RU2419901C1 - Method of long-term storage of solid radioactive wastes - Google Patents

Method of long-term storage of solid radioactive wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2419901C1
RU2419901C1 RU2010120046/07A RU2010120046A RU2419901C1 RU 2419901 C1 RU2419901 C1 RU 2419901C1 RU 2010120046/07 A RU2010120046/07 A RU 2010120046/07A RU 2010120046 A RU2010120046 A RU 2010120046A RU 2419901 C1 RU2419901 C1 RU 2419901C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
storage
buffer
iron
natural
filling
Prior art date
Application number
RU2010120046/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Баринов (RU)
Александр Сергеевич Баринов
Владимир Иванович Пантелеев (RU)
Владимир Иванович Пантелеев
Галина Андреевна Варлакова (RU)
Галина Андреевна Варлакова
Зоя Ивановна Голубева (RU)
Зоя Ивановна Голубева
Елизавета Евгеньевна Осташкина (RU)
Елизавета Евгеньевна Осташкина
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 RU2010120046/07A priority Critical patent/RU2419901C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2419901C1 publication Critical patent/RU2419901C1/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: ecology. ^ SUBSTANCE: method of long-term storage of solid radioactive wastes (SRW) includes their storage in depots and isolation by filling of gaps between SRW, and also between walls and a bottom of the depot with a buffer fill in the form of natural materials mixture, formed when the quartz sand is mixed with additives. The buffer fill is used in the form of a loose mix of natural materials with the particle size ëñ5 mm, and the additives are natural zeolites from a group of carcass aluminosilicates (for instance, clinoptilolite), iron-containing minerals (for instance, ferric oxide, ferric hydroxide, acicular iron ore) and magnesium oxide, at the following ratio of components, wt %: quartz sand 50-80, natural zeolites of a group of carcass aluminosilicates 15-45, iron-containing minerals 1-15, magnesium oxide 1-15. ^ EFFECT: improved environmental safety in storage of radioactive wastes, reduced labour intensiveness and technical simplification of depot filling processes and solid radioactive wastes withdrawal from a depot when it is liquidated.

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области долговременного хранения как твердых, так и отвержденных радиоактивных отходов (РАО). Наиболее эффективно заявляемое изобретение может быть использовано при хранении упаковок низко- и среднеактивных отходов в приповерхностных хранилищах.The invention relates to the field of environmental protection, and more specifically to the field of long-term storage of both solid and solidified radioactive waste (RAW). Most effectively, the claimed invention can be used when storing packages of low- and medium-level waste in near-surface storage.

В мировой практике приповерхностного захоронения радиоактивных отходов накоплен большой опыт, на основе которого разработаны современные концепции строительства и эксплуатации хранилищ. В деле создания и эксплуатации хранилищ радиоактивных отходов придерживаются принципа мультибарьерной защиты, которая включает естественные и инженерные барьеры. Непременным компонентом инженерного барьера является буферная засыпка - материал, окружающий упаковки РАО и используемый для ограничения скорости миграции радионуклидов из упаковок РАО в ближнюю зону, для минимизации времени контакта упаковок РАО с атмосферными осадками и(или) подземными водами (Приповерхностное захоронение радиоактивных отходов. Требования безопасности. НП-069-06. Экологический вестник России. 2007. Вып.01. - С.26) [1], сорбции радионуклидов, осаждения радионуклидов, контроля газовыделения. Кроме того, долгосрочные функциональные характеристики буферной засыпки должны допускать в будущем возможность извлечения упаковок отходов с последующей их переработкой и(или) захоронением.A great deal of experience has been gained in the world practice of near-surface disposal of radioactive waste, on the basis of which modern concepts of construction and operation of storage facilities have been developed. In the creation and operation of radioactive waste storage facilities, they adhere to the principle of multi-barrier protection, which includes natural and engineering barriers. An indispensable component of the engineering barrier is buffer filling - the material surrounding RW packages and used to limit the rate of migration of radionuclides from RW packages to the near zone, to minimize the contact time of RW packages with atmospheric precipitation and (or) groundwater (Near-surface disposal of radioactive waste. Safety requirements NP-069-06. Ecological Bulletin of Russia. 2007. Issue 01. - P.26) [1], sorption of radionuclides, deposition of radionuclides, gas evolution control. In addition, the long-term functional characteristics of the buffer backfill should allow in the future the possibility of extracting waste packages with their subsequent processing and (or) disposal.

Известен способ захоронения в земле контейнеров с радиоактивными отходами (Патент Японии, №6031882 - B4, МПК G21F 9/36, опубл. 27.04.1994) [2], включающий заполнение пространства вокруг контейнеров экранирующим радиацию материалом, представляющим собой смесь грунтоцементного раствора и цеолитного адсорбента.A known method for the burial in the ground of containers with radioactive waste (Japan Patent No. 6031882 - B4, IPC G21F 9/36, publ. 04/27/1994) [2], including filling the space around the containers with radiation shielding material, which is a mixture of cement-cement mortar and zeolite adsorbent.

Недостатками указанного способа являются: его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная тем, что заполнитель, содержащий цементный раствор, со временем отвердевает, превращаясь в цементный камень, характеризующийся наличием пустот и трещин, низкими сорбционными свойствами по отношению к радионуклидам РАО, вследствие чего возникает возможность проникновения влаги в хранилище, вымываемости радионуклидов из РАО и их выноса в окружающую среду, а также трудоемкость и техническое усложнение процесса извлечения отходов в случае ликвидации хранилища.The disadvantages of this method are: its increased environmental hazard due to the fact that the aggregate containing cement mortar hardens over time, turning into a cement stone, characterized by the presence of voids and cracks, low sorption properties with respect to radionuclides of radioactive waste, which results in the possibility of moisture penetrating into the storage, leaching of radionuclides from radioactive waste and their removal into the environment, as well as the complexity and technical complexity of the extraction process i waste in case of liquidation of storage

Известен способ захоронения радиоактивных отходов (Патент Японии, №6031883 - B4, МПК G21F 9/36, опубл. 27.04.1994) [3], согласно которому промежутки между контейнерами и стенками хранилища заполняют материалом-заполнителем, состоящим из 1-30% порошка портландцементного клинкера или смеси этого порошка с доменным шлаком, гранулированным в воде, и 70-99% высушенного песка и/или высушенного грунта.A known method of the disposal of radioactive waste (Japan Patent No. 6031883 - B4, IPC G21F 9/36, publ. 04/27/1994) [3], according to which the gaps between the containers and the walls of the storage are filled with filler material, consisting of 1-30% of the powder Portland cement clinker or a mixture of this powder with blast furnace slag granulated in water and 70-99% of dried sand and / or dried soil.

Недостатками известного способа являются: его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная возможностью проникновения влаги в хранилище, вымываемости радионуклидов из РАО и их выноса в окружающую среду вследствие того, что заполнитель, содержащий портландцементный клинкер или смесь его с доменным шлаком, при взаимодействии с влагой отвердевает, превращаясь в цементный камень, характеризующийся наличием пустот и трещин, низкими сорбционными свойствами по отношению к радионуклидам РАО, а также трудоемкость и техническое усложнение процесса извлечения отходов в случае ликвидации хранилища.The disadvantages of this method are: its increased environmental hazard to the environment, due to the possibility of moisture penetrating into the storage, leaching of radionuclides from radioactive waste and their removal into the environment due to the fact that the aggregate containing Portland cement clinker or a mixture of it with blast furnace slag in contact with moisture hardens, turning into a cement stone, characterized by the presence of voids and cracks, low sorption properties in relation to radionuclides of radioactive waste, as well as the complexity and technical complication of the waste recovery process in the event of storage liquidation.

Известен способ захоронения твердых или отвержденных радиоактивных отходов (Патент России, №2069906 - C1, МПК 6 G21F 9/24, опубл. 27.11.96, бюл. №33) [4], по которому пространство между контейнерами с отходами заполняют материалом, представляющим собой смесь бентонита и красного шлама (отхода глиноземного производства по способу Байера) в объемном соотношении 1:1.A known method for the disposal of solid or solidified radioactive waste (Patent of Russia, No. 2069906 - C1, IPC 6 G21F 9/24, publ. 11/27/96, bull. No. 33) [4], in which the space between containers with waste is filled with material representing a mixture of bentonite and red mud (waste from alumina production according to the Bayer method) in a volume ratio of 1: 1.

Недостатками известного способа являются: его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная возможностью нарушения герметичности хранилища и даже его разрушения вследствие увеличения объема буферного наполнителя, содержащего бентонит, при его взаимодействии с влагой, увеличение времени контакта РАО с водой и повышение вымываемости радионуклидов из РАО из-за снижения фильтрационных качеств материала буферного наполнителя, содержащего бентонит, способного при взаимодействии с водой набухать и образовывать глинистый монолит, а также трудоемкость и техническое усложнение процесса извлечения отходов в случае ликвидации хранилища.The disadvantages of this method are: its increased environmental hazard to the environment, due to the possibility of violation of the tightness of the storage and even its destruction due to an increase in the volume of the buffer filler containing bentonite when it interacts with moisture, an increase in the contact time of RW with water and an increase in the leachability of radionuclides from - due to a decrease in the filtration properties of the material of the buffer filler containing bentonite, which is capable of swelling and forming when interacting with water linisty monolith and complexity of technical complexity and waste recovery process for the disposal repository.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ долговременного хранения твердых радиоактивных отходов (Патент России, №2 357 308 - С2, МПК 6 G21F 9/00, опубл. 27.05.2009, бюл. №15) [5], включающий их складирование в хранилищах и изоляцию путем заполнения пустот между отходами, а также между стенками и дном хранилища текучим буферным заполнителем, образованным при смешении песчано-глинистой породы с водой, создавая тем самым дополнительный барьер на пути распространения радионуклидов; в качестве материала барьера используют смесь песчано-глинистой природной породы, содержащей 15-30% глинистых минералов и 40-60% кварца (основных составляющих) с водой при соотношении 1 кг породы на 2-8 л воды; заполнение пустот в хранилище с отходами песчано-глинистым текучим раствором начинают снизу (со дна) и осуществляют постадийно, отдельными порциями, с выдержкой после нагнетания каждой порции от 5 до 30 сут до достижения максимального уплотнения слоя.Closest to the proposed method is a method for long-term storage of solid radioactive waste (Russian Patent, No. 2 357 308 - C2, IPC 6 G21F 9/00, publ. 05/27/2009, bull. No. 15) [5], including their storage in storage and isolation by filling the voids between the waste, as well as between the walls and the bottom of the storage, with a fluid buffer aggregate formed by mixing sand and clay rocks with water, thereby creating an additional barrier to the spread of radionuclides; as a barrier material, a mixture of sand-clay natural rock containing 15-30% clay minerals and 40-60% quartz (main constituents) with water is used with a ratio of 1 kg of rock to 2-8 liters of water; filling the voids in the waste storage with a sandy-clay fluid solution starts from the bottom (from the bottom) and is carried out in stages, in separate portions, with exposure after injection of each portion from 5 to 30 days to achieve maximum compaction of the layer.

