RU2203513C2 - Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes - Google Patents
Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203513C2 RU2203513C2 RU2001106894A RU2001106894A RU2203513C2 RU 2203513 C2 RU2203513 C2 RU 2203513C2 RU 2001106894 A RU2001106894 A RU 2001106894A RU 2001106894 A RU2001106894 A RU 2001106894A RU 2203513 C2 RU2203513 C2 RU 2203513C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- oxide
- wastes
- waste
- composition
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов, в частности к составам для иммобилизации жидких высокоактивных отходов (ВАО) путем их остекловывания. The invention relates to the field of processing liquid radioactive waste, in particular to compositions for immobilizing liquid high level waste (HLW) by vitrification.
На предприятиях атомной промышленности, занятых переработкой облученного топлива атомных станций, образуются жидкие радиоактивные отходы высокого уровня активности, которые в целях снижения их потенциального воздействия на окружающую среду до безопасного уровня подвергают отверждению, в частности остекловыванию. At the enterprises of the nuclear industry involved in the processing of irradiated fuel from nuclear plants, high level liquid radioactive waste is generated, which is cured, in particular vitrified, in order to reduce their potential environmental impact to a safe level.
При экстракционной переработке алюминийсодержащих тепловыделяющих сборок получают жидкий рафинат высокого уровня активности, то есть ВАО - азотнокислый раствор алюминия, редкоземельных элементов, продуктов коррозии и др., причем концентрация алюминия в нем существенно превосходит концентрацию всех других катионов в сумме. Поэтому эффективность последующего процесса остекловывания определяется степенью включения в стекло как всех оксидов элементов, содержащихся в ВАО вообще, так и алюминия в частности. Однако рост концентрации алюминия в стекле сопровождается увеличением температуры процесса стекловарения, что нецелесообразно по технологическим причинам. During the extraction processing of aluminum-containing fuel assemblies, a high activity liquid raffinate is obtained, i.e., HLW is a nitric acid solution of aluminum, rare-earth elements, corrosion products, etc., and the aluminum concentration in it substantially exceeds the concentration of all other cations in total. Therefore, the effectiveness of the subsequent vitrification process is determined by the degree of incorporation into the glass of both all the oxides of the elements contained in the HLW in general and aluminum in particular. However, an increase in the concentration of aluminum in the glass is accompanied by an increase in the temperature of the glass melting process, which is impractical for technological reasons.
Известен состав для иммобилизации жидких радиоактивных отходов путем остекловывания [1], включающий в себя жидкие отходы, ортофосфорную кислоту и соединения хрома, из которого в результате варки при температуре 950-1000oС получается фосфатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Nа2О - 24,0
Аl2О3 - 19,0
Р2O5 - 53,9-56,3
Сr2О3 - 0,7-3,1
Как видно, концентрация оксида алюминия в стекле не превышает 19,0 мас. %.A known composition for the immobilization of liquid radioactive waste by vitrification [1], including liquid waste, phosphoric acid and chromium compounds, from which as a result of cooking at a temperature of 950-1000 o With phosphate glass is obtained in the following ratio, wt.%:
Na 2 O - 24.0
Al 2 O 3 - 19.0
P 2 O 5 - 53.9-56.3
Cr 2 O 3 - 0.7-3.1
As can be seen, the concentration of aluminum oxide in the glass does not exceed 19.0 wt. %
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относят невозможность получения гомогенного (без закристаллизованной фазы) качественного стекла при увеличении концентрации Аl2O3 как основного компонента отходов в стекле выше 19 мас.% и температуре варки 950-1000oС.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the impossibility of obtaining a homogeneous (without crystallized phase) high-quality glass with an increase in the concentration of Al 2 O 3 as the main component of the waste in the glass above 19 wt.% And the cooking temperature of 950-1000 o C.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является фосфатный стеклообразующий состав [2], используемый при остекловывании жидких ВАО в керамическом плавителе ЭП-500 на ПО "МАЯК", в результате чего получают фосфатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Na2O - 23-26
Аl2O3 - 14-19
Р2O5 - 52-54
Сумма оксидов металлов, содержащихся в отходах, включая Аl2O3 - 21-26
Температура процесса варки стекла вышеприведенного состава находится в пределах 910-1135oС.Closest to the claimed invention is a phosphate glass-forming composition [2] used for vitrification of liquid HLW in a ceramic melter EP-500 at PO "MAYAK", resulting in phosphate glass in the following ratio, wt.%:
Na 2 O - 23-26
Al 2 O 3 - 14-19
P 2 O 5 - 52-54
The amount of metal oxides contained in the waste, including Al 2 O 3 - 21-26
The temperature of the glass melting process of the above composition is in the range of 910-1135 o C.
Недостатком этого процесса является невозможность получения гомогенного качественного стекла при увеличении концентрации оксида алюминия и других оксидов металлов, содержащихся в отходах, в стекле при сохранении температуры варки в диапазоне 910-1135oС.The disadvantage of this process is the impossibility of obtaining a homogeneous quality glass with an increase in the concentration of aluminum oxide and other metal oxides contained in the waste in the glass while maintaining the cooking temperature in the range of 910-1135 o C.
Для увеличения концентрации оксида алюминия и получения качественного стекла необходимо увеличивать температуру варки стекла, что вызывает, во-первых, коррозионный износ элементов стекловаренной печи и уменьшение срока ее эксплуатации, во-вторых, повышает унос радионуклидов из расплава и нагрузку на газоочистные системы. To increase the concentration of aluminum oxide and to obtain high-quality glass, it is necessary to increase the temperature of glass melting, which causes, firstly, corrosion wear of the elements of the glass melting furnace and a decrease in its service life, and secondly, increases the ablation of radionuclides from the melt and the load on the gas cleaning systems.
Технической задачей изобретения является создание фосфатного стеклообразующего состава, позволяющего увеличить концентрацию оксида алюминия и других оксидов металлов, содержащихся в отходах, в конечном продукте - стекле - без увеличения температуры варки расплава выше 1050oС и ухудшения остновных характеристик отвержденных отходов (химическая стойкость и кристаллизация).An object of the invention is the creation of a phosphate glass-forming composition that allows to increase the concentration of aluminum oxide and other metal oxides contained in the waste in the final product - glass - without increasing the temperature of the melt cooking above 1050 o C and deterioration of the basic characteristics of the cured waste (chemical resistance and crystallization) .
Увеличение концентрации оксида алюминия и других оксидов металлов, содержащихся в отходах, в стекле приводит к повышению производительности и эффективности работы комплекса остекловывания жидких ВАО. An increase in the concentration of aluminum oxide and other metal oxides contained in the waste in the glass leads to an increase in the productivity and efficiency of the vitrification complex of liquid HLW.
Для решения поставленной технической задачи и достижения заявленного технического результата - повышения концентрации оксида алюминия и других оксидов металлов, содержащихся в отходах, в стекле при одновременном снижении верхнего температурного предела стекловарения до 1050oС - предложен стеклообразующий состав, который дополнительно содержит оксид бора при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Na2O - 21-27
В2О3 - 3-9
Р2O5 - 32-50
Аl2O3 - 14-28
Сумма оксидов металлов, содержащихся в отходах, включая Аl2O3 - 19-35
Стеклообразующий раствор может быть получен при смешении до гомогенизации или растворения в азотнокислом растворе ВАО нитрата натрия, фосфорной кислоты, борной кислоты или тетрабората натрия.To solve the technical problem and achieve the claimed technical result - increasing the concentration of aluminum oxide and other metal oxides contained in the waste in the glass while reducing the upper temperature limit of glass melting to 1050 o C - a glass-forming composition is proposed, which additionally contains boron oxide in the following ratios components, wt.%:
Na 2 O - 21-27
B 2 About 3 - 3-9
P 2 O 5 - 32-50
Al 2 O 3 - 14-28
The amount of metal oxides contained in the waste, including Al 2 O 3 - 19-35
A glass-forming solution can be obtained by mixing, prior to homogenization or dissolution in sodium nitrate solution of HLW, sodium nitrate, phosphoric acid, boric acid or sodium tetraborate.
Полученный стеклообразующий раствор при подаче в электропечь подвергается упариванию, денитрации, кальцинации, в результате чего образуется расплав заявленного состава. The resulting glass-forming solution, when supplied to an electric furnace, is subjected to evaporation, denitration, calcination, as a result of which a melt of the claimed composition is formed.
После выработки расплава и охлаждения получают стекло заявленного состава, содержащее оксид алюминия и др. оксиды металлов, содержащихся в отходах, в высокой концентрации. After the development of the melt and cooling receive glass of the claimed composition containing aluminum oxide and other metal oxides contained in the waste, in high concentration.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения). Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information, and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by identical features (identical to all essential features of the claimed invention). The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed method set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует уровню "новизна". Therefore, the claimed invention meets the level of "novelty."
Заявленное решение соответствует условию "изобретательский уровень", поскольку составы, обеспечивающие стекловарение фосфатных стекол при температуре не выше 1050oС и содержащих при этом до 28% Аl2О3 и до 35% оксидов металлов, содержащихся в отходах (включая Аl2О3), в научно-технической и патентной литературе неизвестны.The claimed solution meets the condition of "inventive step", since the compositions provide glassmaking of phosphate glasses at a temperature not exceeding 1050 o C and containing up to 28% Al 2 O 3 and up to 35% metal oxides contained in the waste (including Al 2 O 3 ), in the scientific, technical and patent literature are unknown.
Примеры. Examples.
В ходе опытных операций на установке остекловывания с электропечью испытывался заявленный состав и состав прототипа. В качестве добавки бора использовали борную кислоту или тетраборат натрия. During the pilot operations on the vitrification installation with an electric furnace, the claimed composition and composition of the prototype were tested. Boric acid or sodium tetraborate was used as a boron additive.
Стеклообразующий фосфатный раствор с отходами после упаривания, денитрации, кальцинации, варки и охлаждения превращается в фосфатное стекло. Результаты опытных операций по варке стекла заявленного состава и прототипа приведены в таблице. The glass-forming phosphate solution with waste after evaporation, denitration, calcination, cooking and cooling turns into phosphate glass. The results of experimental operations for glass melting of the claimed composition and prototype are shown in the table.
Из результатов, приведенных в таблице, видно, что заявленный состав обеспечивает получение стекла с высокой концентрацией оксида алюминия (на 9 мас. % выше, чем в прототипе) и оксидов металлов, содержащихся в отходах (на 10 мас. % выше, чем в прототипе) при температуре стекловарения не выше 1050oС.From the results shown in the table, it is seen that the claimed composition provides glass with a high concentration of aluminum oxide (9 wt.% Higher than in the prototype) and metal oxides contained in the waste (10 wt.% Higher than in the prototype ) at a glass melting temperature of not higher than 1050 o C.
Основные характеристики стекла с иммобилизированными отходами заявленного состава, как показали эксперименты, не хуже, чем у стекла-прототипа, в частности:
- определение скорости выщелачивания натрия из синтезированных образцов стекол в дистиллированнную воду по стандартной методике показало, что введение бора в фосфатное стекло уменьшает выщелачивание натрия. Так, на первые сутки испытаний образец состава 1 показал скорость выщелачивания 3,05•10-5 г/(см2 сут), образец состава 2 - 1,62•10-5 г/(см2 сут), образец состава 3 - 1,39•10-5 г/см2 cут), образец состава 4 - 1,57•10-5 г/(см2 сут);
- сравнение кристаллизационной способности расплавов прототипа и заявленного состава показало, что объемная доля кристаллической фазы снизилась с 98 % для стекла состава прототипа до 0,5 % для стекол заявленного состава.The main characteristics of glass with immobilized wastes of the claimed composition, as shown by experiments, are not worse than that of the prototype glass, in particular:
- determination of the rate of sodium leaching from the synthesized glass samples into distilled water according to the standard method showed that the introduction of boron into phosphate glass reduces sodium leaching. So, on the first day of testing, a sample of
- a comparison of the crystallization ability of the prototype melts and the claimed composition showed that the volume fraction of the crystalline phase decreased from 98% for glass of the prototype composition to 0.5% for glasses of the claimed composition.
Источники информации
1. Способ отверждения жидких радиоактивных отходов. Авторское свидетельство 1223770, кл.G 21 F 9/16.Sources of information
1. The method of solidification of liquid radioactive waste. Copyright Certificate 1223770, class G 21 F 9/16.
2. Дзекун Е.Г., Борисов Г.Б., Поляков А.С. и др. Опыт эксплуатации керамического плавителя ЭП-500/1p по остекловыванию жидких высокоактивных отходов. - М.: Атомная энергия, т. 76, вып. 3, март 1994 г., с. 183-188. 2. Dzekun EG, Borisov GB, Polyakov A.S. et al. Operating experience of the ceramic melter EP-500 / 1p for vitrification of high-level liquid waste. - M .: Atomic energy, vol. 76, no. 3, March 1994, p. 183-188.
