RU2559205C2 - Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials - Google Patents

Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials Download PDF

Info

Publication number
RU2559205C2
RU2559205C2 RU2013158183/07A RU2013158183A RU2559205C2 RU 2559205 C2 RU2559205 C2 RU 2559205C2 RU 2013158183/07 A RU2013158183/07 A RU 2013158183/07A RU 2013158183 A RU2013158183 A RU 2013158183A RU 2559205 C2 RU2559205 C2 RU 2559205C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compounds
barrel
mixture
tim
cement
Prior art date
Application number
RU2013158183/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013158183A (en
Inventor
Александр Брониславович Гелбутовский
Игорь Константинович Степанов
Петр Иванович Черемисин
Станислав Александрович Кишкин
Павел Владимирович Левашов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Экомет-С"
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 Закрытое акционерное общество "Экомет-С" filed Critical Закрытое акционерное общество "Экомет-С"
Priority to RU2013158183/07A priority Critical patent/RU2559205C2/en
Publication of RU2013158183A publication Critical patent/RU2013158183A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559205C2 publication Critical patent/RU2559205C2/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: in claimed method to obtain magnesia compounds as binding material used is caustic magnesite powder, for instance of grade PMK-87, tempering of materials is realised with magnesium chloride solution, process of magnesia cement mixture is carried out in the following succession. 85÷90 l of MgCl2·6H2O solution with density 1.12÷1.15 g/cm3 are supplied into metal 200-litre barrel by means of dosing device. After that, 165÷175 kg of preliminarily crushed heat-insulating material (HIM) with particle size to 1 mm are dosed into barrel with "a" solution in portions with weight 9÷10 kg. After that, 60÷65 of caustic magnesite powder are supplied into barrel, containing mixture "b", in portions with weight 6÷7 kg with constant mixing until homogeneous mixture is obtained.
EFFECT: possibility of obtaining strong water-resistant compounds with high degree of filling heat-insulating materials at rate of leaching caesium-137 from obtained compounds 5-10 times lower than set permissible limit for cement compounds without necessity to add sorption additive.
2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к технике кондиционирования радиоактивно загрязненных отходов пористо-волокнистых теплоизоляционных материалов (ТИМ) путем включения в магнезиальный цемент.The invention relates to the field of environmental protection, and more specifically to a technique for conditioning radioactively contaminated wastes of porous fiber insulation materials (TIM) by incorporation into magnesia cement.

В процессе эксплуатации, проведения ремонтных работ и работ по выводу из эксплуатации на действующих АЭС и других объектах атомной энергетики и промышленности образуется большое количество радиоактивных отходов ТИМ (стекловолокно, минеральная вата, базальтовое волокно), обращение с которыми сводится, главным образом, к временному хранению.During operation, repair work and decommissioning at existing nuclear power plants and other nuclear energy and industry facilities, a large amount of TIM radioactive waste (fiberglass, mineral wool, basalt fiber) is generated, the treatment of which comes mainly to temporary storage .

Основная масса ТИМ, удаляемая в процессе производства ремонтных работ, как правило, содержит активность, не превышающую 3,7·105 Бк/кг по бета-активным нуклидам и на порядок меньше - по альфа-активным нуклидам. Загрязненность ТИМ характеризуется, в основном, присутствием таких радионуклидов, как цезий-134, 137, кобальт-60 и стронций-90. Экспериментально установлено, что в отличие от других типов строительных материалов (бетон, кирпич, штукатурка и т.п.) радиоактивные загрязнения, сорбированные на поверхностях ТИМ, характеризуются большой неоднородностью и являются преимущественно слабофиксированными, а, следовательно, могут переходить в грунтовые воды в случае затопления хранилищ.The bulk of TIM removed during the repair process usually contains activity not exceeding 3.7 · 10 5 Bq / kg for beta-active nuclides and an order of magnitude less for alpha-active nuclides. Contamination of TIM is characterized mainly by the presence of radionuclides such as cesium-134, 137, cobalt-60 and strontium-90. It was experimentally established that, in contrast to other types of building materials (concrete, brick, plaster, etc.), radioactive contaminants sorbed on the surfaces of TIM are characterized by great heterogeneity and are mostly weakly fixed, and, therefore, can pass into groundwater if flooding of storages.

Значительный объем и отсутствие эффективных способов переработки ТИМ создают серьезные проблемы при их хранении. Наиболее распространенным способом уменьшения объемов таких отходов является холодное прессование.A significant amount and lack of effective methods for processing TIM create serious problems during their storage. The most common way to reduce such waste is by cold pressing.

Известно использование для переработки радиоактивных отходов ТИМ на АЭС отечественных установок холодного прессования «Брикет» на основе гидравлических прессов. Спрессованные брикеты размерами 400×400×400 мм перевязывают проволокой и отправляют на захоронение. Коэффициент сокращение объема отходов при данном способе переработки не превышает значения 3 [Бабенко Ю.К. Состояние работ по обращению с РАО на НВАЭС и перспективы их надежной изоляции в будущем. - В кн.: Сборник докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Проблемы обращения с РАО и охрана окружающей среды» (ЗАЭС 17÷21 июня 1991 г.), М., 1992. - С.13÷16; Барбузова Н.Т. Особенности обращения с ТРО, способы их переработки и временного хранения на ЗАЭС. - В кн.: Сборник докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Проблемы обращения с РАО и охрана окружающей среды» (ЗАЭС 17÷21 июня 1991 г.), М., 1992. - С.13÷16].It is known to use for the processing of radioactive waste TIM at nuclear power plants of domestic cold-pressing plants "Briquette" based on hydraulic presses. Compressed briquettes with dimensions of 400 × 400 × 400 mm are tied with wire and sent for burial. The coefficient of waste reduction with this processing method does not exceed a value of 3 [Babenko Yu.K. Status of RW management at NNPP and prospects for their reliable isolation in the future. - In the book: Collection of reports of the All-Union Scientific and Technical Meeting "Problems of Radioactive Waste Management and Environmental Protection" (ZAES June 17–21, 1991), Moscow, 1992. - S.13 ÷ 16; Barbuzova N.T. Features of SRW handling, methods of their processing and temporary storage at ZAES. - In the book: Collection of reports of the All-Union Scientific and Technical Meeting "Problems of Radioactive Waste Management and Environmental Protection" (ZAES June 17–21, 1991), Moscow, 1992. - S.13 ÷ 16].

Известно использование на АЭС в Англии для прессования радиоактивных отходов ТИМ в кипы и непосредственного обжатия установок с плунжером, приводимых в действие сжатым воздухом с усилием 8,5 и 10,5 кН. При прессовании в кипы объем отходов сокращался в 2,5 раза, а при обжатии - в 5 раз. Спрессованные брикеты помещали в бочки и заливали цементом [Ключников А.А. и др. Радиоактивные отходы АЭС и методы обращения с ними. - К.: Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, 2005. - С.280÷283].It is known to use at a nuclear power plant in England for pressing TIM radioactive waste into bales and directly compressing plants with a plunger driven by compressed air with a force of 8.5 and 10.5 kN. When pressed into bales, the volume of waste was reduced by 2.5 times, and when compressed, by 5 times. Compressed briquettes were placed in barrels and poured with cement [Klyuchnikov A.A. and others. Radioactive waste of nuclear power plants and methods of handling them. - K .: Institute for Safety Problems of NPPs of NAS of Ukraine, 2005. - P.280 ÷ 283].

Известен способ переработки радиоактивных отходов ТИМ на Курской АЭС с использованием гидравлического пресса с номинальным усилием 960 кН. С его помощью в стальные бочки емкостью 200 л были запрессованы ТИМ объемом более 4,5·104 м3 [Никитенко В.Г. Переработка низкоактивных отходов, в том числе теплоизолирующих материалов, методом плавления в электропечах, см. Приложение 16 к памятной записке о международном совещании по вопросам обращения с РАО и ОЯТ, 18÷23 июня 2007 г., АЭС «Богунице», Пештяны, Словакия].A known method of processing radioactive waste TIM at the Kursk NPP using a hydraulic press with a nominal force of 960 kN. With its help, TIMs with a volume of more than 4.5 · 10 4 m 3 were pressed into steel barrels with a capacity of 200 l [V. Nikitenko Recycling of low-level waste, including heat-insulating materials, by melting in electric furnaces, see Appendix 16 to the memorial note on the international meeting on radioactive waste and spent nuclear fuel management, June 18–23, 2007, Bohunice NPP, Piestany, Slovakia] .

Основным недостатком всех вышеперечисленных способов компактирования ТИМ холодным прессованием является низкая степень фиксации радиоактивных веществ поверхностью теплоизоляционных материалов.The main disadvantage of all of the above methods of compaction of TIM by cold pressing is the low degree of fixation of radioactive substances by the surface of heat-insulating materials.

Для кондиционирования отходов ТИМ требуется организация дополнительных процессов, например цементирования или битумирования, матрицы которых обеспечивают надежную изоляцию РАО от окружающей среды. Во всех странах мира с развитой атомной энергетикой цементирование считается наиболее простым и дешевым способом отверждения ЖРО, ТРО и кубовых остатков, не требующим нагревания и сложной аппаратуры для смешения ингредиентов. Общими недостатками способа цементирования являются относительно невысокая степень включения отходов в цемент (не более 30%) и наличие большого количества воды в отвержденном продукте, что в совокупности приводит к увеличению объема конечных продуктов, поступающих на хранение до 2-х раз [Козлов П.В., Горбунова О.А. Цементирование как метод иммобилизации радиоактивных отходов. - Озерск: РИЦ ВРБ ФГУП «ПО «Маяк», 2011, - С.9].To condition TIM waste, it is necessary to organize additional processes, such as cementing or bitumen, whose matrices provide reliable isolation of radioactive waste from the environment. In all countries of the world with developed nuclear energy, cementing is considered the easiest and cheapest way to cure LRW, SRW and still bottoms, which does not require heating and sophisticated equipment for mixing the ingredients. Common disadvantages of the cementing method are the relatively low degree of inclusion of waste in cement (not more than 30%) and the presence of a large amount of water in the cured product, which together leads to an increase in the volume of final products stored up to 2 times [Kozlov P.V. ., Gorbunova O.A. Cementation as a method of immobilization of radioactive waste. - Ozersk: RIC VRB FSUE "PO" Mayak ", 2011, - S.9].

Выявление эффективных связующих и разработка матричных составов, пригодных для отверждения РАО различных типов, устраняющих вышеописанные недостатки, продолжает оставаться актуальной задачей. Кондиционированные, то есть пригодные для длительного хранения формы радиоактивных отходов, в процессе хранения должны обладать высокой химической стабильностью, низкой скоростью выщелачивания радионуклидов водой, механической, термической, радиационной стойкостью. Указанные требования жестко зафиксированы в нормативных документах [ГОСТ Р 51883-2002 и НП-019-2000]. Согласно этим требованиям цементные компаунды должны удовлетворять следующим допустимым пределам показателей качества: скорость выщелачивания цезия-137, соединения которого обладают наибольшей растворимостью в воде, - не более 1·10-3 г/(см2·сут); механическая прочность (предел прочности при сжатии) не менее 4,9 МПа (50 кг/см2); устойчивость к длительному пребыванию в воде - в течение 90 сут; морозостойкость - не менее 30-ти циклов замораживания/оттаивания без снижения допустимого предела прочности при сжатии.The identification of effective binders and the development of matrix compositions suitable for the curing of RW of various types, eliminating the above disadvantages, continues to be an urgent task. Air-conditioned, that is, suitable for long-term storage forms of radioactive waste, during storage should have high chemical stability, low rate of leaching of radionuclides with water, mechanical, thermal, radiation resistance. The specified requirements are rigidly fixed in regulatory documents [GOST R 51883-2002 and NP-019-2000]. According to these requirements, cement compounds must satisfy the following acceptable limits of quality indicators: leaching rate of cesium-137, the compounds of which have the highest solubility in water, not more than 1 · 10 -3 g / (cm 2 · day); mechanical strength (ultimate compressive strength) of at least 4.9 MPa (50 kg / cm 2 ); resistance to prolonged stay in water - for 90 days; frost resistance - not less than 30 cycles of freezing / thawing without reducing the permissible compressive strength.

Известен способ отверждения теплоизоляционных материалов, загрязненных радионуклидами, выбранный нами за прототип, путем включения в портландцемент с сорбционной добавкой кембрийской глины. Измельченный ТИМ замешивают с портландцементом марки 400 при водоцементном отношении 0,7 и глиноцементном отношении 0,1. Изготовление цементных компаундов рекомендуется осуществлять в 200-литровых металлических бочках на модульной установке цементирования, разработанной специалистами ФГУП ГП НИТИ им. А.П. Александрова. Плотность образующихся компаундов составляет около 1,8 г/см3 [Олейник М.С., Епимахов В.Н., Кораблев Н.А. и др. Кондиционирование теплоизоляционных материалов, загрязненных радионуклидами. Шестое научно-техническое совещание «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике» (Атомэнергоаналитика - 2011), 13÷15 сентября 2011 гг. Сосновый Бор. Тезисы докладов. СПб.: Изд-во «ВВМ», 2011. - С.23÷25].A known method of curing heat-insulating materials contaminated with radionuclides, we have chosen for the prototype, by including in Portland cement with a sorption additive Cambrian clay. The crushed TIM is mixed with 400 grade Portland cement at a water-cement ratio of 0.7 and an clay-cement ratio of 0.1. The manufacture of cement compounds is recommended to be carried out in 200-liter metal barrels on a modular cementing unit developed by specialists of FSUE GP NITI named after A.P. Alexandrova. The density of the resulting compounds is about 1.8 g / cm 3 [Oleinik MS, Epimakhov V.N., Korablev N.A. etc. Air conditioning of heat-insulating materials contaminated with radionuclides. Sixth scientific and technical meeting “Problems and prospects for the development of chemical and radiochemical control in nuclear energy” (Atomenergoanalitika - 2011), September 13-15, 2011 Pinery. Abstracts of reports. SPb .: VVM Publishing House, 2011. - P.23 ÷ 25].

К недостаткам данного способа переработки ТИМ следует отнести:The disadvantages of this method of processing TIM should include:

- малую степень наполнения отходами цементного компаунда (до 8%);- low degree of filling with cement compound waste (up to 8%);

- значительное увеличение конечного объема компаунда по сравнения с исходным объемом ТИМ (до 7 раз);- a significant increase in the final volume of the compound in comparison with the original volume of TIM (up to 7 times);

- повышенную скорость выщелачивания цезия-137 из компаундов в течение первых 150 суток нахождения в воде (>1·10-3 г/(см2·сут), что приводит к вымыванию большей части радионуклидов (до 80÷85%) за этот промежуток времени;- increased rate of leaching of cesium-137 from compounds during the first 150 days in water (> 1 · 10 -3 g / (cm 2 · day), which leads to leaching of most of the radionuclides (up to 80 ÷ 85%) during this period time;

- необходимость введения в матричный состав дополнительного ингредиента в виде сорбционной добавки.- the need for introducing into the matrix composition an additional ingredient in the form of a sorption additive.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа кондиционирования радиоактивных отходов ТИМ с получением химически устойчивых и механически прочных компаундов, отвечающих требованиям надежной изоляции РАО от внешней среды, пригодных для безопасного долговременного хранения или захоронения, и позволяющего:The problem to which the invention is directed, is to develop a method for conditioning radioactive waste of TIM with obtaining chemically stable and mechanically strong compounds that meet the requirements of reliable isolation of radioactive waste from the environment, suitable for safe long-term storage or disposal, and allowing:

- повысить степень наполнения компаундов отходами;- increase the degree of filling compounds with waste;

- получать компаунды без увеличения исходного объема радиоактивных отходов;- receive compounds without increasing the initial volume of radioactive waste;

- снизить скорость выщелачивания 137Cs не менее чем в 5-10 раз, с момента контакта компаундов с водной средой, что позволит локализовать большую часть радионуклидов (до 95%) в отвержденном продукте;- reduce the leaching rate of 137 Cs by at least 5-10 times, from the moment the compounds come into contact with the aqueous medium, which will allow localizing most of the radionuclides (up to 95%) in the cured product;

- получать компаунды с допустимой согласно требованиям нормативных документов скоростью выщелачивания цезия-137 ≤1·10-3 г/(см2·сут) без включения в матричный состав сорбционной добавки.- to obtain compounds with a cesium-137 leach rate of ≤1 · 10 -3 g / (cm 2 · day), acceptable according to the requirements of regulatory documents, without inclusion of a sorption additive in the matrix composition.

Для решения поставленной задачи в способе кондиционирования радиоактивных отходов теплоизоляционных материалов, включающем приготовление цементной смеси путем дозирования в металлическую 200-литровую бочку затворителя, предварительно измельченного радиоактивного материала, минерального вяжущего материала, перемешивания ингредиентов с помощью установленной в бочке мешалки одноразового использования до получения однородной смеси, выдержку на воздухе до превращения в монолит, затворение ингредиентов осуществляют раствором хлорида магния, а вяжущим материалом является порошок магнезитовый каустический, например марки ПМК-87.To solve the problem in a method for conditioning radioactive waste of heat-insulating materials, including the preparation of a cement mixture by dosing into a metal 200-liter barrel of a grinder, pre-crushed radioactive material, mineral binders, mixing the ingredients using a disposable mixer in a barrel until a homogeneous mixture is obtained, exposure to air before turning into a monolith, mixing of the ingredients is carried out with a solution of chloride magnesium, and astringent powder is caustic magnesite powder, for example PMK-87.

Сущность заявляемого способа кондиционирования радиоактивных отходов теплоизоляционных материалов заключается в том, что процесс приготовления магнезиальной цементной смеси ведут в следующей последовательности:The essence of the proposed method for conditioning radioactive waste of thermal insulation materials is that the process of preparation of magnesia cement mixture is carried out in the following sequence:

а) в бочку с помощью дозирующего устройства подают 85÷90 л раствора MgCl2·6H2O с плотностью 1,12÷1,15 г/см3;a) 85 ÷ 90 l of MgCl 2 · 6H 2 O solution with a density of 1.12 ÷ 1.15 g / cm 3 is fed into the barrel using a metering device;

б) в бочку с раствором «а» порциями массой по 9÷10 кг при постоянном перемешивании дозируют 165÷175 кг ТИМ с размерами частиц до 1 мм;b) 165 ÷ 175 kg of TIM with particle sizes of up to 1 mm are dosed in a barrel with solution “a” in portions of 9 ÷ 10 kg each with constant stirring;

в) в бочку, содержащую смесь «б», порциями массой по 6÷7 кг при постоянном перемешивании дозируют 60÷65 кг порошка магнезитового каустического при постоянном перемешивании до получения однородной смеси.c) 60 ÷ 65 kg of caustic magnesite powder is metered in portions of 6–7 kg in a barrel containing mixture “b” with constant stirring until a homogeneous mixture is obtained.

Описание предлагаемого способа кондиционирования ТИМ поясняется двумя примерами.The description of the proposed method for conditioning TIM is illustrated by two examples.

Пример 1. Определение максимальной степени наполнения компаундов ТИМ. Методика эксперимента. Неорганическими ТИМ, применяемыми на АЭС, являются минеральная и стеклянная вата, представляющие собой материал, состоящий из тончайших (5÷6 мкм) гибких волокон. Минеральные волокна получают из силикатного расплава горных пород (базальта, перлита, андезита, гранита и др.) и доменных шлаков или их смесей. Химический состав теплоизоляционных материалов приведен в табл.1.Example 1. Determination of the maximum degree of filling compounds TIM. The experimental technique. Inorganic TIM used at nuclear power plants are mineral and glass wool, which is a material consisting of the thinnest (5 ÷ 6 microns) flexible fibers. Mineral fibers are obtained from silicate melt of rocks (basalt, perlite, andesite, granite, etc.) and blast furnace slag or mixtures thereof. The chemical composition of thermal insulation materials is given in table 1.

Таблица 1Table 1 Химический состав теплоизоляционных материаловThe chemical composition of thermal insulation materials Тип материалаMaterial type Химический состав, % (по массе)Chemical composition,% (by weight) SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Na2ONa 2 O CaOCao MgOMgO BaOBao Fe2O3 Fe 2 O 3 ПрочееOther СтекловолокноFiberglass 55-5955-59 2-52-5 11-1511-15 16-2216-22 6-106-10 -- Минеральная ватаMineral wool 38-5038-50 5-165-16 -- 20-3520-35 4-94-9 1-101-10 -- БазальтовоеBasalt 4949 11,211,2 -- 12,412,4 4,054.05 1,431.43 16,316.3 6,196.19

Нити вытягивают из соответствующих расплавов путем раздувки расплава струей газа или центробежной силой при подаче расплава на вращающиеся диски. Такие волокна обладают высокой прочностью на разрыв, химической стойкостью, низкой звуко- и теплопроводностью.The filaments are pulled from the respective melts by blowing the melt with a gas jet or centrifugal force while feeding the melt to the rotating disks. Such fibers have high tensile strength, chemical resistance, low sound and heat conductivity.

В качестве образцов использовали наиболее загрязненные фрагменты минераловатных прошивных матов марок М-100, М-150 и М-200, которые длительное время находились на поверхностях оборудования контура многократной принудительной циркуляции Ленинградской АЭС. Фрагменты ТИМ измельчали, просеивали и использовали для проведения экспериментов образцы материалов с длиной частиц менее 1 мм.The most contaminated fragments of mineral wool piercing mats of the M-100, M-150 and M-200 brands, which for a long time were located on the surfaces of the equipment of the multiple forced circulation circuit of the Leningrad NPP, were used as samples. TIM fragments were crushed, sieved, and material samples with particle lengths less than 1 mm were used for experiments.

Изготовление компаундов проводили следующим образом: в фарфоровые чашки переносили взвешенные навески ТИМ, затем для портландцементных компаундов вводили навески портландцемента марки М-400 и кембрийской глины в количестве 1,5 г (10% от массы цемента), а для магнезиальных компаундов - навески порошка магнезитового каустического марки ПМК-87, содержащего в своем составе не менее 87% оксида магния [ГОСТ 1216-87. Порошки магнезитовые каустические]. Портландцемент затворяли технической водой. Порошок магнезитовый каустический затворяли раствором MgCl2·6H2O с плотностью 1,27 г/см3 и дополнительно, при необходимости, вводили техническую воду (см. табл.2). Содержимое чашек интенсивно перемешивали до получения однородного пластичного теста, которым затем заполняли цилиндрические разъемные формы (d=30 мм), изготовленные из полистирола. Через сутки компаунды извлекали из форм и сушили при комнатной температуре в течение 8÷10 суток до достижения постоянной конечной массы компаунда. Далее проводили замеры высоты компаунда, рассчитывали степень наполнения компаундов ТИМ. Результаты экспериментов приведены в табл.2.Compounds were prepared as follows: weighed TIM samples were transferred to porcelain cups, then portland cement M-400 and Cambrian clay were introduced in portland cement compounds in the amount of 1.5 g (10% by weight of cement), and for magnesia compounds, weighed portions of magnesite powder caustic grade PMK-87, containing at least 87% magnesium oxide in its composition [GOST 1216-87. Caustic magnesite powders]. Portland cement was shut with industrial water. Caustic magnesite powder was shut with a solution of MgCl 2 · 6H 2 O with a density of 1.27 g / cm 3 and additionally, if necessary, technical water was introduced (see Table 2). The contents of the cups were intensively mixed until a homogeneous plastic dough was obtained, which was then used to fill cylindrical split molds (d = 30 mm) made of polystyrene. After a day, the compounds were removed from the molds and dried at room temperature for 8–10 days until a constant final mass of the compound was reached. Next, measurements were taken of the height of the compound, and the degree of filling of TIM compounds was calculated. The experimental results are shown in table.2.

Из анализа данных, представленных в табл.2, следует, что:From the analysis of the data presented in table 2, it follows that:

- при цементировании образцов ТИМ по способу-прототипу портландцементом марки М-400 (эксперимент 1) конечный объем компаунда увеличивается в 7,5 раза по сравнению с исходным объемом отходов;- when cementing TIM samples according to the prototype method with portland cement of grade M-400 (experiment 1), the final volume of the compound increases by 7.5 times compared to the initial volume of waste;

- при магнезиальном цементировании образцов ТИМ по предлагаемому способу конечный объем компаунда уменьшается в 1,20÷1,25 раза по сравнению с исходным объемом отходов (см. эксперимент 14-17). Эти результаты получены для образцов ТИМ с объемной массой 1 г/см3 (рыхлый, свободно насыпанный материал);- when magnesia cementation of TIM samples according to the proposed method, the final volume of the compound decreases by 1.20 ÷ 1.25 times compared with the original volume of waste (see experiment 14-17). These results were obtained for TIM samples with a bulk density of 1 g / cm 3 (loose, loose material);

- увеличение степени наполнения портландцементных компаундов ТИМ>7,5% (эксперименты 2 и 3) приводит при их выдержке в воде через 7÷10 сут к образованию осадков. При этом визуально наблюдается ухудшение качества поверхности образцов. Аналогичные результаты были получены сотрудники ФГУП ВНИИНМ им. Бочвара, по их заключению наполнение портланцементных компаундов ТИМ не может превышать 8% [Рекламный проспект «Компактирование радиоактивной теплоизоляции путем переплавки в индукционной печи с «холодным» тиглем (ИПХТ) и перспективы использования высоко-температурных методов для переработки РАО АЭС», г. Москва, 2006, С.15];- an increase in the degree of filling of Portland cement compounds TIM> 7.5% (experiments 2 and 3) leads to their formation in the water after 7 ÷ 10 days to form precipitation. In this case, a visual deterioration in the surface quality of the samples is observed. Similar results were obtained by the employees of FSUE VNIINM named after Bochvara, according to their conclusion, the filling of portland cement compounds of TIM can not exceed 8% [Promotional brochure “Compacting radioactive thermal insulation by melting in an induction furnace with a cold crucible (IPCT) and the prospects for using high-temperature methods for processing RAO NPPs, Moscow , 2006, C.15];

Таблица 2table 2 Матричные составы и основные показатели компаундов при отверждении ТИМ по способу-прототипу и предлагаемому способуMatrix compositions and basic indicators of compounds during the curing of TIM according to the prototype method and the proposed method Номер экспериментаExperiment Number Состав матричной смесиThe composition of the matrix mixture Основные показатели компаундовThe main indicators of compounds Масса ТИМ, гMass TIM, g Масса вяжущего материалаBinder mass Объем добавляемой воды, см3 The amount of added water, cm 3 Конечный объем компаунда, см3 The final volume of the compound, cm 3 Конечная масса компаунда, гThe final mass of the compound, g Степень наполнения компаунда ТИМ, %The degree of filling of the compound TIM,% 1*one* 1,51,5 15fifteen 6,06.0 10,810.8 19,919.9 7,57.5 22 3,03.0 15fifteen 7,07.0 13,213,2 23,823.8 12,712.7 33 4,54,5 15fifteen 7,57.5 15,515,5 28,428,4 15,815.8 4**four** 4,54,5 10/5,310 / 5,3 -- 8,98.9 19,219.2 22,622.6 55 6,06.0 10/5,610 / 5,6 -- 10,310.3 21,321.3 28,628.6 66 7,57.5 10/6,210 / 6.2 -- 11,211,2 24,524.5 30,630.6 77 9,09.0 10/6,510 / 6.5 -- 12,412,4 26,126.1 34,534.5 88 10,510.5 10/6,710 / 6.7 -- 13,813.8 27,227,2 3939 99 1212 10/7,010 / 7.0 -- 14,314.3 25,525.5 5252 1010 13,513.5 10/7,810 / 7.8 -- 14,614.6 26,526.5 5353 11eleven 15fifteen 10/8,010 / 8.0 1,01,0 15,815.8 27,227,2 55,555.5 1212 15fifteen 10/5,610 / 5,6 3,53,5 15,815.8 28,428,4 5252 1313 14fourteen 10/5,010 / 5.0 4,04.0 17,217,2 3131 4545 14fourteen 14fourteen 8/4,08 / 4.0 4,04.0 14,514.5 26,526.5 6262 15fifteen 14fourteen 6/3,56 / 3,5 4,04.0 12,512.5 21,821.8 6464 1616 14fourteen 5/3,55 / 3,5 3,53,5 11,511.5 20,620.6 6868 1717 15fifteen 5/3,55 / 3,5 4,04.0 12,012.0 21,421,4 7070 *) в экспериментах 1÷3 в качестве вяжущего материала использовали портландцемент;*) in experiments 1–3, Portland cement was used as a binder; **) в экспериментах 4÷17 в качестве вяжущего материала использовали магнезиальный цемент, причем в числителе указана масса ПМК-87 в граммах, в знаменателе - объем в см3 раствора MgCl2·6H2O с плотностью 1,28 г/см3, селективный сорбент - не добавлялся.**) in experiments 4–17, magnesia cement was used as a binder, with the PMK-87 mass in grams indicated in the numerator and the volume in cm 3 of MgCl 2 · 6H 2 O solution with a density of 1.28 g / cm 3 , selective sorbent was not added.

- при одинаковой массе отверждаемых ТИМ конечный объем компаунда на основе ПМК-87 (эксперимент 4) в 1,7 раза меньше по сравнению с объемом портландцементного компаунда, полученного по способу-прототипу (эксперимент 3);- with the same mass of cured TIM, the final volume of the compound based on PMK-87 (experiment 4) is 1.7 times less than the volume of the Portland cement compound obtained by the prototype method (experiment 3);

- при фиксированном значении количества ПМК-87 в цементной смеси (10 г) и увеличивающемся содержании ТИМ с 4,5 до 13÷15 г в пробе степень наполнения компаундов радиоактивными отходами возрастает до 53÷55,5% (см. эксперименты 10÷13);- with a fixed amount of PMK-87 in the cement mixture (10 g) and an increasing content of TIM from 4.5 to 13 ÷ 15 g in the sample, the degree of filling of compounds with radioactive waste increases to 53 ÷ 55.5% (see experiments 10 ÷ 13 );

- максимальная степень наполнения компаундов радиоактивными отходами достигается при соотношении массы ТИМ к массе вяжущего материала в матричной смеси в соотношении (2,5÷3):1 и составляет 65÷70% (см. эксперименты 14÷17).- the maximum degree of filling compounds with radioactive waste is achieved when the ratio of the mass of TIM to the mass of binder in the matrix mixture in the ratio (2.5 ÷ 3): 1 and is 65 ÷ 70% (see experiments 14 ÷ 17).

Пример 2. Основным фактором, определяющим безопасность захораниваемых РАО, является их выщелачивание, определяемое по выведению из них радионуклидов.Example 2. The main factor determining the safety of disposed radwaste is their leaching, determined by the removal of radionuclides from them.

Кембрийские глины Ленинградской области по сорбционной способности не уступают бентонитовым глинам, традиционно используемым в качестве селективных сорбентов для радионуклидов. Для получения пористых гранулированных сорбентов с высокой сорбционной способностью глины подвергают термической обработке и химической модификации путем обработки кислотами или щелочами. При приготовлении компаундов из портландцемента в качестве сорбционной добавки использовали гранулированные (2×2 мм) образцы кембрийской глины Копорского месторождения, обожженной при температуре 750÷850°C, что предотвращало набухание глины в воде при сохранении ее сорбционных свойств. Химическую модификацию обожженных гранул глины проводили путем обработки горячими (50÷95°C) 0,5 М растворами HCl и NaOH в течение 5÷10 часов [Епимахов В.Н. и др. Химическая модификация гранулированных селективных сорбентов для радионуклидов на основе обожженной кембрийской глины. Пятое научно-техническое совещание «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике» (Атомэнергоаналитика - 2009) 22÷24.09.2009 г. Сосновый Бор. Тезисы докладов. - СПб.: ВВМ, 2009. - С.7÷9].Cambrian clays of the Leningrad region are not inferior in sorption capacity to bentonite clays, traditionally used as selective sorbents for radionuclides. To obtain porous granular sorbents with high sorption ability, clays are subjected to heat treatment and chemical modification by treatment with acids or alkalis. In the preparation of compounds from Portland cement, granular (2 × 2 mm) samples of Cambrian clay of the Koporskoye field calcined at a temperature of 750 ÷ 850 ° C were used as a sorption additive, which prevented clay from swelling in water while maintaining its sorption properties. Chemical modification of calcined clay granules was carried out by treatment with hot (50 ÷ 95 ° C) 0.5 M HCl and NaOH solutions for 5 ÷ 10 hours [V. Epimakhov et al. Chemical modification of granular selective sorbents for radionuclides based on calcined Cambrian clay. Fifth scientific and technical meeting "Problems and Prospects for the Development of Chemical and Radiochemical Controls in Nuclear Energy" (Atomenergoanalytics - 2009) September 22-24, 2009 Sosnovy Bor. Abstracts of reports. - SPb .: VVM, 2009. - S.7 ÷ 9].

Количество сорбционной добавки из обработанных гранул кембрийской глины, вводимой при проведении экспериментов по способу-прототипу, составляло 10% от массы портландцемента марки М-400 в матричной смеси.The amount of sorption additives from the processed granules of Cambrian clay, introduced during the experiments according to the prototype method, amounted to 10% by weight of Portland cement grade M-400 in the matrix mixture.

Определение скорости выщелачивания цезия-137 из компаундов, полученных в результате отверждения ТИМ портландцементом (см. табл.2, эксперимент 1) и магнезиальным цементом (см. табл.2, эксперименты 15÷17), проводили по ГОСТ 29114. Компаунды помещали в конические колбы и заливали дистиллированной водой, которая являлась выщелачиваемой средой. Эксперименты прекращали тогда, когда выход активности за равные промежутки времени становился постоянным (предел точности измерений ±10%). Активности проб выщелатов по цезию-137 определялись на гамма-спектрометрической установке с датчиком, изготовленным из особо чистого германия. Скорость выщелачивания (R), выражаемая как отношение активности радионуклидов, перешедших в воду в течение 1 суток с 1 см2 поверхности образца, к удельной активности твердого материала, рассчитывали по формуле:Determination of the leaching rate of cesium-137 from compounds obtained by curing TIM with Portland cement (see table 2, experiment 1) and magnesia cement (see table 2, experiments 15–17) was carried out according to GOST 29114. The compounds were placed in conical flasks and filled with distilled water, which was the leached medium. The experiments were stopped when the activity output for equal periods of time became constant (limit of measurement accuracy ± 10%). The activity of the cesium-137 leachate samples was determined on a gamma-spectrometric setup with a sensor made of highly pure germanium. The leaching rate (R), expressed as the ratio of the activity of radionuclides that went into water within 1 day from 1 cm 2 of the surface of the sample, to the specific activity of the solid material was calculated by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: a - активность цезия-137, перешедшая в выщелат, за определенный интервал времени, Бк;where: a is the activity of cesium-137, converted to leach, for a certain time interval, Bq;

м - масса образца, г;m is the mass of the sample, g;

Ao - удельная активность цезия-137 в исходном образце, Бк;A o - specific activity of cesium-137 in the original sample, Bq;

s - открытая «геометрическая» поверхность образца, см2;s is the open "geometric" surface of the sample, cm 2 ;

ν - продолжительность периода выщелачивания, сут.ν is the length of the leaching period, days.

Для портландцементных компаундов, полученных по способу-прототипу (эксперимент 1), наблюдали повышенную скорость выщелачивания цезия-137 в течение 100÷120 суток нахождения в воде. Снижение активности проб выщелатов в течение этого времени происходило по экспоненциальному закону. Допустимая по нормативным документам скорость выщелачивания цезия-137 (≤1·10-3 г/(см2·сут) достигала этих значений через 100÷120 суток нахождения в воде. Процент удаленной активности цезия-137 из портландцементных компаундов за первые 100÷120 сут испытаний составил 80-85%. Полученные данные согласуются с данными, полученными авторами способа-прототипа.For Portland cement compounds obtained by the prototype method (experiment 1), an increased leaching rate of cesium-137 was observed for 100 ÷ 120 days in water. The decrease in the activity of samples of leachate during this time occurred exponentially. Acceptable under standard documents cesium-137 leach rate (≤1 · 10 -3 g / (cm 2 · day) to attain these values after 100 ÷ 120 days immersion in water. The percentage activity removed from the cesium-137 Portland cement compounds for the first 100 ÷ 120 day of testing was 80-85%. The data obtained are consistent with the data obtained by the authors of the prototype method.

Скорость выщелачивания цезия-137 из образцов магнезиальных компаундов (эксперименты 15÷17) во временном интервале 30÷120 сут практически не изменялась и составила (1÷2)·10-4 г/(см2·сут). Процент удаленной активности цезия-137 из магнезиальных компаундов за 120 суток испытаний составлял не более 4÷4,5%. Этот показатель почти в 20 раз меньше по сравнению со способом-прототипом.The leaching rate of cesium-137 from samples of magnesia compounds (experiments 15–17) in the time interval of 30–120 days remained virtually unchanged and amounted to (1–2) · 10 -4 g / (cm 2 · day). The percentage of remote activity of cesium-137 from magnesia compounds for 120 days of testing was no more than 4 ÷ 4.5%. This figure is almost 20 times less compared to the prototype method.

Предлагаемый способ кондиционирования радиоактивных отходов пористо-волокнистых теплоизоляционных материалов позволяет получать прочные водостойкие компаунды с высокой степенью наполнения ТИМ до 70%. Скорость выщелачивания цезия-137 из получаемых компаундов без добавления сорбционной добавки в 5÷10 раз меньше установленного допустимого предела для цементных компаундов ≤1·10-3 г/(см2·сут).The proposed method for conditioning radioactive waste of porous fiber insulation materials allows to obtain durable waterproof compounds with a high degree of filling of TIM up to 70%. The leaching rate of cesium-137 from the resulting compounds without adding a sorption additive is 5–10 times lower than the established allowable limit for cement compounds ≤1 · 10 -3 g / (cm 2 · day).

Предлагаемый способ может осуществляться на том же оборудовании, что и при использовании портландцемента. Способ является промышленно применимым, так как ПМК-87 и порошки магнезитовые каустические других марок выпускаются в промышленных масштабах. При этом необходимо учитывать, что при отработке технологии кондиционирования ТИМ с использованием конкретной установки цементирования необходимо будет привести в соответствие размеры и конструкцию мешалки со скоростью ее вращения в бочке, при котором будет получаться однородное пластичное тесто без прекращения перемешивания мешалки (или поломки) из-за возможного критического превышения вязкости магнезиальной смеси.The proposed method can be carried out on the same equipment as when using Portland cement. The method is industrially applicable, since PMK-87 and caustic magnesite powders of other grades are produced on an industrial scale. It should be borne in mind that when testing the TIM conditioning technology using a specific cementing unit, it will be necessary to match the dimensions and design of the mixer with the speed of its rotation in the barrel, at which a uniform plastic dough will be obtained without stopping mixing of the mixer (or breakage) due to possible critical excess viscosity of the magnesia mixture.

Claims (1)

Способ кондиционирования радиоактивных отходов теплоизоляционных материалов, включающий приготовление цементной смеси путем дозирования в металлическую 200-литровую бочку затворителя, предварительно измельченного радиоактивного теплоизоляционного материала, минерального вяжущего материала, перемешивания ингредиентов с помощью установленной в бочке мешалки одноразового использования до получения однородной смеси, выдержку на воздухе до превращения в монолит, отличающийся тем, что затворение смеси осуществляют раствором хлорида магния, вяжущим материалом является порошок магнезитовый каустический, а процесс приготовления цементной смеси ведут в следующей последовательности:
а) в бочку с помощью дозирующего устройства подают 85÷90 л раствора MgCl2·6H2O с плотностью 1,12÷1,15 г/см3;
б) в бочку с раствором «а» порциями массой по 9÷10 кг при постоянном перемешивании дозируют 165÷175 кг ТИМ с размерами частиц до 1 мм;
в) в бочку, содержащую смесь «б», порциями массой по 6÷7 кг дозируют 60÷65 кг порошка магнезитового каустического при постоянном перемешивании до получения однородной смеси.
A method for conditioning radioactive waste of heat-insulating materials, including the preparation of a cement mixture by dosing into a metal 200-liter barrel of a grinder, pre-ground radioactive heat-insulating material, mineral binders, mixing the ingredients using a disposable mixer in a barrel until a homogeneous mixture is obtained, exposure to air up to conversion into a monolith, characterized in that the mixture is mixed with a chloride solution agnya, binder is caustic magnesia powder, and process of preparation of a cement mixture is carried out in the following sequence:
a) 85 ÷ 90 l of MgCl 2 · 6H 2 O solution with a density of 1.12 ÷ 1.15 g / cm 3 is fed into the barrel using a metering device;
b) 165 ÷ 175 kg of TIM with particle sizes of up to 1 mm are dosed in a barrel with solution “a” in portions of 9 ÷ 10 kg each with constant stirring;
c) 60 ÷ 65 kg of caustic magnesite powder is metered in portions of 6–7 kg in a barrel containing mixture “b” with constant stirring until a homogeneous mixture is obtained.
RU2013158183/07A 2013-12-27 2013-12-27 Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials RU2559205C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013158183/07A RU2559205C2 (en) 2013-12-27 2013-12-27 Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013158183/07A RU2559205C2 (en) 2013-12-27 2013-12-27 Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013158183A RU2013158183A (en) 2015-07-10
RU2559205C2 true RU2559205C2 (en) 2015-08-10

Family

ID=53538042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013158183/07A RU2559205C2 (en) 2013-12-27 2013-12-27 Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559205C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736879C2 (en) * 2018-02-22 2020-11-23 Александр Эдуардович Катков Method of processing solid radioactive wastes of heat-insulating materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2720342A1 (en) * 1977-05-06 1978-11-09 Steag Kernenergie Gmbh SYSTEM FOR FILLING WASTE CONTAINERS WITH RADIOACTIVE WASTE AND FOR THE SYSTEM EQUIPPED WITH WASTE CONTAINERS
RU2301468C1 (en) * 2005-12-28 2007-06-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Device for case-hardening finely dispersed radioactive and toxic wastes by impregnation
RU2360313C1 (en) * 2008-01-18 2009-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Composition for cementation of liquid radioactive wastes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2720342A1 (en) * 1977-05-06 1978-11-09 Steag Kernenergie Gmbh SYSTEM FOR FILLING WASTE CONTAINERS WITH RADIOACTIVE WASTE AND FOR THE SYSTEM EQUIPPED WITH WASTE CONTAINERS
RU2301468C1 (en) * 2005-12-28 2007-06-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Device for case-hardening finely dispersed radioactive and toxic wastes by impregnation
RU2360313C1 (en) * 2008-01-18 2009-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" Composition for cementation of liquid radioactive wastes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736879C2 (en) * 2018-02-22 2020-11-23 Александр Эдуардович Катков Method of processing solid radioactive wastes of heat-insulating materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013158183A (en) 2015-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101173414B1 (en) Matrix material composed of graphite and inorganic binders and suitable for final storage of radioactive wastes, method for the manufacture thereof and processing and use thereof
Singh et al. Phosphate ceramic process for macroencapsulation and stabilization of low-level debris wastes
EP2784039B1 (en) Cement curing formulation and method for high-level radioactive boron waste resins from nuclear reactor
Bernal et al. Other potential applications for alkali-activated materials
CN111056789B (en) Method for solidifying radioactive waste residues
McCulloch et al. Cements in radioactive waste disposal: some mineralogical considerations
Tan et al. Optimization of magnesium potassium phosphate cements using ultrafine fly ash and fly ash
RU2559205C2 (en) Method of conditioning radioactive wastes of heat-insulating materials
Varlakov et al. Innovative and conventional materials and designs of nuclear cementitious systems in radioactive waste management
CN104291762A (en) Chemically bonded cementing agent for curing radioactive spent resin and curing method of chemically bonded cementing agent
CN104299668B (en) The geological cement and its curing of radioactive incineration ash solidification
Vance et al. Development of geopolymers for nuclear waste immobilisation
Yang et al. Effect of Fe2O3 on the Immobilization of High‐Level Waste with Magnesium Potassium Phosphate Ceramic
KR20130042569A (en) Additive-containing aluminoborosilicate and process for producing the same
US5569153A (en) Method of immobilizing toxic waste materials and resultant products
Ghattas et al. Cement-polymer composite containers for radioactive wastes disposal
CN102610288A (en) Curing process method for radioactive nuclide polluted sandy soil
JP3809045B2 (en) Co-solidification method for low-level radioactive wet waste generated from boiling water nuclear power plants
JP5603527B2 (en) Radioactive waste disposal method
Gong et al. DuraLith alkali-aluminosilicate geopolymer waste form testing for Hanford secondary waste
CN116835978B (en) Zirconia/garnet Dan Fuxiang ceramic for solidifying radionuclides and preparation method thereof
Lancellotti et al. Inertization of mine tailing via cold consolidation in geopolymer matrix
RU2548007C2 (en) Method of recycling radioactive wastes of heat-insulating materials
RU2529496C2 (en) Composition for hardening of liquid radioactive wastes
El-Naggar et al. Application of Metakaolin-slag Binders to Solidify Rad-waste Glass Sharps: Leaching of 137Cs and 152+ 154Eu Radionuclides

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181228