RU2106705C1

RU2106705C1 - Method for recovering radioactive soil containing fossil components

Info

Publication number: RU2106705C1
Application number: RU96124038A
Authority: RU
Inventors: А.С. Баринов; С.А. Дмитриев; Ф.А. Лифанов; А.П. Варлаков; С.В. Карлин; В.Ю. Флит
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: treatment of solid radioactive wastes by grouting them in cement. SUBSTANCE: radioactive soil containing fossil impurities is mixed up with limestone, alumina, and mineralizer. Mass proportion of ingredients in mix is as follows: radioactive soil - 50-60; limestone - 20-35; alumina - 3-4; mineralizer - the rest. Mix is roasted at 800-1100 C and crushed to specific surface area of 2500-4500 sq.cm/g. The mix is slaked with water and weathered until monolith is formed. EFFECT: improved strength and reduced volume of monolith product. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки твердых радиоактивных отходов. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован при переработке радиоактивных грунтов, имеющих в своем составе органические компоненты как искусственного, так и естественного происхождения. К первому типу таких компонентов можно отнести различные нефтепродукты, соединения полимерного типа и тому подобное, а к органическим компонентам естественного происхождения относятся в первую очередь торф, илы водоемов и другие продукты жизнедеятельности животного и растительного мира. The invention relates to the field of environmental protection, and more specifically to the field of processing of solid radioactive waste. The most effectively proposed method can be used in the processing of radioactive soils, which incorporate organic components of both artificial and natural origin. The first type of such components can be attributed to various petroleum products, polymer-type compounds, and the like, while the organic components of natural origin are primarily peat, silt of water bodies and other vital products of the animal and plant world.

Известен способ обработки загрязненного радиоактивными веществами грунта [1] , включающий обработку грунта водным раствором, содержащим карбонизированную воду, кондиционирующее вещество и комплексообразователь, растворяющий радиоактивные загрязнения. A known method of treating contaminated with radioactive substances soil [1], comprising treating the soil with an aqueous solution containing carbonated water, a conditioning agent and a complexing agent that dissolves radioactive contaminants.

Основным недостатком известного способа является его неприменимость для обработки грунтов, содержащих нерастворимые в воде радиоактивные примеси. Кроме того, при реализации известного способа происходит образование значительного количества жидких радиоактивных отходов низкой активности, требующих также специальной переработки для их перевода в отвержденное состояние, что делает способ неэкономичным. The main disadvantage of this method is its inapplicability for processing soils containing water-insoluble radioactive impurities. In addition, when implementing the known method, the formation of a significant amount of liquid radioactive waste of low activity, which also requires special processing for their transfer to the cured state, which makes the method uneconomical.

Известен также способ восстановления загрязненных твердых материалов с помощью ионообменного порошкового реагента [2], включающий обработку загрязненной тяжелыми металлами или радиоактивными веществами почвы жидкостью, в которой присутствует твердый порошкообразный реагент, обладающий ионообменными свойствами (органический полимер малой плотности в смеси с глиной и цеолитом). После очистки почву рекультивируют, а реагент направляют на регенерацию. There is also a method of recovering contaminated solid materials using an ion-exchange powder reagent [2], which includes treating a soil contaminated with heavy metals or radioactive substances with a liquid in which there is a solid powder reagent having ion-exchange properties (low density organic polymer mixed with clay and zeolite). After cleaning, the soil is reclaimed, and the reagent is sent for regeneration.

К недостаткам этого способа относятся, во-первых, его малая эффективность при обработке почв, имеющих в своем составе компоненты, обладающие сорбционными свойствами, как, например, илы или торфяники, а во-вторых, образование вторичных радиоактивных отходов, требующих специальной переработки. The disadvantages of this method include, firstly, its low efficiency in soil treatment, incorporating components having sorption properties, such as silt or peat bogs, and secondly, the formation of secondary radioactive waste requiring special processing.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ кондиционирования промаслянных грунтов [3]. The closest in technical essence to the claimed method is a method of conditioning oiled soils [3].

Суть способа заключается в том, что радиоактивный грунт, содержащий от 30 до 40% (относительно массы грунта) масел обрабатывают пластификатором, состоящим из полибициклогептена, антимоттанта и антиоксидента, после чего смесь подвергают цементированию при следующем соотношении ингредиентов, %: 37-55 цемента, 25 - 40 промаслянного грунта, 17 - 20 воды и до 20 (относительно массы грунта) пластификатора. Способ предназначен для перевода радиоактивных грунтов, содержащих органические примеси в состояние удобное для долгосрочного безопасного хранения. The essence of the method is that a radioactive soil containing from 30 to 40% (relative to the weight of the soil) of the oils is treated with a plasticizer consisting of polybicycloheptene, antimottant and antioxidant, after which the mixture is cemented in the following ratio of ingredients,%: 37-55 cement, 25 - 40 oiled soil, 17 - 20 water and up to 20 (relative to the mass of soil) plasticizer. The method is intended to transfer radioactive soils containing organic impurities to a state convenient for long-term safe storage.

Недостатками известного технического решения являются повышенный объем и невысокое качество получаемого конечного продукта, ограниченность применимости способа для переработки радиоактивных грунтов, загрязненных иными по своей физико-химической природе органическими примесями, а также пониженная экономичность. The disadvantages of the known technical solutions are the increased volume and low quality of the final product obtained, the limited applicability of the method for processing radioactive soils contaminated with organic impurities that are different in their physicochemical nature, as well as reduced efficiency.

Повышенный объем получаемого цементного камня и пониженная экономичность способа определяются использованием при его реализации готового цемента. The increased volume of the resulting cement stone and the reduced efficiency of the method are determined by the use of finished cement during its implementation.

Причиной невысокого качества, а также повышенного объема готового продукта является присутствие в получаемом цементном камне органической масляной фазы. The reason for the low quality, as well as the increased volume of the finished product, is the presence of an organic oil phase in the resulting cement stone.

Ограниченность применимости способа выражается в том, что при цементировании радиоактивных грунтов, имеющих в своем составе соединения полимерного типа (особенно в мелкодисперсном состоянии), илы (грунты со дна водоемов), торф и тому подобное из-за их существенной разнородности с цементом цементный камень будет обладать плохими физико-механическими свойствами (низкая прочность, повышенная пористость) или даже не образовываться совсем, т.е. конечный продукт будет непригоден для длительного хранения. The limited applicability of the method is expressed in the fact that when cementing radioactive soils containing polymer type compounds (especially in a finely dispersed state), silts (soils from the bottom of water bodies), peat and the like, because of their significant heterogeneity with cement, the cement stone will have poor physical and mechanical properties (low strength, increased porosity) or even not form at all, i.e. the final product will not be suitable for long-term storage.

Преимуществами заявляемого способа являются сокращение объема захораниваемого конечного продукта за счет снижения объема органической составляющей в процессе реализации способа и исключение использования готового цемента, повышение прочностных характеристик конечного продукта за счет изменения физико-химической природы органической составляющей, расширение области применения способа за счет обеспечения возможности его использования при переработке радиоактивных грунтов, загрязненных органическими компонентами, как естественного происхождения (торфом, илами водоемов), так и искусственно полученными органическими соединениями полимерного типа, а также повышение экономичности за счет исключения использования готового цемента. The advantages of the proposed method are to reduce the volume of the final product being buried by reducing the volume of the organic component during the implementation of the method and eliminating the use of finished cement, increasing the strength characteristics of the final product by changing the physicochemical nature of the organic component, expanding the scope of the method by making it possible to use in the processing of radioactive soils contaminated with organic components, as naturally th origin (peat, silts reservoirs) and artificially derived organic polymeric type compounds, as well as increasing efficiency by eliminating the use of the finished cement.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что радиоактивный грунт, содержащий органические примеси естественного и/или искусственного происхождения смешивают с известняком, глиноземом, и минерализатором. Полученную смесь обжигают при температуре 800 - 1100^oC, продукт обжига размалывают до удельной поверхности 2500 - 4500 см²/г, затворяют и выдерживают до образования монолита.These advantages are achieved due to the fact that a radioactive soil containing organic impurities of natural and / or artificial origin is mixed with limestone, alumina, and a mineralizer. The resulting mixture is fired at a temperature of 800 - 1100 ^o C, the firing product is milled to a specific surface of 2500 - 4500 cm ² / g, shut and stand until a monolith is formed.

Радиоактивный грунт, содержащий органические компоненты, известняк, глинозем и минерализатор, берут при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Радиоактивный грунт, содержащий органические компоненты - 50 - 60
Известняк (в пересчете на CaO) - 20 - 35
Глинозем - 3 - 4
Минерализатор - Остальное
Сущность способа заключается в том, что при обжиге вышеуказанной смеси происходит выгорание ее органической составляющей с образованием удаляемых летучих компонентов, а ее неорганическая часть после обжига и размола образует цементный материал, обладающий способностью при его затворении водной фазой схватываться с образованием цементного камня, в котором концентрируется основная масса радионуклидов, причем доля органической составляющей в перерабатываемом загрязненном грунте может достигать до 80 мас.%.Radioactive soil containing organic components, limestone, alumina and mineralizer, taken in the following ratio of ingredients, wt. %:
Radioactive soil containing organic components - 50 - 60
Limestone (in terms of CaO) - 20 - 35
Alumina - 3 - 4
Mineralizer - Other
The essence of the method lies in the fact that when firing the above mixture, its organic component burns out with the formation of volatile components to be removed, and its inorganic part after firing and grinding forms a cement material, which, when it is mixed with the aqueous phase, sets in to form a cement stone in which it is concentrated the bulk of radionuclides, and the proportion of the organic component in the processed contaminated soil can reach up to 80 wt.%.

При содержании какого-либо из компонентов смеси, отличного от вышеприведенного количества, не будет происходить образования вяжущего материала в процессе обжига смеси, следствием чего будет невозможность образования цементного камня на завершающей стадии способа. When any of the components of the mixture is contained other than the above amount, the formation of cementitious material will not occur during the firing process of the mixture, which will result in the inability to form cement stone at the final stage of the method.

Минимальная температура обжига, составляющая 800^oC, обусловлена тем, что при более низких температурах не будет происходить синтез вяжущего материала, а при подъеме температуры сверх 1100^oC произойдет разрушение фаз, определяющих вяжущие свойства синтезированного материала.The minimum firing temperature of 800 ^o C, due to the fact that at lower temperatures will not be the synthesis of binder material, and when the temperature rises above 1100 ^o C will be the destruction of the phases that determine the astringent properties of the synthesized material.

Размол получаемого цементного клинкера до удельной поверхности 2500 - 4500 см² г является стандартным приемом при приготовлении цементов.Grinding the resulting cement clinker to a specific surface of 2500 - 4500 cm ² g is a standard technique in the preparation of cements.

В качестве минерализатора, предназначенного для ускорения реакции разложения сырьевых компонентов и образования фаз, определяющих вяжущие свойства синтезированного материала, используют NaCl, NaNO₃, NaF, Na₂CO₃, CaCl₂, Ca(NO₃)₂, CaF₂ или их смеси в любом соотношении.As a mineralizer designed to accelerate the decomposition of raw materials and the formation of phases that determine the astringent properties of the synthesized material, NaCl, NaNO ₃ , NaF, Na ₂ CO ₃ , CaCl ₂ , Ca (NO ₃ ) ₂ , CaF ₂ or mixtures thereof are used any ratio.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

100 г радиоактивного грунта, содержащего органические примеси в количестве 40 мас.%, смешивают с известняком (в пересчете на CaO), глиноземом и минерализатором (NaF - CaF₂ = 1 : 1) в массовом соотношении 55:30:3,5:11,5. Полученную смесь нагревают до температуры 950^oC. Продукт нагрева размалывают в шаровой мельнице до величины удельной поверхности 3500 см²/г, затворяют водой при водоцементном соотношении 0,25 и выдерживают до образования монолита.100 g of radioactive soil containing organic impurities in an amount of 40 wt.%, Mixed with limestone (in terms of CaO), alumina and mineralizer (NaF - CaF ₂ = 1: 1) in a mass ratio of 55: 30: 3,5: 11 ,5. The resulting mixture is heated to a temperature of 950 ^o C. The heating product is ground in a ball mill to a specific surface area of 3500 cm ² / g, shut with water at a water-cement ratio of 0.25 and kept until a monolith is formed.

Результаты экспериментов представлены в таблице. The experimental results are presented in the table.

Как видно из табличных данных, заявляемый способ при содержании органических примесей в 1,8 раза большем, чем в прототипе позволяет сократить объем конечного продукта в среднем в 2 - 2,5 раза и повысить прочность на сжатие в 7 - 7,5 раза. Кроме того, заявляемый способ исключает применение в качестве связующего материала готового цемента, что является подтверждением вышеуказанных преимуществ заявляемого способа по сравнению с прототипом. As can be seen from the tabular data, the claimed method with a content of organic impurities of 1.8 times greater than in the prototype allows to reduce the volume of the final product by an average of 2 - 2.5 times and increase the compressive strength by 7 - 7.5 times. In addition, the inventive method excludes the use of finished cement as a binder, which is a confirmation of the above advantages of the inventive method compared to the prototype.

Claims

1. A method of processing radioactive soils containing organic components, including mixing waste with a substance that ensures their conversion to the form of a cement stone, mixing the mixture with the aqueous phase and holding until setting, characterized in that as a substance that converts waste into the form of cement stone use a mixture of limestone, alumina and mineralizer with a total content of ingredients, wt.%:
Radioactive soil containing organic components - 50 - 60
Limestone (in terms of CaO) - 20 - 35
Alumina - 3 - 4
Mineralizer - Other
then, before mixing with the aqueous phase, the resulting mixture is fired at a temperature of 800 - 1100 ^o C, and the firing product is ground to a specific surface of 2500 - 4500 cm ² / year

2. The method according to claim 1, characterized in that as a mineralizer use sodium carbonate, fluoride, chloride, sodium or calcium nitrate, as well as mixtures thereof in any ratio.