RU2124770C1 - Radioactive ash residue vitrification technique - Google Patents

Radioactive ash residue vitrification technique Download PDF

Info

Publication number
RU2124770C1
RU2124770C1 RU97118023A RU97118023A RU2124770C1 RU 2124770 C1 RU2124770 C1 RU 2124770C1 RU 97118023 A RU97118023 A RU 97118023A RU 97118023 A RU97118023 A RU 97118023A RU 2124770 C1 RU2124770 C1 RU 2124770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ash residue
mixture
radioactive
aluminum
silicocalcium
Prior art date
Application number
RU97118023A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97118023A (en
Inventor
О.К. Карлина
Г.А. Варлакова
В.М. Тиванский
М.И. Ожован
И.А. Соболев
С.А. Дмитриев
Original Assignee
Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды filed Critical Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды
Priority to RU97118023A priority Critical patent/RU2124770C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124770C1 publication Critical patent/RU2124770C1/en
Publication of RU97118023A publication Critical patent/RU97118023A/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: recovery of ash residue products of combustion of solid radioactive wastes. SUBSTANCE: process involves mixing radioactive ash residue with powdered potassium permanganate, aluminum, and calcium-silicon alloy, initiating exothermic reaction in mixture, and cooling down the melt to monolithic state. EFFECT: reduced power requirement and time of process, increased amount of radioactive ash residue filling final product. 2 cl

Description

Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов (РАО) путем их фиксации в устойчивой твердой матрице. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть реализован при переработке зольных остатков (ЗО), образующихся при сжигании твердых радиоактивных отходов (ТРО). The inventive method relates to the field of environmental protection, and more specifically to the field of processing of radioactive waste (RAW) by fixing them in a stable solid matrix. The most effectively claimed method can be implemented in the processing of ash residues (ZO) generated during the burning of solid radioactive waste (SRW).

Известен способ обработки расплавлением золы радиоактивных отходов [1], включающий предварительное плавление в металлическом индукционном нагревателе стеклообразующего флюса, подачу в расплав золы ТРО, выдержку смеси до образования стеклоподобного материала и его охлаждение до образования монолитного продукта, направляемого на долгосрочное хранение. A known method of processing by melting ash of radioactive waste [1], including pre-melting in a metal induction heater glass-forming flux, feeding SRT ash into the melt, holding the mixture to form a glass-like material and cooling it to form a monolithic product sent for long-term storage.

Недостатками известного способа являются его неэкономичность, связанная с повышенной энергоемкостью, и сложность, связанная с многостадийностью процесса, а также большое количество образующихся вторичных отходов. The disadvantages of this method are its inefficiency associated with increased energy intensity, and the complexity associated with the multi-stage process, as well as the large amount of secondary waste generated.

Известен способ переработки золы с использованием микроволнового излучения, когда к отходам добавляют соединения железа, кальция, кремния и/или бора, которые повышают эффективность плавления золы. Полученный материал охлаждают и отправляют на захоронение [2]. A known method of processing ash using microwave radiation, when compounds of iron, calcium, silicon and / or boron are added to the waste, which increase the melting efficiency of ash. The resulting material is cooled and sent for burial [2].

Недостатком известного способа является также неэкономичность, связанная с потреблением электроэнергии и продолжительностью процесса. The disadvantage of this method is also uneconomical, associated with the consumption of electricity and the duration of the process.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ отверждения золы путем смешивания золы с неорганической добавкой, последующего нагрева и охлаждения полученного материала [3]. The closest in technical essence to the claimed method is a method of curing ash by mixing ash with an inorganic additive, subsequent heating and cooling of the obtained material [3].

Способ включает смешивание золы с неорганической добавкой, в качестве которой используется стеклофритта следующего состава, мас.%: 59 SiO2; 12 Na2O; 15 B2O3; 4,3 CaO; 7,5 ZnO; 2,2 K2O, при соотношении зола: фритта 30-40 : 60-70, нагрев смеси за счет внешнего подвода энергии до температуры 1100-1250oC, выдержку при этой температуре в течение 2 часов и охлаждение. Выдерживая указанные параметры процесса, получают стеклоподобный материал, пригодный для долгосрочного хранения.The method includes mixing ash with an inorganic additive, which is used as a glass frit of the following composition, wt.%: 59 SiO 2 ; 12 Na 2 O; 15 B 2 O 3 ; 4.3 CaO; 7.5 ZnO; 2.2 K 2 O, with an ash: frit ratio of 30-40: 60-70, heating the mixture by external energy supply to a temperature of 1100-1250 o C, holding at this temperature for 2 hours and cooling. Withstanding the specified process parameters, get a glass-like material suitable for long-term storage.

Недостатками известного способа являются:
неэкономичность, связанная с повышенной энергоемкостью процесса;
- продолжительное течение процесса, что сопровождается повышенным образованием вторичных отходов, требующих повторной переработки;
- невысокое наполнение матрицы радиоактивными отходами - 30-40 мас.%.
The disadvantages of this method are:
uneconomy associated with increased energy intensity of the process;
- a long course of the process, which is accompanied by increased formation of secondary waste requiring re-processing;
- low filling of the matrix with radioactive waste - 30-40 wt.%.

Преимуществами заявляемого способа являются:
- снижение энергозатрат за счет ведения процесса без внешнего подвода энергии;
- уменьшение течения процесса во времени;
- увеличение наполнения зольным остатком радиоактивных отходов конечного продукта.
The advantages of the proposed method are:
- reduction of energy costs due to the conduct of the process without external supply of energy;
- reduction of the process in time;
- increasing the ash content of the radioactive waste of the final product.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что в заявляемом способе зольный остаток от сжигания горючих РАО смешивают с экзотермическими компонентами при соотношении ингредиентов, мас.%:
Зольный остаток - 50-56
Перманганат калия - 20-22
Алюминий(порошок) - 4-6
Силикокальций - 18-22
Смесь зольного остатка и экзотермических компонентов помещают в стальной контейнер, поджигают, инициируя экзотермическую реакцию между компонентами, в ходе которой зольный остаток и продукты реакции переходят в расплав, после расплав охлаждают.
These advantages are achieved due to the fact that in the inventive method, the ash residue from the burning of combustible radioactive waste is mixed with exothermic components in a ratio of ingredients, wt.%:
Ash residue - 50-56
Potassium Permanganate - 20-22
Aluminum (powder) - 4-6
Silicocalcium - 18-22
A mixture of the ash residue and exothermic components is placed in a steel container, ignited, initiating an exothermic reaction between the components, during which the ash residue and reaction products pass into the melt, after the melt is cooled.

Реакция протекает в узкой зоне и самопроизвольно распространяется по веществу в виде волны горения. В волне горения развивается высокая температура, происходит образование новых соединений и выделение тепла, достаточного для образования расплава из компонентов смеси. The reaction proceeds in a narrow zone and spontaneously propagates through the substance in the form of a combustion wave. A high temperature develops in the combustion wave, the formation of new compounds and the generation of heat sufficient to form a melt from the components of the mixture.

Процесс перевода зольного остатка в стеклоподобное состояние осуществляется за счет тепла, выделяющегося в ходе окислительно-восстановительной реакции между силикокальцием, алюминием и перманганатом калия. Реакция характеризуется высоким тепловым эффектом, проходит в режиме горения и обеспечивает подъем температуры в волне горения до 1700oC.The process of converting the ash residue to the glassy state is carried out due to the heat generated during the redox reaction between silicocalcium, aluminum and potassium permanganate. The reaction is characterized by a high thermal effect, takes place in the combustion mode and provides a rise in temperature in the combustion wave to 1700 o C.

Выбор в качестве основного экзотермического компонента силикокальция объясняется тем, что, как было установлено, силикокальций способен образовывать с Al, Mg и Si - составляющими компонентами зольного остатка - алюмосиликаты типа Ca (Al2Si2), CaMgSi2O6, Ca3 (Si3O9), которые легко плавятся и хорошо совместимы со стеклофазой, что способствует улучшению качества конечного продукта за счет повышения его гомогенности.The choice of silicocalcium as the main exothermic component is explained by the fact that it has been established that silicocalcium is able to form aluminosilicates such as Ca (Al 2 Si 2 ), CaMgSi 2 O 6 , Ca 3 (Si with Al, Mg and Si as constituent components of the ash residue) 3 O 9 ), which are easy to melt and are well compatible with the glass phase, which helps to improve the quality of the final product by increasing its homogeneity.

Снижение содержания силикокальция менее 18 мас.% приведет к повышению рабочей температуры процесса и выбросу продуктов реакции вместе с радионуклидами в окружающую среду. Повышение содержания силикокальция сверх 22 мас. % приведет к неполному участию его в процессе и получению конечного продукта, непригодного для долгосрочного хранения. A decrease in silicocalcium content of less than 18 wt.% Will lead to an increase in the process temperature and the release of reaction products together with radionuclides into the environment. The increase in the content of silicocalcium over 22 wt. % will lead to incomplete participation in the process and to obtain a final product unsuitable for long-term storage.

Выбор в качестве второго компонента- восстановителя алюминия обусловлен большим выделением теплоты при его окислении. При содержании алюминия менее чем 4 мас. % тепловыделение в системе снижается, вследствие чего не происходит расплавления смеси, процесс протекает вяло, а увеличение его содержания сверх 6 мас.% ведет к увеличению тепловыделения и взрывному течению процесса. The choice as the second component of the reducing agent of aluminum is due to the large heat release during its oxidation. When the aluminum content is less than 4 wt. % heat dissipation in the system decreases, as a result of which the mixture does not melt, the process proceeds sluggishly, and an increase in its content in excess of 6 wt.% leads to an increase in heat generation and the explosive flow of the process.

Перманганат калия играет роль окислителя. Снижение содержания KMnO4 менее 20 мас.% в составе смеси приведет к понижению температуры процесса, которая не обеспечит расплавления всех компонентов смеси и образования стеклоподобного продукта, в результате чего получится пористый материал, не пригодный для долгосрочного хранения. Увеличение же его содержания сверх 22 мас.% существенно повысит тепловыделение, что приведет к разбрызгиванию расплава и опасному течению процесса.Potassium permanganate plays the role of an oxidizing agent. A decrease in the content of KMnO 4 of less than 20 wt.% In the composition of the mixture will lead to a decrease in the process temperature, which will not ensure the melting of all components of the mixture and the formation of a glass-like product, resulting in a porous material that is not suitable for long-term storage. An increase in its content in excess of 22 wt.% Will significantly increase heat generation, which will lead to spraying of the melt and a dangerous process.

Введение зольного остатка от сжигания ТРО более 60 мас.% в смесь с экзотермическими компонентами приведет к понижению температуры процесса, так как отдельные компоненты золы, включая кремнезем, оксид алюминия и гидроксилаптит, являются тугоплавкими и тепла, выделяемого в результате реакции, будет недостаточно для полного взаимодействия всех компонентов смеси, следствием чего будет неудовлетворительное качество конечного продукта. При введении зольного остатка в смесь в количестве менее 50 мас.% повысится температура процесса, что приведет к опасному течению процесса за счет повышения уноса радионуклидов. The introduction of the ash residue from the burning of SRW of more than 60 wt.% Into a mixture with exothermic components will lead to a decrease in the process temperature, since the individual components of the ash, including silica, alumina and hydroxylaptite, are refractory and the heat generated by the reaction will not be enough to completely the interaction of all components of the mixture, resulting in unsatisfactory quality of the final product. When the ash residue is introduced into the mixture in an amount of less than 50 wt.%, The process temperature will increase, which will lead to a dangerous process flow due to an increase in the entrainment of radionuclides.

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

В стальной контейнер загружают 3 кг смеси состава, мас.%: силикокальций - 20, Al-4, KMnO4 - 20. зола -56, и с помощью огнепроводящего шнура или электрического разряда инициируют экзотермическую реакцию. Затем контейнер с конечным продуктом охлаждают за счет естественного понижения температуры и направляют на захоронение.3 kg of a mixture of the composition, wt.%: Silicocalcium - 20, Al-4, KMnO 4 - 20. ash-56, is loaded into a steel container, and an exothermic reaction is initiated using a flame-retardant cord or electric discharge. Then the container with the final product is cooled by naturally lowering the temperature and sent for disposal.

Предлагаемый способ, с применением в качестве энерговыделяющих реагентов силикокальция, алюминия и перманганата калия, позволяет получить монолитный продукт, структура которого представлена аморфной стеклофазой и кристаллическими включениями (Ca2P2O7, KAlSiO4, Ca2SiO4, Na3Ca6(PO4) и др.). Водоустойчивость продукта по Na+ составляет 10-6 - 10-7 г/см2•сут, по 137Cs - 10-6 - 10-7 г/см2•сут, что вполне удовлетворяет предъявляемым требованиям. Наполнение конечного продукта компонентами РАО составляет 50-60 мас.%.The proposed method, using silicocalcium, aluminum and potassium permanganate as energy-releasing reagents, allows to obtain a monolithic product, the structure of which is represented by amorphous glass phase and crystalline inclusions (Ca 2 P 2 O 7 , KAlSiO 4 , Ca 2 SiO 4 , Na 3 Ca 6 ( PO 4 ) and others). The water resistance of the product for Na + is 10 -6 - 10 -7 g / cm 2 • days, for 137 Cs - 10 -6 - 10 -7 g / cm 2 • days, which fully meets the requirements. The filling of the final product with the components of the radioactive waste is 50-60 wt.%.

В результате проведенных испытаний было установлено, что по сравнению с прототипом
- для своей реализации способ не требует внешнего подвода энергии;
-время реализации способа сокращается в 3-4 раза;
-степень наполнения конечного продукта радиоактивными отходами возрастает в 2-2,5 раза.
As a result of tests, it was found that compared with the prototype
- for its implementation, the method does not require an external supply of energy;
-time of implementation of the method is reduced by 3-4 times;
- the degree of filling of the final product with radioactive waste increases by 2-2.5 times.

ЛИТЕРАТУРА
1. Заявка Японии N 4-50558 B4 МКИ5: G 21 F 9/30,9/32, оп. 28.02.85.
LITERATURE
1. Japanese application N 4-50558 B 4 MKI 5 : G 21 F 9 / 30.9 / 32, op. 02/28/85.

2. Заявка Японии N 55076029-A, МКИ G 21 F9/32, C 22 B 7/00, H 05 B 6/64, оп.07.06.80. 2. Japanese application N 55076029-A, MKI G 21 F9 / 32, C 22 B 7/00, H 05 B 6/64, op. 07.06.80.

3. Management of Alpha-Contaminated Wastes. IAEA. Vienna, 1981, p.339-354, C.R. Palmer, G.B. Mellinger, J.M. Rusin. 3. Management of Alpha-Contaminated Wastes. IAEA. Vienna, 1981, p. 339-354, C.R. Palmer, G. B. Mellinger, J.M. Rusin.

Claims (2)

1. Способ остекловывания радиоактивного зольного остатка, включающий смешение зольного остатка с порошкообразными компонентами, обеспечивающими его перевод в стеклообразное состояние, нагрев смеси до образования стеклорасплава и его охлаждение до получения монолитного продукта, отличающийся тем, что в качестве порошкообразных компонентов, обеспечивающих перевод зольного остатка в стеклообразное состояние, используют смесь перманганата калия, алюминия и силикокальция при общем соотношении ингредиентов, мас.%:
Радиоактивный зольный остаток - 50 - 56
Перманганат калия - 20 - 22
Алюминий - 4 - 6
Силикокальций - 18 - 22
а нагрев смеси осуществляют путем инициирования экзотермической реакции между компонентами смеси радиоактивного зольного остатка, перманганата калия, алюминия и силикокальция.
1. The method of vitrification of the radioactive ash residue, comprising mixing the ash residue with powder components, ensuring its transformation into a glassy state, heating the mixture to form a glass melt and cooling it to obtain a monolithic product, characterized in that as powder components, providing the transfer of the ash residue into glassy state, use a mixture of potassium permanganate, aluminum and silicocalcium with a total ratio of ingredients, wt.%:
Radioactive ash residue - 50 - 56
Potassium Permanganate - 20 - 22
Aluminum - 4 - 6
Silicocalcium - 18 - 22
and the mixture is heated by initiating an exothermic reaction between the components of the mixture of the radioactive ash residue, potassium permanganate, aluminum and silicocalcium.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование экзотермической реакции между компонентами смеси радиоактивного зольного остатка, перманганата калия, алюминия и силикокальция осуществляют путем поджога смеси или пропускания через смесь электрического разряда. 2. The method according to claim 1, characterized in that the initiation of an exothermic reaction between the components of the mixture of the radioactive ash residue, potassium permanganate, aluminum and silicocalcium is carried out by setting the mixture on fire or passing an electric discharge through the mixture.
RU97118023A 1997-10-27 1997-10-27 Radioactive ash residue vitrification technique RU2124770C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118023A RU2124770C1 (en) 1997-10-27 1997-10-27 Radioactive ash residue vitrification technique

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118023A RU2124770C1 (en) 1997-10-27 1997-10-27 Radioactive ash residue vitrification technique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2124770C1 true RU2124770C1 (en) 1999-01-10
RU97118023A RU97118023A (en) 1999-04-10

Family

ID=20198561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118023A RU2124770C1 (en) 1997-10-27 1997-10-27 Radioactive ash residue vitrification technique

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124770C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523844C2 (en) * 2008-07-28 2014-07-27 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Localisation of wastes by vitrification in metal containers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.R. Palmer, G.B. Mellinger, J.M.Rusin. Management of Alpha-Contaminated Wastes. IAEA, Vienna, 1981, p.339-354. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523844C2 (en) * 2008-07-28 2014-07-27 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Localisation of wastes by vitrification in metal containers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0145350B1 (en) Vitrification of asbestos waste
RU2124770C1 (en) Radioactive ash residue vitrification technique
CN1199908C (en) Artificial wallastonite and its producing method
US3937625A (en) Radio frequency preparation of pure glass
CN1238531C (en) Outside of furnace refining agent and its manufacturing method
PL179957B1 (en) Method of obtaining cement clinker
CA1146982A (en) Calcium process for manufacturing/ silicate and/or aluminate based products
RU2108633C1 (en) Radioactive waste recovery method
RU97118023A (en) METHOD FOR GLAZING RADIOACTIVE ASH RESIDUE
RU2152652C1 (en) Method and device for vitrifying radioactive ash
JP2004037458A (en) Method for fixing metallic sodium in glass form
WO1990012125A1 (en) Method for obtaining a refractory inorganic coating on the surface of an article
SU1448943A1 (en) Method of processing radioactive waste of alkali metal
RU2187158C1 (en) Method for immobilizing radioactive and toxic wastes
AU2012205190B2 (en) Waste Treatment Process
Karlina et al. Conditioning of ash residue in the reaction wave of glass-forming heterogeneous composition
RU2127460C1 (en) Method for recovering wastes of radioactive mineral-wool heat insulation of nuclear power plants
JPH0339011B2 (en)
RU2168226C1 (en) Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter
RU97101538A (en) METHOD FOR RADIOACTIVE WASTE PROCESSING
RU2170965C1 (en) Method for thermal recovery of solid ash- containing radioactive wastes
RU2183872C2 (en) Method for high-temperature recovery of spent radioactive catalysts in shaft furnace
SU1680650A1 (en) Glass
RU2168225C1 (en) Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter
JPS5491966A (en) Treatment of waste

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner