RU2461902C1 - Method to decontaminate radioactive organic wastes - Google Patents
Method to decontaminate radioactive organic wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461902C1 RU2461902C1 RU2011131456/07A RU2011131456A RU2461902C1 RU 2461902 C1 RU2461902 C1 RU 2461902C1 RU 2011131456/07 A RU2011131456/07 A RU 2011131456/07A RU 2011131456 A RU2011131456 A RU 2011131456A RU 2461902 C1 RU2461902 C1 RU 2461902C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radioactive
- sulfuric acid
- waste
- wastes
- mixed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при обезвреживании (переработке, обращении) радиоактивных отходов (РАО), образующихся на атомных электрических станциях (АЭС), а именно выработавших свой ресурс радиоактивных масел и твердых радиоактивных отходов (ТРО) органического происхождения, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов (бумага, картон, ветошь, древесина, вата, активированный древесный уголь и др.).The invention relates to the field of environmental protection and can be used in the neutralization (processing, handling) of radioactive waste (RW) generated at nuclear power plants (NPPs), namely, spent on their resource radioactive oils and solid radioactive waste (SRW) of organic origin, related to the class of burnt cellulosic materials (paper, cardboard, rags, wood, cotton wool, activated charcoal, etc.).
Известно, что при эксплуатации АЭС неизбежно происходит накопление выработавших ресурс масел, загрязненных радионуклидами. Такие масла по условиям радиационной безопасности и требований охраны окружающей среды не подлежат вывозу на централизованные пункты сбора масел для их утилизации. Временное же хранение радиоактивных масел на территории АЭС сопряжено с экологическим риском, связанным с возможностью выхода радионуклидов в окружающую среду в случае аварийной разгерметизации емкостей хранения масла. Также известно, что на АЭС образуется значительное количество ТРО органического происхождения, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов.It is known that during the operation of nuclear power plants an inevitable accumulation of oil-contaminated oils contaminated with radionuclides occurs. According to the conditions of radiation safety and environmental protection requirements, such oils are not subject to export to centralized collection points for their disposal. Temporary storage of radioactive oils on the territory of the nuclear power plant is associated with environmental risk associated with the possibility of radionuclides entering the environment in the event of an emergency depressurization of oil storage tanks. It is also known that at NPPs a significant amount of SRW of organic origin is formed, which belongs to the class of burnt cellulosic materials.
В настоящее время в России определены единые для всех АЭС принципы и концептуальные положения обращения с РАО, согласно которым в качестве одного из направлений обращения с отходами органического происхождения выбрана технология их термического сжигания [С.Б.Хубецов. Основные направления работ по обращению с РАО на АЭС. Тезисы доклада 4-ой международной научно-технической конференции. Обращение с радиоактивными отходами. - М., 26-28 июня, 2001, с.3, 4].At present, Russia has unified the principles and conceptual provisions for radioactive waste management common to all nuclear power plants, according to which the technology of their thermal incineration has been selected as one of the areas for the management of organic waste [S. B. Khubetsov. The main directions of work on radioactive waste management at nuclear power plants. Abstracts of the 4th international scientific and technical conference. Radioactive waste management. - M., June 26-28, 2001, p. 3, 4].
Технология термического сжигания отходов органического происхождения предусматривает, как правило, использование огневого и плазменного способов их сжигания в специальных печах при температурах 800-4000°С. Эти способы позволяют перевести отходы в экологически- и пожаробезопасное состояние, при этом объем отходов может быть уменьшен в 10-50 раз [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. - Самара: Самарский дом печати, 2000, с.164-170, 204-206 и В.П.Шведов, В.М.Седов и др.. Ядерная технология. -М.: Атомиздат, 1979, с.252-256].The technology of thermal burning of waste of organic origin provides, as a rule, the use of fire and plasma methods of burning them in special furnaces at temperatures of 800-4000 ° C. These methods make it possible to transfer waste into an ecologically and fireproof state, while the volume of waste can be reduced by 10-50 times [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. - Samara: Samara Press House, 2000, p.164-170, 204-206 and V.P. Shvedov, V. M. Sedov and others. Nuclear technology. -M .: Atomizdat, 1979, p. 252-256].
Основными недостатками огневого и плазменного способов сжигания органических РАО являются высокие температуры проведения процесса, значительная металлоемкость оборудования, сложное аппаратурно-технологическое оформление процесса и др., что ведет к существенному увеличению энергетических и капитальных затрат.The main disadvantages of the fire and plasma methods of burning organic RW are the high temperatures of the process, the significant metal consumption of the equipment, the complex hardware and technological design of the process, etc., which leads to a significant increase in energy and capital costs.
В этой связи весьма актуален поиск простых эффективных способов сжигания органических РАО, которые осуществлялись бы при более низких температурах. Одним из таких способов является низкотемпературный пиролиз твердых органических отходов в расплаве гидрооксидов и солей щелочных металлов, который разрабатывается в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. - Самара: Самарский дом печати, 2000, с.206-209]. Данный способ является наиболее близким аналогом и выбран в качестве прототипа.In this regard, the search for simple effective methods for burning organic waste, which would be carried out at lower temperatures, is highly relevant. One of such methods is the low-temperature pyrolysis of solid organic waste in a melt of hydroxides and salts of alkali metals, which is currently being developed both in our country and abroad [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. - Samara: Samara Printing House, 2000, p.206-209]. This method is the closest analogue and is selected as a prototype.
Сущность способа заключается в том, что пиролиз твердых радиоактивных отходов органического происхождения проводят в химически активной среде, представляющей собой расплав щелочей, при температуре 400-450°С. В результате пиролиза образуются пиролизный газ с высокой теплотворной способностью и твердые частицы радиоактивных аэрозолей. Несмотря на свои неоспоримые достоинства (простота конструкции и компактность оборудования, относительно низкие температуры плавления щелочей и проведения самого процесса и др.), способ-прототип имеет существенный недостаток.The essence of the method lies in the fact that the pyrolysis of solid radioactive waste of organic origin is carried out in a chemically active medium, which is a molten alkali, at a temperature of 400-450 ° C. As a result of pyrolysis, pyrolysis gas with a high calorific value and solid particles of radioactive aerosols are formed. Despite its undeniable advantages (simplicity of design and compactness of equipment, relatively low melting temperatures of alkalis and the process itself, etc.), the prototype method has a significant drawback.
При пиролизе твердых органических радиоактивных отходов в расплавах щелочей в газовую фазу попадают твердые частицы щелочей, кислые газы и продукты пиролиза органического происхождения, что значительно усложняет систему пыле-, газоочистки, требующей глубокого извлечения твердых частиц аэрозолей и нейтрализации «кислых» газов с последующим окислением органических веществ до безвредных CO3 и Н2О каталитическим методом [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. - Самара: Самарский дом печати, 2000, с.208].During the pyrolysis of solid organic radioactive waste in alkali melts, solid particles of alkalis, acid gases and products of pyrolysis of organic origin get into the gas phase, which significantly complicates the dust and gas purification system, which requires deep extraction of aerosol solid particles and neutralization of “acid” gases with subsequent oxidation of organic acids substances to harmless CO 3 and H 2 O by the catalytic method [Yu.V. Chechetkin, AF Grachev. Radioactive waste management. - Samara: Samara Press House, 2000, p.208].
Известно, что для обеспечения условий экологической безопасности при длительном хранении и захоронении РАО необходимо проведение комплекса мероприятий (технологий) по их обезвреживанию. При этом основными условиями организации эффективных технологий обезвреживания РАО являются не только обеспечение требований максимального уменьшения их объема и качественного отверждения конечного продукта в твердой матрице, отвечающей требованию надежной изоляции РАО от внешней среды, но и простота используемых в технологии способов и аппаратурного оформления технологического процесса переработки РАО. Немаловажным также является минимизация энергозатрат, стоимость и доступность материалов и реагентов, используемых в технологии обезвреживания радиоактивных отходов.It is known that to ensure environmental safety during long-term storage and disposal of radioactive waste, a set of measures (technologies) for their disposal should be carried out. At the same time, the main conditions for organizing effective RW disposal technologies are not only ensuring the requirements for maximum reduction of their volume and high-quality solidification of the final product in a solid matrix that meets the requirement of reliable isolation of RW from the external environment, but also the simplicity of the methods and apparatus used for the technological process of RW processing . Also important is the minimization of energy consumption, the cost and availability of materials and reagents used in the technology of disposal of radioactive waste.
Задачей настоящего изобретения является создание способа обезвреживания РАО, позволяющего разработать комбинированную технологию (схему) обращения с ТРО (в виде целлюлозных материалов) и ЖРО (в виде масел), позволяющую:The objective of the present invention is to provide a method for the disposal of radioactive waste, which allows to develop a combined technology (scheme) for the treatment of SRW (in the form of cellulosic materials) and LRW (in the form of oils), which allows:
- исключить возможность выхода радиоактивного масла в окружающую среду и повысить экологическую безопасность;- eliminate the possibility of release of radioactive oil into the environment and increase environmental safety;
- провести совместное обезвреживание радиоактивных масел и ТРО органического происхождения в одном простейшем по конструкции аппарате (ванне, емкости);- conduct a joint neutralization of radioactive oils and SRW of organic origin in one simplest in design apparatus (bath, tank);
- максимально уменьшить объем и массу радиоактивных отходов и конечного продукта, подлежащего длительному хранению;- minimize the volume and mass of radioactive waste and the final product subject to long-term storage;
- перевести конечный продукт переработки РАО в пожаро-, взрывобезопасное состояние;- transfer the final product of RW processing to a fire-, explosion-proof state;
- обеспечить возможность иммобилизации биологически стойкого сухого зольного остатка от переработки РАО в твердой матрице (геоцементный камень), обеспечивающей надежное длительное хранение и захоронение конечного продукта;- to provide the possibility of immobilization of biologically stable dry ash residue from RW processing in a solid matrix (geo-cement stone), which provides reliable long-term storage and burial of the final product;
- уменьшить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона при обезвреживании РАО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.- to reduce the technogenic impact of harmful substances on the environment of the region during the disposal of radioactive waste and improve the environmental situation during the long-term storage of final radioactive products.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе обезвреживания органических радиоактивных отходов, включающем их термическую обработку в химически активной среде (пиролиз) в обогреваемом аппарате, согласно изобретению, предварительно измельченные органические радиоактивные отходы, относящиеся к классу целлюлозных материалов, смешивают с радиоактивным маслом, затем промасленные отходы подвергают термической обработке в сернокислой среде при температуре 20-350°C при исходном весовом соотношении отходов к серной кислоте от 1,0:1,0 до 1,0:2,0 в пересчете на безводные компоненты до полного «сгорания» продукта и получения в аппарате зольного остатка постоянного веса.To solve the problem and achieve the technical result in a method for the disposal of organic radioactive waste, including heat treatment in a chemically active medium (pyrolysis) in a heated apparatus, according to the invention, pre-ground organic radioactive waste belonging to the class of cellulosic materials is mixed with radioactive oil , then the oiled waste is subjected to heat treatment in a sulfuric acid medium at a temperature of 20-350 ° C at the initial weight ratio uu waste sulfuric acid from 1.0: 1.0 to 1.0: 2.0, based on the nonaqueous components until complete "burning" of the product in the apparatus and receiving ash constant weight.
Предлагается также процесс обезвреживания РАО проводить при атмосферном давлении, в условиях свободного доступа кислорода (воздуха) в реакционную зону аппарата, при перемешивании продукта в аппарате.It is also proposed that the RW neutralization process be carried out at atmospheric pressure, under conditions of free access of oxygen (air) to the reaction zone of the apparatus, while stirring the product in the apparatus.
Кроме того, предлагается омоноличивание полученного сухого зольного остатка проводить фосфорной кислотой или жидкостями затворения на ее основе с использованием в качестве основы охранной матрицы природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов.In addition, it is proposed that monolithization of the obtained dry ash residue be carried out with phosphoric acid or mixing liquids based on it using natural minerals or industrial waste containing metal oxides as the basis of the protective matrix.
Предлагаемая технология обращения со станционными РАО, кроме повышения экологической безопасности временного хранения радиоактивных масел на территории АЭС, позволяет использовать в цикле переработки масел также и радиоактивные ТРО, подлежащие обезвреживанию. То есть в технологии заложен принцип «радиоактивное обезвреживается с использованием радиоактивного». При этом технология позволяет хранить и обезвреживать не только радиоактивные масла, но и другие жидкие радиоактивные и токсичные органические отходы, образующиеся на АЭС, например охлаждающие и гидравлические жидкости.The proposed technology for handling radioactive waste, in addition to improving the environmental safety of the temporary storage of radioactive oils at the NPP, allows the use of radioactive solid waste to be neutralized in the oil processing cycle. That is, the principle “radioactive is neutralized using radioactive” is embedded in the technology. At the same time, the technology allows storing and neutralizing not only radioactive oils, but also other liquid radioactive and toxic organic wastes generated at nuclear power plants, such as cooling and hydraulic fluids.
Экспериментально установлено, что смесь органических материалов, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов (бумага, ветошь, древесина, вата), эффективно поглощает масло. Маслопоглощаемость такой смеси составляет не менее 4 г масла марки ВМ-4 на 1 г смеси.It was experimentally established that a mixture of organic materials belonging to the class of burnt cellulosic materials (paper, rags, wood, cotton wool) effectively absorbs oil. Oil absorption of such a mixture is not less than 4 g of oil grade BM-4 per 1 g of the mixture.
Известно, что основным компонентом сжигаемых органических отходов, относящихся к классу целлюлозных материалов, является клетчатка. Из нее построены ткани растений. Вата, фильтровальная бумага - наиболее чистые формы клетчатки (до 96%). Главные составные части древесины - клетчатка (преобладает) и лигнин. Целлюлоза и клетчатка на холоду растворяются в концентрированной серной кислоте (H2SO4) с частичной деструкцией [А.А.Петров и др. Органическая химия. - М.: Изд. «Высшая школа», 1973, с.302], образуя вязкий раствор [Н.Л.Глинка. Общая химии. Том 1. - Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.490].It is known that fiber is the main component of combustible organic waste belonging to the class of cellulosic materials. Plant tissue is built from it. Cotton wool, filter paper - the most pure forms of fiber (up to 96%). The main components of wood are fiber (prevails) and lignin. Cellulose and fiber in the cold are dissolved in concentrated sulfuric acid (H 2 SO 4 ) with partial destruction [A.A. Petrov et al. Organic chemistry. - M.: Publishing. "Higher School", 1973, p.302], forming a viscous solution [N.L. Glinka. General chemistry. Volume 1. - Ed. Chemistry, Leningrad Branch, 1976, p. 490].
Экспериментально установлено, что после введения в промасленные целлюлозные материалы концентрированной H2SO4 при весовом соотношении продукта к кислоте от 1,0:1,0 до 1,0:2,0 в пересчете на безводные компоненты и шестичасовой выдержки продукта при комнатной температуре и периодическом перемешивании, образуется вязкий текучий (транспортабельный) раствор, представляющий собой смесь углеводородов, углерода и масла в серной кислоте.It was experimentally established that after introducing concentrated H 2 SO 4 into oily cellulosic materials at a weight ratio of product to acid from 1.0: 1.0 to 1.0: 2.0 in terms of anhydrous components and six-hour exposure of the product at room temperature and periodic stirring, a viscous fluid (transportable) solution is formed, which is a mixture of hydrocarbons, carbon and oil in sulfuric acid.
Известно, что концентрированная серная кислота обладает сильными окислительными свойствами, особенно при нагревании [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 1. - М.: Изд. Химия. 1965, с.314]. Серная кислота обычно восстанавливается до бесцветной двуокиси серы (SO2), которая в свою очередь при достаточно высокой температуре, но не более 400°C, в присутствии катализаторов взаимодействует с кислородом по сильно экзотермической реакции - 1 с образованием дымящей на воздухе трехокиси серы (SO3). Трехокись серы в свою очередь также характеризуется сильными окислительными свойствамиIt is known that concentrated sulfuric acid has strong oxidizing properties, especially when heated [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry. Volume 1. - M .: Publishing. Chemistry. 1965, p. 314]. Sulfuric acid is usually reduced to colorless sulfur dioxide (SO 2 ), which, in turn, at a sufficiently high temperature, but not more than 400 ° C, in the presence of catalysts interacts with oxygen through a highly exothermic reaction - 1 with the formation of sulfur trioxide fuming in air (SO 3 ). Sulfur trioxide, in turn, is also characterized by strong oxidizing properties.
Заметное разложение SO3 при нагревании (по реакции, обратной ее образованию) наступает лишь при температурах выше 400°C.A noticeable decomposition of SO 3 upon heating (by reaction opposite to its formation) occurs only at temperatures above 400 ° C.
Также известно, что серная кислота активно поглощает пары воды [Н.Л.Глинка. Общая химия. Том 1. - Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.384]. Способностью поглощать воду объясняется обугливание органических веществ, особенно относящихся к классу углеводородов (клетчатка, сахар и др.), при действии на них концентрированной серной кислоты. В состав углеводородов водород и кислород входят в таком же отношении, в каком они находятся в воде. Серная кислота, даже холодная, отнимает от углеводородов водород и кислород, которые образуют воду, а углерод выделяется в виде угля. Горячая же серная кислота, являясь энергичным окислителем, окисляет образующийся углерод, по реакции (2), до летучих продуктов - CO2, SO3 и Н2ОIt is also known that sulfuric acid actively absorbs water vapor [N.L. Glinka. General chemistry. Volume 1. - Ed. Chemistry, Leningrad Branch, 1976, p. 384]. The ability to absorb water is explained by carbonization of organic substances, especially those belonging to the class of hydrocarbons (fiber, sugar, etc.), under the action of concentrated sulfuric acid on them. The composition of hydrocarbons, hydrogen and oxygen are in the same ratio as they are in water. Sulfuric acid, even cold, takes away hydrogen and oxygen from hydrocarbons, which form water, and carbon is released in the form of coal. Hot sulfuric acid, being an energetic oxidizing agent, oxidizes the formed carbon, according to reaction (2), to volatile products - CO 2 , SO 3 and Н 2 О
Экспериментально установлено, что при проведении термической обработки смеси, состоящей из углеводородов, углерода, масла и серной кислоты, при температурах 100-250°C происходит интенсивная деструкция (пиролиз) всех углеводородных материалов и масла с образованием аморфного углерода и газообразных летучих продуктов.It was experimentally established that during heat treatment of a mixture consisting of hydrocarbons, carbon, oil and sulfuric acid at temperatures of 100-250 ° C, intense destruction (pyrolysis) of all hydrocarbon materials and oil occurs with the formation of amorphous carbon and gaseous volatile products.
Известно, что при нагревании углерода на воздухе он энергично взаимодействует с кислородом по реакции (3) [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 1. - М.: Изд. Химия. 1965, с.6]It is known that when carbon is heated in air, it vigorously interacts with oxygen by reaction (3) [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry. Volume 1. - M .: Publishing. Chemistry. 1965, p.6]
Экспериментально установлено, что образующийся при пиролизе углеводородов и масла в серной кислоте аморфный углерод эффективно «сгорает» при температурах 250-350°C с образованием газообразных продуктов (смотри реакции 2 и 3) и сухого зольного остатка постоянного веса. При этом скорость «сгорания» углерода существенно возрастает с увеличением температуры.It was experimentally established that amorphous carbon formed during the pyrolysis of hydrocarbons and oil in sulfuric acid effectively “burns out” at temperatures of 250-350 ° C with the formation of gaseous products (see reactions 2 and 3) and a dry ash residue of constant weight. In this case, the rate of "combustion" of carbon increases significantly with increasing temperature.
Верхний температурный предел 350°C в предлагаемом способе обосновывается кинетикой процесса «сгорания» углерода и температурой разложения серной кислоты. Известно, что концентрированная серная кислота (98.3%) разлагается при температурах выше 336,5°C [В.И.Перельман. Краткий справочник химика. - М.: Изд. Химической литературы. 1955, с.68-69] с образованием SO3 и H2O, что при реализации предлагаемого способа гарантирует полное разложение серной кислоты в случае ее избыточного содержания в реакционной зоне аппарата и, соответственно, в конечном продукте переработки радиоактивных отходов.The upper temperature limit of 350 ° C in the proposed method is justified by the kinetics of the process of "combustion" of carbon and the decomposition temperature of sulfuric acid. It is known that concentrated sulfuric acid (98.3%) decomposes at temperatures above 336.5 ° C [V.I. Perelman. Quick reference chemist. - M.: Publishing. Chemical literature. 1955, p.68-69] with the formation of SO 3 and H 2 O, which, when implementing the proposed method, guarantees complete decomposition of sulfuric acid in case of its excessive content in the reaction zone of the apparatus and, accordingly, in the final product of the processing of radioactive waste.
Способ осуществляется следующим образом. Жидкие радиоактивные масла включают (пропитывают ими) в маслопоглощающие материалы, в качестве которых используют измельченные ТРО органического происхождения, относящиеся к классу сжигаемых целлюлозных материалов (бумага, картон, ветошь, древесина, вата, активированный уголь систем газоочистки и др.), затем полученные промасленные отходы, по мере их накопления в хранилищах АЭС, подвергают в обогреваемом аппарате низкотемпературному глубокому пиролизу в сернокислой среде при температуре 20-350°C при исходном весовом соотношении промасленных радиоактивных отходов к серной кислоте от 1,0:1,0 до 1,0:2,0 в пересчете на безводные компоненты. Процесс ведут при атмосферном давлении в условиях свободного доступа воздуха в реакционную зону, при перемешивании продукта до образования радиоактивного зольного остатка постоянного веса, который затем омоноличивают фосфорной кислотой или жидкостями затворения на ее основе с использованием в качестве основы охранной матрицы природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов.The method is as follows. Liquid radioactive oils are included (impregnated with them) in oil-absorbing materials, which are used as ground SRW of organic origin, which belong to the class of combusted cellulosic materials (paper, cardboard, rags, wood, cotton wool, activated carbon gas cleaning systems, etc.), then the oiled the waste, as it accumulates in the storage facilities of nuclear power plants, is subjected to low-temperature deep pyrolysis in a heated apparatus in a sulfuric acid medium at a temperature of 20-350 ° C with an initial oil weight ratio radioactive waste to sulfuric acid from 1.0: 1.0 to 1.0: 2.0 in terms of anhydrous components. The process is carried out at atmospheric pressure under conditions of free access of air to the reaction zone, with stirring of the product until a radioactive ash residue of constant weight is formed, which is then monolithized with phosphoric acid or mixing liquids based on it using natural minerals or industrial waste as the basis of the protective matrix, containing metal oxides.
При проведении экспериментов по обоснованию предлагаемого способа обезвреживания РАО использовали:When conducting experiments to justify the proposed method for the disposal of radioactive waste, we used:
- отработанное минеральное вакуумное масло марки ВМ-4;- Waste mineral vacuum oil brand VM-4;
- целлюлозные материалы (фильтровальная бумага, ветошь, вата, древесина);- cellulosic materials (filter paper, rags, cotton wool, wood);
- концентрированную серную кислоту марки «хч» по ГОСТ 4204 - 77.- concentrated sulfuric acid brand "hch" according to GOST 4204 - 77.
При отработке стадии фосфатного омоноличивания зольного остатка в инертную матрицу использовали порошок природного магнетита Хибинского рудного бассейна и техническую фосфорную кислоту по ТУ 2142-002-00209450-96.When working out the stage of phosphate monolithicization of the ash residue into an inert matrix, we used the natural magnetite powder of the Khibiny ore basin and technical phosphoric acid according to TU 2142-002-00209450-96.
Эксперименты проводили в открытом кварцевом тигле в условиях свободного доступа воздуха в реакционную зону при периодическом (1 раз в 15 минут) перемешивании продукта в тигле кварцевой мешалкой.The experiments were carried out in an open quartz crucible under conditions of free access of air to the reaction zone with periodic (1 time in 15 minutes) stirring of the product in a crucible with a quartz stirrer.
Примеры экспериментов в обоснование предлагаемого способаExamples of experiments in support of the proposed method
Эксперимент 1Experiment 1
1,26 г масла (1,4 см3) смешивают в кварцевом тигле с 1,26 г H2SO4 и подвергают продукт при периодическом перемешивании термообработке в диапазоне температур от 20 до 350°C до получения в тигле зольного остатка (продукта) постоянного веса. Суммарное время термообработки составило около 7-8 часов.1.26 g of oil (1.4 cm 3 ) are mixed in a quartz crucible with 1.26 g of H 2 SO 4 and the product is subjected to periodic heat treatment with heat treatment in the temperature range from 20 to 350 ° C until an ash residue (product) is obtained in the crucible constant weight. The total heat treatment time was about 7-8 hours.
Основные результаты эксперимента:The main results of the experiment:
- объем конечного продукта - 0,2 см3;- the volume of the final product is 0.2 cm 3 ;
- вес конечного продукта - 0,02 г;- the weight of the final product is 0.02 g;
- уменьшение объема - в 7,0 раз;- decrease in volume - 7.0 times;
- уменьшение веса - в 63,0 раза.- weight reduction - 63.0 times.
Эксперимент 2Experiment 2
В 8,73 г концентрированной H2SO4 помещают в кварцевый тигель и при комнатной температуре небольшими порциями вводят при перемешивании 4,32 г (исходный объем после уплотнения 18 см3) измельченную смесь целлюлозных материалов (фильтровальная бумага - 1,33 г, ветошь - 1,35 г, вата - 1,03 г, древесинные опилки - 0,63 г). После образования в тигле жидкого вязкого раствора (время разжижения 6 ч) включают нагрев и подвергают продукт при периодическом перемешивании термообработке в диапазоне температур от 20 до 350°C до получения в тигле зольного остатка (продукта) постоянного веса. Суммарное время термообработки составило около 8-9 часов.In 8.73 g of concentrated H 2 SO 4 is placed in a quartz crucible and at room temperature, 4.32 g (initial volume after compaction of 18 cm 3 ) are added in small portions with stirring, a crushed mixture of cellulosic materials (filter paper - 1.33 g, rags - 1.35 g, cotton wool - 1.03 g, sawdust - 0.63 g). After the formation of a viscous liquid solution in the crucible (liquefaction time of 6 hours), heating is turned on and the product is subjected to heat treatment with periodic stirring in the temperature range from 20 to 350 ° C until a constant ash weight (product) is obtained in the crucible. The total heat treatment time was about 8-9 hours.
Основные результаты эксперимента:The main results of the experiment:
- объем конечного продукта - 0,1 см3;- the volume of the final product is 0.1 cm 3 ;
- вес конечного продукта - 0,03 г;- the weight of the final product is 0.03 g;
- уменьшение объема - в 180 раз;- decrease in volume - 180 times;
- уменьшение веса - в 144 раза.- weight reduction - 144 times.
Пример осуществления предлагаемого способаAn example implementation of the proposed method
2,25 грамма (исходный объем после уплотнения 9,5 см3) измельченных целлюлозных материалов (фильтровальная бумага - 0,74 г, ветошь - 0,64 г, вата - 0,56 г, древесинные опилки - 0,31 г) помещают в кварцевый тигель и пропитывают маслом (вес масла - 8,12 г, объем - 9,0 см). После пропитки, в полученную смесь углеводородных материалов при перемешивании порциями вводят 15,6 г H2SO4 (весовое соотношение углеводородных материалов к H2SO4 - 1,0:1,5). После образования в тигле жидкого вязкого раствора (время разжижения 6 ч) включают нагрев и подвергают продукт при периодическом перемешивании термообработке в диапазоне температур от 20 до 350°C до получения в тигле зольного остатка (продукта) постоянного веса. Суммарное время термообработки составило около 8-9 часов.2.25 grams (initial volume after compaction of 9.5 cm 3 ) of crushed cellulosic materials (filter paper - 0.74 g, rags - 0.64 g, cotton wool - 0.56 g, sawdust - 0.31 g) are placed into a quartz crucible and impregnated with oil (oil weight - 8.12 g, volume - 9.0 cm). After impregnation, 15.6 g of H 2 SO 4 are introduced in portions into the resulting mixture of hydrocarbon materials with stirring (the weight ratio of hydrocarbon materials to H 2 SO 4 is 1.0: 1.5). After the formation of a viscous liquid solution in the crucible (liquefaction time of 6 hours), heating is turned on and the product is subjected to heat treatment with periodic stirring in the temperature range from 20 to 350 ° C until a constant ash weight (product) is obtained in the crucible. The total heat treatment time was about 8-9 hours.
Основные результаты примера:The main results of the example:
- объем конечного продукта - 1,0 см3;- the volume of the final product is 1.0 cm 3 ;
- вес конечного продукта - 0,09 г;- the weight of the final product is 0.09 g;
- уменьшение объема - в 18,5 раза;- decrease in volume - 18.5 times;
- уменьшение веса - в 115 раз.- weight reduction - 115 times.
Полученный зольный остаток смешивают в цилиндрической форме с природным магнетитом в объемном соотношении 1:0,5 и омоноличивают смесь, используя в качестве жидкости затворения концентрированную фосфорную кислоту. Конечный продукт после завершения процесса холодного фосфатного твердения и проведения его дополнительной термообработки в температурном режиме 20→250→20°C представляет собой прочный водостойкий монолит (геоцементный камень) объемом около 0,4 см3.The resulting ash residue is mixed in a cylindrical form with natural magnetite in a volume ratio of 1: 0.5 and the mixture is monolithic using concentrated phosphoric acid as a mixing liquid. The final product after completion of the cold phosphate hardening process and its additional heat treatment at a temperature of 20 → 250 → 20 ° C is a durable waterproof monolith (geo-cement stone) with a volume of about 0.4 cm 3 .
Конечное уменьшение объема отходов (масло+целлюлозные материалы) после их термохимической переработки (пиролиза) и омоноличивания зольного остатка составило 46 раза.The final decrease in waste volume (oil + cellulosic materials) after their thermochemical processing (pyrolysis) and monolithic ash residue was 46 times.
Внедрение предлагаемого способа в практику обезвреживания радиоактивных отходов позволит: исключить возможность выхода радиоактивных масел в окружающую среду; провести совместное обезвреживание радиоактивных масел и ТРО органического происхождения в одном простейшем по конструкции аппарате (ванне, емкости); максимально уменьшить объем и массу радиоактивных отходов и конечного продукта; перевести конечный продукт переработки РАО в пожаро-, взрывобезопасное состояние; обеспечить возможность иммобилизации биологически стойкого сухого зольного остатка от переработки РАО в твердой матрице (геоцементный камень), гарантирующей надежное длительное хранение и захоронение конечного продукта.The implementation of the proposed method in the practice of neutralizing radioactive waste will allow: to exclude the possibility of release of radioactive oils into the environment; to carry out joint neutralization of radioactive oils and SRW of organic origin in one apparatus of the simplest construction (bath, tank); minimize the volume and mass of radioactive waste and the final product; to transfer the final product of RW processing into a fire-, explosion-proof state; to provide the possibility of immobilization of biologically stable dry ash residue from RW processing in a solid matrix (geo-cement stone), which guarantees reliable long-term storage and burial of the final product.
В целом, предлагаемый способ позволит уменьшить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона расположения АЭС и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.In general, the proposed method will reduce the anthropogenic impact of harmful substances on the environment of the region where the nuclear power plant is located and improve the environmental situation during long-term storage of final radioactive products.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131456/07A RU2461902C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to decontaminate radioactive organic wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131456/07A RU2461902C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to decontaminate radioactive organic wastes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461902C1 true RU2461902C1 (en) | 2012-09-20 |
Family
ID=47077590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011131456/07A RU2461902C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to decontaminate radioactive organic wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461902C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU784592A1 (en) * | 1979-06-01 | 1981-09-07 | Чернобыльская Атомная Электростанция | Method of radioactive oil rectification |
| RU2086023C1 (en) * | 1995-11-16 | 1997-07-27 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (МосНПО "Радон") | Method for combustion of solid radioactive wastes incorporating chlorine containing polymeric materials and biological objects |
| KR20100107299A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-05 | (주)한국원자력 엔지니어링 | Radioactive oil processing system and radioactive oil processing method using the same |
| RU2408100C1 (en) * | 2009-12-16 | 2010-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Radioactive waste processing method |
-
2011
- 2011-07-26 RU RU2011131456/07A patent/RU2461902C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU784592A1 (en) * | 1979-06-01 | 1981-09-07 | Чернобыльская Атомная Электростанция | Method of radioactive oil rectification |
| RU2086023C1 (en) * | 1995-11-16 | 1997-07-27 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (МосНПО "Радон") | Method for combustion of solid radioactive wastes incorporating chlorine containing polymeric materials and biological objects |
| KR20100107299A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-05 | (주)한국원자력 엔지니어링 | Radioactive oil processing system and radioactive oil processing method using the same |
| RU2408100C1 (en) * | 2009-12-16 | 2010-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Radioactive waste processing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Marrero et al. | Fate of heavy metals and radioactive metals in gasification of sewage sludge | |
| JPH0634102B2 (en) | Waste heat conversion method | |
| KR900004292B1 (en) | Method of processing radioactive resin waste | |
| Xie et al. | Emissions investigation for a novel medical waste incinerator | |
| CN101461990A (en) | Method for analyzing and processing persistent organic pollutants by microwave assisted base catalysis | |
| EP0659257A1 (en) | Waste processing. | |
| RU2461902C1 (en) | Method to decontaminate radioactive organic wastes | |
| Lin et al. | Experimental study on molten salt oxidation of high salt content pharmaceutical residue | |
| CN102068782A (en) | Method for treating persistent organic pollutants through microwave hydrothermal reaction | |
| RU2412495C1 (en) | Method of processing radioactive ion-exchange resins | |
| Liu et al. | Efficient fixation of Co2+ and organic sulfur from cation exchange resins into CaO enhanced molten Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 system | |
| Kato et al. | Release behavior of arsenic, chromium, and copper during heat treatments of CCA-treated wood | |
| RU2472699C1 (en) | Method of decontaminating toxic industrial wastes | |
| KR101004154B1 (en) | Method for remediating contaminated soil using subcritical water | |
| RU2624270C1 (en) | Processing of reactor graphite waste material | |
| Ojovan et al. | Thermochemical processing using powder metal fuels of radioactive and hazardous waste | |
| Mabrouk et al. | Development of a submerged thermal plasma process for combustion of organic liquid waste | |
| RU2544008C1 (en) | Method of processing liquid organic radioactive wastes | |
| RU2452050C1 (en) | Method for processing solid mixed radioactive wastes | |
| KR101065353B1 (en) | The method for decompositional treatment of spent cationic ion-exchange resin | |
| RU2671243C1 (en) | Method of processing bituminous-salt radioactive compounds | |
| RU2473013C1 (en) | Method to neutralise mineralised waste waters of nuclear and thermal power plants | |
| RU2394659C1 (en) | Method of decontaminating toxic industrial wastes | |
| JP5850252B2 (en) | Incineration of combustible materials containing radioactive cesium | |
| DE4024303C1 (en) | Carburation of carbonaceous materials - by pyrolytic decomposition, putting impurities through low viscosity bath made of old molten glass |