RU2242814C1 - Method for recovering reactor graphite waste - Google Patents

Method for recovering reactor graphite waste

Info

Publication number
RU2242814C1
RU2242814C1 RU2003109152/06A RU2003109152A RU2242814C1 RU 2242814 C1 RU2242814 C1 RU 2242814C1 RU 2003109152/06 A RU2003109152/06 A RU 2003109152/06A RU 2003109152 A RU2003109152 A RU 2003109152A RU 2242814 C1 RU2242814 C1 RU 2242814C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
container
waste
graphite
reactor
Prior art date
Application number
RU2003109152/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003109152A (en
Inventor
С.А. Дмитриев (RU)
С.А. Дмитриев
О.К. Карлина (RU)
О.К. Карлина
В.Л. Климов (RU)
В.Л. Климов
Г.Ю. Павлова (RU)
Г.Ю. Павлова
А.Ю. Юрченко (RU)
А.Ю. Юрченко
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") filed Critical Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон")
Priority to RU2003109152/06A priority Critical patent/RU2242814C1/en
Publication of RU2003109152A publication Critical patent/RU2003109152A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2242814C1 publication Critical patent/RU2242814C1/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: recovery of high-activity wastes.
SUBSTANCE: proposed method includes crushing of reactor graphite waste and its separation into several fractions, that is fine fraction having particle size of 50 μm and below and coarse fraction with particles measuring 50 to 100 μm. Then fine and coarse fractions of crushed reactor graphite waste are mixed up, mass proportion of fine and coarse fractions being 95 : 5 to 10 : 90. Introduced in mixture of crushed reactor graphite waste are rutile concentrate as oxide of carbide-forming element, powdered aluminum as energy carrier, and modifier, proportion of ingredients being as follows, mass percent: graphite waste, 7 - 11; powdered aluminum, 23 - 30; rutile concentrate, 53 - 64; modifier, 2 - 15. Then mixture prepared in this way is charged in container and igniter composition layer is placed on top. Mixture is given heat treatment under self-spreading high-temperature fusion conditions to form carbide oxide material including radionuclides. Prior to charging mixture inner surfaces of container walls and its bottom are covered with asbestos sheets. End product formed within container is allowed to cool down under natural conditions.
EFFECT: prevented escape of radionuclides into environment; enhanced strength of end product obtained.
4 cl, 1 dwg, 4 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к технологии переработки высокоактивных отходов облученного графита, образующихся в процессе эксплуатации уран-графитовых реакторов. Такие отходы включают ряд радионуклидов, в том числе долгоживущий изотоп углерода 14C, образовавшихся под воздействием на графит, и содержащиеся в нем примеси нейтронного потока.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to a technology for the processing of high-level waste of irradiated graphite generated during operation of uranium-graphite reactors. Such wastes include a number of radionuclides, including the long-lived carbon isotope 14 C, formed under the influence of graphite, and impurities of the neutron flux contained in it.

В настоящее время в ряде стран (в России, Великобритании, США, Франции, ФРГ и др.) начинают выводиться из эксплуатации выработавшие ресурс уран-графитовые реакторы. За годы эксплуатации в результате различного рода аномальных ситуаций и технологических операций в графитовых блоках этих реакторов образовался целый ряд дефектов (задиры, сколы, раковины, поры и т.п.), при этом происходило осыпание образующейся графитовой крошки. На поверхности графитовых блоков со временем образуется рыхлый осыпающийся слой. При разгерметизации ТВЭЛов происходило осыпание частиц ядерного топлива. В результате образовались так называемые “просыпи”, в которых в результате длительного пребывания в активной зоне реактора образовались трансурановые - нептуний, плутоний, америций, кюрий, - и другие радионуклиды: углерод - 14, цезий - 137, стронций - 90, кальций - 41, никель - 59, цирконий - 93, железо - 55 и др.Currently, in a number of countries (in Russia, Great Britain, the USA, France, Germany, and others), resource-using uranium-graphite reactors are beginning to be decommissioned. Over the years of operation, as a result of various anomalous situations and technological operations, a number of defects (burrs, chips, shells, pores, etc.) were formed in the graphite blocks of these reactors, and the resulting graphite chips crumbled. On the surface of graphite blocks, a loose crumbling layer forms over time. When the fuel elements were depressurized, particles of nuclear fuel were shed. As a result, so-called “spills” were formed in which transuranic - neptunium, plutonium, americium, curium - and other radionuclides were formed as a result of a long stay in the reactor core: carbon - 14, cesium - 137, strontium - 90, calcium - 41 nickel - 59, zirconium - 93, iron - 55, etc.

К отходам графита из уран-графитовых реакторов относятся и периодически заменяемые графитовые втулки, в которых в результате нейтронного облучения образовались радионуклиды, в том числе углерод - 14.Graphite wastes from uranium-graphite reactors also include periodically replaced graphite bushings, in which radionuclides were formed as a result of neutron irradiation, including carbon - 14.

Изотоп углерода 14С является долгоживущим (с периодом полураспада 5730 лет) и, окисляясь до 14СО2, включается в естественный круговорот углерода, вследствие чего представляет серьезную опасность для человека благодаря способности усваиваться организмом.The carbon isotope 14 C is long-lived (with a half-life of 5730 years) and, oxidizing to 14 CO 2 , is included in the natural carbon cycle, which therefore poses a serious danger to humans due to the ability to be absorbed by the body.

В связи с этим при выводе из эксплуатации уран-графитовых реакторов стоит задача переработки отходов графита с надежной изоляцией содержащихся в них долгоживущих изотопов углерода 14C и других радионуклидов от окружающей среды.In this regard, when decommissioning uranium-graphite reactors, the task is to process graphite waste with reliable isolation of the long-lived carbon isotopes 14 C and other radionuclides contained in them from the environment.

Известен способ обработки углеродсодержащего материала [I], имеющего форму частиц, в котором углерод присутствует как свободный или атомарный углерод и который загрязнен токсичными элементами, в том числе направленного в отход графита из ядерного реактора, включающий загрузку углеродсодержащего материала в реактор с верхним погруженным дутьем и плавление указанного материала в упомянутом реакторе в присутствии жидкого шлака, инжектирование в процессе плавления в шлак кислородсодержащего газа через верхнюю погружную трубку с целью сжигания по существу всего углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, удаление летучих токсичных элементов с реакторными отходящими газами в виде дыма, введение в шлак по существу полностью нелетучих токсичных элементов, при этом способ осуществляют при температуре от 1100 до 1400°С, а шлак представляет собой кремниевоангидридный шлак, включающий оксид железа и, по меньшей мере, один из других оксидов, выбираемых из оксида алюминия, оксида кальция и оксида магния, причем оксид железа выполняет в шлаке функцию носителя кислорода, способствующего сжиганию углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, посредством реакций:A known method of processing a carbon-containing material [I] in the form of particles in which carbon is present as free or atomic carbon and which is contaminated with toxic elements, including waste graphite from a nuclear reactor, comprising loading the carbon-containing material into an upper immersed blast reactor and melting said material in said reactor in the presence of liquid slag; injecting, during the melting, oxygen-containing gas into the slag through an upper immersion tube to compress burning essentially all of the carbon contained in the carbon-containing material, removing volatile toxic elements with reactor exhaust gases in the form of smoke, introducing substantially completely non-volatile toxic elements into the slag, the process being carried out at a temperature of 1100 to 1400 ° C, and the slag is silicon anhydride slag, including iron oxide and at least one of the other oxides selected from aluminum oxide, calcium oxide and magnesium oxide, and iron oxide performs the function of an oxygen carrier in the slag, sp special burning of carbon contained in the carbon-containing material by reactions:

2FeO(шлак)+1/2O2=2FeO1,5(шлак),2FeO (slag) + 1 / 2O 2 = 2FeO 1.5 (slag),

2FeO1,5(шлак)+С=2FeO(шлак)+СО,2FeO 1.5 (slag) + С = 2FeO (slag) + СО,

и эти реакции поддерживают за счет турбулентного движения шлака, генерируемой посредством верхней погруженной инжекции кислородсодержащего газа.and these reactions are supported by the turbulent movement of the slag generated by the upper submerged injection of oxygen-containing gas.

Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:

- сложность технологического процесса обработки углеродсодержащего материала, в том числе отходов графита из ядерных реакторов, обусловленная проведением процесса в реакторе с расплавом шлака, причем в жидкий шлак через погруженные в него сверху трубки вдувают кислородсодержащий газ, необходимый для поддержания реакции сжигания углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале;- the complexity of the technological process for the processing of carbon-containing material, including graphite waste from nuclear reactors, due to the process in the reactor with slag melt, and oxygen-containing gas is blown into the liquid slag through tubes immersed into it from above, which is necessary to support the combustion of carbon contained in the carbon-containing material;

- перевод всего углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, в том числе в отходах графита из ядерных реакторов, а следовательно, и долгоживущего изотопа углерода 14C, в газовую фазу в виде оксида углерода СО и 14СО, что требует специальных дополнительных мер по исключению выхода оксида углерода 14СО в окружающую среду и переводу его в форму, пригодную для длительного безопасного захоронения.- transfer of all carbon contained in the carbon-containing material, including graphite waste from nuclear reactors, and hence the long-lived carbon isotope 14 C, into the gas phase in the form of carbon monoxide CO and 14 CO, which requires special additional measures to exclude the yield carbon monoxide 14 СО into the environment and its conversion into a form suitable for long-term safe disposal.

Известен способ переработки твердых высокоактивных графитсодержащих отходов [2], включающий измельчение отходов, дополнительное введение в эти отходы титана и/или алюминия в качестве энергоносителя и оксида карбидообразующего элемента, при этом компоненты смеси берут в количестве, достаточном для полного связывания графита, приготовленную смесь уплотняют и размещают в стальную пресс-форму или газостат, термическую обработку смеси проводят в герметичном реакторе в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) путем инициирования реакции горения компонентов смеси подачей кратковременного импульса тока через вольфрамовую спираль, находящуюся в контакте со смесью, с последующим компактированием продукта синтеза в процессе или после горения смеси с образованием высокоплотного продукта для экологически безопасного захоронения.A known method of processing solid highly active graphite-containing wastes [2], including crushing the wastes, additionally introducing titanium and / or aluminum as an energy carrier and oxide of the carbide-forming element into these wastes, the components of the mixture being taken in an amount sufficient to completely bind the graphite, the prepared mixture is compacted and placed in a steel mold or gas thermostat, heat treatment of the mixture is carried out in a sealed reactor in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) put This involves initiating the combustion reaction of the components of the mixture by applying a short-term current pulse through a tungsten spiral in contact with the mixture, followed by compacting the synthesis product during or after burning the mixture to form a high-density product for environmentally safe disposal.

Недостатками способа являются сложность в технологическом оформлении из-за наличия операции уплотнения приготовленной смеси, а также опасной стадии компактирования конечного продукта в герметичном реакторе в процессе СВС или после его завершения при температуре свыше 2000 К с применением мощного прессового оборудования, высокая энергоемкость, связанная с применением прессового оборудования, недостаточно надежное воспламенение при подаче кратковременного импульса тока через вольфрамовую спираль, находящуюся в контакте со смесью.The disadvantages of the method are the complexity in the technological design due to the operation of compaction of the prepared mixture, as well as the dangerous stage of compaction of the final product in a sealed reactor during the SHS process or after its completion at temperatures above 2000 K using powerful press equipment, high energy consumption associated with the use of press equipment, insufficiently reliable ignition when applying a short-term current pulse through a tungsten spiral in contact with the mixture.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки отходов реакторного графита [3], включающий измельчение отходов реакторного графита, введение в измельченные отходы реакторного графита порошкообразного алюминия в качестве энергоносителя, в качестве оксида карбидообразующего элемента - диоксида титана или триоксида дихрома и в качестве модификатора - циркона, алюминия, оксида меди или оксида никеля, при этом компоненты смеси берут в следующем соотношении, мас.%:Closest to the claimed method is a method of processing reactor graphite waste [3], including grinding reactor graphite waste, introducing powdered aluminum as a carrier energy into the crushed reactor graphite waste, titanium dioxide or dichrome trioxide as a carbide-forming element and zircon as a modifier , aluminum, copper oxide or nickel oxide, while the components of the mixture are taken in the following ratio, wt.%:

отходы графита 5-12graphite waste 5-12

порошкообразный алюминий 25-40powdered aluminum 25-40

диоксид титана или триоксид дихрома 50-66titanium dioxide or dichromium trioxide 50-66

модификатор 2-15modifier 2-15

размещение приготовленной смеси в контейнере, поверх смеси, находящейся в контейнере, располагают слой воспламенительного состава, покрывающий не менее половины ее открытой поверхности, причем воспламенительный состав имеет температуру горения не ниже 2500 К и не выделяет при горении газообразных продуктов, проведение термической обработки смеси в контейнере, помещаемом в реактор с инертной атмосферой, в режиме СВС путем инициирования реакции горения компонентов смеси с образованием карбидооксидного материала, включающего радионуклиды, предназначенного для экологически безопасного захоронения.placing the prepared mixture in a container, on top of the mixture in the container, place a layer of igniter composition covering at least half of its open surface, and the igniter composition has a combustion temperature of at least 2500 K and does not emit gaseous products when burning, heat treatment of the mixture in the container placed in an inert atmosphere reactor in the SHS mode by initiating the combustion reaction of the mixture components with the formation of carbide oxide material including radionuclides s designed for environmentally safe disposal.

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

- высокие теплопотери в зоне контакта реагирующей смеси со стенками контейнера, в результате чего реакция в этой зоне не протекает полностью, не весь графит на поверхности конечного продукта связывается в карбидооксидном материале, из-за чего происходит частичное осыпание графита с поверхности получаемого блока карбидооксидного материала, что может привести к попаданию графита с содержащимися в нем радионуклидами, в том числе изотопом углерода 14С, в окружающую среду;- high heat loss in the contact zone of the reacting mixture with the walls of the container, as a result of which the reaction in this zone does not proceed completely, not all graphite on the surface of the final product is bound in the carbide oxide material, due to which partial shedding of graphite from the surface of the resulting block of carbide oxide material occurs, which can lead to the ingress of graphite with the radionuclides contained in it, including the carbon isotope 14 C, into the environment;

- недостаточная прочность получающегося карбидооксидного материала;- insufficient strength of the resulting carbide oxide material;

- значительный унос радионуклидов 137Cs и/или 90Sr в процессе СВС;- significant ablation of 137 Cs and / or 90 Sr radionuclides during SHS;

- большая скорость выщелачивания радионуклидов 137Cs и/или 90Sr из получаемого карбидооксидного материала;- high leaching rate of 137 Cs and / or 90 Sr radionuclides from the resulting carbide oxide material;

- высокая стоимость применяемых компонентов, в первую очередь, диоксида титана и циркона.- the high cost of the components used, primarily titanium dioxide and zircon.

Техническим результатом, который может быть достигнут в результате реализации заявляемого способа, является предотвращение попадания изотопа углерода 14С и других радионуклидов, содержащихся в реакторном графите, в окружающую среду, повышение прочности получаемого карбидооксидного конечного продукта; снижение уноса радионуклидов 137Cs и/или 90Sr в процессе СВС; уменьшение скорости выщелачивания радионуклидов 13Cs и/или 90Sr из получаемого карбидооксидного конечного продукта; снижение стоимости применяемых компонентов.The technical result that can be achieved by implementing the proposed method is to prevent the carbon isotope 14 C and other radionuclides contained in reactor graphite from entering the environment, increasing the strength of the resulting carbide oxide final product; reduced entrainment of 137 Cs and / or 90 Sr radionuclides during SHS; a decrease in the leaching rate of 13 Cs and / or 90 Sr radionuclides from the resulting carbide oxide end product; reduction in the cost of the components used.

Для достижения технического результата предлагается способ переработки отходов реакторного графита, включающий измельчение отходов реакторного графита, разделение измельченных отходов реакторного графита, подлежащих термической обработке, на несколько фракций, по меньшей мере, на две фракции - с размерами частиц 50 мкм и менее (называемую далее мелкой фракцией) и с размерами частиц от 50 до 100 мкм (называемую далее крупной фракцией), объединение мелкой и крупной фракций измельченных отходов реакторного графита в смесь с соотношением по массе между мелкой и крупной фракциями от 95:5 до 10:90; введение в смесь мелкой и крупной фракций измельченных отходов реакторного графита порошкообразного алюминия в качестве энергоносителя, рутилового концентрата в качестве оксида карбидообразующего элемента и в качестве модификатора - веществ, которые при температуре термической обработки приготовленной смеси разлагаются и/или плавятся и не вступают в реакцию с другими компонентами смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve a technical result, a method for processing reactor graphite waste is proposed, including crushing reactor graphite waste, separating the crushed reactor graphite waste to be heat treated into several fractions, at least two fractions - with particle sizes of 50 μm or less (hereinafter referred to as fine fraction) and with particle sizes from 50 to 100 μm (hereinafter referred to as the coarse fraction), combining the fine and coarse fractions of crushed reactor graphite waste into a mixture with a ratio of sce between fine and coarse fractions from 95: 5 to 10:90; the introduction of powdered aluminum into the mixture of fine and coarse fractions of crushed waste from reactor graphite as an energy carrier, rutile concentrate as an oxide of a carbide-forming element, and as a modifier - substances that decompose and / or melt at the temperature of heat treatment of the prepared mixture and do not react with other the components of the mixture, in the following ratio, wt.%:

отходы графита 7-11graphite waste 7-11

порошкообразный алюминий 23-30powdered aluminum 23-30

рутиловый концентрат 53-64rutile concentrate 53-64

модификатор 2-15modifier 2-15

нанесение на внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, в котором осуществляют термическую обработку смеси, перед загрузкой в него вышеупомянутой приготовленной смеси, листового асбеста, загрузку приготовленной смеси в контейнер, размещение поверх смеси, находящейся в контейнере, слоя воспламенительного состава, покрывающего не менее половины ее открытой поверхности, причем воспламенительный состав имеет температуру горения не ниже 2500 К и не выделяет при горении газообразных продуктов, проведение термической обработки смеси в контейнере в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования реакции горения смеси в контейнере с образованием карбидооксидного материала, включающего радионуклиды, улавливание аэрозолей, выделяющихся в процессе горения смеси в контейнере, охлаждение естественным путем образовавшегося в контейнере конечного продукта. В качестве модификатора используют кварцевый песок, метатитанат бария, метасиликат кальция (волластонит).drawing on the inner surface of the walls and the bottom of the container in which the mixture is heat treated before loading the above-mentioned prepared mixture, asbestos sheet, loading the prepared mixture into the container, placing on top of the mixture in the container, a layer of igniter composition covering at least half of it an open surface, and the igniter composition has a combustion temperature of at least 2500 K and does not emit gaseous products during combustion, heat treatment of the mixture in it is an onteiner in the mode of self-propagating high-temperature synthesis by initiating the combustion reaction of the mixture in the container with the formation of a carbide oxide material, including radionuclides, trapping aerosols released during the combustion of the mixture in the container, and cooling of the final product formed naturally in the container. As a modifier, quartz sand, barium metatitanate, calcium metasilicate (wollastonite) are used.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:

- разделение измельченных отходов облученного реакторного графита, подлежащих термической обработке, на несколько фракций, по меньшей мере, на две фракции - с размерами частиц 50 мкм и менее (называемую далее мелкой фракцией) и с размерами частиц от 50 до 100 мкм (называемую далее крупной фракцией), объединение мелкой и крупной фракций измельченных отходов реакторного графита в смесь с соотношением по массе между мелкой и крупной фракциями от 95:5 до 10:90; введение в смесь мелкой и крупной фракций измельченных отходов реакторного графита рутилового концентрата в качестве оксида карбидообразующего элемента при следующем соотношении компонентов, мас.%:- separation of the ground waste of irradiated reactor graphite to be heat treated into several fractions, at least two fractions - with particle sizes of 50 μm or less (hereinafter referred to as the fine fraction) and with particle sizes from 50 to 100 μm (hereinafter referred to as coarse fraction), combining small and large fractions of crushed reactor graphite waste into a mixture with a weight ratio between small and large fractions from 95: 5 to 10:90; the introduction of a mixture of small and large fractions of crushed waste reactor graphite of rutile concentrate as oxide of a carbide-forming element in the following ratio of components, wt.%:

отходы графита 7-11graphite waste 7-11

порошкообразный алюминий 23-30powdered aluminum 23-30

рутиловый концентрат 53-64rutile concentrate 53-64

модификатор 2-15modifier 2-15

- нанесение на внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, в котором осуществляется термическая обработка смеси, перед загрузкой в него вышеупомянутой приготовленной смеси, листового асбеста.- drawing on the inner surface of the walls and the bottom of the container in which the mixture is heat treated, asbestos sheet before loading the aforementioned prepared mixture into it.

Дополнительными отличительными признаками заявляемого способа являются использование в смеси в качестве модификатора кварцевого песка, метатитаната бария, метасиликата кальция (волластонита).Additional distinctive features of the proposed method are the use of quartz sand, barium metatitanate, calcium metasilicate (wollastonite) as a modifier in the mixture.

Как показали исследования, за счет разделения измельченных отходов реакторного графита на несколько, по меньшей мере, на две фракции, мелкую, с размерами частиц 50 мкм и менее, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм, и изменения соотношения между мелкой и крупной фракциями в измельченных отходах графита, вводимых в смесь, получается карбидокорундовый конечный продукт с различной прочностью (таблица 1).As studies have shown, by separating the crushed waste of reactor graphite into several at least two fractions, fine, with particle sizes of 50 microns or less, and large, with particle sizes of 50 to 100 microns, and changes in the ratio between fine and coarse fractions in the crushed graphite waste introduced into the mixture result in a carbide-corundum end product with different strengths (table 1).

Согласно данным, приведенным в таблице 1, прочность конечного продукта можно регулировать в довольно широких пределах, изменяя соотношение между мелкой и крупной фракциями в измельченных отходах реакторного графита, подлежащих переработке, а введение в смесь для переработки отходов графита рутилового концентрата в качестве оксида карбидообразующего элемента дает существенное увеличение прочности конечного продукта.According to the data given in table 1, the strength of the final product can be controlled over a fairly wide range by changing the ratio between the fine and coarse fractions in the crushed reactor graphite waste to be processed, and the introduction of rutile concentrate graphite as an oxide of a carbide-forming element into the waste recycling mixture gives a significant increase in the strength of the final product.

Figure 00000002
Figure 00000002

Вводимый в смесь для термической переработки отходов реакторного графита в режиме СВС в качестве оксида карбидообразующего элемента рутиловый концентрат представляет собой обогащенную природную руду следующего химического состава, мас.%: TiО2 - не менее 94, Аl2O3 - не более 0,6, Fе2О3 - не более 3, SiO2 - не более 1,5, ZrO2 - не более 1,0, P2O5 - не более 0,07, влага - не более 0,5 [4]. Входящий в состав рутилового концентрата диоксид титана TiO2 выступает в роли оксида карбидообразующего элемента. Содержащаяся в рутиловом концентрате влага улетучивается, лишь частично принимая участие в реакции горения. Диоксид циркония ZrO2 обладает свойством изоморфно вмещать радионуклиды, улучшая, таким образом, вмещающие свойства конечного продукта. Оксиды Аl2О3 и Fе2О3 при температуре реакции СВС образуют шпинели, которые также обладают вмещающими свойствами для ряда радионуклидов. Пятиокись фосфора P2O5 образует устойчивые фосфаты элементов - радионуклидов. Диоксид кремния SiO2 за счет тепла реакции горения плавится, взаимодействует с элементами примесей, содержащихся в отходах графита, образует силикатный расплав, включающий эти примеси в стеклофазу и заполняющий пористое пространство в карбидокорундовой матрице, придавая конечному продукту свойства стеклокерамики с повышением прочности.The rutile concentrate introduced into the mixture for thermal processing of reactor graphite waste in the SHS mode as the oxide of the carbide-forming element is enriched natural ore of the following chemical composition, wt.%: TiO 2 - not less than 94, Al 2 O 3 - not more than 0.6, Fe 2 O 3 - not more than 3, SiO 2 - not more than 1.5, ZrO 2 - not more than 1.0, P 2 O 5 - not more than 0.07, moisture - not more than 0.5 [4]. The titanium dioxide TiO 2 included in the composition of the rutile concentrate acts as the oxide of the carbide-forming element. The moisture contained in the rutile concentrate evaporates, only partially taking part in the combustion reaction. Zirconium dioxide ZrO 2 has the ability to contain radionuclides isomorphically, thereby improving the containing properties of the final product. The oxides Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 at the SHS reaction temperature form spinels, which also have host properties for a number of radionuclides. Phosphorus pentoxide P 2 O 5 forms stable phosphates of elements - radionuclides. Silicon dioxide SiO 2 melts due to the heat of the combustion reaction, interacts with elements of impurities contained in graphite waste, forms a silicate melt, which includes these impurities in the glass phase and fills the porous space in the carbide-corundum matrix, giving the final product glass-ceramic properties with increased strength.

Таким образом, содержащиеся в рутиловом концентрате оксиды алюминия, железа, кремния, циркония, фосфора улучшают свойства образующейся в процессе СВС карбидокорундовой матрицы: повышают удерживающую способность по отношению к радионуклидам (унос 137Cs и 90Sr снижается примерно в 2 раза при сохранении скорости выщелачивания на уровне показателей смеси с диоксидом титана TiO2), снижают пористость, повышают прочность конечного продукта по сравнению с карбидокорундовым материалом, образующимся при использовании в качестве оксида карбидообразующего элемента чистого диоксида титана ТiO2 (см. таблицы 1 и 2).Thus, the oxides of aluminum, iron, silicon, zirconium, and phosphorus contained in the rutile concentrate improve the properties of the carbide-alumina matrix formed during the SHS process: they increase the retention capacity with respect to radionuclides (the entrainment of 137 Cs and 90 Sr decreases by about 2 times while maintaining the leaching rate by the level of indicators of a mixture with titanium dioxide TiO 2 ), reduce porosity, increase the strength of the final product in comparison with the carbide-corundum material formed when carbide form is used as oxide element of pure titanium dioxide TiO 2 (see tables 1 and 2).

Снижение скорости выщелачивания 137Cs и 90Sr в случае смесей на основе рутилового концентрата обеспечивается путем введения в смесь для обработки отходов реакторного графита модификаторов.Reducing the leaching rate of 137 Cs and 90 Sr in the case of mixtures based on rutile concentrate is achieved by introducing modifiers into the reactor waste treatment mixture.

Рутиловый концентрат не только улучшает целевые характеристики конечного продукта, но и существенно, примерно в 5 раз, дешевле диоксида титана: цена диоксида титана составляет 97000 руб/т, цена рутилового концентрата - 18000 руб/т.Rutile concentrate not only improves the target characteristics of the final product, but it is also approximately 5 times cheaper than titanium dioxide: the price of titanium dioxide is 97,000 rubles / ton, the price of rutile concentrate is 18,000 rubles / ton.

При содержании измельченных отходов реакторного графита в исходной смеси менее 7% не обеспечивается необходимая энергетика процесса СВС из-за недостаточного тепловыделения при образовании карбида титана TiC, при введении в исходную смесь свыше 11% отходов графита не весь углерод, в том числе изотоп углерода 14C, будет связываться в устойчивый карбид титана, при этом не исключается попадание углерода 14С в окружающую среду.When the content of crushed reactor graphite waste in the initial mixture is less than 7%, the necessary energy of the SHS process is not provided due to insufficient heat generation during the formation of titanium carbide TiC, when more than 11% of graphite waste is introduced into the initial mixture, not all carbon, including the carbon isotope 14 C , will bind to stable titanium carbide, while carbon 14 C is not excluded in the environment.

Содержание в исходной смеси порошкообразного алюминия менее 23% не обеспечит необходимого энерговыделения, полного восстановления титана из диоксида титана, содержащегося в рутиловом концентрате, полного связывания углерода в карбиде титана, и, тем самым, осуществления процесса СВС. В результате неполного связывания углерода в карбиде титана не исключается попадание в окружающую среду изотопа углерода 14C. Содержание в исходной смеси порошкообразного алюминия свыше 30% является избыточным, отрицательно скажется на энергетике процесса СВС.A content of aluminum powder in the initial mixture of less than 23% will not provide the necessary energy release, complete reduction of titanium from titanium dioxide contained in rutile concentrate, complete carbon binding in titanium carbide, and, thus, SHS process. As a result of the incomplete binding of carbon in titanium carbide, the carbon isotope 14 C is not excluded from the environment. The content of aluminum powder in the initial mixture of more than 30% is excessive and will negatively affect the energy of the SHS process.

При содержании в исходной смеси рутилового концентрата менее 53% восстановленного титана окажется недостаточно для полного связывания углерода, в том числе изотопа углерода 14С, в карбид титана TiC. Содержание в исходной смеси для переработки отходов реакторного графита рутилового концентрата более 64% является избыточным, приводит к образованию в конечном продукте низших оксидов титана, снижению температуры реакции и, как следствие этого, к падению прочности конечного продукта. При этом в результате неполного связывания углерода в карбиде титана не обеспечивается надежная изоляция изотопа углерода 14С от окружающей среды.If the content of rutile concentrate in the initial mixture is less than 53%, the reduced titanium will not be enough for the complete binding of carbon, including the carbon isotope 14 C, to titanium carbide TiC. A content of more than 64% in the initial mixture for processing waste of reactor graphite of rutile concentrate is more than 64%, which leads to the formation of lower titanium oxides in the final product, a decrease in the reaction temperature, and, as a result, a decrease in the strength of the final product. Moreover, as a result of incomplete binding of carbon in titanium carbide, reliable isolation of the carbon isotope 14 C from the environment is not ensured.

При содержании в исходной смеси для обработки отходов реакторного графита модификатора менее 2% не обеспечивается необходимое увеличение прочности, снижение пористости и улучшение вмещающих свойств конечного продукта. При содержании в исходной смеси модификатора более 15% его плавление требует больших затрат тепла, вследствие чего понижается температура, полнота реакции СВС не достигается, процесс карбидообразования не завершается, не весь графит (углерод) связывается в карбид титана и, тем самым, не исключается попадание углерода - 14 в окружающую среду.When the content of the modifier reactor graphite in the initial mixture for waste treatment is less than 2%, the necessary increase in strength, decrease in porosity, and improvement in the enclosing properties of the final product are not provided. When the modifier in the initial mixture contains more than 15%, its melting requires a large heat consumption, as a result of which the temperature decreases, the completeness of the SHS reaction is not achieved, the carbide formation process does not end, not all graphite (carbon) binds to titanium carbide and, therefore, cannot be excluded carbon - 14 into the environment.

Вводимый в смесь для переработки измельченных отходов реакторного графита в качестве модификатора кварцевый песок имеет следующий состав, (мас.%): диоксид кремния SiO2 от 99,8 до 98,5, оксид алюминия Аl2О3 от 0,1 до 0,6, оксид железа Fе2O3 от 0,01 до 0,05 [5]. За счет тепла химической реакции диоксид кремния и другие содержащиеся в кварцевом песке оксиды плавятся, образуя шпинели и стеклофазу, которая заполняет поры в карбидокорундовой матрице конечного продукта, повышая, тем самым, его прочность почти в 2 раза (см. табл.3), и улучшает вмещающие свойства по отношению к радионуклидам, содержащимся в отходах графита и выплавляемым в ходе СВС. Так при сохранении величины уноса 137Cs и 90Sr примерно на уровне показателей для смеси без добавки модификатора и для смеси согласно прототипу, скорости выщелачивания этих же радионуклидов уменьшаются в 2,7-3 раза (табл.4), что обеспечивает более надежную изоляцию от окружающей среды радионуклидов 137Cs и 90Sr.The silica sand introduced into the mixture for processing crushed waste of reactor graphite as a modifier has the following composition (wt.%): Silicon dioxide SiO 2 from 99.8 to 98.5, aluminum oxide Al 2 O 3 from 0.1 to 0, 6, iron oxide Fe 2 O 3 from 0.01 to 0.05 [5]. Due to the heat of the chemical reaction, silicon dioxide and other oxides contained in quartz sand melt, forming spinel and a glass phase, which fills the pores in the carbide-corundum matrix of the final product, thereby increasing its strength by almost 2 times (see Table 3), and improves the enclosing properties with respect to radionuclides contained in graphite waste and smelted during SHS. So, while maintaining the entrainment value of 137 Cs and 90 Sr at about the level of indicators for a mixture without the addition of a modifier and for a mixture according to the prototype, the leaching rates of the same radionuclides are reduced by 2.7-3 times (Table 4), which provides more reliable isolation from environmental radionuclides 137 Cs and 90 Sr.

Вводимый в смесь для переработки измельченных отходов реакторного графита в качестве модификатора метатитанат бария имеет температуру плавления 1888 К и не разлагается при плавлении [6]. Метатитанат бария ВаТiO3 при температуре реакции в процессе СВС плавится и заполняет поровое пространство в карбидооксидной матрице конечного продукта. Прочность образующегося карбидооксидного конечного продукта переработки отходов графита при этом несколько увеличивается (см. табл.3). Унос радионуклидов 137Cs и 90Sr в процессе СВС остается примерно на уровне показателей для смеси - прототипа. Однако скорость выщелачивания 137Cs и 90Sr по сравнению с конечным продуктом, синтезированным с помощью смеси - прототипа, ниже в три раза (табл.4), благодаря чему существенно повышается надежность изоляции указанных радионуклидов от окружающей среды.Barium metatitanate introduced into the mixture for processing crushed waste of reactor graphite as a modifier has a melting point of 1888 K and does not decompose upon melting [6]. Barium metatitanate BaTiO 3 at the reaction temperature during SHS melts and fills the pore space in the carbide oxide matrix of the final product. The strength of the resulting carbide oxide end product of the processing of graphite waste increases slightly (see Table 3). The ablation of 137 Cs and 90 Sr radionuclides in the SHS process remains approximately at the level of indicators for the prototype mixture. However, the leaching rate of 137 Cs and 90 Sr is three times lower than the final product synthesized using the prototype mixture (Table 4), which significantly increases the reliability of isolation of these radionuclides from the environment.

Вводимый в смесь для переработки измельченных отходов реакторного графита в качестве модификатора метасиликат кальция СаSiO3 (волластонит) имеет температуру плавления 1817 К и не разлагается при плавлении [6]. Волластонит при температуре проведения процесса СВС за счет тепла экзотермической реакции плавится и заполняет поровое пространство в карбидооксидной матрице конечного продукта. При этом более чем в 2,5 раза повышается прочность образующегося карбидооксидного конечного продукта переработки отходов графита (табл.3). Для радионуклидов 137Cs и 90Sr, по сравнению со смесью - прототипом, унос снижается приблизительно в 1,3 раза, а скорости выщелачивания - в 2-3 раза (табл.4), в результате чего обеспечивается более надежная изоляция радионуклидов от окружающей среды.The calcium metasilicate CaSiO 3 (wollastonite) introduced into the mixture for processing crushed waste of reactor graphite as a modifier has a melting point of 1817 K and does not decompose upon melting [6]. Wollastonite at the temperature of the SHS process due to the heat of the exothermic reaction melts and fills the pore space in the carbide oxide matrix of the final product. At the same time, the strength of the resulting carbide oxide end product of graphite waste processing increases by more than 2.5 times (Table 3). For 137 Cs and 90 Sr radionuclides, in comparison with the prototype mixture, the ablation is reduced by approximately 1.3 times and the leaching rate by 2-3 times (Table 4), resulting in a more reliable isolation of the radionuclides from the environment .

При исследованиях предлагаемого способа переработки измельченных отходов реакторного графита в смеси с порошкообразным алюминием, рутиловым концентратом и модификатором, загруженных в металлический контейнер, было установлено, что на поверхности образующегося карбидокорундового блока конечного продукта, непосредственно соприкасающейся со стенками контейнера, остается слой непрореагировавшей смеси, который проявляет склонность к осыпанию даже при незначительных механических воздействиях, что может привести к попаданию в окружающую среду частиц графита с содержащимися в нем углеродом 14С и другими радионуклидами. Толщина этого слоя может достигать приблизительно 2-3 мм.In studies of the proposed method for processing crushed reactor graphite wastes mixed with powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier loaded into a metal container, it was found that on the surface of the resulting carbide-corundum block of the final product directly in contact with the container walls, a layer of unreacted mixture remains, which manifests susceptibility to shedding even with minor mechanical influences, which can lead to environmental exposure th medium graphite particles with carbon contained therein 14C and other radionuclides. The thickness of this layer can reach approximately 2-3 mm.

Как показали измерения, выполненные с помощью вольфрам-рениевых термопар, температура непосредственно на границе между реагирующей смесью и внутренней поверхностью стенки контейнера в ходе процесса СВС составляет ~1400 К при температуре в объеме реагирующей смеси 2327 К (см. фиг.1). Таким образом, в слое реагирующей смеси толщиной 2-3 мм средняя температура составляет ~1850 К, что обусловлено интенсивным теплоотводом через стенку контейнера в окружающую среду, вследствие чего в указанном слое нет условий для осуществления реакции СВС с полным связыванием углерода, в том числе его изотопа 14C, в карбиде титана. Очевидно, что для обеспечения полноты реакции СВС необходимо резко снизить теплоотвод из слоя смеси, непосредственно примыкающего к внутренней поверхности стенки контейнера. В предлагаемом способе переработки отходов реакторного графита с этой целью на внутреннюю боковую поверхность и дно контейнера наносят листовой асбест.As shown by measurements made using tungsten-rhenium thermocouples, the temperature directly at the boundary between the reacting mixture and the inner surface of the container wall during the SHS process is ~ 1400 K at a temperature in the volume of the reacting mixture of 2327 K (see Fig. 1). Thus, in a layer of a reacting mixture with a thickness of 2-3 mm, the average temperature is ~ 1850 K, which is due to intense heat removal through the wall of the container to the environment, as a result of which there are no conditions in this layer for the SHS reaction to completely bind carbon, including its isotope 14 C, in titanium carbide. Obviously, to ensure the completeness of the SHS reaction, it is necessary to sharply reduce the heat removal from the mixture layer directly adjacent to the inner surface of the container wall. In the proposed method for the processing of reactor graphite waste for this purpose, sheet asbestos is applied to the inner side surface and the bottom of the container.

Асбест является хорошим теплоизолятором и позволяет резко снизить тепловой поток из объема реагирующей смеси через стенку контейнера в окружающую среду, т.е. уменьшить теплопотери. В результате, как показывают измерения с помощью вольфрам-рениевых термопар, в зоне контакта реагирующей смеси с асбестом температура имеет величину ~2250 К (см. фиг.1), а средняя температура в слое реагирующей смеси, непосредственно примыкающем к асбестовому покрытию стенки контейнера, составляет ~2290 К. Таким образом, в реагирующей смеси отходов графита с порошкообразным алюминием, рутиловым концентратом и модификатором в зоне контакта ее с асбестовым покрытием стенки контейнера температурные условия гарантируют полноту протекания процесса СВС и, следовательно, полноту включения в карбид титана углерода (графита), в том числе изотопа углерода 14C. Тем самым, обеспечивается надежное фиксирование углерода 14С и других радионуклидов, содержащихся в отходах реакторного графита, в объеме получающегося в результате процесса СВС карбидокорундового матричного блока, что исключает их попадание в окружающую среду.Asbestos is a good heat insulator and can dramatically reduce the heat flux from the volume of the reacting mixture through the wall of the container into the environment, i.e. reduce heat loss. As a result, as measurements using tungsten-rhenium thermocouples show, in the zone of contact of the reaction mixture with asbestos, the temperature is ~ 2250 K (see Fig. 1), and the average temperature in the layer of the reaction mixture directly adjacent to the asbestos coating of the container wall, is ~ 2290 K. Thus, in the reactive mixture of graphite wastes with powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier in the zone of its contact with the asbestos coating of the container wall, the temperature conditions guarantee the completeness of the process sa SHS and, therefore, the completeness of incorporation of carbon titanium (graphite) into the carbide, including the carbon isotope 14 C. This ensures reliable fixation of carbon 14 C and other radionuclides contained in the waste of reactor graphite in the volume resulting from the SHS process carbide-corundum matrix block, which eliminates their ingress into the environment.

В предлагаемом способе переработки отходов реакторного графита асбест служит не только теплоизолятором, обеспечивая снижение теплопотерь из объема реагирующей смеси, но также улучшает свойства поверхности синтезируемого карбидокорундового конечного продукта, что обусловлено химическим составом асбеста. Все виды асбеста в химическом отношении представляют собой силикаты магния, кальция, железа и натрия довольно сложного состава [7]. Содержание диоксида кремния в них составляет 50-60%. В ходе процесса СВС в смеси отходов реакторного графита с порошкообразным алюминием, рутиловым концентратом и модификатором в контейнере поверхность асбестового слоя, соприкасающаяся с реагирующей смесью, как отмечалось выше, нагревается до ~2200 К. При такой температуре асбест разлагается на оксиды с образованием стеклообразного расплава на основе диоксида кремния. Образовавшийся расплав, находясь в соприкосновении с поверхностью пористого карбидокорундового матричного блока конечного продукта, проникает в его поры и покрывает его поверхность, образуя на поверхности стеклокерамический защитный слой, дополнительно изолируя включенные в карбидокорундовую матрицу изотоп углерода 14С и другие радионуклиды от окружающей среды.In the proposed method for the treatment of reactor graphite waste, asbestos not only serves as a heat insulator, providing a reduction in heat loss from the volume of the reacting mixture, but also improves the surface properties of the synthesized carbide-corundum final product, which is due to the chemical composition of asbestos. Chemically, all types of asbestos are silicates of magnesium, calcium, iron, and sodium of a rather complex composition [7]. The content of silicon dioxide in them is 50-60%. During the SHS process in a mixture of reactor graphite wastes with powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier in the container, the surface of the asbestos layer in contact with the reacting mixture, as noted above, is heated to ~ 2200 K. At this temperature, asbestos decomposes into oxides with the formation of a glassy melt into silica based. The formed melt, being in contact with the surface of the porous carbide-alumina matrix block of the final product, penetrates into its pores and covers its surface, forming a glass-ceramic protective layer on the surface, additionally isolating the carbon isotope 14 C and other radionuclides from the environment.

На чертеже представлены схематически в вертикальном разрезе часть контейнера с загруженной в него смесью 1 отходов реакторного графита с порошкообразным алюминием, рутиловым концентратом и модификатором, причем металлическая стенка 2 контейнера не имеет слоя теплоизолятора (левая часть разреза), и часть контейнера с загруженной в него упомянутой смесью 1, на внутреннюю поверхность боковой стенки 2 которого, согласно предлагаемому способу, нанесен листовой асбест 3 (правая часть разреза). По оси абсцисс отложен радиус, по оси ординат (она же ось симметрии) - температура. В целях наглядности пропорции и масштабы на схеме не соблюдены.The drawing shows schematically in vertical section a part of a container loaded with a mixture of 1 reactor graphite waste with powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier, moreover, the metal wall 2 of the container does not have a layer of heat insulator (left side of the section), and the part of the container with the aforementioned mixture 1, on the inner surface of the side wall 2 of which, according to the proposed method, applied asbestos sheet 3 (the right side of the cut). The radius is plotted on the abscissa, and the temperature is plotted on the ordinate (the axis of symmetry). For illustrative purposes, the proportions and scales in the diagram are not respected.

На чертеже приняты следующие обозначения: R - радиальная координата; Rм – радиус цилиндрической полости контейнера, заполненной смесью; Нм - толщина стенки контейнера; Нсм - толщина слоя смеси, непосредственно примыкающей к стенке контейнера, с интенсивным теплоотводом; Ra - радиус заполненной смесью цилиндрической полости контейнера с нанесенным на его внутреннюю поверхность листовым асбестом; На - толщина слоя листового асбеста, нанесенного на внутреннюю поверхность контейнера; Нса - толщина слоя смеси, непосредственно примыкающей к асбесту, нанесенному на внутреннюю поверхность стенки контейнера; Т - температура; Тр - температура в реагирующей смеси в ходе процесса СВС; Тва - температура на поверхности асбеста, находящейся в контакте с реагирующей смесью; Твн - температура на внутренней поверхности контейнера, не защищенной асбестом; Тцм - температура на наружной поверхности контейнера; Тна - температура на поверхности раздела между стенкой контейнера и нанесенным на нее листовым асбестом; Тмн - температура на наружной поверхности металлического контейнера.The following notation is used in the drawing: R - radial coordinate; R m is the radius of the cylindrical cavity of the container filled with the mixture; N m - the wall thickness of the container; N cm - the thickness of the layer of the mixture directly adjacent to the wall of the container, with intense heat sink; R a is the radius of the filled cylindrical cavity of the container with the sheet asbestos applied to its inner surface; N a - the thickness of the layer of sheet asbestos deposited on the inner surface of the container; N sa - the thickness of the layer of the mixture directly adjacent to asbestos deposited on the inner surface of the container wall; T is the temperature; T p - temperature in the reacting mixture during the SHS process; T VA - temperature on the surface of asbestos in contact with the reacting mixture; T int - temperature on the inner surface of the container, not protected by asbestos; T cm - temperature on the outer surface of the container; T on - temperature at the interface between the container wall and sheet asbestos applied to it; T mn - temperature on the outer surface of the metal container.

В случае использования для переработки отходов реакторного графита контейнера без нанесенного на его внутреннюю поверхность листового асбеста (левая от вертикальной оси часть) указанные на чертеже величины имеют следующие значения: температура Тр=2320-2330 К; температура на внутренней поверхности стенки контейнера Твм=1300-1500 К; температура на наружной поверхности стенки контейнера Тнм=500-550 К; толщина стенки контейнера Нм=3 мм; толщина слоя смеси, непосредственно примыкающей к стенке контейнера Нсм=2-3 мм. Таким образом, температура в слое смеси, примыкающей к стенке контейнера, уменьшается от температуры реакции 2325 К до температуры внутренней поверхности стенки контейнера ~1400 К, а средняя температура в этом слое составляет ~1850 К, что совершенно недостаточно для полноты протекания реакции СВС.In the case of using reactor graphite container for waste processing without a sheet of asbestos applied to its inner surface (the left part from the vertical axis), the values indicated on the drawing have the following values: temperature T p = 2320-2330 K; temperature on the inner surface of the wall of the container T VM = 1300-1500 K; temperature on the outer surface of the container wall T nm = 500-550 K; container wall thickness N m = 3 mm; the thickness of the layer of the mixture directly adjacent to the wall of the container N cm = 2-3 mm Thus, the temperature in the mixture layer adjacent to the container wall decreases from the reaction temperature of 2325 K to the temperature of the inner surface of the container wall ~ 1400 K, and the average temperature in this layer is ~ 1850 K, which is completely insufficient for the completeness of the SHS reaction.

В случае использования для переработки отходов реакторного графита контейнера, на стенки и дно которого с внутренней стороны нанесен листовой асбест (правая от вертикальной оси часть), указанные на чертеже величины имеют следующие значения: температура Тр=2320-2330 К; температура на внутренней поверхности слоя листового асбеста Тва=2220-2270 К; температура на поверхности раздела между стенкой контейнера и нанесенным на нее листовым асбестом Тна=550-600 К. Таким образом, температура в слое смеси, примыкающей к асбестовому покрытию, нанесенному на внутреннюю поверхность стенки контейнера, уменьшается от температуры реакции 2325 К до температуры внутренней поверхности асбестового покрытия ~2250 К, и средняя температура в этом слое составляет ~2290 К, что обеспечивает полноту протекания реакции СВС.In the case of using reactor graphite waste container for processing waste, a sheet of asbestos (the right part from the vertical axis) is applied to the walls and bottom of the container, the values indicated on the drawing have the following values: temperature T p = 2320-2330 K; the temperature on the inner surface of the sheet asbestos layer T wa = 2220-2270 K; the surface temperature between the section of the container wall and coated with a sheet of asbestos on T = 550-600 C. Thus, the temperature in the layer of mixture adjacent the Asbestos coating applied to the internal surface of the container wall, the temperature decreases from 2325 K the reaction to an internal temperature the surface of the asbestos coating is ~ 2250 K, and the average temperature in this layer is ~ 2290 K, which ensures the completeness of the SHS reaction.

Процесс переработки отходов реакторного графита согласно предлагаемому способу заключается в следующем.The recycling process of reactor graphite waste according to the proposed method is as follows.

Измельченные отходы реакторного графита разделяют на несколько, по меньшей мере две фракции: мелкую, с размерами частиц 50 мкм и менее, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм. Объединяют мелкую и крупную фракции измельченных отходов графита в определенном соотношении по массе между фракциями. В приготовленную смесь измельченных отходов графита вводят в необходимых количествах порошкообразный алюминий, рутиловый концентрат и модификатор. На внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, предназначенного для переработки отходов реакторного графита, наносят листовой асбест. Приготовленную смесь из отходов реакторного графита, порошкообразного алюминия, рутилового концентрата и модификатора загружают в контейнер. Поверх смеси, загруженной в контейнер, располагают воспламенительный (термитный) состав, служащий для инициирования процесса СВС в смеси.The crushed waste of reactor graphite is divided into several at least two fractions: fine, with particle sizes of 50 microns or less, and large, with particle sizes of 50 to 100 microns. Combine small and large fractions of crushed graphite waste in a certain ratio by weight between fractions. Powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier are introduced into the prepared mixture of ground graphite wastes in the required amounts. Sheet asbestos is applied to the inner surface of the walls and the bottom of the container for processing reactor graphite waste. The prepared mixture of reactor graphite waste, powdered aluminum, rutile concentrate and a modifier is loaded into a container. On top of the mixture loaded into the container, have an igniter (termite) composition, which serves to initiate the SHS process in the mixture.

Воспламенительный (термитный) состав поджигают с помощью введенной в его слой раскаленной нихромовой или вольфрамовой проволоки. При сгорании термитного состава образуются конденсированные продукты с температурой свыше 2700 К, под действием которой непосредственно на поверхности смеси из отходов реакторного графита, порошкообразного алюминия, рутилового концентрата и модификатора образуется расплав алюминия и рутилового концентрата, в этом расплаве начинается химическое взаимодействие, инициирующее процесс СВС во всем объеме смеси, загруженной в контейнер.The igniter (termite) composition is ignited using a hot nichrome or tungsten wire introduced into its layer. Upon combustion of the thermite composition, condensed products are formed with a temperature above 2700 K, under the action of which a melt of aluminum and rutile concentrate is formed directly from the mixture of reactor graphite, powdered aluminum, rutile concentrate and modifier, and a chemical interaction begins in this melt, initiating the SHS process in the entire volume of the mixture loaded into the container.

В результате экзотермической реакции в ходе СВС в контейнере образуется спеченный карбидооксидный пористый материал в виде блока конечного продукта, состоящего в своей основе из карбида титана TiC с включенным в его состав изотопом углерода 14С и оксида алюминия Аl2О3 (корунда). Входящие в состав рутилового концентрата примеси оксидов заполняют поровое пространство в матрице конечного продукта, образуют соединения типа шпинелей, фосфатов и силикатов, включающие в свою структуру радионуклиды и их соединения, улучшающие вмещающие свойства конечного продукта и придающие дополнительную прочность конечному продукту. Аналогичную роль играют вводимые в смесь для переработки отходов реакторного графита в качестве модификаторов кварцевый песок, метатитанат бария ВаТiO3 и метасиликат кальция СаSiO3 (волластонит).As a result of the exothermic reaction during SHS, a sintered carbide oxide porous material is formed in the container in the form of a block of the final product, which consists mainly of titanium carbide TiC with 14 C carbon isotope and Al 2 O 3 alumina (corundum) included in its composition. The impurities of oxides included in the composition of the rutile concentrate fill the pore space in the matrix of the final product, form compounds such as spinels, phosphates and silicates, incorporating radionuclides and their compounds in their structure, which improve the containing properties of the final product and give additional strength to the final product. A similar role is played by silica sand, barium metatitanate BaTiO 3 and calcium metasilicate CaSiO 3 (wollastonite) introduced into the mixture for processing reactor graphite waste as modifiers.

Благодаря тому, что асбест, нанесенный на внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, является хорошим теплоизолятором, в слое реагирующей смеси, непосредственно примыкающем к поверхности асбеста, практически отсутствуют теплопотери, в результате чего реакция протекает с полным включением углерода (графита), в том числе изотопа углерода 14С, в состав образующегося карбида титана. Кроме того, за счет тепла экзотермической реакции в ходе СВС происходит разложение минерального вещества асбеста с образованием силикатного расплава, который внедряется в поверхностный слой образующегося в контейнере в результате СВС карбидокорундового блока конечного продукта, придавая этому слою свойства стеклокерамики, что приводит к увеличению прочности блока в целом, а также способствует удержанию радионуклидов в карбидокорундовой матрице и препятствует их попаданию в окружающую среду.Due to the fact that asbestos deposited on the inner surface of the walls and the bottom of the container is a good heat insulator, there is practically no heat loss in the layer of the reaction mixture directly adjacent to the surface of asbestos, as a result of which the reaction proceeds with the complete inclusion of carbon (graphite), including carbon isotope 14 C, in the composition of the resulting titanium carbide. In addition, due to the heat of the exothermic reaction during SHS, the asbestos mineral substance decomposes with the formation of a silicate melt, which is embedded in the surface layer of the carbide-corundum block of the final product formed in the SHS container, giving this layer glass-ceramic properties, which leads to an increase in the strength of the block in as a whole, and also contributes to the retention of radionuclides in the carbide-corundum matrix and prevents their entry into the environment.

Образующиеся в ходе процесса СВС в реакционной зоне и уносимые из нее аэрозольные частицы улавливаются из отходящих газов с помощью фильтров.Aerosol particles formed during the SHS process in the reaction zone and carried away from it are captured from the exhaust gases using filters.

Предлагаемый способ переработки отходов реакторного графита реализуется следующим образом.The proposed method for processing reactor graphite waste is implemented as follows.

Пример 1. Готовят порцию смеси массой 10 кг из измельченных отходов реакторного графита 9,5 мас.%, разделенных на две фракции: мелкую, с размерами частиц менее 50 мкм, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм, при соотношении между мелкой и крупной фракциями по массе 50:50, порошкообразного алюминия 27,5 мас.%, порошка рутилового концентрата 57 мас.%, кварцевого песка 6 мас.%. На внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, предназначенного для переработки приготовленной смеси наносят слой листового асбеста толщиной 6 мм. В контейнер с нанесенным на его внутреннюю поверхность асбестом загружают приготовленную смесь, поверх смеси, загруженной в контейнер, размещают слой термитного состава, покрывающий не менее половины открытой поверхности смеси. Контейнер с загруженной в него смесью и размещенным на ее открытой поверхности термитным составом устанавливают под вытяжным зонтом с фильтрами для улавливания аэрозольных частиц, после чего поджигают термитный состав, с помощью которого инициируют в смеси процесс СВС.Example 1. A portion of a mixture weighing 10 kg is prepared from crushed reactor graphite waste 9.5 wt.%, Divided into two fractions: fine, with particle sizes less than 50 microns, and large, with particle sizes from 50 to 100 microns, with a ratio between fine and large fractions by weight of 50:50, powdered aluminum 27.5 wt.%, powder of rutile concentrate 57 wt.%, quartz sand 6 wt.%. A 6 mm thick layer of sheet asbestos is applied to the inner surface of the walls and the bottom of the container intended for processing the prepared mixture. The prepared mixture is loaded into the container with asbestos deposited on its inner surface; a layer of termite composition covering at least half of the open surface of the mixture is placed on top of the mixture loaded into the container. The container with the mixture loaded into it and the termite composition placed on its open surface is installed under an exhaust hood with filters for trapping aerosol particles, after which the thermite composition is ignited, by which the SHS process is initiated in the mixture.

По окончании процесса СВС в контейнере образуется конечный продукт, который представляет собой прочный карбидокорундовый спеченный материал с химически связанным в виде карбида титана углеродом, включая долгоживущий изотоп углерода 14C, с пористым пространством, заполненным шпинелями, фосфатами и силикатами, которые обладают вмещающими свойствами для ряда радионуклидов, а также диоксидом кремния SiO2, включающим содержащиеся в отходах реакторного графита примеси радионуклидов в стеклофазу и придающим конечному продукту свойства стеклокерамики. Наружный слой образовавшегося в контейнере конечного продукта пропитан силикатным расплавом, образовавшимся из асбеста при термическом воздействии на него экзотермических реакций в ходе процесса СВС, благодаря чему этот слой приобретает свойства стеклокерамики и придает всему блоку конечного продукта дополнительную прочность.At the end of the SHS process, the final product is formed in the container, which is a durable sintered carbide-corundum material with carbon chemically bonded in the form of titanium carbide, including the 14 C long-lived carbon isotope, with a porous space filled with spinels, phosphates and silicates, which have host properties for a number of of radionuclides, as well as silicon dioxide SiO 2 , including impurities of radionuclides contained in the waste of reactor graphite in the glass phase and imparting properties of the stack to the final product Lokeramics. The outer layer of the final product formed in the container is impregnated with silicate melt formed from asbestos during thermal exposure to exothermic reactions during the SHS process, due to which this layer acquires the properties of glass ceramics and gives the entire block of the final product additional strength.

Прочность на сжатие полученного продукта имеет величину ~22 МПа, унос 137Cs и 90Sr составляет 4,2 и 3,2% соответственно, скорости выщелачивания для 137Cs и 90Sr составляют ~10-4 и ~5· 10-5 г/(см3· сут) соответственно.The compressive strength of the obtained product is ~ 22 MPa, the entrainment of 137 Cs and 90 Sr is 4.2 and 3.2%, respectively, the leaching rates for 137 Cs and 90 Sr are ~ 10 -4 and ~ 5 · 10 -5 g / (cm 3 · day), respectively.

Контейнер с образовавшимся в нем в результате реакции СВС конечным продуктом охлаждают за счет естественного понижения температуры, закрывают герметично крышкой и направляют на захоронение.The container with the final product formed in it as a result of the SHS reaction is cooled due to a natural decrease in temperature, sealed with a lid and sent for burial.

Пример 2. Готовят порцию реакционной смеси массой 5 кг из измельченных отходов реакторного графита 9 мас.%, разделенных на две фракции: мелкую, с размерами частиц менее 50 мкм, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм, при соотношении между мелкой и крупной фракциями по массе 60:40, порошкообразного алюминия 28 мас.%, ругалового концентрата 59 мас.%, метатитаната бария 4 мас.%. На внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, предназначенного для переработки приготовленной смеси, наносят слой листового асбеста толщиной 4 мм. В контейнер с нанесенным на его внутреннюю поверхность асбестом загружают приготовленную смесь, поверх смеси, загруженной в контейнер, размещают слой термитного состава, покрывающий не менее половины открытой поверхности смеси. Контейнер с загруженной в него смесью и размещенным на ее открытой поверхности термитным составом помещают в реактор с инертной атмосферой (аргоном), снабженный фильтрами для улавливания аэрозольных частиц, после чего поджигают термитный состав, с помощью которого инициируют в смеси процесс СВС.Example 2. Prepare a portion of the reaction mixture weighing 5 kg from the crushed waste of reactor graphite 9 wt.%, Divided into two fractions: fine, with particle sizes less than 50 microns, and large, with particle sizes from 50 to 100 microns, with a ratio between fine and coarse fractions by weight 60:40, powdered aluminum 28 wt.%, curb concentrate 59 wt.%, barium metatitanate 4 wt.%. A layer of sheet asbestos with a thickness of 4 mm is applied to the inner surface of the walls and the bottom of the container intended for processing the prepared mixture. The prepared mixture is loaded into the container with asbestos deposited on its inner surface; a layer of termite composition covering at least half of the open surface of the mixture is placed on top of the mixture loaded into the container. The container with the mixture loaded into it and termite composition placed on its open surface is placed in an inert atmosphere (argon) reactor equipped with filters for trapping aerosol particles, after which the thermite composition is ignited, by which the SHS process is initiated in the mixture.

По окончании процесса СВС в контейнере образуется конечный продукт, который представляет собой прочный карбидокорундовый спеченный материал с химически связанным в виде карбида титана углеродом, включая долгоживущий изотоп углерода 14С, с пористым пространством, заполненным шпинелями, фосфатами и силикатами, которые обладают вмещающими свойствами для ряда радионуклидов. В пористом пространстве карбидокорундового материала конечного продукта также включен метатитанат бария, включающий, благодаря своей перовскитовой структуре, содержащиеся в отходах реакторного графита примеси радионуклидов. Наружный слой образовавшегося в контейнере конечного продукта пропитан силикатным расплавом, образовавшимся из асбеста при термическом воздействии на него экзотермических реакций в ходе процесса СВС, благодаря чему этот слой приобретает свойства стеклокерамики и придает всему блоку конечного продукта дополнительную прочность.At the end of the SHS process, a final product is formed in the container, which is a durable sintered carbide-corundum material with carbon chemically bonded in the form of titanium carbide, including a 14 C long-lived carbon isotope, with a porous space filled with spinels, phosphates, and silicates, which have host properties for a number of radionuclides. In the porous space of the carbide-alumina material of the final product, barium metatitanate is also included, which, due to its perovskite structure, contains radionuclide impurities in the waste of reactor graphite. The outer layer of the final product formed in the container is impregnated with silicate melt formed from asbestos during thermal exposure to exothermic reactions during the SHS process, due to which this layer acquires the properties of glass ceramics and gives the entire block of the final product additional strength.

Прочность на сжатие полученного продукта имеет величину ~19 МПа, унос 137Cs и 90Sr составляет 3,8 и 2,7% соответственно, скорости выщелачивания для 137Cs и 90Sr составляют ~5,6· 10-5 и ~2,7· 10-5 г/(см3· сут) соответственно.The compressive strength of the obtained product is ~ 19 MPa, the entrainment of 137 Cs and 90 Sr is 3.8 and 2.7%, respectively, the leaching rate for 137 Cs and 90 Sr is ~ 5.6 · 10 -5 and ~ 2.7 · 10 -5 g / (cm 3 · day), respectively.

Контейнер с образовавшимся в нем в результате реакции СВС конечным продуктом охлаждают за счет естественного понижения температуры, закрывают герметично крышкой и направляют на захоронение.The container with the final product formed in it as a result of the SHS reaction is cooled due to a natural decrease in temperature, sealed with a lid and sent for burial.

Пример 3. Готовят порцию реакционной смеси массой 8 кг из измельченных отходов реакторного графита 8 мас.%, разделенных на две фракции: мелкую, с размерами частиц менее 50 мкм, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм, при соотношении между мелкой и крупной фракциями по массе 40:60, порошкообразного алюминия 26 мас.%, рутилового концентрата 58 мас.%, метасиликата кальция (волластонита) 8 мас.%. На внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, предназначенного для переработки приготовленной смеси наносят слой листового асбеста толщиной 5 мм. Далее все как в примере 2.Example 3. Prepare a portion of the reaction mixture weighing 8 kg from the crushed waste of reactor graphite 8 wt.%, Divided into two fractions: fine, with particle sizes less than 50 microns, and large, with particle sizes from 50 to 100 microns, with a ratio between fine and coarse fractions by weight 40:60, powdered aluminum 26 wt.%, rutile concentrate 58 wt.%, calcium metasilicate (wollastonite) 8 wt.%. A layer of sheet asbestos with a thickness of 5 mm is applied to the inner surface of the walls and the bottom of the container intended for processing the prepared mixture. Further, everything is as in example 2.

По окончании процесса СВС в контейнере образуется конечный продукт, который представляет собой прочный карбидокорундовый спеченный материал с химически связанным в виде карбида титана углеродом, включая долгоживущий изотоп углерода 14C, с пористым пространством, заполненным шпинелями, фосфатами и силикатами, которые обладают вмещающими свойствами для ряда радионуклидов. В пористом пространстве карбидокорундового материала конечного продукта также включен метасиликат кальция, включающий содержащиеся в отходах реакторного графита примеси радионуклидов, а также придающий всему материалу высокую прочность. Наружный слой образовавшегося в контейнере конечного продукта пропитан силикатным расплавом, образовавшимся из асбеста при термическом воздействии на него экзотермических реакций в ходе процесса СВС, благодаря чему этот слой приобретает свойства стеклокерамики и придает всему блоку конечного продукта дополнительную прочность.At the end of the SHS process, the final product is formed in the container, which is a durable sintered carbide-corundum material with carbon chemically bonded in the form of titanium carbide, including the 14 C long-lived carbon isotope, with a porous space filled with spinels, phosphates and silicates, which have host properties for a number of radionuclides. In the porous space of the carbide-corundum material of the final product, calcium metasilicate is also included, including radionuclide impurities contained in the waste of reactor graphite, as well as giving the whole material high strength. The outer layer of the final product formed in the container is impregnated with silicate melt formed from asbestos during thermal exposure to exothermic reactions during the SHS process, due to which this layer acquires the properties of glass ceramics and gives the entire block of the final product additional strength.

Прочность на сжатие полученного продукта имеет величину ~32 МПа, унос 137Cs и 90Sr составляет 2,8 и 2,1% соответственно, скорости выщелачивания для 137Cs и 90Sr составляют ~1,2· 10-4 и ~0,5· 10-5 г/(см3· сут) соответственно.The compressive strength of the obtained product is ~ 32 MPa, the ablation of 137 Cs and 90 Sr is 2.8 and 2.1%, respectively, the leaching rates for 137 Cs and 90 Sr are ~ 1.2 · 10 -4 and ~ 0.5 · 10 -5 g / (cm 3 · day), respectively.

Контейнер с образовавшимся в нем в результате реакции СВС конечным продуктом охлаждают за счет естественного понижения температуры, закрывают герметично крышкой и направляют на захоронение.The container with the final product formed in it as a result of the SHS reaction is cooled due to a natural decrease in temperature, sealed with a lid and sent for burial.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет предотвратить попадание изотопа углерода 14С и других радионуклидов, содержащихся в реакторном графите, в окружающую среду, повысить прочность получаемого карбидооксидного конечного продукта; снизить унос радионуклидов 137Cs и/или 90Sr в процессе СВС; уменьшить скорость выщелачивания радионуклидов 137Cs и/или 90Sr из получаемого карбидооксидного конечного продукта и снизить стоимость применяемых компонентов.Thus, the proposed method allows to prevent the isotope of carbon 14 C and other radionuclides contained in reactor graphite in the environment, to increase the strength of the resulting carbide oxide final product; to reduce the entrainment of 137 Cs and / or 90 Sr radionuclides during SHS; reduce the leaching rate of 137 Cs and / or 90 Sr radionuclides from the resulting carbide oxide end product and reduce the cost of the components used.

Заявляемый способ может быть использован для переработки отходов облученного реакторного графита, содержащего долгоживущий изотоп углерода 14С и другие радионуклиды.The inventive method can be used for processing waste irradiated reactor graphite containing a long-lived carbon isotope 14 C and other radionuclides.

Для реализации способа могут быть использованы материалы и компоненты, широко используемые в отечественной промышленности: асбест листовой - в теплоэнергетике, металлургии и химической промышленности, алюминий - в металлургии, электротехнике, авиа-, автомобиле- и машиностроении и пиротехнике, рутиловый концентрат - в металлургии и электросварочном деле, кварцевый песок - в производстве стекла и керамики, в металлургии, метатитанат бария - в производстве специальных керамических материалов, метасиликат кальция (волластонит) - в металлургии, в производстве керамики, огнеупоров и строительных материалов, в лакокрасочной промышленности.To implement the method, materials and components that are widely used in the domestic industry can be used: sheet asbestos - in the power industry, metallurgy and chemical industry, aluminum - in metallurgy, electrical engineering, aircraft, automobile- and machine-building and pyrotechnics, rutile concentrate - in metallurgy and electric welding, quartz sand - in the production of glass and ceramics, in metallurgy, barium metatitanate - in the production of special ceramic materials, calcium metasilicate (wollastonite) - in metallurgists In the manufacture of ceramics, refractory materials and building materials in the paint industry.

В Государственном унитарном предприятии г. Москвы - МосНПО “Радон” в настоящее время ведется НИР по отработке технологии переработки отходов реакторного графита согласно предлагаемому способу.In the State Unitary Enterprise of Moscow - MosNPO Radon, research is currently underway to refine the technology for processing reactor graphite waste according to the proposed method.

Источники информацииSources of information

1. Патент Российской Федерации №2141076 С1, 6 F 23 G 5/00, В 09 В 3/30, опубл. 10.11.99, БИ №31.1. Patent of the Russian Federation No. 2141076 C1, 6 F 23 G 5/00, 09 V 3/30, publ. 11/10/99, BI No. 31.

2. Патент Российской Федерации №2065220 С1, 6 G 21 F 9/32, опубл. 10.08.96, БИ №22.2. Patent of the Russian Federation No. 2065220 C1, 6 G 21 F 9/32, publ. 08/10/96, BI No. 22.

3. Патент Российской Федерации №2192057 C1, 7 G 21 F 9/32, опубл. 27.10.2002, БИ №30.3. Patent of the Russian Federation No. 2192057 C1, 7 G 21 F 9/32, publ. 10.27.2002, BI No. 30.

4. ГОСТ 22938-78. Концентрат рутиловый. Технические условия.4. GOST 22938-78. Rutile Concentrate. Technical conditions

5. ГОСТ 22551-77. Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия.5. GOST 22551-77. Quartz sand, ground sandstone, quartzite and vein quartz for the glass industry. Technical conditions

6. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Вып.1. Двойные системы. - Л.: Наука, 1969.6. Toropov N.A., Barzakovsky V.P., Lapin V.V., Kurtseva N.N. State diagrams of silicate systems. Directory. Issue 1. Binary systems. - L .: Nauka, 1969.

7. Федосеев А.Д., Григорьева Л.Ф., Макарова Г.А. Волокнистые силикаты. Природные и синтетические асбесты. - М.: Наука, 1966.7. Fedoseev A.D., Grigoryeva L.F., Makarova G.A. Fibrous silicates. Natural and synthetic asbestos. - M .: Nauka, 1966.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Claims (4)

1. Способ переработки отходов реакторного графита, включающий измельчение отходов реакторного графита, введение в измельченные отходы реакторного графита порошкообразного алюминия в качестве энергоносителя, оксида карбидообразующего элемента и модификатора, в качестве которого выбирают вещества, которые при температуре термической обработки приготовленной смеси разлагаются и/или плавятся и не вступают в реакцию с другими компонентами смеси, приготовление смеси из измельченных отходов реакторного графита, порошкообразного алюминия, оксида карбидообразующего элемента и модификатора, загрузку приготовленной смеси в контейнер, размещение поверх смеси, находящейся в контейнере, слоя воспламенительного состава, покрывающего не менее половины ее открытой поверхности, причем воспламенительный состав имеет температуру горения не ниже 2500 К и не выделяет при горении газообразных продуктов, проведение термической обработки смеси в контейнере в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем инициирования реакции горения смеси в контейнере с образованием карбидооксидного материала, включающего радионуклиды, улавливание аэрозолей, выделяющихся в процессе горения смеси в контейнере, охлаждение естественным путем образовавшегося в контейнере конечного продукта, отличающийся тем, что измельченные отходы реакторного графита разделяют на несколько, по меньшей мере, на две фракции: мелкую, с размерами частиц 50 мкм и менее, и крупную, с размерами частиц от 50 до 100 мкм, объединяют мелкую и крупную фракции измельченных отходов реакторного графита в смесь с соотношением по массе между мелкой и крупной фракциями от 95:5 до 10:90, вводят в смесь мелкой и крупной фракций измельченных отходов реакторного графита в качестве оксида карбидообразующего элемента рутиловый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. A method of processing reactor graphite waste, including grinding reactor graphite waste, introducing powdered aluminum into the reactor waste graphite waste as an energy carrier, oxide of a carbide-forming element and a modifier, which are selected as substances that decompose and / or melt at the temperature of heat treatment of the prepared mixture and do not react with other components of the mixture, the preparation of the mixture from the crushed waste of reactor graphite, powdered aluminum , carbide-forming element oxide and modifier, loading the prepared mixture into the container, placing on top of the mixture in the container, a layer of igniter composition covering at least half of its open surface, the igniter composition having a combustion temperature of at least 2500 K and does not emit gaseous products during combustion conducting heat treatment of the mixture in the container in the mode of self-propagating high-temperature synthesis by initiating the combustion reaction of the mixture in the container with the images the use of carbide oxide material, including radionuclides, capture of aerosols released during the combustion of the mixture in the container, natural cooling of the final product formed in the container, characterized in that the crushed waste of reactor graphite is divided into several at least two fractions: fine, with particle sizes of 50 μm or less, and large, with particle sizes of 50 to 100 μm, combine the small and large fractions of the crushed reactor graphite waste into a mixture with a mass ratio between the fine major fractions from 95: 5 to 10:90, is introduced into a mixture of fine and coarse fractions of the crushed waste reactor graphite oxide as a carbide-forming element rutile concentrate in the following ratio, wt.%: Отходы графита 7-11Graphite Waste 7-11 Порошкообразный алюминий 23-30Powdered Aluminum 23-30 Рутиловый концентрат 53-64Rutile concentrate 53-64 Модификатор 2-15Modifier 2-15 наносят на внутреннюю поверхность стенок и дна контейнера, в котором осуществляют термическую обработку смеси, перед загрузкой в него вышеупомянутой приготовленной смеси, листовой асбест.Apply asbestos sheet to the inner surface of the walls and the bottom of the container in which the mixture is heat treated before loading the aforementioned prepared mixture into it. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют кварцевый песок.2. The method according to claim 1, characterized in that quartz sand is used as a modifier. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют метатитанат бария.3. The method according to claim 1, characterized in that barium metatitanate is used as a modifier. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют метасиликат кальция (волластонит).4. The method according to claim 1, characterized in that as a modifier use calcium metasilicate (wollastonite).
RU2003109152/06A 2003-04-01 2003-04-01 Method for recovering reactor graphite waste RU2242814C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003109152/06A RU2242814C1 (en) 2003-04-01 2003-04-01 Method for recovering reactor graphite waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003109152/06A RU2242814C1 (en) 2003-04-01 2003-04-01 Method for recovering reactor graphite waste

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003109152A RU2003109152A (en) 2004-10-10
RU2242814C1 true RU2242814C1 (en) 2004-12-20

Family

ID=34387813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003109152/06A RU2242814C1 (en) 2003-04-01 2003-04-01 Method for recovering reactor graphite waste

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2242814C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2574435C2 (en) * 2011-10-21 2016-02-10 Электрисите Де Франс Thermal graphite deactivation by regenerative gases
RU2594007C2 (en) * 2011-07-26 2016-08-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Method for chemical stabilisation of uranium carbide compounds and device implementing said method
RU2644589C2 (en) * 2015-11-25 2018-02-13 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Уральский Государственный Аграрный Университет" (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре) Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste
RU2658306C2 (en) * 2016-11-22 2018-06-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования (ФГБОУ ВО) "Уральский Государственный Аграрный Университет" (УрГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре) Method of processing reactor graphite
RU2660169C1 (en) * 2017-08-24 2018-07-05 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Горно - Химический Комбинат" (Фгуп "Гхк") Method of removal of carbon-14 from reactor graphite

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594007C2 (en) * 2011-07-26 2016-08-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Method for chemical stabilisation of uranium carbide compounds and device implementing said method
RU2574435C2 (en) * 2011-10-21 2016-02-10 Электрисите Де Франс Thermal graphite deactivation by regenerative gases
RU2644589C2 (en) * 2015-11-25 2018-02-13 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Уральский Государственный Аграрный Университет" (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре) Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste
RU2658306C2 (en) * 2016-11-22 2018-06-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования (ФГБОУ ВО) "Уральский Государственный Аграрный Университет" (УрГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре) Method of processing reactor graphite
RU2660169C1 (en) * 2017-08-24 2018-07-05 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Горно - Химический Комбинат" (Фгуп "Гхк") Method of removal of carbon-14 from reactor graphite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4297304A (en) Method for solidifying aqueous radioactive wastes for non-contaminating storage
JPS6046394B2 (en) Method for solidifying high-level radioactive waste liquid using glass
US4354954A (en) Method for solidifying aqueous radioactive wastes for noncontaminating storage
Yang et al. Stabilization of Cs/Re trapping filters using magnesium phosphate ceramics
CN110291593B (en) Compositions and methods for treating hazardous sludge and ion exchange media
RU2242814C1 (en) Method for recovering reactor graphite waste
US3213031A (en) Method of sealing refractory vessel containing radioactive wastes
Barinova et al. SHS immobilization of radioactive wastes
Ringwood et al. Immobilization of US defense nuclear wastes using the Synroc process
JPS6120839B2 (en)
CN1210723C (en) Oxide material for molten core catcher of nuclear reactor
FI118444B (en) Oxide material trapped in the melted core of a nuclear reactor
Barinova et al. Self-propagating high-temperature synthesis for immobilization of high-level waste in mineral-like ceramics: 1. Synthesis and study of titanate ceramics based on perovskite and zirconolite
RU2176830C2 (en) Method for recovering solid radioactive wastes
Barinova et al. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of a pyrochlore-based ceramic for immobilization of long-lived high-level waste
RU2517436C2 (en) Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus
RU2321907C1 (en) Method for recovering reactor graphite waste
RU2192057C1 (en) Method and device for recovering reactor radioactive graphite wastes
Barlow et al. Synthesis of simulant ‘lava-like’fuel containing materials (LFCM) from the Chernobyl reactor Unit 4 meltdown
JP5668112B2 (en) Cesium waste filter ceramic ingot in which radioactive cesium is collected and method for producing the same
Barinova et al. Self-propagating high-temperature synthesis for disposal of radioactive waste
CN1500274A (en) Oxide material for molten-core catcher of nuclear reactor
KR102463401B1 (en) Volume reduction and vitrification treatment method for spent uranium catalyst waste minimized generation of secondary wastes by self sustained combustion reaction
STCMTON et al. Coating of crystalline nuclear waste forms to improve inertness
Lee et al. Processing ceramics for radioactive waste immobilisation

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner