RU2059309C1

RU2059309C1 - Method of processing of liquid radioactive waste

Info

Publication number: RU2059309C1
Application number: RU93029577A
Authority: RU
Inventors: В.А. Сытый; Л.М. Свистова; Б.Н. Щеткин
Original assignee: Акционерное общество "Холдэкс"
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: atomic power engineering. SUBSTANCE: method refers to processing of liquid radioactive waste predominantly of low and medium levels of activity. Waste is evaporated, is mixed with sulfur and solution of liquid sodium silicate glass which mass fraction in mixture amount to 15-20 and 3-8 per cent correspondingly. Mixture is formed by pressing. Produced compound is subjected to thermal treatment at 130-140 C in bath with melt of sulfur and is encapsulated with hydrophobic mixture of rosin, paraffin and power plant slag which forms protective layer while solidifying. Produced monolithic block has high strength and water-tightness. EFFECT: enhanced safety of storage of radioactive waste. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к способам обработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), преимущественно низкого и среднего уровней активности, которые образуются на атомных электростанциях (АЭС) и предприятиях, связанных с переработкой делящихся материалов. The invention relates to nuclear energy, and in particular to methods for processing liquid radioactive waste (LRW), mainly low and medium levels of activity that are generated at nuclear power plants (NPPs) and enterprises associated with the processing of fissile materials.

При эксплуатации АЭС одной из главных задач является значительное уменьшение объемов (концентрирование) радиоактивных отходов, а также перевод их в форму, удобную для надежного длительного хранения (500-1000 лет). Для этого их концентрируют путем выпаривания, сушки и включают в различные связующие (цемент, термопластичные органические связующие, стекло). Радиоактивные отходы в твердой форме занимают меньший объем и их значительно проще, дешевле и безопаснее хранить. During operation of a nuclear power plant, one of the main tasks is to significantly reduce the volume (concentration) of radioactive waste, as well as transfer it into a form convenient for reliable long-term storage (500-1000 years). To do this, they are concentrated by evaporation, drying and included in various binders (cement, thermoplastic organic binders, glass). Solid radioactive waste is smaller and much simpler, cheaper and safer to store.

Известен способ обработки ЖРО, включающий концентрирование отходов и отверждение их с помощью цемента [1]
При этом способе обработки ЖРО объем концентратов за счет цемента увеличивается в 1,5-2 раза. Цементные блоки необходимо хранить в специальных могильниках, не допускающих контакта с водой, так как скорость выщелачивания радионуклидов из цементных блоков достаточно высока, примерно 10^-2-10^-3 г/см²·сут. Кроме того, прочность на сжатие цементных блоков составляет 2-8 МПа.A known method of processing LRW, including the concentration of waste and solidification using cement [1]
With this method of processing LRW, the volume of concentrates due to cement increases by 1.5-2 times. Cement blocks must be stored in special repositories that do not allow contact with water, since the rate of leaching of radionuclides from cement blocks is quite high, about 10 ^-2 -10 ^-3 g / cm ² · day. In addition, the compressive strength of cement blocks is 2-8 MPa.

Известен также способ обработки ЖРО на АЭС, включающий концентрирование отходов и смешение их с термопластичным органическим связующим, например битумам [2]
Битумные монолитные блоки включают до 40% радиоактивных солей, надежнее фиксируют в себе радионуклиды и могут храниться длительное время в любых хранилищах твердых отходов. Скорость выщелачивания радионуклидов из битумных блоков составляет 10^-4-10^-5 г/см²·сут.There is also a known method of processing LRW at nuclear power plants, including the concentration of waste and mixing them with a thermoplastic organic binder, such as bitumen [2]
Monolithic bitumen blocks include up to 40% of radioactive salts, they are more reliable in fixing radionuclides and can be stored for a long time in any solid waste storage facilities. The rate of leaching of radionuclides from bitumen blocks is 10 ^-4 -10 ^-5 g / cm ² · day.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки ЖРО, включающий выпаривание отходов до остаточной влажности 40-80% смешение их с глинистым материалом, содержащим незначительное количество цемента, в весовом соотношении 1:1-2:1, формование смеси, термообработку при 20-150^оС и капсулирование монолитного блока (компаунда) керамическим или металлическим защитным слоем [3]
Известный способ позволяет фиксировать в отвержденном компаунде до 50% радиоактивный солей. При этом скорость выщелачивания из такого компаунда составляет примерно 10^-6 г/см²·сут.Closest to the proposed method is the treatment of LRW, including evaporation of waste to a residual moisture content of 40-80%, mixing them with clay material containing a small amount of cement, in a weight ratio of 1: 1-2: 1, molding the mixture, heat treatment at 20-150 ^about C and encapsulation of a monolithic block (compound) with a ceramic or metal protective layer [3]
The known method allows to fix in the cured compound up to 50% of the radioactive salts. In this case, the leaching rate from such a compound is about 10 ^-6 g / cm ² · day.

Цель увеличение степени наполнения компаунда, повышение его водоустойчивости и прочности. The goal is to increase the degree of filling of the compound, increase its water resistance and strength.

Цель достигается тем, что ЖРО выпариваются до остаточной влажности 60-90% Затем их смешивают со связующим, в качестве которого используют серу и раствор жидкого натриевого стекла, массовая доля которых в смеси составляет соответственно 15-20 и 3-8% Далее смесь формуют путем прессования давлением не менее 5 МПа. Данный выбор определен требованиями на прочность компаунда и стандартами МАГАТЕ. The goal is achieved by the fact that LRW is evaporated to a residual moisture content of 60-90%. Then they are mixed with a binder, which is used as sulfur and a solution of liquid sodium glass, the mass fraction of which in the mixture is 15-20 and 3-8%, respectively. Next, the mixture is formed by pressing with a pressure of at least 5 MPa. This choice is determined by the strength requirements of the compound and the IAEA standards.

Прессованный цилиндрический компаунд подвергают термообработке при 130-140^оС в ванне с расплавом серы в течение 20-40 мин. Температурный режим определяется температурой плавления серы. Время термообработки зависит от величины компаунда. В начальный момент компаунд имеет большую плотность, чем плотность расплава серы. Но в течение 20-40 мин пребывания в ванне за счет интенсивного испарения внутренней влаги в компаунде и связанного с этим удаления части серы из него плотность последнего уменьшается, он всплывает. Характерно, что линейные размеры компаунда остаются неизменными, что достигается высокой скоростью полимеризации жидкого стекла, что гарантирует целостность структуры отвержденного компаунда.Extruded cylindrical compound is heat treated at 130-140 ^{° C} in a bath of molten sulfur over 20-40 min. The temperature regime is determined by the melting point of sulfur. The heat treatment time depends on the size of the compound. At the initial moment, the compound has a higher density than the density of the sulfur melt. But during a 20-40 min stay in the bath due to the intense evaporation of internal moisture in the compound and the associated removal of part of the sulfur from it, the density of the latter decreases, it floats up. Characteristically, the linear dimensions of the compound remain unchanged, which is achieved by the high polymerization rate of liquid glass, which ensures the integrity of the structure of the cured compound.

Всплывший компаунд извлекается из расплава и покрывается защитным слоем из гидрофобизующей смеси канифоли, парафина и энергетического шлака. The surfaced compound is removed from the melt and covered with a protective layer from a hydrophobic mixture of rosin, paraffin and energy slag.

Для этого используют цилиндрическую фторопластовую форму, диаметр которой превышает диаметр компаунда на 0,5-2 см. Предварительно дно формы покрывают гидрофобизующей смесью на величину 0,25-1 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму. Гидрофобизующую смесь готовят следующим образом: расплавляют 1-3 мас.ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10-14 мас.ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с компаундом. For this, a cylindrical fluoroplastic mold is used, the diameter of which exceeds the diameter of the compound by 0.5-2 cm. The mold bottom is preliminarily coated with a hydrophobic mixture by 0.25-1 cm. The hot cured compound is placed in the fluoroplastic mold. Water-repellent mixture is prepared as follows: melt 1-3 parts by weight rosins, add the same amount of paraffin and 10-14 parts by weight are fed into the melt with constant stirring. energy slag with a particle size distribution of less than 0.1 mm. Then this mixture is poured into a fluoroplastic form with a compound.

Либо в тех же массовых частях приготовленную сухим способом (простым смешением компонентов) смесь засыпают в форму между ее стенкой и горячим компаундом, от которого гидрофобизующая смесь расплавляется непосредственно на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы. Or, in the same mass parts, the mixture prepared by the dry method (by simple mixing of the components) is poured into the mold between its wall and the hot compound, from which the hydrophobizing mixture melts directly on its surface and, solidifying, forms a protective layer. After cooling, the compound is removed from the mold.

П р и м е р 1. В качестве имитатора ЖРО используют раствор NaNO₃ концентрацией 40 г/л (раствор 1). Раствор выпаривают до остаточной влажности 60-90% Затем его смешивают в сосуде с серой до однородной массы. Потом в тот же сосуд при непрерывном перемешивании подают раствор жидкого натриевого стекла. Массовые доли серы и стекла в смеси составляют соответственно 15 и 3% Далее смесь подвергают прессованию в цилиндрической матрице давлением 5 МПа. Прессованный цилиндрический компаунд подвергают термообработке при 130^оС в ванне с расплавом серы в течение 40 мин. В начальный момент компаунд, имеющий большую плотность, чем плотность расплава серы, погружается в расплав. Но в течение 40 мин пребывания в ванне за счет интенсивного испарения внутренней влаги в компаунде и связанного с этим удаления части серы из него плотность последнего уменьшается, он всплывает. Всплывший компаунд извлекают из расплава и капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака, которую готовят следующим образом: расплавляют 1 мас. ч. канифоли, добавляют столько же парафина и в расплав при постоянном перемешивании подают 10 мас.ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм. Этой смесью покрывают дно цилиндрической фторопластовой формы на величину 0,5 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму, диаметр которой на 1 см превышает диаметр компаунда. Затем эту смесь заливают во фторопластовую форму с компаундом. Смесь, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы. Опыты с другими соотношениями серы, раствора жидкого натриевого стекла и гидрофобизующей смеси проводились аналогично, а их результаты приведены соответственно в табл. 1 и 2.PRI me R 1. As a simulator of LRW using a solution of NaNO ₃ concentration of 40 g / l (solution 1). The solution is evaporated to a residual moisture content of 60-90%. Then it is mixed in a vessel with sulfur until a homogeneous mass. Then in the same vessel with continuous stirring serves a solution of liquid sodium glass. Mass fractions of sulfur and glass in the mixture are respectively 15 and 3%. Next, the mixture is pressed into a cylindrical matrix with a pressure of 5 MPa. Extruded cylindrical compound is heat-treated at 130 ^C in a bath of molten sulfur over 40 min. At the initial moment, a compound having a higher density than the density of the sulfur melt is immersed in the melt. But within 40 minutes of being in the bath due to the intensive evaporation of internal moisture in the compound and the associated removal of part of the sulfur from it, the density of the latter decreases, it floats up. The surfaced compound is removed from the melt and encapsulated by a hydrophobic mixture of rosin, paraffin and energy slag, which is prepared as follows: 1 wt. including rosins, add the same amount of paraffin, and 10 parts by weight are fed into the melt with constant stirring. energy slag granulometric composition of less than 0.1 mm This mixture covers the bottom of a cylindrical fluoroplastic form by 0.5 cm. The hot cured compound is placed in a fluoroplastic form, the diameter of which is 1 cm larger than the diameter of the compound. Then this mixture is poured into a fluoroplastic form with a compound. The mixture, solidifying, forms a protective layer. After cooling, the compound is removed from the mold. Experiments with other ratios of sulfur, a solution of liquid sodium glass, and a hydrophobizing mixture were carried out similarly, and their results are given in table. 1 and 2.

П р и м е р 2. В качестве имитатора ЖРО используют раствор (раствор 2), содержащий в своем составе, г/л: NaNO₃ 40 Na₂CO₃ 6,8 NaF 4,5 Fe(NО₃)₃ 0,6 Al(NO₃)₃ 0,6 Na₂C₂O₄ 7,0 Органические вещества 0,6
Раствор выпаривают до остаточной влажности 60-90% Затем его смешивают в сосуде с серой до однородной массы. Потом в тот же сосуд при непрерывном перемешивании подают раствор жидкого натриевого стекла. Массовые доли серы и стекла в смеси составляют соответственно 20 и 8% Далее смесь подвергают прессованию в цилиндрической матрице давлением 5 МПа. Прессованный цилиндрический компаунд подвергают термообработке при 140^оС в ванне с расплавом серы в течение 20 мин. В начальный момент компаунд, имеющий большую плотность, чем плотность расплава серы, погружается в расплав. Но в течение 20 мин пребывания в ванне за счет интенсивного испарения внутренней влаги в компаунде и связанного с этим удаления части серы из него плотность последнего уменьшается, он всплывает. Всплывший компаунд извлекают из раствора и капсулируют гидрофобизующей смесью канифоли, парафина и энергетического шлака, которую готовят следующим образом: 3 мас.ч. канифоли, столько же парафина и 14 мас. ч. энергетического шлака гранулометрическим составом менее 0,1 мм перемешивают сухим способом. Этой смесью покрывают дно цилиндрической фторопластовой формы на величину 0,5 см. Горячий отвержденный компаунд помещают во фторопластовую форму, диаметр которой на 1 см превышает диаметр компаунда. Затем эту смесь засыпают в форму между ее стенкой и горячим компаундом, от которого смесь расплавляется непосредственно на его поверхности и, застывая, образует защитный слой. После остывания компаунд извлекают из формы. Опыты с другим соотношениями серы, раствора жидкого натриевого стекла и гидрофобизующей смеси проводились аналогично, а их результаты приведены соответственно в табл. 1 и 2.PRI me R 2. As a simulator of LRW using a solution (solution 2) containing in its composition, g / l: NaNO ₃ 40 Na ₂ CO ₃ 6.8 NaF 4,5 Fe (NO ₃ ) ₃ 0, 6 Al (NO ₃ ) ₃ 0.6 Na ₂ C ₂ O ₄ 7.0 Organic matter 0.6
The solution is evaporated to a residual moisture content of 60-90%. Then it is mixed in a vessel with sulfur until a homogeneous mass. Then in the same vessel with continuous stirring serves a solution of liquid sodium glass. Mass fractions of sulfur and glass in the mixture are respectively 20 and 8%. Next, the mixture is subjected to pressing in a cylindrical matrix with a pressure of 5 MPa. Extruded cylindrical compound is heat-treated at 140 ^C in a bath of molten sulfur over 20 minutes. At the initial moment, a compound having a higher density than the density of the sulfur melt is immersed in the melt. But during a 20-minute stay in the bath due to the intense evaporation of internal moisture in the compound and the associated removal of part of the sulfur from it, the density of the latter decreases, it floats up. The surfaced compound is removed from the solution and encapsulated by a hydrophobic mixture of rosin, paraffin and energy slag, which is prepared as follows: 3 parts by weight rosins, the same amount of paraffin and 14 wt. including energy slag with a particle size distribution of less than 0.1 mm is mixed in a dry way. This mixture covers the bottom of a cylindrical fluoroplastic mold by 0.5 cm. The hot cured compound is placed in a fluoroplastic mold whose diameter is 1 cm greater than the diameter of the compound. Then this mixture is poured into the mold between its wall and the hot compound, from which the mixture melts directly on its surface and, solidifying, forms a protective layer. After cooling, the compound is removed from the mold. Experiments with different ratios of sulfur, a solution of liquid sodium glass and a hydrophobizing mixture were carried out similarly, and their results are shown in table. 1 and 2.

Claims

1. METHOD FOR TREATING LIQUID RADIOACTIVE WASTE, including evaporation of waste, mixing it with a binder, molding the mixture, heat treating the compound at 130-140 ^° C and encapsulating it with a protective layer, characterized in that sulfur and liquid sodium glass solution, mass fractions are used as a binder which in the mixture are respectively 15 20% and 3 8%, the mixture is molded by pressing, the heat treatment of the compound is carried out in a bath with sulfur melt, and the protective layer is made of a hydrophobic mixture of rosin, paraffin and energy who slag.

2. The method according to p. 1, characterized in that in the hydrophobizing mixture of rosin, paraffin and energy slag are used in the ratio (parts by weight) 1 - 3 1 3 10 14.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the heat treatment of the compound is carried out for 20 to 40 minutes