RU2168225C1 - Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter - Google Patents
Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168225C1 RU2168225C1 RU99122782A RU99122782A RU2168225C1 RU 2168225 C1 RU2168225 C1 RU 2168225C1 RU 99122782 A RU99122782 A RU 99122782A RU 99122782 A RU99122782 A RU 99122782A RU 2168225 C1 RU2168225 C1 RU 2168225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radioactive
- glass melt
- cooled metal
- metal induction
- induction melter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к переработке радиоактивных отходов (РАО). Наиболее эффективно заявляемый способ может быть использован при остекловывании твердых РАО с последующим охлаждением расплава до получения монолитного конечного продукта, пригодного для долгосрочного хранения. The invention relates to the protection of the environment, and more specifically to the processing of radioactive waste (RAW). The most effectively claimed method can be used for vitrification of solid radioactive waste with subsequent cooling of the melt to obtain a monolithic final product suitable for long-term storage.
Известен способ остекловывания радиактивных отходов в керамической электропечи прямого нагрева [1], включающий подачу в керамическую электропечь прямого нагрева стеклобоя, включение пусковых нагревателей, разогрев электропечи до температуры, при которой стекломасса начинает пропускать электроток, подачу напряжения на электроды, разогрев стекломассы до рабочей температуры, демонтаж пусковых нагревателей, подачу РАО вместе со стеклообразователями на поверхность стеклорасплава до заполнения рабочего объема электропечи, слив образовавшегося радиоактивного стеклорасплава в контейнер и его охлаждение до образования конечного продукта, пригодного для долгосрочного хранения. A known method of vitrification of radioactive waste in a direct heating ceramic electric furnace [1], which includes supplying a direct cullet to a ceramic electric furnace, switching on start-up heaters, heating the electric furnace to a temperature at which the glass melt begins to pass an electric current, applying voltage to the electrodes, heating the glass melt to operating temperature, dismantling of starting heaters, supply of radioactive waste together with glass-forming agents to the surface of the glass melt until the working volume of the electric furnace is filled, draining the resulting radioactive molten glass into a container and cooling it to form a final product suitable for long-term storage.
Недостатками известного способа являются:
- его повышенная продолжительность, связанная с повышенной длительностью операции предварительного разогрева электропечи пусковыми нагревателями до температуры, при которой стекломасса начинает пропускать электроток;
- повышенное суммарное содержание летучих форм радионуклидов в отходящих газах.The disadvantages of this method are:
- its increased duration associated with the increased duration of the operation of preheating the electric furnace with starting heaters to a temperature at which the glass melt begins to pass electric current;
- increased total content of volatile forms of radionuclides in the exhaust gases.
Известен способ остекловывания радиоактивных отходов в неохлаждаемом металлическом индукционном плавителе [2] , включающий подачу тока высокой частоты на индуктор, разогрев металлического индукционного плавителя до рабочей температуры, последующую подачу в него РАО вместе со стеклообразователями, их плавление, заполнение образующимся радиоактивным стеклорасплавом рабочего объема металлического индукционного плавителя, выдержку радиоактивного стеклорасплава до его гомогенизации, слив радиоактивного стеклорасплава в контейнер и его охлаждение до образования конечного продукта, пригодного для долгосрочного хранения. A known method of vitrification of radioactive waste in an uncooled metal induction melter [2], comprising supplying a high frequency current to the inductor, heating the metal induction melter to operating temperature, subsequent supply of radioactive waste together with glass-forming agents, their melting, filling of the working volume of the metal induction metal with the generated radioactive melt melting, exposure of the radioactive glass melt to its homogenization, draining of the radioactive glass melt into a container and e on cooling to form the final product, suitable for long-term storage.
Недостатками известного способа являются:
- его повышенные удельные энергозатраты, связанные с повышенными тепловыми потерями в окружающую среду;
- повышенное суммарное содержание летучих форм радионуклидов в отходящих газах.The disadvantages of this method are:
- its increased specific energy costs associated with increased heat loss to the environment;
- increased total content of volatile forms of radionuclides in the exhaust gases.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ остекловывания радиоактивных отходов в охлаждаемом металлическом индукционном плавителе [3], включающий подачу тока высокой частоты на индуктор охлаждаемого металлического индукционного плавителя, загрузку в охлаждаемый металлический индукционный плавитель порции радиоактивной шихты (смеси стеклообразователей с РАО) с добавкой электропроводящего материала (графита, металлической стружки, магнетитовой пасты или металлического короткозамкнутого контура), ее плавление до образования радиоактивного стартового стеклорасплава [4] , подачу на радиоактивный стартовый стеклорасплав радиоактивной шихты со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление, заполнение радиоактивным стеклорасплавом рабочего объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя (в данном конкретном случае он составляет 0,75 полного объема плавителя, однако в зависимости от формы плавителя размер рабочего объема может быть отличен от вышеуказанной величины) и слив радиоактивного стеклорасплава через сливной узел. The closest in technical essence to the claimed method is a method of vitrification of radioactive waste in a cooled metal induction melter [3], which includes applying a high frequency current to the inductor of the cooled metal induction melter, loading a portion of the radioactive charge (a mixture of glass-forming materials with radioactive waste) into the cooled metal induction melter the addition of an electrically conductive material (graphite, metal shavings, magnetite paste or metal short-circuited circuit ), its melting to form a radioactive starting glass melt [4], supplying a radioactive charge to a radioactive starting glass melt at a rate ensuring its full melting, filling the working volume of the cooled metal induction melter with radioactive glass melt (in this particular case, it is 0.75 of the total melter volume , however, depending on the shape of the melter, the size of the working volume may be different from the above value) and the discharge of the radioactive glass melt through the drain oh knot.
Недостатками известного способа являются:
- пониженная удельная производительность, связанная с повышенной продолжительностью плавления радиоактивной шихты вследствие пониженной величины поверхности стеклорасплава (т. к. плавление загружаемой в охлаждаемый металлический индукционный плавитель радиоактивной шихты до стеклообразного состояния происходит на верхнем расплавленном упругом слое поверхности уже присутствующего в нем радиоактивного стеклорасплава, имеющем более низкую температуру, чем температура основной массы радиоактивного стеклорасплава, а скорость плавления пропорциональна величине этой поверхности);
- повышенное суммарное количество присутствующих в отходящих из охлаждаемого металлического индукционного плавителя газах летучих форм радионуклидов.The disadvantages of this method are:
- reduced specific productivity associated with increased duration of melting of the radioactive charge due to the reduced surface size of the glass melt (since melting the radioactive charge loaded into a cooled metal induction melter to a glassy state occurs on the upper molten elastic layer of the surface of the already existing radioactive glass melt having more than lower temperature than the temperature of the bulk of the radioactive molten glass, and the melting rate Nia proportional to the magnitude of the surface);
- increased total amount of volatile forms of radionuclides present in the exhaust gases from the cooled metal induction melter.
Преимуществами заявляемого способа являются одновременное повышение его удельной производительности, а также снижение суммарного количества присутствующих в отходящих из охлаждаемого металлического индукционного плавителя газах летучих форм радионуклидов. The advantages of the proposed method are the simultaneous increase in its specific productivity, as well as a decrease in the total amount of volatile forms of radionuclides present in the exhaust gases from the cooled metal induction melter.
Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемый способ остекловывания радиоактивных отходов в охлаждаемом металлическом индукционном плавителе включает подачу тока высокой частоты на индуктор охлаждаемого металлического индукционного плавителя, загрузку в охлаждаемый металлический индукционный плавитель порции радиоактивной шихты (смеси стеклообразователей с РАО) с добавкой электропроводящего материала (графита, металлической стружки, магнетитовой пасты или металлического короткозамкнутого контура), ее плавление до образования радиоактивного стартового стеклорасплава, подачу на радиоактивный стартовый стеклорасплав радиоактивной шихты со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление, до заполнения радиоактивным стеклорасплавом объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя, равного V, удовлетворяющего условию 0,3Vп≅V< Vраб, где Vп - полный объем охлаждаемого металлического индукционного плавителя, а Vраб - рабочий объем охлаждаемого металлического индукционного плавителя, последующую подачу на полученный радиоактивный стеклорасплав, в центр его поверхности, смеси радиоактивной шихты с твердым кусковым алюмосиликатным материалом со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление до заполнения радиоактивным стеклорасплавом всего рабочего объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя и слив радиоактивного стеклорасплава через сливной узел, причем плотность твердого кускового алюмосиликатного материала больше плотности радиоактивной шихты, весовое соотношение между радиоактивной шихтой и твердым кусковым алюмосиликатным материалом составляет 10:1, а эффективный диаметр кусков алюмосиликатного материала составляет 2-5 см.These advantages are provided due to the fact that the inventive method of vitrification of radioactive waste in a cooled metal induction melter includes applying a high frequency current to the inductor of the cooled metal induction melter, loading a portion of the radioactive charge (a mixture of glass-forming materials with radioactive waste) into the cooled metal induction melter with the addition of an electrically conductive material ( graphite, metal shavings, magnetite paste or metal short-circuited contour), its melt prior to the formation of a radioactive starting glass melt, supplying a radioactive charge to a radioactive starting glass melt at a rate ensuring its full melting, before filling with a radioactive glass melt the volume of the cooled metal induction melter equal to V, satisfying the condition 0.3V p ≅V <V slave , where V p - the total volume of the cooled metal induction melter and slave V - working volume of a cooled metal induction melter, subsequent to feeding the resulting radioactive glass melt, in the center of its surface, of a mixture of a radioactive charge with a solid lump of aluminosilicate material with a speed ensuring its complete melting before filling with a radioactive glass melt the entire working volume of the cooled metal induction melter and draining of the radioactive glass melt through a drainage unit, the density of the solid lump aluminosilicate material being higher than the density of the radioactive charge, the weight ratio between the radioactive charge and solid lump aluminosilicate material th is 10: 1, and the effective diameter of the aluminosilicate material pieces of 2-5 cm.
Отличительными признаками заявляемого способа являются следующие:
- подачу на радиоактивный стартовый стеклорасплав радиоактивной шихты осуществляют до заполнения радиоактивным стеклорасплавом объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя, равного V, удовлетворяющего условию 0,3 Vп≅V<Vраб, где Vп - полный объем охлаждаемого металлического индукционного плавителя, а Vраб - рабочий объем охлаждаемого металлического индукционного плавителя, после чего на полученный радиоактивный стеклорасплав, в центр его поверхности, подают смесь радиоактивной шихты с твердым кусковым алюмосиликатным материалом со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление:
- плотность твердого кускового алюмосиликатного материала больше плотности радиоактивной шихты, весовое соотношение между радиоактивной шихтой и твердым кусковым алюмосиликатным материалом составляет 10:1, а эффективный диаметр кусков твердого алюмосиликатного материала составляет 2-5 см.Distinctive features of the proposed method are the following:
- feeding the radioactive charge to the radioactive starting glass melt before filling with the radioactive glass melt the volume of the cooled metal induction melter equal to V, satisfying the condition 0.3 V p ≅ V <V slave , where V p is the total volume of the cooled metal induction melter, and V slave is the working volume of the cooled metal induction melter, after which a mixture of radioactive charge with solid lump aluminosilicate is fed to the resulting radioactive glass melt, in the center of its surface aterialom at a rate to its full meltdown:
- the density of the solid bulk aluminosilicate material is greater than the density of the radioactive charge, the weight ratio between the radioactive charge and the solid bulk aluminosilicate material is 10: 1, and the effective diameter of the pieces of solid aluminosilicate material is 2-5 cm.
Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.
Сначала в корпус охлаждаемого металлического индукционного плавителя, состоящий из трубок, подают охлаждающую жидкость, после чего на индуктор охлаждаемого металлического индукционного плавителя подают ток высокой частоты (1,76 МГц). Затем в охлаждаемый металлический индукционный плавитель загружают порцию радиоактивной шихты с добавкой электропроводящего материала (например, графита), осуществляют ее плавление с помощью электромагнитного поля индуктора до образования радиоактивного стартового стеклорасплава (занимающего порядка 10% внутреннего объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя). После этого на радиоактивный стартовый стеклорасплав подают радиоактивную шихту со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление (25 кг/ч шихты при величине площади поверхности расплава в охлаждаемом металлическом индукционном плавителе, равной 0,15 м2) и заполняют образующимся радиоактивным стеклорасплавом 0,5 полного объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя, после чего в центр его поверхности подают смесь радиоактивной шихты с твердым кусковым алюмосиликатным материалом со скоростью, обеспечивающей ее полное расплавление до заполнения образующимся радиоактивным стеклорасплавом рабочего объема охлаждаемого металлического индукционного плавителя, причем плотность твердого кускового алюмосиликатного материала больше плотности радиоактивной шихты, весовое соотношение между радиоактивной шихтой и твердым кусковым алюмосиликатным материалом составляет 10:1, а эффективный диаметр кусков алюмосиликатного материала составляет 3,5 см.First, coolant is supplied to the housing of the cooled metal induction melter, consisting of tubes, after which a high frequency current (1.76 MHz) is supplied to the inductor of the cooled metal induction melter. Then, a portion of the radioactive charge with the addition of electrically conductive material (for example, graphite) is loaded into the cooled metal induction melter, it is melted using the electromagnetic field of the inductor until the formation of the radioactive starting glass melt (occupying about 10% of the internal volume of the cooled metal induction melter). After that, a radioactive charge is fed to the radioactive starting glass melt at a rate that ensures its complete melting (25 kg / h of the charge when the melt surface area in the cooled metal induction melter is 0.15 m 2 ) and 0.5 full volume of the resulting radioactive glass melt is filled of a cooled metal induction melter, after which a mixture of a radioactive charge with a solid lump of aluminosilicate material is fed to the center of its surface at a speed ensuring its full size fusion to fill the working volume of the cooled metal induction melter with the resulting radioactive molten glass, the density of the solid bulk aluminosilicate material being higher than the density of the radioactive charge, the weight ratio between the radioactive charge and the solid bulk aluminosilicate material is 10: 1, and the effective diameter of the pieces of aluminosilicate material is 3.5 cm .
При подаче вышеуказанной смеси в центр поверхности радиоактивного стеклорасплава под действием веса твердого кускового алюмосиликатного материала происходит прогиб вниз (растяжение) его верхнего расплавленного упругого слоя, имеющего более низкую температуру, чем температура основной массы радиоактивного стеклорасплава, за счет чего увеличивается общая площадь поверхности этого слоя, а слой смеси радиоактивной шихты с твердым кусковым алюмосиликатным материалом утолщается за счет принятия им линзообразной формы. When the above mixture is fed into the center of the surface of the radioactive molten glass under the influence of the weight of the solid lump of aluminosilicate material, its upper molten elastic layer bends downward (stretched) having a lower temperature than the temperature of the bulk of the radioactive molten glass, thereby increasing the total surface area of this layer, and the layer of the mixture of the radioactive charge with solid lumpy aluminosilicate material thickens due to the adoption of a lenticular shape.
В результате этого происходит одновременное ускорение процесса плавления радиоактивной шихты (вместе с кусковым алюмосиликатным материалом), а также снижение суммарного количества присутствующих в отходящих из охлаждаемого металлического индукционного плавителя газах летучих форм радионуклидов (за счет увеличения толщины сорбирующего их слоя смеси радиоактивной шихты с твердым кусковым алюмосиликатным материалом), причем если степень предварительного заполнения охлаждаемого металлического индукционного плавителя радиоактивным стеклорасплавом не будет удовлетворять условию 0,3 Vп≅V <Vраб, смесь радиоактивной шихты с кусковым алюмосиликатным материалом будет подаваться не в центр поверхности радиоактивного стеклорасплава, плотность твердого кускового алюмосиликатного материала будет меньше или равна плотности радиоактивной шихты, весовое соотношение между радиоактивной шихтой и твердым кусковым алюмосиликатным материалом будет отличным от 10:1, а эффективный диаметр кусков алюмосиликатного материала будет выходить за пределы интервала 2-5 см, одновременное достижение вышеуказанных преимуществ будет невозможно.As a result of this, there is a simultaneous acceleration of the melting process of the radioactive charge (together with lump aluminosilicate material), as well as a decrease in the total amount of volatile forms of radionuclides present in the gases leaving the cooled metal induction melter (due to an increase in the thickness of the sorbing layer of the mixture of the radioactive charge with solid lump aluminosilicate material), and if the degree of pre-filling of the cooled metal induction melter with radioactive the glass melt will not satisfy the condition 0.3 V p ≅V <V slave , the mixture of the radioactive charge with the bulk aluminosilicate material will not be fed to the center of the surface of the radioactive glass melt, the density of the solid bulk aluminosilicate material will be less than or equal to the density of the radioactive charge, the weight ratio between the radioactive charge and solid lump of aluminosilicate material will be different from 10: 1, and the effective diameter of the pieces of aluminosilicate material will go beyond the range of 2-5 cm, at the same time achieving the above benefits would be impossible.
Испытания показали, что по сравнению со способом наиболее близкого аналога удельная производительность заявляемого способа возрастает не менее чем на 10%, а суммарное количество присутствующих в отходящих из охлаждаемого металлического индукционного плавителя газах летучих форм радионуклидов снижается не менее, чем на 5%. Tests have shown that, in comparison with the closest analogue method, the specific productivity of the proposed method increases by at least 10%, and the total amount of volatile forms of radionuclides present in the gases emitted from the cooled metal induction melter decreases by at least 5%.
Список литературы
1. Давыдов В.И., Бурдинский В.П., Добрыгин П.Г., Лучников Н.В., Костин В. В. , Филиппов С.Н., Колупаева Т.И., Раков Н.А. Оборудование установки остекловывания отходов АЭС в керамической печи прямого нагрева.- Атомная энергия, т. 80, вып.3, 1996, с. 219-221.List of references
1. Davydov V.I., Burdinsky V.P., Dobrygin P.G., Luchnikov N.V., Kostin V.V., Filippov S.N., Kolupaeva T.I., Rakov N.A. Equipment for the vitrification of nuclear waste in a ceramic direct-heating furnace. - Atomic energy, v. 80, issue 3, 1996, p. 219-221.
2. А. С. Никифоров, В.В. Куличенко, М.И. Жихарев Обезвреживание жидких радиоактивных отходов.- М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 92-94. 2. A. S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev Neutralization of liquid radioactive waste.- M.: Energoatomizdat, 1985, p. 92-94.
3. Соболев И.А., Лифанов Ф.А., Стефановский С.В., Кобелев А.П, Корнев В. Н. , Князев О. А., Дмитриев С.А., О.Н. Цвешко O.H. Остекловывание радиоактивных отходов методом индукционного плавления в холодном тигле.- Физика и химия обработки материалов, Наука, N 4-5, 1994, с. 161-170. 3. Sobolev I. A., Lifanov F. A., Stefanovsky S. V., Kobelev A. P., Kornev V. N., Knyazev O. A., Dmitriev S. A., O. N. Zveszko O.H. Vitrification of radioactive waste by induction melting in a cold crucible. - Physics and Chemistry of Materials Processing, Nauka, N 4-5, 1994, p. 161-170.
4. Патент РФ N 2065214 С1, МПК G 21 F 9/16, оп. 10.08.96. Бюл. N 22. 4. RF patent N 2065214 C1, IPC G 21 F 9/16, op. 08/10/96. Bull. N 22.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122782A RU2168225C1 (en) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122782A RU2168225C1 (en) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2168225C1 true RU2168225C1 (en) | 2001-05-27 |
Family
ID=20226361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122782A RU2168225C1 (en) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2168225C1 (en) |
-
1999
- 1999-10-28 RU RU99122782A patent/RU2168225C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СОБОЛЕВ И.А. и др. Остекловывание радиоактивных отходов методом индукционного плавления в холодном тигле. - Физика и химия обработки материалов, № 4-5, 1994, с. 161-170. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1200826A (en) | Joule melter for the processing of radioactive wastes | |
| GB1239710A (en) | ||
| CA1240727A (en) | High frequency induction melting furnace and process for the production of ceramic materials using this furnace | |
| CA2242893A1 (en) | Improved method and apparatus for melting a particulate material | |
| RU2168225C1 (en) | Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter | |
| CN114188061A (en) | Synergistic solidification treatment method for radioactive waste | |
| EP0640992B1 (en) | Method of melting treatment of radioactive miscellaneous solid wastes | |
| CN1006904B (en) | Fluxing agent for regeneration of metal from waste aluminium slag | |
| RU2168226C1 (en) | Method for vitrifying radioactive wastes in cooled metal induction melter | |
| JPH05113500A (en) | Microwave melting furnace for vitrification and/or increase of density of material | |
| JPH11231098A (en) | Solid mainly containing radioactive metal oxide, its manufacture and recycling method | |
| US5630369A (en) | Reactor and a method of smelting combustion residues in the reactor | |
| JPS6112238B2 (en) | ||
| JPS6242974B2 (en) | ||
| RU2164716C1 (en) | Method and device for solidifying liquid radioactive wastes | |
| JPS58156542A (en) | Melting method for optical glass | |
| RU2187158C1 (en) | Method for immobilizing radioactive and toxic wastes | |
| RU2091875C1 (en) | Method for producing starting melt in cold-crucible induction furnaces during vitrification of radioactive wastes | |
| US6395954B2 (en) | Advanced vitrification system frit | |
| JPS6360880B2 (en) | ||
| US6436271B1 (en) | Preparation of mineral matrices by cold crucible induction melting | |
| US3362798A (en) | Method of reacting materials at high temperature | |
| Priebe et al. | Application of microwave energy to post-calcination treatment of high-level nuclear wastes | |
| JPS6160399B2 (en) | ||
| JPS5751133A (en) | Continuous melting of glass |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141029 |