioactiv consta in obținerea de agregate fine la prepararea mortarului necesar la umplerea butoaielor cu deșeuri radioactive, conducând la un nou tip de produs final-compozit (pietriș radioactiv intr-o matrice de mortar obtinut cu agregate fine radioactive), solidificat intr-un butoi de otel carbon cu capacitatea de 220 litri.

Dr. Dragusin Mitica

Dr. Ing Deju Radi

SECRETD^SE^VICIU [^sicREJ a 2016 00755

26/10/2016

Prin folosirea sistemului de taiere cu fir diamantat, a splitterelor, fierastraielor cu disc diamantat si a robotului de demolare comandat de la distanta, structurile de beton radioactiv sunt demolate si transformate in resturi de beton. Acestea vor fi concasate, prima treapta sub forma de pietriș cu dimensiunea <50 mm, ce va fi utilizat pentru umplerea butoaielor cu capacitatea de 220 litri. Fracția > 50 mm va fi concasata in treapta a doua pana la dimensiunea < 2.5 mm (nisip) si va fi folosita pentru prepararea mortarului. Astfel, in butoaiele de depozitare finala, se plaseaza mai intai pietrișul, rezultând un grad de umplere de aproximativ 50% voi. beton radioactiv si apoi butoiul se umple cu mortar obtinut din agregate radioactive fine reciclate. Materialul compozit omogen asigura confinarea radionuclizilor in butoiul de depozitare finala, pentru cel puțin 50 de ani.

Mortarul trebuie sa îndeplinească cerințele specificate. In aceste condiții, se va demonstra ca gradul de umplere in butoaie va creste pana la 70-^75 % voi. pentru beton radioactiv, sau volumul de depozitare finala va descrește la aprox. 2/3, cu condiția respectării cerinței legale de menținere a debitului de doza la peretele butoiului de max. 2 mSv/h. Structura temporara prevăzută cu echipament de filtrare de înalta eficienta (HEPA), unde se efectuiaza activitatile de pregătire si implementare a metodei si materialele constituie un alt element de noutate.

Fata de metodele descrise in cadrul analizei stadiului internaționala, aceasta metoda aduce următoarele îmbunătățiri:

- este identificat un nou flux tehnologic, prin introducerea procesului de reciclare constând din concasarea betonului radioactiv si de preplasarea pietrișului rezultat in butoiul cu deșeuri;

se obțin caracteristici optime pentru mortarul preparat cu agregate fine reciclate, asigurandu-se confinarea pe termen lung a radionuclizilor;

- se obține un nou tip de produs compozit (pietriș radioactiv intr-o matrice de mortar preparat din agregate fine radioactive) cu proprietăți fizice si mecanice care pot asigura condiții optime de confinare a radionuclizilor pentru depozitarea finala.

Scopul invenției este de a gospodari eficient deseurile radioactive rezultate din domeniul nuclear, in particular de la dezafectarea de instalații nucleare, reactorul nuclear de cercetare VVR-S din cadrul Institutului Național de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara-Horia Hulubei-IFIN-HH, unde rezulta cantitati mari de beton radioactiv, acest reactor fiind prima instalație nucleara majora din tara care se dezafectaeza. Proiecte de dezafectare de instalații nucleare vor fi in viitor (2030) reactorul nuclear de cercetare tip TRIGA de la Institutul de Cercetări Nucleare de la Pitesti-Mioveni si apoi după 2050 reactoarele nuclearoelectrice de la Cernavoda,

Dr. Dragusin Mitica

Dr. Ing Deju Radu

SECRE SERVICIU ^ÎESEC^rj a 2016 00755

26/10/2016

SECRET DE/6ERVICIU

Se dau in continuare exemple de aplicare a invenției, pentru demonstrarea aplicabilității industriale si enunțarea revendicărilor.

Astfel, in Figura 1 si 2 simt prezentate fluxurile tehnologice de reciclare ale betoanelor radioactive cu bloc de beton si fara bloc de beton, cu un grad de umplere cu deseu radioactiv al coletului de minim 75%

Produsul final-compozit (pietriș radioactiv intr-o matrice de mortar obtinut cu agregate fine radioactive) etaleaza foarte bune caracteristici de confinare a radionuclizilor (index de levigare intre 7,82 si 9,84 pentru radionuclidul Cs-137 si respectiv, 11,5 si 12,3 pentru radionuclidul Co-60, fata de valoarea minima acceptata de 6)

Dr. Dragusin Mitica

26/10/2016

24-10a 2016 00755

NESECAT

SECRET DE SERVICIU

BREVET DE INVENȚIE

Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci Informatii.Clasificate

INTR,

Nr. ..>

Metoda de reciclare si reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare

Solicitând: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara-Horia Hulubei-IFIN-HH

Claims (2)

1. Metoda de reciclare si reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare caracterizata prin aceea ca prin aceasta metoda se descrie un nou flux tehnologic la reciclarea si reutilizarea betonului radioactiv dezvoltat intr-o incinta prevăzută cu ventilație si filtre de înalta eficienta (HEPA), concasoare, amestecatoare a mortarului, fluxul constând in concasarea betonului radioactiv in prima treapta sub forma de pietriș cu dimensiuni intre 16 mm si 50 mm care se va preplasa , fara bloc de beton sau cu bloc de beton in butoaie de 220 litri, fracția de pietriș cu dimensiuni mai mari de 50 mm si respectiv mai mica de 16 mm se va concasa in treapta a doua pana la dimensiuni mai mici de 5 mm care se va folosi la prepararea mortarului, gradul de umplere cu beton radioactiv ajungând la 70-75% , in final obținând un colet ce conține pietriș radioactiv intr-o matrice de mortar solidificat in butoiul metalic de 220 litri, echivalentul debitului dozei de radiații la peretele butoiului sa nu depaseasca 2 mSv/h.

2. Metoda de reciclare si reutilizare a betonului radioactiv rezultat din dezafectări ale instalațiilor radiologice si nucleare caracterizata prin aceea ca prin aceasta metoda se obțin colete care asigura confinarea pe termen lung a radionuclizilor prezenti in betoanele radioactive care au elementele constituente volumetrice ale mortarului: mortar/ciment/apa in proporția 1,3/1,0/0,55, cu continui de superplastifiant tip Glenium 27 , de 0,8-1,1 % in volume fata de volumul de ciment, iar modificatorul de vascozitate tip 150, de 0,4-0,6 % in volume fata de volumul de ciment si cu următoarele proprietăți fizico-mecanice: densitate aparenta medie 2130 kg/m , rezistenta la încovoiere medie 10,1 N/mm la forța medie aplicata de 450 daN, rezistenta la compresiune medie de 38,7 N/mm² la forța medie aplicata 6800daN.