RU2137230C1 - Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials - Google Patents
Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137230C1 RU2137230C1 RU98101854A RU98101854A RU2137230C1 RU 2137230 C1 RU2137230 C1 RU 2137230C1 RU 98101854 A RU98101854 A RU 98101854A RU 98101854 A RU98101854 A RU 98101854A RU 2137230 C1 RU2137230 C1 RU 2137230C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermolysis
- evaporation
- capsule
- toxic materials
- dry residue
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к обращению с радиоактивными отходами (РАО), но может быть эффективно использовано и в др. отраслях, например, в химической промышленности для вывода из биосферы особо опасных токсикантов. The invention relates to nuclear energy, namely to the management of radioactive waste (RW), but can be effectively used in other industries, for example, in the chemical industry for the removal of especially dangerous toxicants from the biosphere.
Известен способ захоронения РАО в глубинные слои литосферы, включающий размещение твердых, тепловыделяющих материалов в герметичных, толстостенных сосудах (Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. - М.: Энергоиздат, 1983, 128 с.). A known method of disposal of radioactive waste in the deep layers of the lithosphere, including the placement of solid, heat-generating materials in sealed, thick-walled vessels (Sobolev I.A., Khomchik L.M. Disposal of radioactive waste at centralized sites. - M .: Energoizdat, 1983, 128 S. )
Недостаток этого способа-сложность изготовления сосудов и опасность их снаряжения, а также технологические трудности реализации. The disadvantage of this method is the complexity of manufacturing vessels and the danger of their equipment, as well as technological difficulties in implementation.
Известен также способ обезвреживания РАО, в том числе тепловыделяющих, водохвостовых нитратных растворов, образующихся в процессе регенерации отработанного ядерного топлива, который заключается в упаривании и термолизе жидкой фазы на поверхности расплава стекла, получении остеклованной массы и заливку последней в металлические контейнеры-капсулы, снабженные завариваемой герметизирующей крышкой (Никифиров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоиздат, 1985, с. 92-94.)
Этот способ имеет существенные недостатки: концентрация РАО ограничена по соображениям длительной стойкости стекла (матрицы), в связи с чем возрастает объем хранилищ, оборудование, необходимое для реализации известного способа отличается высокой стоимостью, высокой энергоемкостью, малой производительностью, сложностью выполнения ремонтов и образованием собственных отходов в виде футеровки печей и др. деталей, агрессивные водохвостовые растворы, предназначенные для отверждения остеклованием, должны длительное время (3-10 лет) выдерживаться в непрерывно охлаждаемых емкостях с целью понижения их радиационной опасности, что резко увеличивает как стоимость передела, так и опасность аварий с катастрофическими экологическими последствиями, длительное (в течение сотен лет) хранение остеклованных РАО даже в подземных пустотах на глубине 100-1000 м не исключает вероятности экологических катастроф в результате геологических катаклизмов и разрушения как конструкционных материалов, так и стекла под действием облучения.There is also a method for the disposal of radioactive waste, including heat-generating, water-tail nitrate solutions formed in the process of regeneration of spent nuclear fuel, which consists in evaporation and thermolysis of the liquid phase on the surface of the glass melt, obtaining vitrified mass and pouring the latter into metal capsule containers equipped with a brewed a sealing cover (Nikifirov A.S., Kulichenko V.V., Zhikharev M.I. Neutralization of liquid radioactive waste. - M .: Energoizdat, 1985, p. 92-94.)
This method has significant disadvantages: the concentration of radioactive waste is limited for reasons of long-term durability of the glass (matrix), in connection with which the storage volume increases, the equipment necessary to implement the known method is characterized by high cost, high energy intensity, low productivity, the complexity of repairs and the generation of own waste in the form of lining of furnaces and other parts, aggressive water-tail solutions intended for curing by vitrification must be able to withstand for a long time (3-10 years) stored in continuously cooled containers in order to reduce their radiation hazard, which dramatically increases both the cost of redistribution and the risk of accidents with catastrophic environmental consequences, long-term (for hundreds of years) storage of vitrified radioactive waste even in underground voids at a depth of 100-1000 m the likelihood of environmental disasters as a result of geological disasters and the destruction of both structural materials and glass under the influence of radiation.
Цель изобретения - повышение надежности, экологической безопасности и снижение затрат комплекса процедур обезвреживания РАО и др. особо опасных веществ (токсикантов). The purpose of the invention is to increase reliability, environmental safety and reduce the cost of complex procedures for the disposal of radioactive waste and other highly hazardous substances (toxicants).
Поставленная цель достигается тем, что жидкие радиоактивные и токсичные отходы порционно-последовательно заливают в капсулы, предварительно заполненные пористой керамикой и снабженные ловушкой возгонов, упаривают и проводят термолиз сухого остатка упаривания непосредственно в порах керамики, улавливая при этом возгоны паровой фазы, причем после завершения термолиза сухого остатка капсулы закупоривают. This goal is achieved by the fact that liquid radioactive and toxic waste is poured sequentially into capsules pre-filled with porous ceramics and equipped with a trap of sublimates, evaporated and thermolysis of the dry residue of evaporation directly in the pores of the ceramics, while capturing sublimates of the vapor phase, and after completion of thermolysis dry residue capsules clog.
Упаривание ведут при температуре 70-90oC, а термолиз при 700-900oC в герметичной камере при давлении в последней 0,01 - 0,05 МПа.Evaporation is carried out at a temperature of 70-90 o C, and thermolysis at 700-900 o C in a sealed chamber at a pressure in the latter of 0.01 - 0.05 MPa.
Стабилизацию продуктов термолиза в виде смеси оксидов осуществляют путем их взаимодействия с материалом керамической матрицы, что приводит к образованию термически стойкого конгломерата непосредственно в порах и микроканалах наполнителя. The stabilization of thermolysis products in the form of a mixture of oxides is carried out by their interaction with the material of the ceramic matrix, which leads to the formation of a thermally stable conglomerate directly in the pores and microchannels of the filler.
Важным звеном в осуществлении способа обезвреживания является капсула, причем внешний диаметр капсулы может колебаться в широких пределах в зависимости от состава материалов хранения, но преимущества способа наиболее полно реализуются при применении шаровых капсул, диаметром от 50 до 250 мм, что составляет 50-80% от диаметра обсадных труб типовых, т.е. наименее капиталоемких скважин, ибо только в этом случае обеспечивается свободное перемещение капсул по стволу к подземной емкости (каверне). An important link in the implementation of the method of neutralization is the capsule, and the outer diameter of the capsule can vary widely depending on the composition of the storage materials, but the advantages of the method are most fully realized when using ball capsules with a diameter of 50 to 250 mm, which is 50-80% of diameter of casing pipes, i.e. the least capital-intensive wells, because only in this case, the free movement of the capsules along the trunk to the underground tank (cavity) is ensured.
Основной особенностью способа обезвреживания РАО является то, что капсула заполнена пористой керамикой, например, из пористого корунда, легированного оксидом циркония, причем оптимальными свойствами обладают искусственные материалы ("синроки") с пористостью 50-80%. The main feature of the method of RW neutralization is that the capsule is filled with porous ceramics, for example, of porous corundum doped with zirconium oxide, and artificial materials (“synrocs”) with porosity of 50-80% have optimal properties.
Высокая пористость наполнителя обеспечивает интенсивное поглощение (впитывание) раствора. The high porosity of the filler provides intensive absorption (absorption) of the solution.
Раствор РАО заливают в капсулу через специальное отверстие, снабженное воронкой и начинают упаривать при температуре 70-90oC. При температуре менее 70oC процесс упаривания идет медленно, а при температуре более 90oC имеет место выбросы раствора.The RAW solution is poured into the capsule through a special hole equipped with a funnel and begins to evaporate at a temperature of 70-90 o C. At a temperature of less than 70 o C, the evaporation process is slow, and at a temperature of more than 90 o C there are emissions of the solution.
Заливку раствора и операцию упаривания осуществляют многократно до достижения требуемого уровня заполнения пор сухим остатком (от 1,0 до 1,5 кг/кг), после чего температуру в печи, размещенной в герметичной камере поднимают до 700-900oC для разложения (термолиза) сухого остатка в виде нитратных солей с образованием смеси оксидов нуклидов непосредственно в порах керамики (при температуре менее 700oC процесс термолиза замедлен и неполон, а при температуре выше 900oC возникают технологические осложнения).The solution is poured and the evaporation operation is carried out repeatedly until the required level of pore filling with a dry residue is achieved (from 1.0 to 1.5 kg / kg), after which the temperature in the furnace placed in a sealed chamber is raised to 700-900 o C for decomposition (thermolysis ) of the dry residue in the form of nitrate salts with the formation of a mixture of nuclide oxides directly in the pores of the ceramic (at a temperature of less than 700 o C the thermolysis process is slow and incomplete, and at a temperature above 900 o C there are technological complications).
В процессе нагрева растворов РАО имеет место испарение таких летучих компонентов как цезий, америций, техниций и др., в связи с чем для улавливания указанных возгонов-внутри блока пористой керамики устанавливают ловушку - конденсатор (на чертеже приведена фотография капсулы с наполнителем и капсула в разрезе). Ловушка экологически опасных возгонов заполнена порошком адсорбента-геттера, а над слоем адсорбента расположен слой припоя с температурой плавления 900-950oC.In the process of heating the RAW solutions, evaporation of volatile components such as cesium, americium, technitium, etc. takes place, in connection with which, to trap the specified sublimates, a trap is installed inside the porous ceramic block (a drawing shows a photograph of a capsule with filler and a sectional capsule ) The trap of environmentally hazardous sublimates is filled with adsorbent-getter powder, and above the adsorbent layer there is a solder layer with a melting point of 900-950 o C.
Иммобилизация тепловыделяющих нуклидов в пористой керамической матрице осуществляется выполнением последовательных операций в герметичной камере, стены которой служат радиационной защитой, причем в камере постоянно поддерживается давление 0,01-0,05 МПа, что исключает выход летучих вредностей в атмосферу. The immobilization of fuel nuclides in a porous ceramic matrix is carried out by sequential operations in a sealed chamber, the walls of which serve as radiation protection, and a pressure of 0.01-0.05 MPa is constantly maintained in the chamber, which eliminates the release of volatile harmful substances into the atmosphere.
Поддержание давления менее 0,01 МПа связано с удорожанием оборудования, а более 0,05 МПа увеличивает опасность прорыва токсикантов. Maintaining a pressure of less than 0.01 MPa is associated with an increase in the cost of equipment, and more than 0.05 MPa increases the risk of breakthrough toxicants.
После завершения термолиза, который сопровождается газовыделением, и восстановления вакуума в камере-температуру в печи нагрева капсул поднимают до 900-950oC, что приводит к расплавлению припоя на поверхности ловушек возгонов и ее закупорке.After the completion of thermolysis, which is accompanied by gas evolution, and the restoration of the vacuum in the chamber, the temperature in the capsule heating furnace is raised to 900-950 o C, which leads to the melting of the solder on the surface of the sublimation traps and its blockage.
Закупоренная капсула перемещается из нагревателей печи в сварочный блок, также размещенный в объеме герметичной камеры, где осуществляется соединение двух предварительно изготовленных стальных полусфер, в результате чего образуется второй слой контейнера, дополнительно защищающей керамический наполнитель, причем соединение полусфер выполняется, преимущественно, способом контактной сварки, как наиболее надежным и технологичным. The sealed capsule is transferred from the furnace heaters to the welding unit, also located in the volume of the sealed chamber, where two prefabricated steel hemispheres are connected, as a result of which a second layer of the container is formed, which additionally protects the ceramic filler, moreover, the connection of the hemispheres is carried out mainly by contact welding, as the most reliable and technologically advanced.
Последующие операции способа заключаются в перемещении двухслойных капсул через шлюз камеры ко второму сварочному блоку, с помощью которого осуществляют соединение полусфер третьего (внешнего) слоя, т.е. финишное изделие представляет собой трехслойный герметичный шаровой контейнер. The subsequent steps of the method consist in moving the two-layer capsules through the chamber lock to the second welding block, with which the hemispheres of the third (outer) layer are connected, i.e. The final product is a three-layer sealed ball container.
С целью повышения надежности способа внешний слой капсул изготовляют из жаропрочного и жаростойкого сплава, а его поверхность покрывают тонким (0,1-0,3 мм) слоем тугоплавких материалов, используя известные приемы плазменного напыления. In order to increase the reliability of the method, the outer layer of capsules is made of heat-resistant and heat-resistant alloy, and its surface is covered with a thin (0.1-0.3 mm) layer of refractory materials using known methods of plasma spraying.
Единичные капсулы, выполненные по предлагаемому способу с тепловыделением порядка 50 Вт-т (45 ккал/ч) накапливают в охлаждаемой емкости и перевозят к полигону захоронения. Single capsules made according to the proposed method with heat release of the order of 50 Wt (45 kcal / h) are stored in a cooled tank and transported to a landfill.
Конкретный пример осуществления способа. A specific example of the method.
Операция 1. B сферическую капсулу, диаметром 130 мм и объемом 1,15 л, выполненную в виде корпуса из мягкой стали, окружающего керамический наполнитель, заливали нитратный раствор РАО с тепловыделением 30-70 Вт/л, причем капсулу предварительно через шлюз вводили в герметичную камеру. Operation 1. In a spherical capsule with a diameter of 130 mm and a volume of 1.15 L, made in the form of a case made of mild steel surrounding a ceramic filler, a RAO nitrate solution with a heat release of 30-70 W / l was poured, and the capsule was previously introduced through the lock into an airtight the camera.
Капсулу помещали в печь сопротивления и нагревали до 80oC. Заливку раствора и его упаривание проводили порционно-последовательно и многократно до увеличения веса капсулы до 4,0 кг, а по достижении требуемого заполнения пор керамики сухим остатком температуру в печи поднимали до 800oC с целью разложения (термолиза) сухого остатка нитратов с образованием смеси оксидов нуклидов непосредственно в порах и микроканалах наполнителя.The capsule was placed in a resistance furnace and heated to 80 ° C. The solution was poured and evaporated in batches, sequentially and repeatedly until the weight of the capsule was increased to 4.0 kg, and upon reaching the required ceramic pore filling with a dry residue, the temperature in the furnace was raised to 800 ° C for the purpose of decomposition (thermolysis) of the dry nitrate residue with the formation of a mixture of nuclide oxides directly in the pores and microchannels of the filler.
Вредные возгоны Cs, Am и др. компонентов с высокой упругостью пара адсорбировали в слое геттера в ловушке-конденсаторе, после чего температуру в печи повысили до 950oC и выдержали в течение 0,5 ч. Это операция привела к расплавлению припоя в ловушке и закупорке капсулы.The harmful sublimates of Cs, Am, and other components with high vapor pressure were adsorbed in the getter layer in a condenser trap, after which the temperature in the furnace was raised to 950 ° C and held for 0.5 h. This operation led to the melting of the solder in the trap and clogged capsules.
Извлеченную из печи капсулу перемещали в пределах герметичной камеры к сварочному блоку, с помощью которого первичную капсулу размещали между двух стальных полусфер и соединяли последние контактной сваркой, прижимая полусферы и пропуская через них эл. ток. The capsule removed from the furnace was moved within the sealed chamber to the welding unit, with the help of which the primary capsule was placed between two steel hemispheres and connected by contact welding, pressing the hemispheres and passing electric wires through them. current.
Двуслойные, герметичные капсулы поточно через шлюз извлекали из защитной, герметичной камеры и дополнительно защищали еще одним слоем, размещая капсулу внутри полусфер из хромистого сплава, легированного вольфрамом, соединенных между собой аргонно-дуговой сваркой, причем на финишном этапе поверхность внешнего, сварно-штампованного корпуса капсулы покрывали оксидом гафния, толщиной 0,1 мм. Two-layer, sealed capsules were in-line removed through the lock from the protective, sealed chamber and additionally protected by another layer, placing the capsule inside hemispheres made of chromium alloy doped with tungsten, interconnected by argon-arc welding, and at the final stage the surface of the external, welded-stamped body capsules were coated with hafnium oxide, 0.1 mm thick.
Поточно изготовленные описанными приемами герметичные, шаровые капсулы накапливали в охлаждаемом хранилище. Hermetically sealed, spherical capsules manufactured by the described methods were accumulated in a refrigerated storage.
Дальнейшее обезвреживание РАО, размещенных (иммобилизованных) в керамических матрицах, герметично окруженных многослойными, жаропрочными, предусматривает их спуск и размещение в искусственных подземных кавернах через стволы типовых скважин, глубиной до 4-5 км и выдержку ансамбля (множества) капсул в течение времени, необходимого для разогрева подстилающих пород до твердо-жидкого состояния (1200-1250oC), что обеспечивает самопроизвольное, экологически безопасное опускание ансамбля в глубинные слои литосферы.Further neutralization of the radioactive waste placed (immobilized) in ceramic matrices, hermetically surrounded by multilayer, heat-resistant, provides for their descent and placement in artificial underground caverns through the trunks of typical wells, up to 4-5 km deep and holding the ensemble (set) of capsules for the time required for heating the underlying rocks to a solid-liquid state (1200-1250 o C), which provides spontaneous, environmentally friendly lowering of the ensemble into the deep layers of the lithosphere.
Предлагаемое решение пригодно не только для безвозвратного захоронения РАО и др. токсикантов в глубинных пластах, что исключает их выход в биосферу, но и для безопасного хранения в приповерхностных шахтах, глубиной до 100-300 м в условиях естественного воздушного охлаждения. Это позволяет сократить расходы на обслуживание хранилищ и выгодно утилизировать в течение длительного времени (30-50 лет) дешевое тепло радиоактивного распада. The proposed solution is suitable not only for the irretrievable burial of radioactive waste and other toxicants in deep seams, which excludes their entry into the biosphere, but also for safe storage in near-surface mines, with a depth of up to 100-300 m in conditions of natural air cooling. This reduces the cost of servicing the storage facilities and it is advantageous to utilize cheap heat of radioactive decay for a long time (30-50 years).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101854A RU2137230C1 (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98101854A RU2137230C1 (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2137230C1 true RU2137230C1 (en) | 1999-09-10 |
Family
ID=20201839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98101854A RU2137230C1 (en) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2137230C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444800C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Учреждение Российской академии наук Институт экспериментальной минералогии РАН | Immobilisation method of radionuclides of alkaline-earth and rare-earth elements in mineral matrix |
-
1998
- 1998-01-19 RU RU98101854A patent/RU2137230C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. -М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 92-94. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444800C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Учреждение Российской академии наук Институт экспериментальной минералогии РАН | Immobilisation method of radionuclides of alkaline-earth and rare-earth elements in mineral matrix |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1836008B1 (en) | In-container mineralization | |
US5678237A (en) | In-situ vitrification of waste materials | |
US6283908B1 (en) | Vitrification of waste with conitnuous filling and sequential melting | |
EP2856472B1 (en) | Methods of consolidating radioactive containing materials by hot isostatic pressing | |
US7429239B2 (en) | Methods for melting of materials to be treated | |
CA1207968A (en) | Containment and densification of particulate material | |
JP2004510956A (en) | Radioactive shielding compositions and methods using polymer-immobilized radioactive waste | |
US6260464B1 (en) | In-situ implosion for destruction of dangerous materials | |
RU2137230C1 (en) | Method for decontaminating liquid radioactive and toxic materials | |
US3213031A (en) | Method of sealing refractory vessel containing radioactive wastes | |
RU2137233C1 (en) | Capsule for burying radioactive wastes | |
JPH0436753B2 (en) | ||
Sobolev et al. | High temperature treatment of intermediate-level radioactive wastes-sia radon experience | |
CN110290879B (en) | Integrated ion exchange treatment and treatment system | |
WO1998044834A1 (en) | Large size, thick-walled ceramic containers | |
CA2498404C (en) | Apparatus and method for vitrification of contaminated soil or waste | |
US5494376A (en) | Method and apparatus for controlling in situ waste remediation | |
JPS6412360B2 (en) | ||
ES2343003T3 (en) | PROCEDURE FOR THE DETOXIFICATION OF AN OBJECT OF CERAMICS, GRAPHITE AND / OR CARBON CONTAMINATED WITH AT LEAST A TOXIC AGENT, ESPECIALLY RADIO-TOXIC. | |
Smith et al. | The production and dissolution of nuclear explosive melt glasses at underground test sites in the pacific region | |
JP2005164320A (en) | Fusion treatment method for radioactive incombustible solid waste | |
JP2005507494A5 (en) | ||
RU2115964C1 (en) | Method for storage of radioactive materials | |
JPH03277998A (en) | Method and equipment for solidifying treatment, storage and disposal of high level radioactive waste | |
JPS633280B2 (en) |