Недостатками указанного способа являются: его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная вымываемостью радионуклидов из РАО и их выносом в окружающую среду. Это происходит вследствие того, что при твердении текучего состава, образованного при смешении песчано-глинистых природных материалов с водой, образуется глинистый монолит, который характеризуется наличием пустот и трещин, вследствие чего возникает вероятность проникновения воды в хранилище и ее контакта с РАО. Наличие барьера в виде глинистого монолита увеличивает время контакта РАО с водой, при этом происходит вымывание из них радионуклидов, возможен их вынос в окружающую среду. Повышенная экологическая опасность указанного способа обусловлена также слабыми сорбционными свойствами песчано-глинистой породы по отношению к радионуклидам в присутствии конкурентных ионов и в виде различных комплексов.The disadvantages of this method are: its increased environmental hazard to the environment due to leachability of radionuclides from radioactive waste and their release into the environment. This is due to the fact that during the hardening of the fluid composition formed by mixing sand-clay natural materials with water, a clay monolith is formed, which is characterized by the presence of voids and cracks, as a result of which there is a chance of water entering the storage and its contact with radioactive waste. The presence of a barrier in the form of a clay monolith increases the contact time of RAW with water, while radionuclides are washed out of them, and their release into the environment is possible. The increased environmental hazard of this method is also due to the weak sorption properties of sand-clay rocks in relation to radionuclides in the presence of competitive ions and in the form of various complexes.

Вследствие того что заполнение хранилища осуществляют текучим составом, требуется специальная подготовка хранилища, заключающаяся в устройстве нагнетательных скважин с применением бурового инструмента и монтаже обсадных труб. Процесс нагнетания текучего состава осуществляют многостадийно с промежутками от 5 до 30 суток с применением специального оборудования для его нагнетания. Все эти обстоятельства приводят к увеличению трудоемкости и техническому усложнению указанного способа. Вследствие того что с течением времени происходит затвердевание и уплотнение текучего состава с образованием глинистого монолита, увеличивается трудоемкость и усложняется процесс извлечения отходов из отвердевшего монолита, т.к. потребуется сложное оборудование и принятие дополнительных мер по предотвращению загрязнения окружающей среды и переоблучения персонала, проводящего работы.Due to the fact that the storage is filled with a fluid composition, special preparation of the storage is required, which consists in the construction of injection wells using drilling tools and the installation of casing pipes. The process of injection of a fluid composition is carried out in stages with intervals from 5 to 30 days using special equipment for its injection. All these circumstances lead to an increase in the complexity and technical complication of this method. Due to the fact that over time hardening and compaction of the fluid composition with the formation of a clay monolith occurs, the complexity increases and the process of extracting waste from the hardened monolith is complicated, because sophisticated equipment and the adoption of additional measures to prevent environmental pollution and re-irradiation of the personnel conducting the work will be required.

Техническим результатом предлагаемого способа долговременного хранения твердых радиоактивных отходов является повышение экологической безопасности при хранении радиоактивных отходов, уменьшение трудоемкости и техническое упрощение процессов заполнения хранилища и извлечения твердых радиоактивных отходов из хранилища при его ликвидации.The technical result of the proposed method for the long-term storage of solid radioactive waste is to increase environmental safety when storing radioactive waste, reducing the complexity and technical simplification of the processes of filling the storage and removing solid radioactive waste from the storage during its liquidation.

Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается способ долговременного хранения твердых радиоактивных отходов (ТРО), включающий их складирование в хранилищах и изоляцию путем заполнения пустот между ТРО, а также между стенками и дном хранилища буферной засыпкой в виде смеси природных материалов, образованной при смешении кварцевого песка с добавками, причем используется буферная засыпка в виде сыпучей смеси природных материалов с размером частиц ≤5 мм, а в качестве добавок используют природные цеолиты из группы каркасных алюмосиликатов (например, клиноптилолит), железосодержащие минералы (например, гематит, гидроксид железа, гетит) и оксид магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved due to the fact that a method of long-term storage of solid radioactive waste (SRW) is proposed, including their storage in storages and isolation by filling the voids between the SRW, as well as between the walls and the bottom of the storage buffer filling in the form of a mixture of natural materials formed when mixing quartz sand with additives, moreover, buffer filling is used in the form of a loose mixture of natural materials with a particle size of ≤5 mm, and natural zeolites from coarse materials are used as additives PP of frame aluminosilicates (e.g. clinoptilolite), iron-containing minerals (e.g. hematite, iron hydroxide, goethite) and magnesium oxide, in the following ratio, wt.%:

кварцевый песок quartz sand 50-8050-80 природные цеолиты из группыnatural zeolites from the group каркасных алюмосиликатов frame aluminosilicates 15-4515-45 железосодержащие минералы iron minerals 1-151-15 оксид магния magnesium oxide 1-15.1-15.

Отличительными признаками предлагаемого способа долговременного хранения твердых радиоактивных отходов является то, что используется буферная засыпка в виде сыпучей смеси природных материалов с размером частиц ≤5 мм, а в качестве добавок используют природные цеолиты из группы каркасных алюмосиликатов (например, клиноптилолит), железосодержащие минералы (например, гематит, гидроксид железа, гетит) и оксид магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Distinctive features of the proposed method for the long-term storage of solid radioactive waste is that buffer filling is used in the form of a loose mixture of natural materials with a particle size of ≤5 mm, and natural zeolites from the group of frame aluminosilicates (for example, clinoptilolite) and iron-containing minerals (for example, are used as additives) , hematite, iron hydroxide, goethite) and magnesium oxide, in the following ratio of components, wt.%:

кварцевый песок quartz sand 50-8050-80 природные цеолиты из группыnatural zeolites from the group каркасных алюмосиликатов frame aluminosilicates 15-4515-45 железосодержащие минералы iron minerals 1-151-15 оксид магния magnesium oxide 1-151-15

В предлагаемом способе для заполнения пустот между ТРО используют смесь природных материалов с размерами частиц ≤5 мм. Применение смеси природных материалов с размером частиц >5 мм нецелесообразно вследствие того, что снижается качество заполнения пустот между ТРО, ухудшаются сыпучие свойства буферной засыпки, а также уменьшается удельная поверхность материала буферной засыпки, вследствие чего снижаются его сорбционные свойства по отношению к радионуклидам.In the proposed method, to fill the voids between the SRW, a mixture of natural materials with particle sizes ≤5 mm is used. The use of a mixture of natural materials with a particle size> 5 mm is impractical due to the fact that the quality of filling the voids between the SRW decreases, the bulk properties of the buffer backfill deteriorate, and the specific surface of the buffer backfill material decreases, as a result of which its sorption properties with respect to radionuclides are reduced.

В указанном диапазоне находятся размеры частиц природных материалов, получаемых непосредственно из месторождений. Следовательно, для составления смеси не требуется их предварительной подготовки и измельчения, благодаря чему уменьшается трудоемкость и упрощается технологический процесс при реализации предлагаемого способа. Заполнение хранилища производят сыпучей смесью, которая подается в хранилище под действием силы тяжести без применения дополнительного оборудования.In this range are the particle sizes of natural materials obtained directly from deposits. Therefore, for the preparation of the mixture does not require their preliminary preparation and grinding, which reduces the complexity and simplifies the process when implementing the proposed method. The storage is filled with a loose mixture, which is fed into the storage under the influence of gravity without the use of additional equipment.

При содержании в буферной засыпке кварцевого песка в указанных пределах материал буферной засыпки имеет высокий коэффициент фильтрации, благодаря чему в случае проникновения воды в хранилище снижается продолжительность ее контакта с упаковками отходов, следовательно, уменьшается количество вымытых радионуклидов, что обеспечивает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа. Кроме того, материал буферной засыпки сохраняет сыпучесть и не образует монолит при длительном хранении, вследствие чего при извлечении ТРО в случае ликвидации хранилища после принятия соответствующего решения не требуется специального оборудования, что уменьшает трудоемкость и упрощает технологический процесс при реализации предлагаемого способа. При содержании песка менее 50 мас.% уменьшается коэффициент фильтрации материала буферной засыпки, что приводит к ухудшению экологической безопасности при хранении отходов, а также возможна потеря сыпучести материалом буферной засыпки при длительном хранении, что усложнит технологический процесс изъятия ТРО в случае ликвидации хранилища после принятия соответствующего решения. При содержании песка более 80 мас.% уменьшаются сорбционные возможности материала буферной засыпки, что ухудшает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа.When the quartz sand is contained in the buffer filling within the specified limits, the buffer filling material has a high filtration coefficient, due to which, in case of water penetration into the storage, the duration of its contact with waste packages is reduced, therefore, the amount of washed radionuclides is reduced, which ensures environmental safety when implementing the proposed method. In addition, the material of the buffer backfill maintains flowability and does not form a monolith during long-term storage, as a result of which when removing SRW in the event of the liquidation of the storage facility after the adoption of the appropriate decision, special equipment is not required, which reduces the complexity and simplifies the process when implementing the proposed method. When the sand content is less than 50 wt.%, The filtration coefficient of the buffer backfill material decreases, which leads to a deterioration of environmental safety during waste storage, as well as the loss of flowability of the buffer backfill material during long-term storage, which will complicate the technological process of SRW removal in the event of liquidation of the storage after acceptance of the corresponding solutions. When the sand content is more than 80 wt.%, The sorption capabilities of the buffer backfill material are reduced, which affects environmental safety when implementing the proposed method.

