RU2231842C2 - Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder - Google Patents
Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231842C2 RU2231842C2 RU2002118535/06A RU2002118535A RU2231842C2 RU 2231842 C2 RU2231842 C2 RU 2231842C2 RU 2002118535/06 A RU2002118535/06 A RU 2002118535/06A RU 2002118535 A RU2002118535 A RU 2002118535A RU 2231842 C2 RU2231842 C2 RU 2231842C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radioactive
- portland cement
- cement
- exchange resins
- cement binder
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области переработки радиоактивных ионообменных смол (ИОС) методом цементирования.The invention relates to the field of processing of radioactive ion exchange resins (IOS) by cementing.
Отработанные катионообменные и анионообменные смолы являются наиболее радиоактивными (до 10-3 Ки/кг и более) отходами, образующимися при эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ) [1]. Поэтому включение их в связующее, надежно изолирующее от окружающей среды, является важной экологической задачей.Spent cation-exchange and anion-exchange resins are the most radioactive (up to 10 -3 Ci / kg and more) waste generated during the operation of nuclear power plants (NPPs) [1]. Therefore, their inclusion in a binder, reliably insulating from the environment, is an important environmental task.
Известен способ включения радиоактивных ИОС в неорганическое связующее на основе портландцемента. В портландцемент рекомендуется включать не более 10% ИОС (по массе сухой смолы) при водоцементном отношении около 0,5 [2]. При этом для гидротранспорта и последующего отверждения ИОС цементированием используются малосолевые (менее 1 г/л) растворы "трапных" вод, представляющие собой используемые для водоснабжения природные воды, загрязненные протечками радионуклидов из контура ЯЭУ [1].A known method of incorporating radioactive IOS into an inorganic binder based on Portland cement. In Portland cement, it is recommended to include no more than 10% of IOS (by weight of dry resin) with a water-cement ratio of about 0.5 [2]. Moreover, low-salt (less than 1 g / l) floor drain solutions, which are natural waters used for water supply and contaminated with radionuclide leaks from the NPP circuit, are used for hydrotransport and subsequent solidification of IOS by cementing [1].
Недостатком данного способа является недопустимо высокая выщелачиваемость радиоцезия из портландцементных компаундов (более 10-3-10-4 г/см2·сут).The disadvantage of this method is the unacceptably high leachability of radiocaesium from Portland cement compounds (more than 10 -3 -10 -4 g / cm 2 · day).
Известен способ, включающий введение в портландцемент при отверждении ИОС добавки глинистых сорбентов (вермикулита, бентонитовой глины и др.), что обеспечивает снижение скорости выщелачивания радионуклидов до значений 10-4 г/см2·сут [3]. Данный способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.A known method, including the introduction of Portland cement during the curing of IOS, the addition of clay sorbents (vermiculite, bentonite clay, etc.), which reduces the rate of leaching of radionuclides to values of 10 -4 g / cm 2 · day [3]. This method in its technical essence and the achieved effect is closest to the claimed and selected as a prototype.
Недостатками данного способа являются низкая степень включения радиоактивных отходов в портландцементные компаунды, невысокая прочность отвержденных продуктов и недостаточно низкая выщелачиваемость радионуклидов.The disadvantages of this method are the low degree of inclusion of radioactive waste in Portland cement compounds, the low strength of the cured products and the insufficiently low leachability of radionuclides.
Согласно отечественным техническим требованиям РД 95 10497-93 механическая прочность радиоактивных цементных компаундов должна быть не менее 50 кгс/см2 (причем компаунды считаются водостойкими, если они сохраняют прочность не менее 50 кгс/см2 и после выдержки в воде в течение 90 сут), а выщелачиваемость радиоцезия - менее 10-3 г/см2·сут [4]. В то же время для исключения возможности разрушения радиоактивных цементных блоков при транспортировании в случае аварийной ситуации по данным МАГАТЭ необходимо, чтобы прочность цементного компаунда была не ниже 100 кгс/см2 [2]. Захоронение же радиоактивных цементных блоков в простейшие грунтовые могильники считается достаточно безопасным лишь при выщелачивании радионуклидов менее 1·10-4 г/см2·сут [5].According to domestic technical requirements of RD 95 10497-93, the mechanical strength of radioactive cement compounds should be at least 50 kgf / cm 2 (and the compounds are considered waterproof if they retain a strength of at least 50 kgf / cm 2 and after exposure to water for 90 days) and the leachability of radiocesium is less than 10 -3 g / cm 2 · day [4]. At the same time, to exclude the possibility of the destruction of radioactive cement blocks during transportation in case of an emergency, according to the IAEA, it is necessary that the strength of the cement compound be at least 100 kgf / cm 2 [2]. The burial of radioactive cement blocks in the simplest soil burial grounds is considered quite safe only when the radionuclides are leached less than 1 · 10 -4 g / cm 2 · day [5].
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в увеличении степени включения радиоактивных отходов в портландцементное связующее и снижении выщелачиваемости радиоцезия из отвержденных продуктов при сохранении их высокой прочности.The problem solved by this invention is to increase the degree of inclusion of radioactive waste in the Portland cement binder and reduce the leachability of radiocaesium from cured products while maintaining their high strength.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе включения радиоактивных ИОС в портландцементное связующее с сорбционной добавкой глины для затворения цемента используют радиоактивные концентраты солей природных гидрокарбонатных вод.The essence of the invention lies in the fact that in the method of incorporating radioactive IOS into a Portland cement binder with a sorption clay additive, radioactive concentrates of salts of natural bicarbonate waters are used to mix cement.
Гидрокарбонатные (карбонатные) растворы природных вод образуются в процессах химического выветривания изверженных пород или же генетически связаны с осадочными породами. К этому виду относятся воды большинства рек, озер, а также подземных вод, которые используются для водоснабжения ЯЭУ в качестве "технических вод". Поэтому при протечке в них радионуклидов из контура ЯЭУ солевой состав направляемых в трап жидких радиоактивных отходов - ЖРО (за исключением отработанных реагентных растворов: дезактивирующих, регенерирующих и т.д.) в основном определяется гидрокарбонатными анионами (с примесью сульфатов и хлоридов) и кальциевыми, натриевыми и магниевыми катионами [6]. Очистка таких растворов выпарными или мембранными методами приводит к образованию гидрокарбонатных концентратов ЖРО, отверждение которых осуществляется методами цементирования или битумирования [1]. Цементирование концентратов ЖРО экономически целесообразно при солесодержании не менее 50 г/л, а при солесодержании свыше 200 г/л более предпочтительным является битумирование [7].Hydrocarbonate (carbonate) solutions of natural waters are formed in the processes of chemical weathering of igneous rocks or are genetically related to sedimentary rocks. This species includes the waters of most rivers, lakes, as well as groundwater, which are used to supply nuclear power plants as "technical waters". Therefore, when radionuclides leak from the NPP circuit into them, the salt composition of liquid radioactive waste - LRW sent to the ladder (with the exception of spent reagent solutions: deactivating, regenerating, etc.) is mainly determined by hydrocarbonate anions (mixed with sulfates and chlorides) and calcium, sodium and magnesium cations [6]. The purification of such solutions by evaporation or membrane methods leads to the formation of hydrocarbonate concentrates of LRW, the curing of which is carried out by cementing or bitumen [1]. Cementing LRW concentrates is economically feasible with a salinity of at least 50 g / l, and with a salinity of more than 200 g / l, bitumen is more preferable [7].
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Радиоактивные ИОС смешивают с сорбционной добавкой глины (около 10% от массы цемента) и портландцементом, который затворяют радиоактивными концентратами солей гидрокарбонатных природных вод (солесодержанием не менее 50 г/л) при раствороцементном отношении около 0,5. При этом содержание ИОС (по сухому весу) в цементной смеси не должно превышать 10%, так как в противном случае отвержденные продукты теряют водостойкость (разрушаются после выдержки в воде в течение 90 суток).Radioactive IOS is mixed with a sorption clay admixture (about 10% by weight of cement) and Portland cement, which is closed with radioactive concentrates of natural hydrocarbonate salts (salinity of at least 50 g / l) at a solution-cement ratio of about 0.5. At the same time, the content of IOS (by dry weight) in the cement mixture should not exceed 10%, since otherwise the cured products lose their water resistance (they are destroyed after exposure to water for 90 days).
Смесь перемешивают до получения однородной массы, а затем отверждают в течение 28 суток для набора прочности, достаточной для безопасной транспортировки (не менее 100 кг/см2). Данные портландцементные компаунды при высокой степени наполнения по радиоактивным отходам (более 10% по сумме сухого остатка солей и ИОС) обладают достаточно высокой водостойкостью (сохраняют прочность не менее 100 кг/см2 даже через 90 суток выдержки в воде) и выщелачиваемостью через 90 суток менее 10-4 г/см2·сут, что обеспечивает их безопасное захоронение в простейших грунтовых могильниках.The mixture is stirred until a homogeneous mass, and then utverjdayut within 28 days to gain strength sufficient for safe transportation (not less than 100 kg / cm 2 ). These Portland cement compounds with a high degree of filling with radioactive waste (more than 10% of the total dry residue of salts and IOS) have a sufficiently high water resistance (retain strength at least 100 kg / cm 2 even after 90 days in water) and leach after 90 days less 10 -4 g / cm 2 · day, which ensures their safe burial in the simplest soil repositories.
По сравнению с известными способами включения радиоактивных ИОС в портландцементное связующее использование в качестве затворяющего цемент раствора гидрокарбонатных концентратов ЖРО обеспечивает с сорбционной добавкой глины снижение выщелачиваемости радионуклидов до величин, достаточных для захоронения в грунтовые могильники (менее 10-4 г/см2·сут), при сохранении высокой прочности цементных компаундов (не менее 100 кг/см2). При этом обеспечивается водостойкость цементных компаундов при суммарной степени наполнения по сухому остатку радиоактивных отходов (ИОС и солей) более 10%, что не следует явным образом из уровня техники (введение в цемент солевых концентратов снижает качество отвержденных продуктов [7]), т.е. предлагаемый способ соответствует критерию изобретательского уровня.Compared with the known methods for incorporating radioactive IOS into a Portland cement binder, the use of a solution of LRW hydrocarbonate concentrates as cement hardening cement provides a decrease in the leachability of radionuclides to a level sufficient for burial in soil repositories (less than 10 -4 g / cm 2 · day), while maintaining high strength cement compounds (not less than 100 kg / cm 2 ). At the same time, the water resistance of cement compounds is ensured with a total degree of filling of the dry residue of radioactive waste (IOS and salts) of more than 10%, which does not follow explicitly from the prior art (the introduction of salt concentrates in cement reduces the quality of cured products [7]), ie . the proposed method meets the criteria of an inventive step.
Примеры конкретного исполнения.Examples of specific performance.
Пример 1. (Аналог). Смесь радиоактивных катионитов КУ-2 (в Na+-форме) и анионитов (в SО
Пример 2. (Прототип). Отличается от примера 1 тем, что в смесь вводили сорбционную добавку глины в количестве 10% от массы цемента. Характеристика цементных компаундов приведена в таблице.Example 2. (Prototype). It differs from example 1 in that a sorption clay admixture was added to the mixture in an amount of 10% by weight of cement. The characteristics of cement compounds are given in the table.
Пример 3. (Заявляемый способ). Отличается от примера 2 тем, что цемент затворяли концентратом гидрокарбонатных ЖРО солесодержанием 50 г/л при раствороцементном отношении 0,5. Характеристика цементных компаундов приведена в таблице.Example 3. (The inventive method). It differs from example 2 in that the cement was closed with a hydrocarbonate LRW concentrate with a salt content of 50 g / l at a mortar-cement ratio of 0.5. The characteristics of cement compounds are given in the table.
Из данных, приведенных в таблице, следует, что при затворении портландцемента технической водой без добавки глины у цементных компаундов со степенью наполнения 10 мас.% по сухой ИОС выщелачиваемость 137Cs превышает 1,0·10-3 г/см2·сут, т.е. не удовлетворяет правилам безопасного захоронения даже в бетонных хранилищах. Введение в компаунд сорбционной добавки глины понижает выщелачиваемость на порядок (до 2,4·10-4 г/см2·сут), но уменьшает прочность почти до предела безопасности (около 50 кгс/см2). В то же время использование для затворения портландцемента концентрата солей гидрокарбонатных природных вод позволяет включать до 11,4 маc.% сухого радиоактивного остатка (ИОС и солей) с получением высокопрочных (более 100 кгс/см2), водостойких компаундов с выщелачиваемостью 137Cs менее 1,0·10-4 г/см2·сут, что обеспечивает их безопасность даже в аварийных ситуациях при транспортировке и возможность захоронения в простейшие грунтовые могильники.From the data given in the table, it follows that when Portland cement is mixed with industrial water without clay addition, cement compounds with a degree of filling of 10 wt.% On a dry IOS have 137 Cs leachability exceed 1.0 · 10 -3 g / cm 2 · day, t .e. does not meet the rules for safe disposal even in concrete storage facilities. The introduction of clay into the compound of the sorption additive reduces the leachability by an order of magnitude (up to 2.4 · 10 -4 g / cm 2 · day), but decreases the strength almost to the safety limit (about 50 kgf / cm 2 ). At the same time, the use of a concentrate of salts of hydrocarbonate natural waters for mixing Portland cement allows you to include up to 11.4 wt.% Dry radioactive residue (IOS and salts) to obtain high-strength (more than 100 kgf / cm 2 ), waterproof compounds with a leachability of 137 Cs less than 1 , 0 · 10 -4 g / cm 2 · day, which ensures their safety even in emergency situations during transportation and the possibility of burial in the simplest soil burial grounds.
Предлагаемый способ может осуществляться на том же оборудовании, что и прототип, не требует дополнительного расхода материалов и позволяет сократить общий объем захораниваемых отходов (обеспечивает совместное отверждение отработанных ИОС и солевых концентратов), т.е. способ является промышленно применимым и экономически оправданным. Применение данного способа повышает экологическую безопасность транспортирования и захоронения отвержденных радиоактивных отходов, которые удовлетворяют не только отечественным, но и международным требованиям МАГАТЭ [2]. Кроме того, этот способ позволяет захоранивать отвержденные отходы в простейшие грунтовые могильники (при удельной активности не более 10-5 Ки/кг [5].The proposed method can be carried out on the same equipment as the prototype, does not require additional consumption of materials and allows to reduce the total amount of landfill waste (provides joint curing of spent IOS and salt concentrates), i.e. the method is industrially applicable and economically viable. The application of this method increases the environmental safety of transportation and disposal of solidified radioactive waste, which satisfy not only domestic but also international requirements of the IAEA [2]. In addition, this method allows the solidified waste to be disposed of in simple ground repositories (with a specific activity of not more than 10 -5 Ci / kg [5].
Источники информацииSources of information
1. Никифоров А.С., Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.110-111.1. Nikiforov A.S., Kulichenko V.V., Zhikharev M.I. Neutralization of liquid radioactive waste. - M .: Energoatomizdat, 1985, p. 110-111.
2. Bonnevie-Svendsen M., Tallberg К., Aittola P., е.а. Studies on the incorporation of spent ion-exchange resins from nuclear power plants into bitum and cement. - In: Symposium on the ion-site management of power reactor wastes, Zurich, 26-30 Marh, 1979, Paris, 1979, p.155-174.2. Bonnevie-Svendsen M., Tallberg K., Aittola P., e.a. Studies on the incorporation of spent ion-exchange resins from nuclear power plants into bitum and cement. - In: Symposium on the ion-site management of power reactor wastes, Zurich, 26-30 Marh, 1979, Paris, 1979, p. 155-174.
3. Byckley L.H., Speranzini R.A. Evalution of matrica for immijbiliting ion-exchange resins, AECL - 6971, jule 1980.3. Byckley L.H., Speranzini R.A. Evaluation of matrica for immijbiliting ion-exchange resins, AECL - 6971, jule 1980.
4. Качество компаундов, образующихся при цементировании жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности. - Технические требования. - РД 95 10497-93. М.: Минатом РФ, 1993.4. The quality of the compounds formed by cementing liquid radioactive waste of low and medium levels of activity. - Technical requirements. - RD 95 10497-93. M .: Minatom of the Russian Federation, 1993.
5. Баженов Ю.М., Волкова О.И., Духович Ф.С. и др. Условия безопасности при хранении радиоактивных цементов. - Изотопы в СССР, 1970, т. 17, с.17-22.5. Bazhenov Yu.M., Volkova OI, Dukhovich F.S. and others. Safety conditions during storage of radioactive cements. - Isotopes in the USSR, 1970, v. 17, p. 17-22.
6. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. - М.: Атомиздат, 1974.6. Kuznetsov Yu.V., Schebetkovsky V.N., Trusov A.G. Basics of water purification from radioactive contamination. - M.: Atomizdat, 1974.
7. Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. - М.: Энергоатомиздат, 1983.7. Sobolev I.A., Khomchik L.M. Disposal of radioactive waste at centralized sites. - M .: Energoatomizdat, 1983.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002118535/06A RU2231842C2 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002118535/06A RU2231842C2 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002118535A RU2002118535A (en) | 2004-02-10 |
RU2231842C2 true RU2231842C2 (en) | 2004-06-27 |
Family
ID=32845824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002118535/06A RU2231842C2 (en) | 2002-07-09 | 2002-07-09 | Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2231842C2 (en) |
-
2002
- 2002-07-09 RU RU2002118535/06A patent/RU2231842C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002118535A (en) | 2004-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5439318A (en) | Cementitious encapsulation of waste materials and/or contaminated soils containing heavy metals to render them immobile | |
Davidovits | Environmentally driven geopolymer cement applications | |
US3980558A (en) | Method of disposing sludges containing soluble toxic materials | |
US6291736B1 (en) | Reduction of leachability and solubility of radionuclides and radioactive substances in contaminated soils and materials | |
CA1212128A (en) | Encapsulation of ion exchange resins in the presence of boric acid | |
DE2819086A1 (en) | PROCESS FOR FINAL WAREHOUSE TIRES, ENVIRONMENTALLY FRIENDLY CONSOLIDATION OF Aqueous, RADIOACTIVE WASTE LIQUIDS OF THE MEDIUM-ACTIVITY CATEGORY (MAW), THE LOW-ACTIVITY CATEGORY (LAW) AND THE CATEGORY OF THE LIQUIDS | |
US4623469A (en) | Method for rendering hazardous wastes less permeable and more resistant to leaching | |
JP3455952B2 (en) | How to fix harmful substances | |
RU2231842C2 (en) | Method of incorporating radioactive ion-exchange resins into portland cement binder | |
JPH0140320B2 (en) | ||
JP4093808B2 (en) | Soil solidifying agent | |
CN114746956A (en) | Method for treating tritium-containing radioactive waste liquid | |
Shi et al. | General guidelines for S/S of wastes | |
RU2200995C2 (en) | Method for recovering liquid radioactive wastes | |
Isaacs et al. | Factors affecting the suitability of superplasticiser-amended cement for the encapsulation of radioactive waste | |
RU2217825C2 (en) | Method for inclusion of radioactive ion-exchange resins into portland cement binder | |
RU2206933C2 (en) | Method for introducing radioactive ion-exchange resins into fast-hardening cement | |
Gilliam et al. | Waste immobilization in cement-based grouts | |
Herbst et al. | Idaho Chemical Processing Plant low-activity waste grout stabilization development program FY-97 status report | |
Gilliam et al. | Leachability studies of hydrofracture grouts | |
RU2201630C2 (en) | Method for recovery of liquid acid radioactive wastes | |
RU2115963C1 (en) | Method of solidification of liquid radioactive wastes | |
Arora et al. | In-situ stabilization of radioactively contaminated low-level solid wastes buried in shallow trenches: an assessment | |
Epimakhov et al. | Solidification of radioactive sea-salt concentrates in a modular cementing facility | |
Epimakhov et al. | Solidification of concentrates of radioactively contaminated natural waters by cementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090710 |