Claims (1)
Na2O - 21-27
В2О3 - 3-9
Р2О5 - 32-50
Al2O3 - 14-28
Сумма оксидов металлов, содержащихся в отходах, включая Al2O3 - 19-35оA glass-forming composition based on phosphate glass for immobilizing liquid high-level waste by vitrification, containing sodium oxide, aluminum oxide, phosphorus oxide, rare earth oxides and corrosion products, characterized in that it additionally contains boron oxide in the following ratios of components, wt.%:
Na 2 O - 21-27
B 2 About 3 - 3-9
P 2 O 5 - 32-50
Al 2 O 3 - 14-28
The amount of metal oxides contained in the waste, including Al 2 O 3 - 19-35o
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106894A RU2203513C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106894A RU2203513C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001106894A RU2001106894A (en) | 2003-02-20 |
| RU2203513C2 true RU2203513C2 (en) | 2003-04-27 |
Family
ID=20247146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001106894A RU2203513C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203513C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2668605C1 (en) * | 2017-12-04 | 2018-10-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Alumophosphate glass for immobilization of radioactive wastes |
| RU2701869C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-10-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Aluminum phosphate glass for immobilisation of radioactive wastes |
| RU2702096C1 (en) * | 2018-12-12 | 2019-10-04 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw |
-
2001
- 2001-03-13 RU RU2001106894A patent/RU2203513C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДЗЕКУН Е.Г., и др. Опыт эксплуатации керамического плавителя ЭП-500/1Р по остекловыванию жидких высокоактивных отходов. - М.: Атомная энергия, 1994, т.76, вып.3, 183-188. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2668605C1 (en) * | 2017-12-04 | 2018-10-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Alumophosphate glass for immobilization of radioactive wastes |
| RU2702096C1 (en) * | 2018-12-12 | 2019-10-04 | Акционерное общество "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" | Complex for immobilisation of radionuclides from liquid hlw |
| RU2701869C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-10-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Aluminum phosphate glass for immobilisation of radioactive wastes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Crum et al. | Multi‐phase glass‐ceramics as a waste form for combined fission products: alkalis, alkaline earths, lanthanides, and transition metals | |
| US4314909A (en) | Highly refractory glass-ceramics suitable for incorporating radioactive wastes | |
| CA1156826A (en) | Containment of nuclear waste | |
| Goel et al. | Structural analysis of some sodium and alumina rich high-level nuclear waste glasses | |
| Stefanovsky et al. | Sodium–aluminum–iron phosphate glasses as legacy high level waste forms | |
| Ray et al. | A review of iron phosphate glasses and recommendations for vitrifying hanford waste | |
| RU2203513C2 (en) | Glass-forming phosphate compound for immobilizing high-activity aluminum-containing liquid wastes | |
| JP7114816B2 (en) | Additives for the vitrification of liquid, radioactive, cesium radionuclide-containing wastes with high retention efficiency of radionuclides over the entire vitrification temperature range, methods for their preparation and their use | |
| RU2668605C1 (en) | Alumophosphate glass for immobilization of radioactive wastes | |
| RU2386182C2 (en) | Silicophosphate glass for immobilising radioactive wastes | |
| Kashcheev et al. | Advanced vitreous wasteforms for radioactive salt cake waste immobilisation | |
| JP2019043810A (en) | Processing method of glass solidified body | |
| Spilman et al. | Devitrification and subsequent effects on the leach behavior of a simulated borosilicate nuclear waste glass | |
| Malinina et al. | Phase composition and structure of boron-free and boron-containing sodium aluminum iron silicate glass materials for solid radioactive waste immobilization | |
| Day et al. | Iron Phosphate Glass for Vitrifying Hanford AZ102 LAW in Joule Heated and Cold Crucible Induction Melters–12240 | |
| JP3864203B2 (en) | Solidification method for radioactive waste | |
| US6329563B1 (en) | Vitrification of ion exchange resins | |
| RU2267178C1 (en) | Glass-forming boron phosphate compound for immobilization of aluminum-containing liquid high-radioactive wastes | |
| Yanagi et al. | Leach rates of lead-iron phosphate glass waste forms | |
| RU2701869C1 (en) | Aluminum phosphate glass for immobilisation of radioactive wastes | |
| RU2566084C1 (en) | Gadolinium oxide and samarium oxide co-doped aluminoborosilicate glass with high radiation resistance | |
| EP1412950B1 (en) | Encapsulation of waste | |
| Eremyashev et al. | Effect of Phosphorus on Crystallization of Alkaline Molybdenum-Containing Borosilicate Glasses | |
| RU2160937C1 (en) | Monolithic block for immobilizing liquid radioactive wastes | |
| Gombert et al. | Vitrification of high-level ICPP calcined wastes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180314 |