RU2498430C2 - Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours - Google Patents

Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours Download PDF

Info

Publication number
RU2498430C2
RU2498430C2 RU2012103302/07A RU2012103302A RU2498430C2 RU 2498430 C2 RU2498430 C2 RU 2498430C2 RU 2012103302/07 A RU2012103302/07 A RU 2012103302/07A RU 2012103302 A RU2012103302 A RU 2012103302A RU 2498430 C2 RU2498430 C2 RU 2498430C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
cesium
caesium
vapours
chamotte
Prior art date
Application number
RU2012103302/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012103302A (en
Inventor
Альберт Семенович Алой
Александр Васильевич Стрельников
Вячеслав Ильич Соколов
Сергей Васильевич Баранов
Александр Дмитриевич Максименко
Павел Владимирович Сизов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк", Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк"
Priority to RU2012103302/07A priority Critical patent/RU2498430C2/en
Publication of RU2012103302A publication Critical patent/RU2012103302A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498430C2 publication Critical patent/RU2498430C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of processing of gaseous radioactive wastes, namely, to high-temperature chemical adsorption with a silica-alumina filter, vapours of radioactive caesium isotopes, forming during thermal treatment of caesium-containing radioactive materials. Chemical adsorption of caesium vapours is carried out on a silica-alumina filter with a disordered structure, specific surface of up to 101 m2/g, open porosity of up to 84 vol.% and content of amorphous phase of up to 95 wt %. The filter is made of porous light-weight chamotte of grade ShL-0.4, both source one and previously thermally treated at 1350-1500°C for 3 hours. The filter is made in a cylindrical mould that is convex at the ends with concentric grooves on them.
EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of a filter when catching caesium vapours.
3 cl

Description

Изобретение относится к области обезвреживание газообразных радиоактивных отходов (РАО), образующихся при регенерации облученного ядерного топлива (ОЯТ), при отверждении жидких высокоактивных отходов (ВАО) и при высокотемпературном синтезе стеклянных и керамических сердечников источников ионизирующего излучения (ИИИ).The invention relates to the field of neutralization of gaseous radioactive waste (RAW) generated during the regeneration of irradiated nuclear fuel (SNF), during the solidification of liquid high-level waste (HLW) and in the high-temperature synthesis of glass and ceramic cores of ionizing radiation sources (III).

Термическая обработка ОЯТ, остекловывание жидких ВАО, а также высокотемпературный синтез стеклянных и керамических сердечников цезийсодержащих ИИИ сопровождается летучестью его паров.Heat treatment of spent nuclear fuel, vitrification of liquid HLW, as well as high-temperature synthesis of glass and ceramic cores of cesium-containing III are accompanied by the volatility of its vapors.

Учитывая жесткие нормы по допустимым выбросам радиоактивных изотопов цезия в окружающую среду, эффективное улавливание его паров в системе газоочистки является важной как технологической, так и экологической задачей.Given the strict standards for permissible emissions of radioactive cesium isotopes into the environment, the efficient capture of its vapors in the gas cleaning system is an important technological and environmental task.

Принципиально возможны два способа улавливания паров цезия, отличающиеся как характером (природой) процесса, так и местом его реализации в технологической схеме:Two methods of trapping cesium vapor are fundamentally possible, differing both in the nature (nature) of the process and the place of its implementation in the technological scheme:

1. «Мокрое» улавливание - низкотемпературная конденсация паров цезия в системе газоочистки (аппараты скрубберного типа: барботажные, насадочные и распылительные колонны Вентури, центробежные промыватели и др.). Этот способ имеет следующие недостатки:1. “Wet” capture - low-temperature condensation of cesium vapors in a gas purification system (scrubber type apparatus: bubblers, packed and spraying venturi columns, centrifugal washers, etc.). This method has the following disadvantages:

- образование в системе газоочистки вторичных жидких РАО;- the formation in the gas treatment system of secondary liquid radioactive waste;

- радиоактивное загрязнение оборудования и коммуникаций, приводящее к дополнительному облучению персонала;- radioactive contamination of equipment and communications, leading to additional exposure of personnel;

- значительные затраты электроэнергии для получения высоких коэффициентов очистки.- significant energy costs to obtain high cleaning ratios.

2. «Сухое» улавливание - высокотемпературная хемосорбция паров цезия алюмосиликатными фильтрами, расположенными в зоне термической обработки цезийсодержащих радиоактивных материалов. Аморфная алюмосиликатная фаза этих фильтров при высоких температурах (не ниже 700°C) обладает высокой реакционной способностью по отношению к парам цезия, что позволяет зафиксировать его в устойчивых алюмосиликатных кристаллических фазах.2. “Dry” capture - high-temperature chemisorption of cesium vapor by aluminosilicate filters located in the heat treatment zone of cesium-containing radioactive materials. The amorphous aluminosilicate phase of these filters at high temperatures (not lower than 700 ° C) has a high reactivity with respect to cesium vapors, which allows it to be fixed in stable aluminosilicate crystalline phases.

Улетучиванием газообразных и легколетучих радиоактивных изотопов, в частности цезия, сопровождаются процессы термической обработки ОЯТ [Безносюк В.И., Галкин Б.Я. и др. // Радиохимия, 2007, т.49, №4, с.334-338].The volatilization of gaseous and volatile radioactive isotopes, in particular cesium, is accompanied by the processes of heat treatment of spent nuclear fuel [Beznosyuk VI, Galkin B.Ya. and others // Radiochemistry, 2007, vol. 49, No. 4, p. 344-338].

Для отверждения жидких ВАО наибольшее распространение получили двухстадийные процессы остекловывания, включающие кальцинацию жидких ВАО и остекловывание кальцината. Для улавливания частиц кальцината, аэрозолей и паров легколетучих радиоактивных изотопов, в частности цезия, в процессах остекловывания жидких ВАО используется система газоочистки, которая включает в себя скрубберы, конденсаторы, каплеуловители (НЕМЕ - и МЕРА - фильтры), аэрозольные фильтры (металлокерамические, металлотканевые, стекловолокнистые), адсорберы и другие элементы [Design and Operation of Off-Gas Cleaning Systems at High Level Liquid Waste Conditioning Facilities, Technical Reports Series №291, IAEA, Vienna, 1988, p.31-48]. В головных элементах системы газоочистки (скрубберы, конденсаторы) пары цезия улавливаются за счет низкотемпературной конденсации («мокрое» улавливание).For the curing of liquid HLW, the two-stage vitrification processes, including the calcination of liquid HLW and the vitrification of calcine, are most widely used. To capture particles of calcine, aerosols and vapors of volatile radioactive isotopes, in particular cesium, in the vitrification of liquid HLW, a gas cleaning system is used, which includes scrubbers, condensers, droplet eliminators (HEME and MERA filters), aerosol filters (metal-ceramic, metal-fabric, fiberglass), adsorbers and other elements [Design and Operation of Off-Gas Cleaning Systems at High Level Liquid Waste Conditioning Facilities, Technical Reports Series No. 291, IAEA, Vienna, 1988, p.31-48]. In the head elements of the gas cleaning system (scrubbers, condensers), cesium vapors are trapped due to low-temperature condensation ("wet" capture).

Реализованный в промышленном масштабе двухстадийный процесс остекловывания жидких ВАО AVM [Design and Operation of Off-Gas Cleaning Systems at High Level Liquid Waste Conditioning Facilities, Technical Reports Series №291, IAEA, Vienna, 1988, p.48-52] включает их кальцинацию во вращающейся трубчатой печи и остекловывание кальцината в плавителе с индукционным нагревом. Генерируемая в кальцинате и плавителе парогазовая смесь (ПГС) направляется в скруббер, в котором аэрозольные частицы кальцината растворяются в потоке кипящей азотной кислоты. Полученный раствор возвращается на переработку в кальцинатор после смешивания с исходными жидкими ВАО. Из скруббера ПГС направляется в конденсатор (для удаления паров воды и частично азотной кислоты), абсорбционную колонну (для рекомбинации азотной кислоты), промывную колонну, фильтры грубой и тонкой очистки и выбрасывается в атмосферу. Этот комплекс оборудования обеспечивает высокую степень ПГС от аэрозолей и легколетучих радиоактивных изотопов. В частности, суммарный коэффициент очистки ПГС от цезия составляет 1,2·109. При этом до 1,4% цезия от поступившего на остекловывание улавливается в конденсаторе. Этот конденсат относится к вторичным жидким ВАО, которые нуждаются в остекловывании. Кроме того, постоянный рецикл из скруббера цезия (до 10% от поступившего на остекловывание) в исходные жидкие ВАО приводит к его постоянному концентрированию (накоплению) в них.The industrial-scale two-stage vitrification process for liquid HLW AVM AVM [Design and Operation of Off-Gas Cleaning Systems at High Level Liquid Waste Conditioning Facilities, Technical Reports Series No. 291, IAEA, Vienna, 1988, p. 48-52] includes their calcination rotary tube furnace and vitrification of calcine in an induction heating melter. The vapor-gas mixture (ASG) generated in calcine and melter is sent to a scrubber, in which aerosol particles of calcine are dissolved in a stream of boiling nitric acid. The resulting solution is returned to the calciner for processing after mixing with the original liquid HLW. From the scrubber, the PGS is sent to a condenser (to remove water vapor and partially nitric acid), an absorption column (to recombine nitric acid), a wash column, coarse and fine filters and is released into the atmosphere. This set of equipment provides a high degree of ASG from aerosols and volatile radioactive isotopes. In particular, the total coefficient of CGS removal from cesium is 1.2 · 10 9 . In this case, up to 1.4% of the cesium from the vitrification received is captured in the condenser. This condensate belongs to secondary liquid HLW, which need vitrification. In addition, the constant recycling of cesium scrubber (up to 10% of the vitrified) into the initial liquid HLW leads to its constant concentration (accumulation) in them.

В настоящее время наиболее рациональным способом обращения с жидкими ВАО считается экстракционное фракционирование, приводящее к получению реэкстрактов цезия, стронция, трансплутониевых и редкоземельных элементов [Романовский В.Н. Выделение долгоживущих радионуклидов из высокоактивных отходов, Экологическая химия, 10, вып.1, 2001, с.42-49]. Проблема летучести паров цезия особенно актуальна при остекловывании отдельной фракции жидких ВАО - реэкстракта цезия, а также при высокотемпературном синтезе стеклянных и керамических сердечников цезийсодержащих ИИИ, в которых концентрация радиоактивных изотопов цезия очень высокая.Currently, the most rational way of handling liquid HLW is considered to be extraction fractionation, which leads to re-extracts of cesium, strontium, transplutonium and rare earth elements [Romanovsky V.N. The selection of long-lived radionuclides from highly active waste, Ecological chemistry, 10, issue 1, 2001, S. 42-49]. The problem of volatility of cesium vapors is especially relevant for the vitrification of a separate fraction of liquid HLW - a re-extract of cesium, as well as for high-temperature synthesis of glass and ceramic cores of cesium-containing III, in which the concentration of radioactive cesium isotopes is very high.

Наиболее близким к заявляемому является «сухое» улавливание паров цезия, образующихся при волоксидации (высокотемпературном окислении) ОЯТ, фильтром, изготовленным из полых алюмосиликатных микросфер, входящих в состав летучих зол, образующихся при сжигании каменных углей на тепловых электростанциях [Shin J.M., Park J.J., Song K.-Ch. Cesium Trapping Characteristics on Fly Ash Filter According to Different Carrier Gas / Proc. of Intern. Conf. "Global'07", Boise, Idaho, USA, Sep.9-13, 2007, p.610-614]. Этот алюмосиликатный фильтр, обладающий корпускулярной, относительно упорядоченной структурой, удельной поверхностью 9,1 м2/г и открытой пористостью 26 об.%, обеспечивает высокотемпературную хемосорбцию паров цезия, которая позволяет зафиксировать его в устойчивых алюмосиликатных кристаллических фазах CsAISiO4 и CsAlSi2O6 (поллуцит).Closest to the claimed one is “dry” capture of cesium vapors generated during the oxidation (high-temperature oxidation) of spent nuclear fuel, with a filter made of hollow aluminosilicate microspheres that are part of the fly ash generated by burning coal in thermal power plants [Shin JM, Park JJ, Song K.-Ch. Cesium Trapping Characteristics on Fly Ash Filter According to Different Carrier Gas / Proc. of intern. Conf. "Global'07", Boise, Idaho, USA, Sep.9-13, 2007, p.610-614]. This aluminosilicate filter, having a corpuscular, relatively ordered structure, specific surface area of 9.1 m 2 / g and open porosity of 26 vol.%, Provides high-temperature chemisorption of cesium vapor, which allows it to be fixed in stable aluminosilicate crystalline phases CsAISiO 4 and CsAlSi 2 O 6 6 (half-cell).

Процесс выделения полых алюмосиликатных микросфер, концентрация которых в летучих золах не превышает 1,2 масс.% [Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицглуз А.Л., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭЦ. - М.: Энергоатом издат, 1995. - 176 с.], включает: флотацию, магнитную, гранулометрическую и гравитационную сепарацию.The process of separation of hollow aluminosilicate microspheres, the concentration of which in fly ash does not exceed 1.2 wt.% [Kizilstein L.Ya., Dubov IV, Shpitsgluz AL, Parada SG Components of ashes and slag of a thermal power plant. - M .: Energoatom publ., 1995. - 176 p.], Includes: flotation, magnetic, particle size and gravity separation.

Процесс изготовления алюмосиликатных фильтров цилиндрической или любой другой формы из полых микросфер включает следующие стадии: формование блоков из пластичной смеси (полые микросферы, силикатное связующее, смачивающий агент), сушки и обжига.The manufacturing process of aluminosilicate filters of a cylindrical or any other form from hollow microspheres includes the following stages: forming blocks from a plastic mixture (hollow microspheres, silicate binder, wetting agent), drying and firing.

Недостатками алюмосиликатного фильтра из полых микросфер являются невысокие величины удельной поверхности и открытой пористости, а также высокая стоимость из-за сложности и многостадийности процесса выделения фракции полых микросфер необходимого состава и качества из летучих зол, являющихся отходами энергетической промышленности.The disadvantages of the aluminosilicate filter from hollow microspheres are the low specific surface area and open porosity, as well as the high cost due to the complexity and multi-stage process of isolating a fraction of hollow microspheres of the required composition and quality from flying ashes, which are waste products from the energy industry.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности алюмосиликатного фильтра при улавливании паров цезия, которые образуются при термической обработке цезийсодержащих радиоактивных материалов. Другой задачей настоящего изобретения является упрощение и снижение стоимости изготовления алюмосиликатного фильтра.An object of the present invention is to increase the efficiency of an aluminosilicate filter in capturing cesium vapors that are formed during the heat treatment of cesium-containing radioactive materials. Another objective of the present invention is to simplify and reduce the cost of manufacturing an aluminosilicate filter.

Для решения поставленных задач в качестве алюмосиликатного фильтра для улавливания паров цезия предложено использовать фильтр из пористого легковесного шамота марки ШЛ-0,4 [ГОСТ 5040-96], исходного или термообработанного при 1350-1500°C в течение 3 ч.To solve the tasks, it is proposed to use a filter made of porous lightweight chamotte ШЛ-0.4 [GOST 5040-96], the original or heat-treated at 1350-1500 ° C for 3 hours, as an aluminosilicate filter for trapping cesium vapor.

Легковесный огнеупорный кирпич ШЛ-0,4 (шамот) производится в больших объемах методом ценообразования из пластичных огнеупорных глин предприятиями РФ (АО «Снегиревские огнеупоры», ОАО «Боровичский комбинат огнеупоров» и др.).Lightweight refractory brick ШЛ-0.4 (chamotte) is produced in large volumes by the method of pricing from plastic refractory clay by Russian enterprises (Snegirevsky refractories, JSC, Borovichi Refractories Plant OJSC, etc.).

Шамот применяется для теплоизоляционной футеровки агрегатов различного типа в черной и цветной металлургии, машиностроении, нефтехимии. Благодаря низкой плотности и теплопроводности, достаточной механической прочности, шамот представляет собой конструкционный материал, позволяющий уменьшить массу футеровки, габаритные размеры печей и потери тепла.Fireclay is used for heat-insulating lining of units of various types in ferrous and non-ferrous metallurgy, mechanical engineering, petrochemicals. Due to its low density and thermal conductivity, sufficient mechanical strength, chamotte is a structural material that can reduce the weight of the lining, the overall dimensions of the furnaces and heat loss.

Основные характеристики шамота применительно к решению поставленных задач:The main characteristics of fireclay in relation to the solution of tasks:

- структура - губчатая, разупорядоченная;- structure - spongy, disordered;

- удельная поверхность - 101,0 м2/г;- specific surface area - 101.0 m 2 / g;

- открытая пористость - 84,0 об.%;- open porosity - 84.0 vol.%;

- содержание алюмосиликатной аморфной фазы - 80 масс.%- the content of aluminosilicate amorphous phase is 80 wt.%

- предел прочности при сжатии - 1,1 МПа.- ultimate compressive strength - 1.1 MPa.

После насыщения парами радиоактивных изотопов цезия фильтры нуждаются в периодической дистанционной замене при помощи манипуляторов. Для повышения механической прочности шамота предложено термообрабатывать при 1350-1500°C стечение 3 ч. Термообработка шамота в указанном температурном интервале приводит к увеличению предела прочности при сжатии в 1,5-3,4 раза и содержания аморфной фазы на 12-15 масс.%. Одновременно происходит уменьшение удельной поверхности на 8,3-22,1 отн.% и открытой пористости только на 2,7-10,5 об.%, при этом величины этих характеристик остаются высокими.After saturation with pairs of radioactive isotopes of cesium, filters need periodic remote replacement with the help of manipulators. To increase the mechanical strength of chamotte, it was proposed to heat treat for 3 hours at 1350-1500 ° C. Heat treatment of chamotte in the indicated temperature range leads to an increase in compressive strength by 1.5-3.4 times and the content of the amorphous phase by 12-15 wt.% . At the same time, the specific surface area decreases by 8.3-22.1 rel.% And open porosity by only 2.7-10.5 vol.%, While the values of these characteristics remain high.

Для увеличения геометрической поверхности фильтр из шамота предлагается изготавливать в цилиндрической форме, вогнутой с торцов с концентрическими углублениями на них. Предлагаемая форма фильтра обладает рабочей поверхностью в ~1,3 раза больше, чем простая цилиндрическая форма.To increase the geometric surface, it is proposed to produce a chamotte filter in a cylindrical form, concave from the ends with concentric recesses on them. The proposed shape of the filter has a working surface of ~ 1.3 times more than a simple cylindrical shape.

Для увеличения емкости фильтра по цезию в 2 раза предлагается использовать обе его торцевые поверхности. После насыщения парами цезия одной полусферической поверхности фильтр предлагается повернуть вокруг его горизонтальной оси на 180°, а затем продолжить улавливание паров цезия другой полусферической поверхностью.To increase the cesium filter capacity by a factor of 2, it is proposed to use both of its end surfaces. After saturation with cesium vapor of one hemispherical surface, the filter is proposed to be rotated around its horizontal axis by 180 °, and then continue to capture cesium vapor by another hemispherical surface.

По сравнению с прототипом преимуществом заявляемого фильтра является его более высокая емкость по цезию. Другим преимуществом заявляемого фильтра является доступность и относительно низкая стоимость исходного материала - пористого легковесного шамота марки ШЛ-0,4, а также простота изготовления из него фильтра необходимой конфигурации механической обработкой.Compared with the prototype, the advantage of the inventive filter is its higher cesium capacity. Another advantage of the proposed filter is the availability and relatively low cost of the source material - porous lightweight chamotte brand ШЛ-0,4, as well as the ease of manufacturing from it a filter of the necessary configuration by machining.

Обоснованием применения заявляемого фильтра для высокотемпературной хемосорбции паров изотопов цезия являются приведенные ниже примеры и таблицы.The rationale for the use of the inventive filter for high-temperature chemisorption of vapors of cesium isotopes are the following examples and tables.

Пример 1Example 1

Фильтры (масса ~12 г, объем ~30 см3), изготовленные из шамота (открытая пористость 84,0 об.%, удельная поверхность 101,0 м2/г, предел прочности при сжатии 1,1 МПа, содержание аморфной фазы 80 масс.%), проверяли в статическом режиме в лабораторных условиях.Filters (mass ~ 12 g, volume ~ 30 cm 3 ) made of chamotte (open porosity 84.0 vol.%, Specific surface area 101.0 m 2 / g, compressive strength 1.1 MPa, amorphous phase content 80 wt.%), checked in static mode in the laboratory.

В качестве источников паров цезия использовали допированный цезием-137 нитрат цезия, кальцинация которого при 900°C и выше обеспечивает высокую летучесть его паров.As sources of cesium vapors, cesium-137 doped with cesium-137 was used, the calcination of which at 900 ° C and above ensures high volatility of its vapors.

Тигель с нитратом цезия помещали в стакан из нержавеющей стали, на который устанавливали два фильтра: нижний (рабочий) - для улавливания паров цезия, а верхний (контрольный) - для обнаружения их проскока через нижний фильтр.The cesium nitrate crucible was placed in a stainless steel beaker, on which two filters were installed: the lower (working) one for trapping cesium vapor, and the upper (control) one for detecting their leakage through the lower filter.

Сборку «стакан-тигель с нитратом цезия-два фильтра» помещали в печь сопротивления, которую нагревали до 900°C. За 24 ч выдержки при 900°C одна торцевая поверхность рабочего фильтра сорбировала ~2 г Cs или ~0,07 г Cs/см3 фильтра. В пересчете на радиоактивные изотопы цезия эти величины составляют ~55 Ки (2ТБк)/фильтр и ~2 Ки(0,07 ТБк)/см3 фильтра, соотвественно.The assembly "glass-crucible with cesium nitrate-two filters" was placed in a resistance furnace, which was heated to 900 ° C. After 24 hours exposure at 900 ° C, one end surface of the working filter sorbed ~ 2 g of Cs or ~ 0.07 g of Cs / cm 3 of the filter. In terms of the radioactive isotopes of cesium, these values are ~ 55 Ci (2 TBq) / filter and ~ 2 Ci (0.07 TBq) / cm 3 filter, respectively.

После переворота рабочего фильтра на 180° вокруг горизонтальной оси другая его торцевая поверхность за 24 ч сорбировала приблизительно такое же количество цезия. Таким образом, суммарное количество сорбированного цезия составило ~ 4 г/фильтр или 0,13 г Cs/см фильтра. В пересчете на радиоактивные изотопы цезия эти суммарные величины составляют ~110 Ки (4ТБк)/фильтр или ~3,7 Ки(0,14 ТБк)/см3 фильтра.After the working filter flipped 180 ° around the horizontal axis, its other end surface sorbed approximately the same amount of cesium in 24 hours. Thus, the total amount of adsorbed cesium was ~ 4 g / filter or 0.13 g of Cs / cm filter. In terms of cesium isotopes, these total values are ~ 110 Ci (4 TBq) / filter or ~ 3.7 Ci (0.14 TBq) / cm 3 filter.

По данным рентгено-фазового анализа цезий фиксировался в рабочем фильтре в кристаллических фазах CsAlSiO4 и CsAlSi2O6 (поллуцит).According to x-ray phase analysis, cesium was fixed in the working filter in the crystalline phases CsAlSiO 4 and CsAlSi 2 O 6 (pollucite).

В контрольном фильтре цезий-137 не был обнаружен, т.е. проскок его паров через рабочий фильтр отсутствовал.No cesium-137 was detected in the control filter, i.e. the escape of its vapor through the working filter was absent.

Пример 2Example 2

Фильтры проверяли, как описано в примере, но шамот термообрабатывали при 1350°C в течение 3 ч.The filters were checked as described in the example, but the chamotte was heat treated at 1350 ° C for 3 hours.

Термообработка шамота привела к увеличению предела прочности при сжатии в 1,5 раза (с 1,1 до 1,6 МПа) и содержания аморфной фазы на 12 масс.% (с 80 до 92) и к уменьшению удельной поверхности на 8,3отн.% (с 101,0 до 92,6 м2/г) и открытой пористости на 2,7 об.% (с 84,0 до 81,3). Результаты улавливания фильтрами паров цезия при 900°C в течение 48 ч аналогичны тем, которые описаны в примере 1.Heat treatment of chamotte led to an increase in compressive strength by 1.5 times (from 1.1 to 1.6 MPa) and the content of the amorphous phase by 12 wt.% (From 80 to 92) and to a decrease in the specific surface by 8.3 rel. % (from 101.0 to 92.6 m 2 / g) and open porosity of 2.7 vol.% (from 84.0 to 81.3). The results of the trapping of cesium vapor filters at 900 ° C for 48 hours are similar to those described in example 1.

Пример 3Example 3

Фильтры проверяли, как описано в примере 1, но шамот термообрабатывали при 1500°C в течение 3 ч.The filters were checked as described in example 1, but the fireclay was heat treated at 1500 ° C for 3 hours

Термообработка шамота привела к увеличению предела прочности при сжатии в ~3,4 раза (с 1,1 до 3,7 МПа) и содержанию аморфной фазы на 15 масс.% (с 80 до 95) и к уменьшению удельной поверхности на 22,1отн.% (с 101,0 до 78,7 м2/г) и открытой пористости на 10,4 об.% (с 84,0 до 73,6).Heat treatment of chamotte led to an increase in compressive strength by ~ 3.4 times (from 1.1 to 3.7 MPa) and an amorphous phase content of 15 wt.% (From 80 to 95) and to a decrease in specific surface area by 22.1 rel. % (from 101.0 to 78.7 m 2 / g) and open porosity of 10.4 vol.% (from 84.0 to 73.6).

Результаты улавливания фильтрами паров цезия при 900°C в течение 48 ч аналогичны тем, которые описаны в примере 1.The results of the trapping of cesium vapor filters at 900 ° C for 48 hours are similar to those described in example 1.

Влияние термообработки шамота на основные характеристики фильтров приведено в табл.1The effect of heat treatment of chamotte on the main characteristics of the filters is given in table 1

Таблица 1Table 1 Влияние термообработки шамота на основные характеристики фильтровThe effect of heat treatment of chamotte on the main characteristics of the filters Т, °CT, ° C Предел прочности при сжатии, МПаThe limit of compressive strength, MPa Удельная поверхность, м2Specific surface, m 2 / g Открытая пористость, об.%Open porosity, vol.% 1300*) 1300 *) 1,11,1 101,0101.0 84,084.0 13501350 1,61,6 92,692.6 81,381.3 14001400 1,91.9 86,686.6 78,878.8 14501450 2,42,4 82,482,4 75,875.8 15001500 3,73,7 78,778.7 73,673.6 15501550 11,011.0 53,053.0 64,764.7 16001600 17,417.4 26,126.1 31,331.3 *) 1300°C - температура обжига шамота при его промышленном производстве *) 1300 ° C - chamotte firing temperature during its industrial production

Из табл.1 видно, что термообработка шамота при 1350-1500°C в течение 3 ч привела к увеличению предела прочности при сжатии в 1,5-3,4 раза и к уменьшению удельной поверхности на 8,3-22,1 отн.% (с 101,0 до 78,7 м2/г) и открытой пористости на 2,7-10,4 об.%. Термообработка шамота при 1550-1600°C сопровождалась увеличением предела прочности при сжатии в 10-16 раз, но неравномерной усадкой по высоте, растрескиванием и уменьшением удельной поверхности в 1,9-3,9 раза и открытой пористости на 19,3-52,7 об.%.From table 1 it can be seen that heat treatment of chamotte at 1350-1500 ° C for 3 hours led to an increase in compressive strength by 1.5-3.4 times and a decrease in specific surface area by 8.3-22.1 rel. % (from 101.0 to 78.7 m 2 / g) and open porosity of 2.7-10.4 vol.%. Heat treatment of chamotte at 1550-1600 ° C was accompanied by an increase in compressive strength by 10-16 times, but uneven shrinkage in height, cracking, and a decrease in specific surface area by 1.9-3.9 times and open porosity by 19.3-52, 7 vol.%.

Влияние термообработки на фазовый состав шамота представлено в табл.2.The effect of heat treatment on the phase composition of the chamotte is presented in Table 2.

Таблица 2table 2 Влияние термообработки на фазовый состав шамотаThe effect of heat treatment on the phase composition of chamotte Т, °CT, ° C Фазовый состав, масс.%Phase composition, wt.% аморфная фазаamorphous phase α-SiO2 (кристобалит)α-SiO 2 (cristobalite) α-SiO2 (кварц)α-SiO 2 (quartz) 3Al2O3·2SiO2 (муллит)3Al 2 O 3 · 2SiO 2 (mullite) 1300*) 1300 * ) 8080 1010 55 55 13501350 9292 1one 22 55 14001400 9595 00 00 55 14501450 15001500 *) 1300°C - температура обжига шамота при его промышленном производстве *) 1300 ° C - chamotte firing temperature during its industrial production

Из табл.2 видно, что увеличение температуры термообработки шамота с 1300 до 1350°C приводит к увеличению содержания аморфной фазы на 12 масс.% (с 80 до 92), а увеличение температуры с 1350 до 1500°C - только на 3 масс.% (с 92-95). Кристобалит и кварц при термообработке постепенно аморфизуются. Содержание муллита в шамоте в исследованном температурном интервале не изменяется.From table 2 it is seen that an increase in the temperature of heat treatment of chamotte from 1300 to 1350 ° C leads to an increase in the content of the amorphous phase by 12 wt.% (From 80 to 92), and an increase in temperature from 1350 to 1500 ° C - only by 3 mass. % (from 92-95). Cristobalite and quartz are gradually amorphized during heat treatment. The content of mullite in chamotte in the studied temperature range does not change.

Как видно из примеров и таблиц, заявляемый алюмосиликатный фильтр позволяет повысить емкость по парам цезия в 8-11 раз. Кроме того, фильтр изготавливается из доступного и относительно дешевого материала - пористого легковесного шамота марки ШЛ-0,4 промышленного производства.As can be seen from the examples and tables, the inventive aluminosilicate filter can increase the capacity for cesium vapor by 8-11 times. In addition, the filter is made of affordable and relatively cheap material - porous lightweight chamotte grade ШЛ-0.4 industrial production.

Claims (4)

1. Алюмосиликатный фильтр для высокотемпературной хемосорбции паров изотопов цезия, образующихся при термической обработке цезийсодержащих радиоактивных материалов, отличающийся тем, что фильтр выполнен из материала с губчатой, разупорядоченной структурой, удельной поверхностью до 101 м2/г, открытой пористостью до 84 об.% и содержанием аморфной фазы до 95 мас.%.1. Aluminosilicate filter for high-temperature chemisorption of vapors of cesium isotopes formed during the heat treatment of cesium-containing radioactive materials, characterized in that the filter is made of a material with a spongy, disordered structure, specific surface area up to 101 m 2 / g, open porosity up to 84 vol.% And the content of the amorphous phase to 95 wt.%. 2. Алюмосиликатный фильтр по п.1, отличающийся тем, что фильтр выполнен из пористого шамота промышленного производства.2. The aluminosilicate filter according to claim 1, characterized in that the filter is made of porous chamotte of industrial production. 3. Алюмосиликатный фильтр по п.2, отличающийся тем, что фильтр выполнен из пористого шамота, предварительно термообработанного при 1350-1500°C в течение 3 ч.3. The aluminosilicate filter according to claim 2, characterized in that the filter is made of porous chamotte, previously heat-treated at 1350-1500 ° C for 3 hours 4. Алюмосиликатный фильтр по п.2 или 3, отличающийся тем, что фильтр выполнен в цилиндрической форме, вогнутой с торцов с концентрическими углублениями на них. 4. The aluminosilicate filter according to claim 2 or 3, characterized in that the filter is made in a cylindrical shape, concave from the ends with concentric recesses on them.
RU2012103302/07A 2012-01-31 2012-01-31 Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours RU2498430C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103302/07A RU2498430C2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012103302/07A RU2498430C2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012103302A RU2012103302A (en) 2013-08-10
RU2498430C2 true RU2498430C2 (en) 2013-11-10

Family

ID=49159162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012103302/07A RU2498430C2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498430C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU611653A1 (en) * 1976-05-24 1978-06-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс Sorbent for collecting iodine vapors in gas analysers
US4713285A (en) * 1986-05-02 1987-12-15 Frederick G. Crane, Jr. High temperature filter material
RU2040313C1 (en) * 1993-07-30 1995-07-25 Виктор Афанасьевич Граждан Method and apparatus to neutralize gas emissions from vapors of organic compounds
RU2294317C2 (en) * 2004-10-14 2007-02-27 ЗАО "Русский катализатор" Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU611653A1 (en) * 1976-05-24 1978-06-25 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс Sorbent for collecting iodine vapors in gas analysers
US4713285A (en) * 1986-05-02 1987-12-15 Frederick G. Crane, Jr. High temperature filter material
RU2040313C1 (en) * 1993-07-30 1995-07-25 Виктор Афанасьевич Граждан Method and apparatus to neutralize gas emissions from vapors of organic compounds
RU2294317C2 (en) * 2004-10-14 2007-02-27 ЗАО "Русский катализатор" Method of manufacture of high-porous cellular ceramic articles

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012103302A (en) 2013-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4579069A (en) Volume reduction of low-level radioactive wastes
JP2006096615A (en) Method of treating exhaust gas from cement kiln
Yang et al. A new route to the stable capture and final immobilization of radioactive cesium
Vienna et al. Closed fuel cycle waste treatment strategy
EP3251122B1 (en) Ion specific media removal from vessel for vitrification
JP5973647B2 (en) Activated carbon and coal combustion residue treatment system and method
Yang et al. Immobilization of Cs-trapping ceramic filters within glass-ceramic waste forms
JP6150278B2 (en) Cesium decontamination method
JP4398206B2 (en) Cement manufacturing method
RU2498430C2 (en) Silica-alumina filter for high-temperature chemical adsorption of caesium isotope vapours
KR100921340B1 (en) Trapping agent of volatile molybdenium and trapping method using its and trapping method using its
RU2203512C2 (en) Method and device for immobilizing liquid radioactive wastes
GB1594370A (en) Treatment of waste
Stefanovsky et al. RADON Operational Experience in High-Temperature Treatment of Radioactive Wastes
Shin et al. Trapping characteristics of cesium in off-gas stream using fly ash filter
Park et al. Fabrication and performance of fl y ash granule filter for trapping gaseous cesium
KR101118116B1 (en) Fiter type trapping agent for volatile compounds from nuclear fuel fabrication process or incineration process and method for trapping volatile compounds
KR101401789B1 (en) Ceramic ingot of spent filter trapped radioactive Cesium and a method of making the same
KR100192128B1 (en) Radioactive cesium filtering method with use of fly ash
CN101732959A (en) Method for capturing heavy metal in flue gas
Baehr Industrial vitrification processes for high-level liquid waste solutions
KR100655586B1 (en) Trapping agent of volatile rhenium or technetium compounds and trapping method using its
Ustinov et al. Trapping of nitrogen oxides in radiochemical technologies
RU2790580C2 (en) Method for production of mineral-like matrix for immobilization of highly active waste
Umadevi et al. Techniques for treatment and removal of radioactive contaminants from gaseous discharge of large capacity radiochemical plants