RU2231843C1 - Method of deactivating radioactive metallic waste - Google Patents
Method of deactivating radioactive metallic waste Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231843C1 RU2231843C1 RU2002127547/06A RU2002127547A RU2231843C1 RU 2231843 C1 RU2231843 C1 RU 2231843C1 RU 2002127547/06 A RU2002127547/06 A RU 2002127547/06A RU 2002127547 A RU2002127547 A RU 2002127547A RU 2231843 C1 RU2231843 C1 RU 2231843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- melting
- forming composition
- mixture
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, точнее, к области переработки и утилизации радиоактивных металлических отходов. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть реализован для дезактивации легированных (нержавеющих) сталей в виде фрагментов листовых металлоконструкций (обрези, стружки, опилок и т.п.).The inventive method relates to the field of environmental protection, more specifically, to the field of processing and disposal of radioactive metal waste. The most effectively claimed method can be implemented for deactivation of alloyed (stainless) steels in the form of fragments of sheet metal structures (trimmings, shavings, sawdust, etc.).
Известен способ очистки переплавкой металла, загрязненного радионуклидами [1], включающий плавление радиоактивного металла в присутствии рафинирующего флюса в плавильной печи. Радиоактивное вещество в результате реакции с флюсом, представляющим собой смесь активного металла (кальций или магний) с галогенидами металлов (преимущественно кальция с фторидами олова, свинца, кобальта или цезия), превращается в кислород и фторсодержащее вещество, имеющее меньшую плотность и за счет этого отделяющееся от очищаемого металла в виде шлака, всплывающего на поверхность расплава металла. После охлаждения (кристаллизации) расплава шлак скалывают (срезают), а очищенный металл используют по назначению.A known method of purification by remelting a metal contaminated with radionuclides [1], comprising melting a radioactive metal in the presence of refining flux in a melting furnace. As a result of a reaction with a flux, which is a mixture of an active metal (calcium or magnesium) with metal halides (mainly calcium with tin, lead, cobalt or cesium fluorides), a radioactive substance is converted into oxygen and a fluorine-containing substance, which has a lower density and, due to this, is separated from the metal being cleaned in the form of slag floating on the surface of the molten metal. After cooling (crystallization) of the melt, the slag is chipped (cut), and the purified metal is used for its intended purpose.
Недостатком известного способа является повышенная сложность его реализации, связанная с применением химически активного металлического кальция, необходимость использования сложного оборудования (плавильной печи), избирательность процесса (способ эффективен преимущественно для очистки сплавов циркония от примесей плутония).The disadvantage of this method is the increased complexity of its implementation associated with the use of chemically active metallic calcium, the need to use sophisticated equipment (smelting furnace), the selectivity of the process (the method is effective mainly for cleaning zirconium alloys from plutonium impurities).
Известен также способ переработки стального лома, загрязненного радиоактивностью [2], включающий плавление металла в присутствии веществ, способствующих образованию шлака над расплавленным металлом. Для дополнительного снижения радиоактивности металла в расплав добавляют неактивные изотопы радиоактивных элементов, которые способствуют переходу радиоактивных изотопов в шлаки, удаляемые из ванны.There is also known a method of processing steel scrap contaminated with radioactivity [2], including melting the metal in the presence of substances that contribute to the formation of slag over the molten metal. To further reduce the radioactivity of the metal, inactive isotopes of radioactive elements are added to the melt, which facilitate the transfer of radioactive isotopes to slags removed from the bath.
Недостатком известного способа является повышенная сложность его реализации, связанная с необходимостью проведения процесса в плавильной печи, сложностью подбора эффективных добавок и их количества и т.д.The disadvantage of this method is the increased complexity of its implementation, associated with the need to conduct the process in a melting furnace, the complexity of the selection of effective additives and their quantity, etc.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ дезактивации радиоактивных металлических отходов по патенту РФ [3], при котором в индукционной сталеплавильной печи осуществляют плавление в тигле частичной загрузки нерадиоактивных или радиоактивных металлических отходов без раскисления металла, после полного расплавления частичной загрузки производят дозагрузку тигля, плавление в нем без раскисления радиоактивных металлических отходов и удаление шлака с содержащимися в нем радионуклидами, при этом плавление всех загрузок металлических отходов производят в присутствии кислорода или воздуха над зеркалом расплава с внесением в тигель рафинирующих флюсов, причем рафинирующие флюсы в порошкообразном состоянии перед загрузкой в тигель смешивают с минеральным вяжущим веществом с образованием композитного шлакообразующего состава, который наносят на металлические отходы перед их загрузкой в тигель до образования поверхностной пленки, полностью или частично покрывающей металлические отходы, а внесение рафинирующих флюсов при дозагрузках тигля осуществляют путем погружения в расплавленный металл металлических отходов, покрытых пленкой из композитного шлакообразующего состава, при этом используемое для образования указанного состава минеральное вяжущее вещество имеет температуру плавления, не превышающую температуру плавления металла, и элементный состав, близкий по химическим свойствам к элементному составу рафинирующих флюсов, и не вступает в химическую реакцию с рафинирующими флюсами в процессе образования композитного шлакообразующего состава и при нанесении последнего на металлические отходы; после очередной дозагрузки тигля металлическими отходами, полностью или частично покрытыми пленкой из композитного шлакообразующего состава, в него загружают металлические отходы, не имеющие такого покрытия, каждую последующую дозагрузку тигля производят после полного расплавления металлических отходов предыдущей дозагрузки; при плавлении отходов из углеродистых и нержавеющих сталей используют композитный шлакообразующий состав, включающий оксиды щелочноземельных металлов и оксиды естественных элементов третьей группы таблицы Менделеева и оксид кремния, и минеральное вяжущее вещество на основе, в частности, силиката натрия. В композитный шлакообразующий состав может быть введен дополнительно вспениватель шлака, имеющий температуру плавления выше температуры плавления металла и образующий при термическом разложении газовую фазу, а удаление шлака, содержащего радионуклиды, производят в два этапа: вначале удаляют часть шлака после полного расплавления металла, после чего производят перегрев расплава металла с остатками шлака до температуры разложения вспенивателя шлака, после чего удаляют остатки шлака во вспененном состоянии. В композитный шлакообразующий состав может быть введен дополнительно термоаккумулятор из группы веществ, претерпевающих фазовый переход первого рода при температуре, близкой к температуре плавления металла, имеющий высокую удельную теплоту плавления. Композитный шлакообразующий состав для дезактивации радиоактивных металлических отходов методом плавления содержит рафинирующие флюсы в количестве 30...50% по массе и минеральное вяжущее вещество - остальное.The closest solution in technical essence and the achieved result (prototype) is a method for decontamination of radioactive metal waste according to the patent of the Russian Federation [3], in which, in an induction steelmaking furnace, a partial load of non-radioactive or radioactive metal waste is melted in a crucible without deoxidation of the metal, after full melting of the partial downloads make reloading of the crucible, melting in it without deoxidation of radioactive metal waste, and removal of slag containing p dionuclides, while melting all loads of metal waste is carried out in the presence of oxygen or air above the melt mirror with refining fluxes added to the crucible, and refining fluxes in powder form are mixed with a mineral binder before being loaded into the crucible to form a composite slag-forming composition that is applied to metal the waste before loading it into the crucible until the formation of a surface film completely or partially covering the metal waste, and the introduction of refined during refueling of the crucible is carried out by immersing metal waste coated with a film from a composite slag-forming composition in the molten metal, while the mineral binder used to form the specified composition has a melting point not exceeding the melting temperature of the metal, and the elemental composition close in chemical properties to elemental composition of refining fluxes, and does not enter into a chemical reaction with refining fluxes during the formation of a composite slag-like image present composition and when applied to the latter waste metal; after the crucible is re-loaded with metal waste completely or partially coated with a film from a composite slag-forming composition, it is loaded with metal waste that does not have such a coating; each subsequent crucible reload is made after the metal waste of the previous reload is completely melted; when melting wastes from carbon and stainless steels, a composite slag-forming composition is used, including alkaline earth metal oxides and oxides of natural elements of the third group of the periodic table and silicon oxide, and a mineral binder based on, in particular, sodium silicate. An additional slag blower having a melting point above the melting point of the metal and forming a gas phase during thermal decomposition can be introduced into the composite slag-forming composition, and the slag containing radionuclides is removed in two stages: first, part of the slag is removed after the metal is completely melted, and then produced overheating of the molten metal with residues of slag to the decomposition temperature of the blowing agent of the slag, and then remove the remaining slag in the foamed state. An additional thermal accumulator from the group of substances undergoing a first-order phase transition at a temperature close to the melting temperature of the metal, having a high specific heat of fusion, can be added to the composite slag-forming composition. Composite slag-forming composition for the decontamination of radioactive metal waste by melting contains refining fluxes in an amount of 30 ... 50% by weight and mineral binder - the rest.
Недостатками известного способа (прототипа) являются:The disadvantages of this method (prototype) are:
- повышенная сложность его реализации, обусловленная необходимостью осуществления способа в индукционной сталеплавильной печи;- the increased complexity of its implementation, due to the need to implement the method in an induction steelmaking furnace;
- повышенная длительность процесса дезактивации, связанная с медленным выходом на рабочий режим индукционной сталеплавильной печи, а также с длительностью многооперационного процесса приготовления композитного шлакообразующего состава (смешивание порошков рафинирующих флюсов с раствором минерального вяжущего вещества, осуществление контакта полученного влажного продукта с поверхностью радиоактивных металлических отходов, сушка). Кроме того, процесс дезактивации металлического лома производят в несколько этапов: после расплавления в тигле частичной загрузки радиоактивных металлических отходов производят дозагрузку тигля следующей порцией - погружением перерабатываемого материала в полученный расплав и плавлением его без раскисления (названные операции повторяют многократно); удаляют жидкий шлак, содержащий радионуклиды, в два приема (после расплавления радиоактивных металлических отходов и после перегрева оставшейся части расплава до температуры разложения вспенивателя и выдержки при данной температуре), что существенно увеличивает длительность процесса;- increased duration of the decontamination process associated with a slow exit to the operating mode of the induction steelmaking furnace, as well as the duration of the multi-operation process for preparing a composite slag-forming composition (mixing refining flux powders with a solution of mineral binder, contacting the resulting wet product with the surface of radioactive metal waste, drying ) In addition, the process of decontamination of scrap metal is carried out in several stages: after the melting in the crucible of a partial loading of radioactive metal waste, the crucible is re-loaded with the next portion - by immersing the processed material in the obtained melt and melting it without deoxidation (these operations are repeated many times); liquid slag containing radionuclides is removed in two steps (after the melting of the radioactive metal waste and after overheating of the remaining part of the melt to the decomposition temperature of the blowing agent and holding at this temperature), which significantly increases the duration of the process;
- пониженное качество матричного блока из шлаков, содержащих радионуклиды, обусловленное удалением жидких шлаков во вспененном состоянии, что исключает возможность получения монолитного продукта при остывании и снижает надежность иммобилизации в нем радионуклидов. Минеральное вяжущее вещество (силикат натрия) даже после высушивания содержит кристаллизационную воду, которая удаляется при контакте с расплавом, что увеличивает объем газовой фазы и пористость шлаков.- reduced quality of the matrix block of slag containing radionuclides, due to the removal of liquid slag in the foamed state, which eliminates the possibility of obtaining a monolithic product during cooling and reduces the reliability of the immobilization of radionuclides in it. A mineral binder (sodium silicate) even after drying contains crystallization water, which is removed by contact with the melt, which increases the volume of the gas phase and the porosity of the slag.
Предлагаемый способ решает техническую задачу по упрощению и ускорению процесса, а также по улучшению качества матричных блоков, получаемых при остывании шлаков, содержащих радионуклиды, в части обеспечения их монолитности, что повышает надежность иммобилизации в них радионуклидов.The proposed method solves the technical problem of simplifying and accelerating the process, as well as improving the quality of the matrix blocks obtained by cooling the slag containing radionuclides, in terms of ensuring their solidity, which increases the reliability of the immobilization of radionuclides in them.
Для реализации поставленной технической задачи и достижения указанных преимуществ предлагается способ дезактивации радиоактивных металлических отходов, включающий нагрев и плавление в тигле загрузки из радиоактивных металлических отходов и композитного шлакообразующего состава, состоящего из рафинирующих флюсов в порошкообразном состоянии и минерального вещества, без раскисления металла, при этом плавление загрузки осуществляют в присутствии воздуха над зеркалом расплава и производят удаление шлака с содержащимися в нем радионуклидами. Согласно изобретению загрузку из радиоактивных металлических отходов и композитного шлакообразующего состава осуществляют в тигель в один прием, при этом в качестве рафинирующего флюса в порошкообразном состоянии используют смесь окислителя и восстановителя при следующем соотношении, мас.%:To implement the technical task and achieve these advantages, a method for decontamination of radioactive metal waste is proposed, which includes heating and melting in a crucible a load of radioactive metal waste and a composite slag-forming composition consisting of refining fluxes in a powder state and mineral substance, without deoxidation of the metal, while melting downloads are carried out in the presence of air above the melt mirror and the slag is removed with the radion contained in it clydes. According to the invention, loading from radioactive metal waste and a composite slag-forming composition is carried out in a crucible in one go, while a mixture of an oxidizing agent and a reducing agent is used as a refining flux in a powder state in the following ratio, wt.%:
Окислитель 60...83Oxidant 60 ... 83
Восстановитель 17...40Reducer 17 ... 40
в качестве окислителя используют один из оксидов переходных металлов четвертого периода таблицы Менделеева, или их смеси (оксиды ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта, никеля), в качестве восстановителя используют алюминий, или силикокальций, или их смесь, в качестве минерального вещества используют циркон, или диоксид металла четвертой побочной группы таблицы Менделеева, или их смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:one of the transition metal oxides of the fourth period of the periodic table, or a mixture thereof (oxides of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel) is used as an oxidizing agent, aluminum or silicocalcium is used as a reducing agent, or a mixture thereof is used as a mineral substance zircon, or metal dioxide of the fourth side group of the periodic table, or a mixture thereof, in the following ratio of components, wt.%:
Радиоактивные металлические отходы 10...50Radioactive metal waste 10 ... 50
Порошкообразный рафинирующий флюс 39...85Powder refining flux 39 ... 85
Минеральное вещество 1...15Mineral substance 1 ... 15
Нагрев смеси радиоактивных металлических отходов с композитным шлакообразующим составом и ее плавление осуществляют путем инициирования экзотермической реакции между окислителем и восстановителем в рафинирующем порошкообразном флюсе внешним источником тепла (электровоспламенитель, накаливаемая электрическим током нихромовая нить, огнепроводный шнур и т.д. с малогазовым воспламенительным составом [4]). В результате этого экзотермическая реакция распространяется по всему объему загрузки, температура продуктов реакции достигает 1550...1600°С, что обеспечивает их взаимодействие с минеральным веществом и радиоактивными металлическими отходами (плавление и образование химических соединений, обеспечивающих дезактивацию - иммобилизацию радионуклидов, переходящих в шлак).The mixture of radioactive metal waste with a composite slag-forming composition is heated and melted by initiating an exothermic reaction between the oxidizing agent and the reducing agent in a refining powdery flux with an external heat source (electric igniter, nichrome filament, electric fire cord, etc. with a low-gas ignition composition [4 ]). As a result of this, the exothermic reaction spreads over the entire volume of the load, the temperature of the reaction products reaches 1550 ... 1600 ° C, which ensures their interaction with mineral matter and radioactive metal waste (melting and formation of chemical compounds that ensure deactivation - immobilization of radionuclides passing into slag )
При содержании в рафинирующем флюсе окислителя более 83 мас.%, или восстановителя менее 17 мас.%, или в порошкообразном шлакообразующем составе более 85 мас.% рафинирующего флюса, или минерального вещества менее 1 мас.%, или радиоактивных металлических отходов менее 10 мас.% может произойти возрастание температуры выше 1600°С, сопровождающееся интенсивным переходом радионуклидов в газовую фазу, что не обеспечивает повышение качества матричных блоков, получаемых из шлаков.When the content in the refining flux of the oxidizing agent is more than 83 wt.%, Or the reducing agent is less than 17 wt.%, Or in the powdered slag-forming composition is more than 85 wt.% Of the refining flux, or the mineral substance is less than 1 wt.%, Or the radioactive metal waste is less than 10 wt. %, an increase in temperature above 1600 ° C can occur, accompanied by an intensive transition of radionuclides to the gas phase, which does not provide an improvement in the quality of matrix blocks obtained from slags.
При содержании в рафинирующем флюсе окислителя менее 60 мас.%, или восстановителя более 40 мас.%, или в порошкообразном шлакообразующем составе менее 39 мас.% рафинирующего флюса, или радиоактивных металлических отходов более 50 мас.% количества выделяющегося тепла при протекании экзотермической реакции будет недостаточно для плавления радиоактивных металлических отходов и полного разделения расплава на слой очищенного металла и слой шлака.If the content of the oxidizing agent in the refining flux is less than 60 wt.%, Or the reducing agent is more than 40 wt.%, Or in the powdered slag-forming composition is less than 39 wt.% Of the refining flux, or radioactive metal waste, more than 50 wt.% Of the amount of heat generated during the exothermic reaction will be not enough for the melting of radioactive metal waste and the complete separation of the melt into a layer of purified metal and a layer of slag.
При содержании в композитном шлакообразующем составе менее 1 мас.% минерального вещества не обеспечивается надежная иммобилизация радионуклидов в шлаке, из которого при остывании формируется матричный блок, кроме того, не обеспечивается быстрое и полное разделение расплава на металл и шлак. Содержание минерального вещества более 15 мас.% приводит к образованию матричного блока, по своим физико-химическим характеристикам непригодного для длительного хранения.When the content in the composite slag-forming composition is less than 1 wt.% Of the mineral substance, reliable immobilization of radionuclides in the slag is not ensured, from which the matrix block is formed during cooling, and moreover, the melt is quickly and completely separated into metal and slag. A mineral content of more than 15 wt.% Leads to the formation of a matrix block, which is unsuitable for long-term storage due to its physicochemical characteristics.
В том случае, если соотношение между радиоактивными металлическими отходами и композитным шлакообразующим составом, а также его качественный и количественный состав (природа и количество окислителя, восстановителя и минерального вещества) будут отличны от приведенных в формуле изобретения, одновременного достижения вышеуказанных преимуществ обеспечить будет невозможно.In the event that the ratio between the radioactive metal waste and the composite slag-forming composition, as well as its qualitative and quantitative composition (nature and amount of oxidizing agent, reducing agent and mineral substance) are different from those given in the claims, it will not be possible to achieve the above advantages simultaneously.
Природа и соотношение компонентов рафинирующего флюса и порошкообразного композитного шлакообразующего состава в заявляемом способе позволяет осуществлять получение композитного шлакообразующего состава смешиванием порошкообразных ингредиентов в серийном смесителе и производить загрузку в тигель в один прием, что снижает число операций и затраты времени. Нагрев смеси радиоактивных металлических отходов с композитным шлакообразующим составом путем инициирования экзотермической реакции между окислителем и восстановителем позволяет осуществить расплавление отходов в течение нескольких минут, при этом исключается надобность в сложном и дорогом оборудовании - индукционной сталеплавильной печи, что позволяет перерабатывать отходы на месте их образования или на пунктах захоронения.The nature and ratio of the components of the refining flux and the powdered composite slag-forming composition in the present method allows to obtain a composite slag-forming composition by mixing the powdered ingredients in a serial mixer and loading into the crucible in one go, which reduces the number of operations and time costs. Heating a mixture of radioactive metal waste with a composite slag-forming composition by initiating an exothermic reaction between the oxidizing agent and the reducing agent allows the waste to be melted within a few minutes, while eliminating the need for complex and expensive equipment - an induction steel-smelting furnace, which allows the waste to be processed at the place of its formation or at burial sites.
Заявляемые природа и количество компонентов рафинирующего флюса и минерального вещества в композитном шлакообразующем составе обеспечивают протекание экзотермической реакции практически в безгазовом режиме с образованием жидких низковязких, химически активных шлаков, что обеспечивает плавление и дезактивацию металла и связывание радионуклидов.The claimed nature and amount of the components of the refining flux and mineral substance in the composite slag-forming composition ensures the exothermic reaction in almost gas-free mode with the formation of liquid low-viscosity, chemically active slags, which ensures the melting and deactivation of the metal and the binding of radionuclides.
Разложение оксидных пленок на радиоактивных металлических отходах происходит непосредственно в слое расплава, что обеспечивает химическое связывание освобождающихся радионуклидов в шлаковые продукты. Тепло экзотермических реакций в заявляемых рафинирующем флюсе и композитном шлакообразующем составе обеспечивает не только плавление радиоактивных металлических отходов, но и разделение расплава на слой очищенного металла и слой шлака. При остывании из последнего формируется монолитный матричный блок, не имеющий прочной механической связи со слитком металла, пригодный для захоронения (длительного хранения) и не требующий проведения дополнительных операций, что способствует ускорению процесса. По своему составу матричный блок приближается к геохимическому составу горных пород и надежно локализует в себе радионуклиды.The decomposition of oxide films on radioactive metal waste occurs directly in the melt layer, which provides chemical bonding of released radionuclides into slag products. The heat of exothermic reactions in the inventive refining flux and composite slag-forming composition provides not only the melting of radioactive metal waste, but also the separation of the melt into a layer of purified metal and a slag layer. When cooling, a monolithic matrix block is formed from the latter, which does not have a strong mechanical connection with the metal ingot, suitable for burial (long-term storage) and does not require additional operations, which helps to accelerate the process. In its composition, the matrix block approaches the geochemical composition of rocks and reliably localizes radionuclides in it.
Заявляемый метод дезактивации радиоактивных металлических отходов является составной частью темы “Исследования термохимических методов переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности”. Лабораторные исследования проведены на базе Загорского филиала ГУП МосНПО “Радон”.The inventive method of decontamination of radioactive metal waste is an integral part of the topic "Research on the thermochemical methods of processing radioactive waste of low and medium levels of activity." Laboratory studies were carried out on the basis of the Zagorsk branch of GUP MosNPO Radon.
Способ реализуют следующим образом. Получают композитный шлакообразующий состав в количестве 8,4 кг смешиванием порошкообразного рафинирующего флюса в количестве 7,7 кг (83 мас.%) и 0,7 кг минерального вещества (8,3 мас.%). В качестве восстановителя использован силикокальций (2,7 кг, что составляет 35 мас.% от рафинирующего флюса), в качестве окислителя - оксид ванадия (5,0 кг, соответственно 65 мас.%), в качестве минерального вещества - диоксид титана (диоксид титана, оксид ванадия и силикокальций являются наименее предпочтительной комбинацией компонентов, т.к. достигаемые технические эффекты при их использовании в заявляемом способе являются наименьшими по сравнению с аналогичными техническими эффектами, обеспечиваемыми применением других возможных комбинаций минерального вещества, окислителя и восстановителя в рафинирующем флюсе. Процесс приготовления композитного шлакообразующего состава из порошкообразного рафинирующего флюса и минерального вещества осуществляют в один прием в серийном смесителе загрузкой окислителя, восстановителя и минерального вещества [5]. В качестве радиоактивных металлических отходов брали 4,5 кг листовой обрези из нержавеющей стали толщиной 1,5±0,5 мм с площадью фрагментов от 1 до 10 см2, что составляет 35 мас.% в смеси радиоактивных металлических отходов с композитным шлакообразующим составом. Размещают на дне тигля устройство для инициирования (электровоспламенитель ЭВ-27 черт. ЛД 34.322.006 и порошкообразный малогазовый воспламенительный состав в количестве 3 г [6]).The method is implemented as follows. A composite slag-forming composition is obtained in an amount of 8.4 kg by mixing powder refining flux in an amount of 7.7 kg (83 wt.%) And 0.7 kg of mineral substance (8.3 wt.%). Silicocalcium (2.7 kg, which is 35 wt.% Of refining flux) was used as a reducing agent, vanadium oxide (5.0 kg, respectively 65 wt.%) Was used as an oxidizing agent, and titanium dioxide (dioxide was used as a mineral substance) titanium, vanadium oxide and silicocalcium are the least preferred combination of components, because the achieved technical effects when used in the inventive method are the smallest compared to similar technical effects provided by the use of other possible combinations mineral substance, oxidizing agent and reducing agent in refining flux. The process of preparing a composite slag-forming composition of powder refining flux and mineral substance is carried out in one step in a serial mixer by loading the oxidizing agent, reducing agent and mineral substance [5]. 4.5 kg were taken as radioactive metal waste stainless steel sheet scrap thickness 1.5 ± 0.5 mm square fragments from 1 to 10 cm 2, which is 35 wt.% in a mixture of radioactive metal waste from the composite slagging composition. An initiation device is placed at the bottom of the crucible (electric igniter EV-27, drawing. LD 34.322.006 and a powdery low-gas ignition composition in an amount of 3 g [6]).
Полученный композитный шлакообразующий состав загружают в тигель в один прием, равномерно распределяя в нем радиоактивные металлические отходы, и соединяют тигель с системой газоочистки. Нагрев указанной смеси и ее плавление осуществляют подачей электрического тока силой 0,5 А на электровоспламенитель, что инициирует экзотермическую реакцию между окислителем и восстановителем в рафинирующем флюсе. Процесс нагрева протекает практически в безгазовом режиме в течение 60...180 с. В образовавшихся продуктах реакции происходит расплавление фрагментов радиоактивных металлических отходов и разделение расплава на очищенный металл и слой шлака, содержащий радионуклиды. Из шлаков после остывания сформировался нерастворимый в воде, химически, термически и радиационно стойкий матричный блок. Он не образует со слитком очищенного металла прочной механической связи (легко отделяется от металла) и не требует проведения дополнительных операций для размещения его на долговременное хранение (захоронение). Слитки очищенного металла направляют на изготовление финишной продукции в соответствии с качеством продукта.The resulting composite slag-forming composition is loaded into the crucible in one step, evenly distributing the radioactive metal waste in it, and the crucible is connected to the gas purification system. Heating this mixture and its melting is carried out by applying an electric current of 0.5 A to an electric igniter, which initiates an exothermic reaction between the oxidizing agent and the reducing agent in the refining flux. The heating process proceeds almost in a gas-free mode for 60 ... 180 s. In the resulting reaction products, the fragments of radioactive metal waste melt and the melt is divided into purified metal and a slag layer containing radionuclides. After cooling, a water-insoluble, chemically, thermally, and radiation-resistant matrix block was formed from the slag. It does not form a strong mechanical bond with the purified metal ingot (it easily separates from the metal) and does not require additional operations to place it for long-term storage (burial). Refined metal ingots are sent to the manufacture of finished products in accordance with the quality of the product.
Испытания показали, что по сравнению со способом-прототипом заявляемый способ требует существенно (в 2...3 раза) меньших затрат времени на его осуществление за счет применения менее трудоемкой технологии приготовления композитного шлакообразующего состава (смешение сухих порошков в серийном смесителе) и более простого оборудования (тигель вместо индукционной сталеплавильной печи), обеспечивает улучшение качества матричных блоков, получаемых при остывании шлаков в части их монолитности (в заявляемом способе пористость меньше на 20...40%), что соответственно повышает надежность иммобилизации в них радионуклидов (определяется площадью поверхности контакта матричного блока с водой при длительном хранении и захоронении).Tests have shown that, compared with the prototype method, the inventive method requires significantly (2 ... 3 times) less time spent on its implementation due to the use of less labor-intensive technology for the preparation of composite slag-forming composition (mixing dry powders in a serial mixer) and a simpler equipment (a crucible instead of an induction steel-smelting furnace), provides an improvement in the quality of the matrix blocks obtained by cooling the slag in part of their solidity (in the inventive method, the porosity is 20 ... 40% less), h accordingly improves the reliability of immobilization radionuclides (defined matrix unit contact surface area with water during prolonged storage and disposal).
Заявляемый способ может быть использован наиболее эффективно для оперативной переработки радиоактивных металлических отходов непосредственно на пунктах захоронения радиоактивных отходов. Для реализации способа необходимы сравнительно дешевые и доступные отечественные серийные материалы и компоненты, не требуется сложное оборудование.The inventive method can be used most effectively for the operational processing of radioactive metal waste directly at the disposal sites of radioactive waste. To implement the method requires relatively cheap and affordable domestic serial materials and components, does not require sophisticated equipment.
Источники информацииSources of information
1. Европейский патент ЕР №714103, МПК G 21 F 9/30.1. European patent EP No. 714103, IPC G 21 F 9/30.
2. Патент Франции №2546332, МПК G 21 F 9/30.2. French patent No. 2546332, IPC G 21 F 9/30.
3. Патент РФ №2066496, МПК6 G 21 F 9/30, oпубл. 10.09.96, Бюл. №25.3. RF patent No. 2066496, IPC 6 G 21 F 9/30, publ. 09/10/96, Bull. Number 25.
4. Вспомогательные системы ракетно-космической техники. - М.: Мир, 1970, с.23, с.40-42.4. Auxiliary systems of rocket and space technology. - M .: Mir, 1970, p.23, p.40-42.
5. Вареных Н.М. и др. Химико-технологические агрегаты смешивания дисперсных материалов. - СПб.: изд. Университета, 2001, с.75-77.5. Varenykh N.M. and other Chemical-technological units for mixing dispersed materials. - St. Petersburg: ed. University, 2001, pp. 75-77.
6. Шидловский А.А. Основы пиротехники. - М.: Машиностроение, 1973, с.277-279.6. Shidlovsky A.A. Fundamentals of pyrotechnics. - M.: Mechanical Engineering, 1973, p. 277-279.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002127547/06A RU2231843C1 (en) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Method of deactivating radioactive metallic waste |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002127547/06A RU2231843C1 (en) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Method of deactivating radioactive metallic waste |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002127547A RU2002127547A (en) | 2004-04-10 |
| RU2231843C1 true RU2231843C1 (en) | 2004-06-27 |
Family
ID=32846230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002127547/06A RU2231843C1 (en) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Method of deactivating radioactive metallic waste |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2231843C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472862C1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Processing method of metal radioactive waste |
| RU2543050C2 (en) * | 2013-06-25 | 2015-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Chemical reactor for processing radioactive alkali metal |
-
2002
- 2002-10-15 RU RU2002127547/06A patent/RU2231843C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШУЛЬГА Н.А. Перспективы развития за рубежом регенерации металлов из радиоактивного металлического скрапа методом плавления. Атомная техника за рубежом. - 1994, №6, с.11-16. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2472862C1 (en) * | 2011-07-26 | 2013-01-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Processing method of metal radioactive waste |
| RU2543050C2 (en) * | 2013-06-25 | 2015-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Chemical reactor for processing radioactive alkali metal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Maeda et al. | Aluminothermic reduction of titanium oxide | |
| BR9305431A (en) | Refractory composition for use as a disposable liner, melting metal handling vessel and process for installing a disposable refractory liner | |
| US3721549A (en) | Preparation of metal ingots from the corresponding metal oxides | |
| US5731564A (en) | Method of operating a centrifugal plasma arc furnace | |
| EP0257718B1 (en) | Injectable reagents for molten metals | |
| RU2231843C1 (en) | Method of deactivating radioactive metallic waste | |
| RU2178924C1 (en) | Charge for producing material ensuring confinement of nuclear reactor molten corium | |
| US4564507A (en) | Reductive decontamination of magnesium fluoride | |
| RU2212719C2 (en) | Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher | |
| US3410679A (en) | Method of making metal alloys, particularly ferrotitanium alloy | |
| WO1990012125A1 (en) | Method for obtaining a refractory inorganic coating on the surface of an article | |
| RU2242814C1 (en) | Method for recovering reactor graphite waste | |
| US3850623A (en) | Method for reducing uranium tetrafluoride to metallic uranium | |
| USH1013H (en) | Process for the immobilization and volume reduction of low level radioactive wastes from thorium and uranium processing | |
| RU2159473C1 (en) | Method for recovering radionuclide-containing metal wastes | |
| JP2818253B2 (en) | Dissolution method of iron-based scrap contaminated with radioactive materials | |
| KR102463401B1 (en) | Volume reduction and vitrification treatment method for spent uranium catalyst waste minimized generation of secondary wastes by self sustained combustion reaction | |
| US3485594A (en) | Molten iron method of recovering nuclear material from composite bodies | |
| US3155494A (en) | Process for recovery of fine aluminum from aluminum dross | |
| RU2066496C1 (en) | Method of decontamination of radioactive metal wastes and composite slag-forming composition for radioactive metal wastes by method of smelting | |
| JPH0136919B2 (en) | ||
| US5006306A (en) | Process for alloying uranium and niobium | |
| US2628898A (en) | Alloy addition agent | |
| Sheller | Method for reducing uranium tetrafluoride to metallic uranium | |
| US3486979A (en) | Method of preventing plutonium leakage |
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: 20141016 |