При содержании в буферной засыпке природных цеолитов в указанных пределах благодаря их высокой поглотительной способности по отношению к радионуклидам и устойчивости к действию высоких температур, ионизирующих излучений, которая обусловлена их уникальной пористой структурой, сорбционные возможности буферной засыпки значительно повышаются, что обеспечивает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа. Введение в состав буферной засыпки природных цеолитов в количестве более 45 мас.% является нецелесообразным, т.к. при этом материальные затраты значительно возрастают без существенного увеличения сорбционных возможностей буферной засыпки. Увеличение материальных затрат обусловлено тем, что данный природный материал имеет более высокую стоимость по сравнению с кварцевым песком; кроме того, стоимость доставки природных цеолитов достаточно высока из-за разрозненности и относительно редкого распространения их месторождений. Введение в состав буферной засыпки природных цеолитов в количестве менее 15 мас.% значительно снижает ее сорбционные свойства, что ухудшает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа.When the content of natural zeolites in the buffer bed is within the indicated limits due to their high absorption ability with respect to radionuclides and their resistance to high temperatures, ionizing radiation, due to their unique porous structure, the sorption capacity of the buffer bed is significantly increased, which ensures environmental safety when implementing the proposed way. Introduction to the composition of the buffer backfill of natural zeolites in an amount of more than 45 wt.% Is impractical, because however, material costs increase significantly without a significant increase in the sorption capacity of the buffer backfill. The increase in material costs is due to the fact that this natural material has a higher cost compared to quartz sand; in addition, the shipping cost of natural zeolites is quite high due to the fragmentation and relatively rare distribution of their deposits. Introduction to the composition of the buffer backfill of natural zeolites in an amount of less than 15 wt.% Significantly reduces its sorption properties, which impairs environmental safety when implementing the proposed method.

При содержании в буферной засыпке железосодержащих минералов в указанных пределах на поверхности минеральных зерен кварца формируются железосодержащие пленки, которые образуют новые сорбционные центры и увеличивают сорбционные возможности материала по отношению к радионуклидам, в особенности к актиноидам (Сорбция 237Np(V), 238U(VI) и 137Cs на глинистых породах: роль поверхностных пленок соединений Fe(III). М.Н.Сабодина, Е.В.Захарова, С.Н.Калмыков, К.В.Похолок, А.А.Меняйло. Радиохимия. - 2008. - т.50. - №1. - С.81-86) [6], благодаря чему обеспечивается экологическая безопасность при реализации предлагаемого способа. Введение в состав буферной засыпки железосодержащих минералов в количестве более 15 мас.% является нецелесообразным, т.к. при этом материальные затраты значительно возрастают без существенного увеличения сорбционных возможностей буферной засыпки. Увеличение материальных затрат обусловлено тем, что данный природный материал имеет более высокую стоимость по сравнению с кварцевым песком; кроме того, стоимость доставки железосодержащих минералов достаточно высока из-за разрозненности и относительно редкого распространения их месторождений. Введение в состав буферной засыпки железосодержащих минералов в количестве менее 1 мас.% значительно снижает ее сорбционные свойства, что снижает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа.When the content of iron-containing minerals in the buffer filling is within the specified limits, iron-containing films are formed on the surface of the quartz mineral grains, which form new sorption centers and increase the sorption capabilities of the material with respect to radionuclides, especially actinides (Sorption 237 Np (V), 238 U (VI ) and 137 Cs on clayey rocks: the role of surface films of Fe (III) compounds. M. N. Sabodina, E. V. Zakharova, S. N. Kalmykov, K. V. Pokholok, A. A. Menyaylo. Radiochemistry. - 2008. - T.50. - No. 1. - P.81-86) [6], which ensures environmental I have security by the proposed method. Introduction to the composition of the buffer backfill of iron-containing minerals in an amount of more than 15 wt.% Is impractical, because however, material costs increase significantly without a significant increase in the sorption capabilities of the buffer backfill. The increase in material costs is due to the fact that this natural material has a higher cost compared to quartz sand; in addition, the cost of delivery of iron-containing minerals is quite high due to the fragmentation and relatively rare distribution of their deposits. Introduction to the composition of the buffer backfill of iron-containing minerals in an amount of less than 1 wt.% Significantly reduces its sorption properties, which reduces environmental safety when implementing the proposed method.

При содержании в буферной засыпке оксида магния в указанных пределах она приобретает способность к поглощению нежелательного CO2, образующегося при хранении отходов, содержащих большое количество органических материалов, и вследствие этого - буферные свойства для поддержания щелочного pH. (Behavior of MgO as a CO2. Scavenger at the Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), Carlsbad New Mexico. J.L.Krumhansl, H.W.Papenguth, P.C. Zhang, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. - 2000. - Vol.608. - P.155-160) [7]. Благодаря этому способность буферной засыпки к удержанию Pu и других актинидов увеличивается, что обеспечивает экологическую безопасность при реализации предлагаемого способа. Введение в состав буферной засыпки оксида магния в количестве более 15 мас.% является нецелесообразным, т.к. при этом материальные затраты значительно возрастают без существенного увеличения сорбционных возможностей буферной засыпки. Увеличение материальных затрат обусловлено тем, что данный природный материал имеет более высокую стоимость по сравнению с кварцевым песком; кроме того, стоимость доставки оксида магния достаточно высока из-за разрозненности и относительно редкого распространения их месторождений. Введение в состав буферной засыпки оксида магния в количестве менее 1 мас.% значительно снижает ее сорбционные свойства.When the content of magnesium oxide in the buffer bed is within the specified limits, it acquires the ability to absorb undesirable CO 2 generated during storage of waste containing a large amount of organic materials, and as a result, buffer properties to maintain an alkaline pH. (Behavior of MgO as a CO 2. Scavenger at the Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), Carlsbad New Mexico. JLKrumhansl, HWPapenguth, PC Zhang, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. - 2000. - Vol.608. - P.155-160) [7]. Due to this, the ability of the buffer backfill to retain Pu and other actinides increases, which ensures environmental safety when implementing the proposed method. Introduction to the composition of the buffer backfill of magnesium oxide in an amount of more than 15 wt.% Is impractical, because however, material costs increase significantly without a significant increase in the sorption capabilities of the buffer backfill. The increase in material costs is due to the fact that this natural material has a higher cost compared to quartz sand; in addition, the cost of delivery of magnesium oxide is quite high due to the fragmentation and relatively rare distribution of their deposits. The introduction of magnesium oxide into the buffer backfill in an amount of less than 1 wt.% Significantly reduces its sorption properties.

Пример 1Example 1

ТРО размещали в хранилище. Пустоты между ТРО, а также между стенками и дном хранилища заполняли буферной засыпкой в виде сыпучей смеси природных материалов с размером частиц 5 мм, включающей кварцевый песок (50 мас.%), клиноптилолит (30 мас.%), гематит (10 мас.%) и оксид магния (10 мас.%). Заполнение хранилища буферной засыпкой производили с использованием строительной техники, при этом заполнение пустот между ТРО, а также между стенками и дном хранилища происходило под действием силы тяжести. Благодаря тому что буферная засыпка находится в сыпучем состоянии, происходило качественное заполнение всех пустот в объеме хранилища. Предварительной подготовки хранилища перед заполнением не требуется. Процесс заполнения является одностадийным. Это значительно снижает трудоемкость и упрощает технологический процесс при реализации предлагаемого способа по сравнению с прототипом.SRW was placed in storage. The voids between the SRW, as well as between the walls and the bottom of the storage, were filled with buffer backfill in the form of a loose mixture of natural materials with a particle size of 5 mm, including quartz sand (50 wt.%), Clinoptilolite (30 wt.%), Hematite (10 wt.% ) and magnesium oxide (10 wt.%). The storage was filled with buffer backfill using construction equipment, and the voids between the SRW, as well as between the walls and the bottom of the storage, were filled by gravity. Due to the fact that the buffer backfill is in a loose state, there was a qualitative filling of all voids in the storage volume. Preliminary preparation of the storage before filling is not required. The filling process is one-step. This significantly reduces the complexity and simplifies the process when implementing the proposed method in comparison with the prototype.

Для составления смеси использовали природные материалы, полученные непосредственно из месторождений и промышленных предприятий, без предварительной подготовки. Использовали кварцевый песок местного происхождения.To compose the mixture used natural materials obtained directly from deposits and industrial enterprises, without prior preparation. Used quartz sand of local origin.

Наблюдения за состоянием хранилища в течение 1,5 лет не выявили выхода радионуклидов в окружающую среду из ТРО, расположенных в хранилище; было отмечено, что изолирующий материал буферной засыпки сохраняет свои сыпучие свойства в течение длительного периода времени.Observations of the state of the repository for 1.5 years did not reveal the release of radionuclides into the environment from SRW located in the repository; it was noted that the insulating material of the backfill retains its bulk properties over a long period of time.

Пример 2Example 2

Исследовали сорбционные способности материала буферной засыпки, предлагаемого в настоящем способе, и материала буферной засыпки из прототипа. Для этого материалы выдерживали в растворах радионуклидов в течение 20 суток в статических условиях при комнатной температуре. Определяли удельную активность радионуклида в жидкой фазе в начале и конце эксперимента. По результатам изменения активности рассчитывали показатели сорбции радионуклидов: коэффициент распределения (Kp, мл/г) и степень сорбции (C, %).The sorption capabilities of the buffer backfill material proposed in the present method and the buffer backfill material from the prototype were investigated. For this, the materials were kept in radionuclide solutions for 20 days under static conditions at room temperature. The specific activity of the radionuclide in the liquid phase was determined at the beginning and end of the experiment. According to the results of the activity change, the indices of sorption of radionuclides were calculated: distribution coefficient (K p , ml / g) and degree of sorption (C,%).

Сравнительные данные по сорбционным способностям указанных материалов представлены в таблице.Comparative data on the sorption capabilities of these materials are presented in the table.

ТаблицаTable Показатели сорбции радионуклидов материалами буферной засыпкиIndicators of sorption of radionuclides by materials of buffer backfill Вид радионуклидаType of radionuclide Буферная засыпка из прототипаPrototype buffer backfill Буферная засыпка, предлагаемая в настоящем способеBuffer filling proposed in the present method Коэффициент распределения (Kp, мл/г)Distribution coefficient (K p , ml / g) Сорбция (C, %)Sorption (C,%) Коэффициент распределения (Kр, мл/г)Distribution coefficient (K p , ml / g) Сорбция (C, %)Sorption (C,%) Cs137 Cs 137 -- -- 65456545 ≈100≈100 Cs137 (в присутствии конкурентных ионов Cs)Cs 137 (in the presence of competitive Cs ions) 45-5145-51 ≈96≈96 66936693 ≈100≈100 Sr90 Sr 90 -- -- 1985,71985.7 99,7999.79 Sr90 (в присутствии конкурентных ионов Na)Sr 90 (in the presence of competitive Na ions) -- -- 44344434 ≈100≈100 Sr90 (в присутствии конкурентных ионов Ca)Sr 90 (in the presence of competitive Ca ions) -- -- 31403140 99,999.9 Sr90 (в присутствии конкурентных ионов Sr)Sr 90 (in the presence of competitive Sr ions) 17-2717-27 8989 21502150 99,899.8 U235 (в форме катиона)U 235 (in the form of a cation) 24,624.6 89,989.9 81,5681.56 96,996.9 U235 (в форме анионных комплексов)U 235 (in the form of anionic complexes) 9,29.2 81,281.2 53,5853.58 96,296.2 Pu238 Pu 238 -- -- 7,257.25 75,7675.76 Pu238 (pHраствора≈10)Pu 238 ( solution pH ≈10) 50-5250-52 ≈80≈80 128,6128.6 92,192.1

Из приведенных данных видно, что полученный в результате реализации предлагаемого способа материал буферной засыпки обладает хорошими сорбционными характеристиками по отношению к широкому спектру радионуклидов в различных формах, которые значительно превосходят сорбционные характеристики материала буферной засыпки из прототипа [5].From the above data it is seen that the buffer material obtained as a result of the implementation of the proposed method has good sorption characteristics with respect to a wide range of radionuclides in various forms, which significantly exceed the sorption characteristics of the buffer material from the prototype [5].

Полученные результаты свидетельствуют о том, что благодаря оптимальным физико-химическим и сорбционным свойствам материала буферной засыпки предлагаемый способ обеспечивает надежную изоляцию ТРО в хранилище, а следовательно, экологическую безопасность при хранении ТРО в течение длительного времени при минимальных материальных и трудозатратах; технологический процесс извлечения ТРО из хранилища после принятия соответствующего решения также будет являться простым и не требующим больших трудозатрат.The results obtained indicate that, due to the optimal physicochemical and sorption properties of the buffer backfill material, the proposed method provides reliable isolation of SRW in the storage, and therefore, environmental safety when storing SRW for a long time with minimal material and labor costs; the technological process for extracting SRW from the storage after making the appropriate decision will also be simple and not requiring large labor costs.

Предлагаемый способ долговременного хранения твердых радиоактивных отходов реализован в ГУЛ МосНПО «Радон» при создании опытного стенда, моделирующего условия хранения РАО в приповерхностном хранилище.The proposed method for the long-term storage of solid radioactive waste was implemented in the Gul MosNPO "Radon" when creating an experimental stand simulating the storage conditions of radioactive waste in a near-surface storage.

Claims (1)

Способ долговременного хранения твердых радиоактивных отходов, включающий их складирование в хранилищах и изоляцию путем заполнения пустот между твердыми радиоактивными отходами, а также между стенками и дном хранилища буферной засыпкой в виде смеси природных материалов, образованной при смешении кварцевого песка с добавками, отличающийся тем, что используется буферная засыпка в виде сыпучей смеси природных материалов с размером частиц ≤5 мм, а в качестве добавок используют природные цеолиты из группы каркасных алюмосиликатов (например, клиноптилолит), железосодержащие минералы (например, гематит, гидроксид железа, гетит) и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кварцевый песок 50-80 природные цеолиты из группы каркасных алюмосиликатов 15-45 железосодержащие минералы 1-15 оксид магния 1-15
A method for long-term storage of solid radioactive waste, including their storage in storage facilities and isolation by filling the voids between solid radioactive waste, as well as between the walls and the bottom of the storage, with a buffer backfill in the form of a mixture of natural materials formed by mixing silica sand with additives, characterized in that it is used buffer filling in the form of a loose mixture of natural materials with a particle size of ≤5 mm, and natural zeolites from the group of frame aluminosilicates are used as additives (for example Mer, clinoptilolite), iron-containing minerals (for example, hematite, iron hydroxide, goethite) and magnesium oxide in the following ratio of components, wt.%:
quartz sand 50-80 natural zeolites from the group of frame aluminosilicates 15-45 iron minerals 1-15 magnesium oxide 1-15
RU2010120046/07A 2010-05-20 2010-05-20 Method of long-term storage of solid radioactive wastes RU2419901C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120046/07A RU2419901C1 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Method of long-term storage of solid radioactive wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120046/07A RU2419901C1 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Method of long-term storage of solid radioactive wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2419901C1 true RU2419901C1 (en) 2011-05-27

Family

ID=44734963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010120046/07A RU2419901C1 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Method of long-term storage of solid radioactive wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2419901C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013081564A3 (en) * 2011-11-04 2013-12-05 Kirveli Aziz Natural, hydrophobic (air loving), active, modified zeolite based products and production methods thereof
RU2530538C2 (en) * 2012-06-08 2014-10-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" . Method for temporary storage of radioactive wastes
RU2547812C1 (en) * 2013-10-30 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химиии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) METHOD OF CREATING BARRIER in situ FOR PREVENTING MIGRATION OF COMPONENTS OF RADIOACTIVE WASTES FROM BURIAL AREAS AND RADIOACTIVE CONTAMINATION REGIONS

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013081564A3 (en) * 2011-11-04 2013-12-05 Kirveli Aziz Natural, hydrophobic (air loving), active, modified zeolite based products and production methods thereof
RU2530538C2 (en) * 2012-06-08 2014-10-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" . Method for temporary storage of radioactive wastes
RU2547812C1 (en) * 2013-10-30 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химиии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) METHOD OF CREATING BARRIER in situ FOR PREVENTING MIGRATION OF COMPONENTS OF RADIOACTIVE WASTES FROM BURIAL AREAS AND RADIOACTIVE CONTAMINATION REGIONS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goodarzi et al. Stabilization/solidification of zinc-contaminated kaolin clay using ground granulated blast-furnace slag and different types of activators
Du et al. New phosphate-based binder for stabilization of soils contaminated with heavy metals: Leaching, strength and microstructure characterization
Wang et al. The performance of blended conventional and novel binders in the in-situ stabilisation/solidification of a contaminated site soil
Glasser Application of inorganic cements to the conditioning and immobilisation of radioactive wastes
James et al. Bagasse ash as an auxiliary additive to lime stabilization of an expansive soil: strength and microstructural investigation
Wang et al. Sustainable stabilization/solidification of the Pb, Zn, and Cd contaminated soil by red mud-derived binders
Mashifana et al. Geotechnical properties and microstructure of lime-fly ash-phosphogypsum-stabilized soil
CA2833446C (en) Water-blocking filler and filler for engineered multi-barriers using said water-blocking filler
Collier et al. The encapsulation of Mg (OH) 2 sludge in composite cement
RU2419901C1 (en) Method of long-term storage of solid radioactive wastes
JP2008511531A (en) Encapsulation medium
JP5047400B1 (en) Method for producing radioactive waste incineration ash cement solidified body and solidified body thereof
US20140363240A1 (en) Method and Composition For Consolidating and Mechanically Strengthening Soil and/or Sand
JP6261120B2 (en) Neutron shielding concrete and its manufacturing method
Thakur et al. Utilization of industrial waste phosphogypsum as geomaterial: a review
Deju et al. Review on radioactive concrete recycling methods
Saeed et al. Lime stabilized Malaysian lateritic clay contaminated by heavy metals
Goo et al. Effects of EDTA on the leaching behaviors of Cs (I) and Co (II) from cement waste forms
Alonso et al. Development and application of low-pH concretes for structural purposes in geological repository systems
EP0714548B1 (en) Repository for radioactive waste - vault backfill
Walling Conversion of magnesium bearing radioactive wastes into cementitious binders
RU2315380C1 (en) Method for case-hardening radioactive waste in container
KR102156654B1 (en) A composite for solidification of heavy metal ions of abandoned mines by using pulverized coal ash containing calcium aluminate compounds
Mohammed et al. Interaction of clay and concrete relevant to the deep disposal of high-level radioactive waste
Anamika et al. Utilisation of phosphogypsum along with other additives in geo-engineering-A review

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner