RU2317606C1 - Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов - Google Patents
Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317606C1 RU2317606C1 RU2006117312/06A RU2006117312A RU2317606C1 RU 2317606 C1 RU2317606 C1 RU 2317606C1 RU 2006117312/06 A RU2006117312/06 A RU 2006117312/06A RU 2006117312 A RU2006117312 A RU 2006117312A RU 2317606 C1 RU2317606 C1 RU 2317606C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- highly active
- immobilizing
- active waste
- waste
- calcification
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов путем их иммобилизации в твердой инертной матрице, устойчивой к воздействию окружающей среды. Способ иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу включает смешение кальцината высокоактивных отходов с окислом кальция и железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальцинат высокоактивных отходов 45-55; СаО 5-15; Fe2О3 35-45; нагрев смеси в окислительной атмосфере при давлении не ниже атмосферного до максимальной рабочей температуры в интервале от 1100 до 2000°С, выдержку до образования кристаллов керамического материала и охлаждение до образования монолитного материала, пригодного для долговременного хранения. Изобретение позволяет получить конечный продукт с высоким содержанием кальцината высокоактивных отходов при сохранении низких скоростей выщелачивания актиноидных и редкоземельных элементов. 1 ил.
Description
Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов путем их иммобилизации в твердой инертной матрице, устойчивой к воздействию окружающей среды. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть реализован при иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов (ВАО), содержащих в основном актиноидные (торий, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий) и редкоземельные элементы (лантан, лантаноиды, иттрий), а также цирконий и примеси элементов группы железа (железо, хром, марганец, кобальт, никель) и алюминия.
Известен способ иммобилизации высокоактивных отходов, содержащих актиноидные и редкоземельные элементы и цирконий, в керамику Синрок. Указанный способ включает кальцинацию высокоактивных отходов, смешение кальцината высокоактивных отходов с четырьмя окислами, выбранными из группы окислов СаО, TiO2, ZrO, K2O, BaO, Na2O, Al2О3, SiO2 и SrO, нагрев смеси в восстановительной атмосфере до температуры от 1000 до 1500°С под давлением не ниже атмосферного, выдержку при рабочей температуре до образования поликристаллической массы и охлаждение монолитного материала до состояния, пригодного для долговременного хранения ([1] патент США 4274976, МКИ3 G21F 9/34, НКИ 252/301.1W; 252/301.1R; 264/0.5. Опубл. 23.06.1981).
Материал, полученный указанным способом, имеет низкое содержание кальцината высокоактивных отходов (не более 20 мас.%), что снижает экономическую эффективность переработки высокоактивных отходов и коэффициент сокращения их объема.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ иммобилизации ВАО, содержащих актиноидные, редкоземельные элементы и цирконий в керамическую матрицу, включающий кальцинацию ВАО, смешение кальцината ВАО с оксидами титана, кальция и марганца при следующем соотношении, мас.%: TiO2 50-60, СаО 10-20, MnO 5-15, кальцинат ВАО 15-25, нагрев смеси в окислительной атмосфере при давлении не ниже атмосферного до рабочей температуры в интервале от 1100 до 2000°С, выдержку при рабочей температуре и охлаждение до образования монолитного материала, пригодного для долгосрочного хранения ([2] патент РФ №2140106, С1, G21F 9/16, 9/34. Способ иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу. Приоритет от 20.05.1998. Опубл. Б.и. №29, 20.10.1999).
Недостатком указанного способа является низкое содержание кальцината высокоактивных отходов в конечном продукте (не более 20 мас.%), что снижает эффективность переработки высокоактивных отходов и коэффициент сокращения их объема.
Техническим результатом предлагаемого способа иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу является получение конечного продукта с высоким содержанием кальцината высокоактивных отходов при сохранении низких скоростей выщелачивания актиноидных и редкоземельных элементов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается способ иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу, включающий кальцинацию высокоактивных отходов, содержащих радиоактивные элементы актиноидной группы (торий, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий), а также цирконий и редкоземельные элементы, смешение кальцината высокоактивных отходов с окислом кальция и железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальцинат высокоактивных отходов 45-55; СаО 5-15; Fe2О3 35-45; нагрев смеси в окислительной атмосфере при давлении не ниже атмосферного до максимальной рабочей температуры в интервале от 1100 до 2000°С, выдержку при рабочей температуре до образования кристаллов керамического материала и охлаждение до образования монолитного материала, пригодного для долгосрочного хранения.
Отличительными признаками предлагаемого способа иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу является то, что к смеси кальцината высокоактивных отходов с оксидом кальция дополнительно вводят оксид железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
СаО | 5-15 |
Fe2O3 | 35-45 |
Кальцинат высокоактивных отходов | 45-55 |
При содержании оксидов кальция, железа и кальцината высокоактивных отходов в указанных пределах образуется фаза ферриграната с обобщенной формулой [Cax(REE, An)3+ 3-2xAn4+ x]Fe5O12, где значение «х» варьируется от 0,2 до 1. Наличие в структуре граната трех позиций с координационными числами, равными 8, 6 и 4, создает возможности для вхождения широкого спектра элементов, находящихся в отходах, что обеспечивает высокое содержание кальцината высокоактивных отходов (45-55 мас.%) при сохранении низких скоростей выщелачивания актиноидных и редкоземельных элементов. При содержании оксида кальция менее 5 или более 15 мас.% или оксида железа менее 35 или более 45 мас.% фаза ферриграната не образуется, что ведет к увеличению скоростей выщелачивания актиноидных и редкоземельных элементов. При содержании кальцината высокоактивных отходов менее 45 мас.%, наряду с целевой фазой ферриграната, образуются паразитные фазы типа ферритов кальция, а при содержании кальцината высокоактивных отходов более 55 мас.% в продукте присутствуют непрореагировавшие оксиды актиноидов и редкоземельных элементов, что также приводит к повышению скоростей выщелачивания этих элементов по сравнению с прототипом.
Технический результат обеспечивается тем, что основными составляющими такой матрицы являются сами отходы, что, наряду с высоким удельным весом ферриграната, позволяет минимизировать объем отвержденных ВАО. Достоинствами ферригранатной матрицы также являются высокая химическая и радиационная устойчивость. Для получения шихты используется кальцинат отходов, к которому добавляются СаО и Fe2О3 в таком количестве, чтобы состав смеси отвечал стехиометрической формуле ферриграната [Cax(REE,An)3+ 3-2xAn4+ x]Fe5O12, где значение «х» варьируется от 0,2 до 1. Наличие в структуре граната трех позиций с координационными числами, равными 8, 6 и 4, создает возможности для вхождения широкого спектра элементов, находящихся в отходах. При расчете состава шихты учитывается возможность присутствия в ВАО других элементов, кроме REE и An. Если в кальцинате, например, имеются Zr, Na, Si, Al, то наличие Zr и Na компенсируется за счет уменьшения количества Са, a Si и Al - за счет Fe.
Пример реализации способа.
Жидкие высокоактивные отходы, представляющие собой актиноидно-редкоземельную фракцию, содержащую 0,8 г/л редкоземельных элементов (лантаноидов от лантана до гадолиния), 0,01 г/л урана, 0,005 г/л плутония, 0,04 г/л нептуния, 0,005 г/л америция, 0,0007 г/л кюрия и 0,27 г/л циркония, после высушивания кальцинируют до образования окислов вышеуказанных компонентов и кальцинат смешивают с окислами кальция и железа в соотношении, мас.%: кальцинат 50,0; СаО 10,0; Fe2О3 40,0, полученную смесь нагревают при атмосферном давлении в окислительной атмосфере до температуры 1500°С, выдерживают 3 часа (время, необходимое для гомогенизации расплава) и охлаждают до получения монолитного керамического (кристаллического) материала, пригодного для долгосрочного хранения.
В результате получается плотная (3,6-3,8 г/см3, или 90-95% теоретической плотности) керамика, состоящая из зерен ферриграната размером 2-5 мкм. Изображение актиноидной ферригранатной матрицы представлено на чертеже. Размер метки 10 микрон.
Скорость выщелачивания актиноидов составила от 3×10-5 г/(м2×сут.) для урана и 10-6 г/(м×сут) для Се и Th, что не уступает или превосходит значения устойчивости в водных растворах для других типов керамических матриц актинидов ([2] патент РФ №2140106, C1, G21F 9/16, 9/34. Способ иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу. Приоритет от 20.05.1998. Опубл. Б.и. №29, 20.10.1999, прототип).
Таким образом, реализация заявляемого способа позволяет обеспечить получение конечного продукта с высоким содержанием кальцината высокоактивных отходов при сохранении низких скоростей выщелачивания актиноидных и редкоземельных элементов.
Claims (1)
- Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов, включающий смешение кальцината актиноидно-редкоземельной фракции с окислом кальция (СаО), нагрев смеси в окислительной атмосфере при давлении не ниже атмосферного до максимальной рабочей температуры в интервале от 1100 до 2000°С, выдержке до образования кристаллов керамического материала и охлаждения до получения монолитного материала, пригодного для долговременного хранения, отличающийся тем, что в состав смеси дополнительно вводят окисел железа (Fe2Оз) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Кальцинат 45-55 СаО 5-15 Fe2O3 35-45
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117312/06A RU2317606C1 (ru) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117312/06A RU2317606C1 (ru) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2317606C1 true RU2317606C1 (ru) | 2008-02-20 |
Family
ID=39267340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006117312/06A RU2317606C1 (ru) | 2006-05-22 | 2006-05-22 | Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2317606C1 (ru) |
-
2006
- 2006-05-22 RU RU2006117312/06A patent/RU2317606C1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Morgan et al. | High‐alumina tailored nuclear waste ceramics | |
Vance et al. | Incorporation of radionuclides in crystalline titanates | |
McCarthy | High-level waste ceramics: materials considerations, process simulation, and product characterization | |
Vance et al. | Incorporation of uranium in zirconolite (CaZrTi2O7) | |
CN1033113C (zh) | 包括用氧化物制成的裂变产物吸收剂的核燃料元件 | |
US8197711B2 (en) | Active optoceramics with cubic crystal structure, method of production of the optoceramics, and uses thereof | |
US4329248A (en) | Process for the treatment of high level nuclear wastes | |
US20100193738A1 (en) | Active optoceramics with cubic crystal structure, method of production of the optoceramics, and uses thereof | |
RU2317606C1 (ru) | Способ иммобилизации актиноидно-редкоземельной фракции высокоактивных отходов | |
Pratheep Kumar et al. | Encapsulation of heterovalent ions of two simulated high-level nuclear wastes and crystallization into single-phase NZP-based wasteforms | |
Sun et al. | Ceramic-based stabilization/solidification of radioactive waste | |
RU2315381C1 (ru) | Способ иммобилизации высокоактивных отходов в керамическую матрицу | |
Mendoza et al. | CaMoO4 in a molybdenum rich borosilicate glass–ceramic: a spectroscopic study | |
Hartmann et al. | Fabrication and chemical durability of ceramic technetium-based pyrochlores and perovskites as potential waste forms | |
RU2380775C1 (ru) | Способ включения высокоактивного концентрата трансплутониевых и редкоземельных элементов в керамику | |
Harker et al. | Polyphase ceramic and glass-ceramic forms for immobilizing ICPP high-level nuclear waste | |
US7148394B2 (en) | Ceramic for packaging of radioactive cesium | |
Mikhailenko et al. | Phase Relations and Elemental Distribution Among Co-Existing Phases in the Ceramics of the Pseudobinary System CaZrTi2O7-LnAlO3 (Ln= Nd, Sm) | |
Li et al. | High capacity and aqueous stability immobilization of simulated trivalent actinides by zircon-based borosilicate glass-ceramics: Synergistic effect between the crystal lattice and glass network immobilization | |
JPS6136200B2 (ru) | ||
WO1999060577A1 (en) | High level nuclear waste disposal | |
Stefanovsky et al. | Effect of synthesis conditions on phase composition of pyrochlore-brannerite ceramics | |
Stefanovsky et al. | Phase Relations and Elemental Distribution Among Co-Existing Phases in the Ceramics of the Pseudobinary System CaZrTi2O7-LnAlO3 (Ln= Nd, Sm) | |
Jantzen et al. | Solid-state reactions in the system CaO Nd2O3 Fe2O3 Al2O3 | |
Stefanovsky et al. | Murataite ceramics doped with lanthanides and uranium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |