RU2065220C1 - Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов - Google Patents
Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065220C1 RU2065220C1 RU94009492A RU94009492A RU2065220C1 RU 2065220 C1 RU2065220 C1 RU 2065220C1 RU 94009492 A RU94009492 A RU 94009492A RU 94009492 A RU94009492 A RU 94009492A RU 2065220 C1 RU2065220 C1 RU 2065220C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- graphite
- titanium
- combustion
- highly active
- Prior art date
Links
Abstract
Использование: в области переработки высокоактивных графитсодержащих отходов. Сущность изобретения: графитсодержащие отходы измельчают, вводят титан и/или алюминий, диоксид титана и/или диоксид кремния, размещают смесь в герметичный реактор, инициируют реакцию горения. Горячий продукт синтеза компактируют в процессе горения или после горения смеси, а затем направляют на дальнейшее захоронение. Полученный продукт представляет собой высокоплотный термически и химически стойкий компактный керамический материал с прочно зафиксированными радионуклидами. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к технологии переработки высокоактивных графитсодержащих отходов (ВГО), образующихся при разгерметизации топливных элементов и содержащих продукты ядерного горючего и продукты его деления.
Известен способ переработки твердых радиоактивных отходов, содержащих углерод (бумага, ветошь, пластмасса, резина и т.д.), включающий измельчение отходов, их сжигание в камерных печах футерованными огнеупорными материалами в кислородсодержащей атмосфере, выгрузку золы с последующим ее захоронением и очистку дымовых отходящих газов до допустимой дозы радиации ( И.А. Соболева и Л.М. Хомчика. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах,М. Энергоатомиздат, 1983, с. 20).
Способ отличается сложным аппаратурным оформлением, низкой очисткой дымовых газов, недостаточно полным окислением органической части отходов, экологически небезопасен и не может быть использован для переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов.
Наиболее близким техническим решением является способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов, включающий измельчение твердых высокоактивных графитсодержащих отходов, их окисление и доокисление в режиме беспламенного горения в потоке воздуха при температуре 620-680oC, отделение отходящих аэрозольсодержащих газов от высокоактивного аэрозоля последовательными операциями десублимации-сублимации, абсорбирование очищенного углекислого газа раствором гидроокиси кальция, при этом высокоактивный аэрозоль после подпитки газообразным кислородом направляют на стадию окисления в голову процесса (авт.св.СССР N 17118277 А1, G 21 F 9/32, опубл. 07.03.92, БИ N 9).
Изобретение позволяет локализовать радионуклиды при одновременном обеспечении безопасности окружающей среды, однако способ сложен для реализации и многостадиен.
Целью изобретения является создание экологически чистого и технологичного способа переработки высокоактивных графитсодержащих отходов в виде термически и химически стойкого компактного керамического материала с прочной фиксацией радионуклидов и безопасного для захоронения.
Цель достигается тем, что способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов включает измельчение отходов, дополнительное введение в измельченные отходы титана или алюминия в качестве энергоносителя, и диоксида титана и/или диоксида кремния, в качестве оксида карбидообразующего элемента, термическую обработку приготовленной смеси в герметичном реакторе в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) путем инициирования реакции горения смеси, компактирование продукта синтеза в процессе горения или после горения смеси, при этом содержание компонентов приготовленной смеси берут в количестве достаточном для полного связывания графита в процессе горения с образованием высокоплотного продукта для экологически безопасного захоронения.
Сущность способа заключается в следующем: готовят исходную смесь из измельченных порошков высокоактивных графитсодержащих отходов алюминия и/или титана в качестве энергоносителя и диоксида кремния и/или титана в качестве оксида карбидообразующего элемента. Приготовленную экзотермическую смесь порошков уплотняют и размещают на дно реактора СВС в пресс-форме или газостате, герметизируют реактор. Термическую обработку приготовленной смеси проводят в режиме СВС путем локального инициирования реакции горения компонентов смеси подачей кратковременного импульса тока через вольфрамовую спираль, находящуюся в контакте со смесью. В результате инициирования смеси начинается реакция взаимодействия компонентов, не требующая использования внешних источников нагрева. Реакции СВС в зависимости от используемых исходных компонентов, которые берут в количестве, необходимом для полного связывания графита в перерабатываемых отходах (Сотх. и осуществления процесса горения, могут быть представлены в следующем виде:
Al+TiO2+Cотх_→ Al2O3+TiC+Q (1)
Al+SiO2+Cотх_→ Al2O3+SiC+Q (2)
Ti+SiO2+Cотх_→ TiC+TiO2+SiC+Q (3)
Ti+Al+TiO2+Cотх_→ TiC+Al2O3+Q (4)
TiC+Al2O3+TiO2+Q (5)
В результате взаимодействия компонентов по одной из приведенных выше схем температура реакции может достигнуть до 3000oC, в таких условиях графит полностью связывается в соответствующий карбид и вместе с содержащимися в нем радиоактивными нуклидами, например, плутония и урана, равномерно распределяются и прочно фиксируются в матрице продукта синтеза.
Al+TiO2+Cотх_→ Al2O3+TiC+Q (1)
Al+SiO2+Cотх_→ Al2O3+SiC+Q (2)
Ti+SiO2+Cотх_→ TiC+TiO2+SiC+Q (3)
Ti+Al+TiO2+Cотх_→ TiC+Al2O3+Q (4)
TiC+Al2O3+TiO2+Q (5)
В результате взаимодействия компонентов по одной из приведенных выше схем температура реакции может достигнуть до 3000oC, в таких условиях графит полностью связывается в соответствующий карбид и вместе с содержащимися в нем радиоактивными нуклидами, например, плутония и урана, равномерно распределяются и прочно фиксируются в матрице продукта синтеза.
Горячий продукт синтеза (для придания ему компактной формы) подвергают уплотнению (компактированию) путем воздействия внешнего давления в процессе или после горения смеси. Величина давления зависит от состава исходной смеси и, как правило, не превышает 400 МПа, а время воздействия давления не превышает 60 с. После уплотнения горячего продукта синтеза давления снижают, реактор с содержимым охлаждают, извлекают высокоплотный продукт и направляют его на захоронение.
Пример 1. Готовят экзотермическую смесь из измельченных: графитсодержащих отходов 11 мас. энергоносителя алюминия 33 мас. диоксида кремния 56 мас. помещают в реактор СВС, герметизируют реактор, продувают аргоном, инициируют реакцию горения и после инициирования сразу же горячий продукт синтеза в реакторе компактируют, воздействуя на него давлением 20,0 МПа до полной гомогенизации целевого материала. Затем давление снижают, содержимое реактора охлаждают в течение 30 мин. Извлеченный продукт синтеза представляет собой высокоплотный (пористость ≈ 8%) материал из оксида алюминия и карбида кремния, в котором равномерно распределены и прочно зафиксированы радионуклиды. Полученный продукт экологически безопасен для захоронения.
Пример 2. Готовят экзотермическую смесь из измельченных: графитсодержащих отходов 20 мас. энергоносителя титана 60 мас. и диоксида кремния 20 мас. помещают в реактор СВС, герметизируют реактор, продувают аргоном, инициируют реакцию горения и через 10 с после прохождения волны горения горячий продукт синтеза компактируют воздействием на него внешнего давления 200 МПа в течение 20 с. После чего давлением снижают, содержимое реактора охлаждают. Извлеченный продукт синтеза представляет собой высокоплотный материал (пористость не более 2%) из карбидов титана, кремния и оксида титана, в котором равномерно распределены и прочно зафиксированы радионуклиды. Продукт синтеза готов для экологически безопасного захоронения.
В указанных и последующих примерах приготовленную смесь уплотняют и размещают в стальную пресс-форму или газостат, а затем в реактор СВС.
Пример 3. Все, как в примере 2, но графитсодержащих отходов 6 мас. алюминия 20 мас. и диоксида титана 74 мас. Давление компактирования горячего продукта синтеза 5 МПа. Извлеченный продукт представляет собой высокоплотный кристаллический материал из оксидов алюминия и титана, карбида титана, в матрице которого прочно зафиксированы радионуклиды. Продукт готов для экологически безопасного захоронения.
Приведенные примеры описания не ограничивают возможность способа, в частности, использования смеси алюминия и титана, использования других оксидов, таких как ZrO2, HfO2, т.е. любых оксидов карбидообразующего элемента или их смесей. Количество ВГО может достигать до 30%
Таким образом, предлагаемый способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов обеспечивает за несколько минут полноту превращения графита и радионуклидов в высокоплотный компактный материал полностью готовый для экологически безопасного захоронения, при этом минимальные затраты электроэнергии за счет использования тепла экзотермической реакции значительно упрощают и удешевляют технологию. Простота и надежность оборудования позволяют широко регулировать объемы производства и увеличивают производительность труда.
Таким образом, предлагаемый способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов обеспечивает за несколько минут полноту превращения графита и радионуклидов в высокоплотный компактный материал полностью готовый для экологически безопасного захоронения, при этом минимальные затраты электроэнергии за счет использования тепла экзотермической реакции значительно упрощают и удешевляют технологию. Простота и надежность оборудования позволяют широко регулировать объемы производства и увеличивают производительность труда.
СВЧ-процесс управляем, изменяя режимы горения: температуру, давление, соотношение компонентов можно в широких пределах регулировать состав получаемых целевых продуктов.
Claims (2)
1. Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов, включающий измельчение отходов и их термическую обработку, отличающийся тем, что в измельченные отходы дополнительно вводят титан и/или алюминий в качестве энергоносителя и оксид карбидообразующего элемента, термическую обработку приготовленной смеси проводят в герметичном реакторе в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования реакции горения компонентов смеси с последующим компактированием продукта синтеза в процессе или после горения смеси, при этом компоненты смеси берут в количестве, достаточном для полного связывания графита в процессе горения с образованием высокоплотного продукта для экологически безопасного захоронения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве оксида карбидообразующего элемента используют преимущественно диоксид титана и/или кремния.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94009492A RU2065220C1 (ru) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94009492A RU2065220C1 (ru) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94009492A RU94009492A (ru) | 1995-12-27 |
| RU2065220C1 true RU2065220C1 (ru) | 1996-08-10 |
Family
ID=20153702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94009492A RU2065220C1 (ru) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065220C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482908C2 (ru) * | 2007-07-27 | 2013-05-27 | Игнайт Энерджи Ресорсиз Пти Лтд | Способ и устройство для превращения органического материала в продукт |
| RU2486617C1 (ru) * | 2009-03-11 | 2013-06-27 | Электрисите Де Франс | Обработка углеродсодержащих радиоактивных отходов |
| RU2552259C2 (ru) * | 2013-06-10 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные транспортные системы" | Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления |
| RU2580818C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов | Способ переработки облученного реакторного графита |
| WO2020106181A1 (ru) | 2018-11-21 | 2020-05-28 | Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" | Способ дезактивации элемента конструкции ядерного реактора |
-
1994
- 1994-03-18 RU RU94009492A patent/RU2065220C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах.- М.: Энергоатомиздат, 1983, с.20. 2. Авторское свидетельство СССР N 17118277, кл. G 21F 9/32, 1992. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482908C2 (ru) * | 2007-07-27 | 2013-05-27 | Игнайт Энерджи Ресорсиз Пти Лтд | Способ и устройство для превращения органического материала в продукт |
| RU2486617C1 (ru) * | 2009-03-11 | 2013-06-27 | Электрисите Де Франс | Обработка углеродсодержащих радиоактивных отходов |
| RU2552259C2 (ru) * | 2013-06-10 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерные транспортные системы" | Способ переработки бытовых и производственных отходов в печное топливо и углеродное вещество и устройство для его осуществления |
| RU2580818C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов | Способ переработки облученного реакторного графита |
| WO2020106181A1 (ru) | 2018-11-21 | 2020-05-28 | Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях" | Способ дезактивации элемента конструкции ядерного реактора |
| KR20210094460A (ko) | 2018-11-21 | 2021-07-29 | 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” | 핵 원자로 구조 요소에 대한 오염 제거 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2239899C2 (ru) | Способ обработки радиоактивного графита | |
| US4760585A (en) | Method and furnace for removing toxic, especially radioactive wastes | |
| EP0111697A1 (en) | Thermal conversion of wastes | |
| JPS6046394B2 (ja) | 高レベル放射性廃液のガラスによる固化処理方法 | |
| JPS5990100A (ja) | 粒状物質の包囲および高密度化 | |
| RU2065220C1 (ru) | Способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов | |
| JPS63198899A (ja) | 放射性廃液の処理方法 | |
| Yamasaki et al. | Immobilization of radioactive wastes in hydrothermal synthetic rock: Lithification of silica powder | |
| JPS6323518B2 (ru) | ||
| JPH03333B2 (ru) | ||
| Ojovan et al. | Thermochemical processing using powder metal fuels of radioactive and hazardous waste | |
| JPS58106492A (ja) | 原子炉核燃料要素にあって核燃料から構造用黒鉛を分離する方法 | |
| WO2021019319A1 (en) | Method for obtaining nanoparticulated ashes of actinide, lanthanide, metal and non-metal oxides from a nitrate solution or from a nitrate, oxide, metal and non-metal suspension | |
| RU2242814C1 (ru) | Способ переработки отходов реакторного графита | |
| JP3858469B2 (ja) | 硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法 | |
| Karlina et al. | Immobilization of carbon-14 from reactor graphite waste by use of self-sustaining reaction in the C–Al–TiO2 system | |
| Karlina et al. | Thermodynamic Analysis and Experimental Investigation of Phase Equilibria in the Thermochemical Reprocessing of Irradiated Graphite in the C–Al–TiO2 System | |
| RU2123214C1 (ru) | Способ переработки твердых радиоактивных отходов | |
| RU2176830C2 (ru) | Способ переработки твердых высокоактивных отходов | |
| JPH02122109A (ja) | 都市ごみ焼却灰の処理方法 | |
| Ojovan et al. | Self-sustaining reactions for the processing technologies of chemically stable matrices incorporating carbon and zirconium wastes | |
| RU2065216C1 (ru) | Способ обезвреживания радиоактивных отходов переменного состава | |
| KR19990026212A (ko) | 가연성 및 비가연성 방사성폐기물의 고온용융 처리시스템 및 방 법 | |
| RU2192057C1 (ru) | Способ переработки отходов реакторного графита и устройство для его реализации | |
| Barinova et al. | Self-propagating high-temperature synthesis for disposal of radioactive waste |