RU2572080C1 - Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды - Google Patents

Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды Download PDF

Info

Publication number
RU2572080C1
RU2572080C1 RU2014152214/07A RU2014152214A RU2572080C1 RU 2572080 C1 RU2572080 C1 RU 2572080C1 RU 2014152214/07 A RU2014152214/07 A RU 2014152214/07A RU 2014152214 A RU2014152214 A RU 2014152214A RU 2572080 C1 RU2572080 C1 RU 2572080C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substance
matrix
potassium
retardant
ceramic matrix
Prior art date
Application number
RU2014152214/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Михайлович Изместьев
Вячеслав Владимирович Мевиус
Владимир Александрович Кузов
Елена Васильевна Захарова
Сергей Геннадьевич Котляревский
Вячеслав Михайлович Ермолаев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов"
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 Открытое акционерное общество "Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов" filed Critical Открытое акционерное общество "Опытно-демонстрационный центр вывода из эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов"
Priority to RU2014152214/07A priority Critical patent/RU2572080C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2572080C1 publication Critical patent/RU2572080C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к средствам локализации радиоактивных отходов, в частности донных отложений, загрязненных радионуклидами. Заявленный способ кондиционирования донных отложений включает их смешение с веществом, обеспечивающим их заключение в керамическую матрицу (калий-магний-фосфатную матрицу), и выдержку до окончания схватывания. Смешение матричных материалов проводят последовательно с суспензией, содержащий донные отложения. При этом в качестве вещества, обеспечивающего заключение донных отложений в форму керамической матрицы используют такие компоненты, как дигидрофосфат калия, оксид магния и воду, а также замедлитель при следующем соотношении компонентов: KH2PO42О:Fe(NO3):донное отложение:(MgO:Н2О)=3:0,6:0,04:1,5:2,4. В качестве замедлителя используется Fe(NO3)·9H2O в соотношении дигидрофосфат калия замедлитель 25:1. После заполнения контейнера проводят вибрационное воздействие на смесь до выравнивания температуры по объему контейнера. Техническим результатом является отсутствие повышения скорости выщелачивания радионуклидов из керамической матрицы после длительного пребывания в воде, что обеспечивает экологическую безопасность при долговременном хранении отходов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, направлено на сохранение природных ресурсов и защиту среды обитания человека, изобретение может быть использовано для локализации радиоактивных отходов, в частности донных отложений, загрязненных радионуклидами.
Известен способ переработки жидких отходов, содержащих радионуклиды, заключающийся в их окислительной обработке путем озонирования в присутствии катализатора (Патент РФ 2122753, кл. G21F 9/06, опубл. 1998). Озонирование отходов проводят при температуре 30-80°С и рН раствора 10-13. Разделяют образующийся радиоактивный шлам и жидкую фазу. Обрабатывают жидкую фазу осадителями для дополнительного выделения радионуклидов с последующим снижением рН до значения 8-9. Повторно отделяют образовавшийся радиоактивный шлам и проводят доочистку жидкой фазы на селективных сорбентах. Далее отверждают полученные шламы и отработанные сорбенты и направляют очищенные от радионуклидов растворы на отверждение и хранение как химические отходы. Недостатками известного способа является его трудоемкость и многостадийность.
Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, а именно включение радиоактивных отходов в керамическую матрицу (Патент РФ 2086019, кл. G21F 9/16, опубл. 1997). Способ включает смешение жидких радиоактивных отходов с материалом, образующим керамику, восстановителем нитрат-ионов, в качестве которого используют карбамид, и минерализатором, в качестве которого используют кремне-фторид аммония. В качестве компонентов для образования керамики используют бентонит, смесь трепела и гидроокиси алюминия, а также суглинок. Содержание карбамида должно быть выше стехиометрического значения более чем на 80%. Смесь обезвоживают до остаточной влажности не более 10 мас.% при температуре 100°С, затем нагревают при температуре 100-180° в течение 6-8 ч, и выдерживают при 180-190°С не менее 4 ч. Производят обжиг не менее 1 ч при 900°С и охлаждают. В процессе отверждения не выделяются радионуклиды, полученный керамический продукт имеет низкую пористость, следствием чего является его стойкость к выщелачиванию радионуклидов.
Недостатком известного способа является длительность процесса, необходимость отжига радиоактивных отходов с компонентами для образования керамики, что делает его нетехнологичным и приводит к образованию газообразных РАО.
Известен способ отверждения жидких радиоактивных отходов (Патент РФ 2197763, G21F 9/16, опубл. 27.01.2003), который включает многократную пропитку пористого керамического материала раствором радиоактивных отходов с промежуточным вентилированием и сушкой материала воздухом или перегретым паром. Затем керамический материал обрабатывают раствором осадителей и проводят высокотемпературную обработку при 1350-1500°С. Керамический материал для отверждения жидких радиоактивных отходов выполняют в виде колец Рашига, цилиндров или шаров из тонкодисперсных оксидов с размером частиц не более 20 мкм.
Недостатком известного способа является переработка только жидких отходов и высокая температура (более 1300°С), что требует сложного оборудования при работе с радиоактивными веществами.
Известен способ стабилизации отходов посредством керамики с химически связанными фосфатами (Патент US 5830815, С04B 35/63, опубл. 03.11.1998), выбранный в качестве прототипа. Указанный способ включает подачу раствора, содержащего одновалентный щелочной металл, смешивание указанного раствора с порошком оксида для получения связующего при взаимодействии связующего в виде суспензии с сыпучим материалом (радиоактивный отход) и последующим формированием керамической матрицы. Недостатком является невозможность однородного смешения компонентов, особенно при отверждении больших объемов (бочки 60 и 200 л), быстрое схватывание материала, что приводит к получению пористой керамики, а следовательно, к повышению скорости выщелачивания радионуклидов.
Задачей изобретения является разработка способа кондиционирования донных отложений с целью получения керамических матриц, обеспечивающих экологически безопасное хранение таких отходов, а также выбор компонентов, их соотношений, порядка смешения, что обеспечивает повышение эффективности процесса перемешивания, снижение стоимости и замедление времени отверждения, снижение скорости выщелачивания радионуклидов из матрицы.
Поставленная задача решается тем, что способ кондиционирования радиоактивных донных отложений, включающий их смешение с веществом, обеспечивающим их заключение в керамическую матрицу (калий-магний-фосфатную матрицу), и выдержку до окончания схватывания, но в отличие от прототипа смешение матричных материалов проводят последовательно с суспензией, содержащий донные отложения, в качестве вещества, обеспечивающего заключение донных отложений в форму керамической матрицы используют такие компоненты, как дигидрофосфат калия, оксид магния и воду, а также замедлитель при следующем соотношении компонентов: KH2PO42О:Fe(NO3):донное отложение:(MgO:Н2О)=3:0,6:0,04:1,5:2,4.
В качестве замедлителя используется Fe(NO3)·9H2O в соотношении дигидрофосфат калия замедлитель 25:1.
После заполнения контейнера проводят вибрационное воздействие на смесь до выравнивания температуры по объему контейнера.
В бочку компоненты добавляют последовательно: KH2PO4 и Fe(NO3)3·9H2O, затем воду и донное отложение, смесь тщательно перемешивается, затем при активном перемешивании вносится технический оксид магния (например, ПМК-83) в виде суспензии. При повышении температуры реакционной массы выше 40°С (реакция экзотермическая) перемешивание можно остановить, мешалку поднять. В дальнейшем перемешивание осуществляется за счет внешней вибрации бочки, что повышает однородность смеси. Если первым добавлять в бочку донное отложение, то на дне бочки может остаться не перемешанный осадок, который в дальнейшем не включится в матрицу. Если донное отложение добавить, когда внесены все компоненты, образующие керамику, то не будет достигнуто равномерное распределение отложений в образовавшейся керамике. Следует также отметить, что отвержденные образцы калий-магний-фосфатной керамики в процессе выдержки продолжают набирать прочность, что связано с медленными процессами перекристаллизации образовавшегося КMgPO4·6H2O.
Пример осуществления изобретения приведен ниже.
Пустой контейнер устанавливается на вибрационный стол, находящийся под загрузочным устройством. В контейнер подается дигидрофосфат калия, замедлитель, вода и донное отложение при постоянном перемешивании. В равномерно перемешанную смесь добавляется оксид магния в виде заранее приготовленной суспензии. При начале процесса кристаллизации, фиксируемой по повышению температуры смеси (около 40°С), мешалка извлекается и включается вибрационный стол.
Контроль загрузки компонентов и донного отложения осуществляется по показаниям тензодатчиков. Температура процесса контролируется при помощи тепловизора, после заполнения контейнера вибрационное воздействие продолжается до выравнивания температуры по высоте контейнера в пределах 5-6°С. При этом температура смеси может достигать 50-80°С.
Количество компонентов смеси для приготовления керамики в расчете на бочки объёмом 200 л представлено в таблице 1. Масса донных отложений в пересчете на воздушно-сухую массу составляет 20% от массы компаунда. В таблице 1 приведен расчет компонентов смеси для приготовления керамики в бочке объемом 200 л (* в пересчете на воздушно-сухую массу). Результаты микроскопического исследования шлифов, полученных из отвержденных в калий-магний-фосфатную керамику донных отложений, свидетельствуют о появлении новообразованных кристаллических фаз на поверхности матрицы, контактировавшей с водой (рис. 1). При микроскопическом исследовании шлифа калий-магний-фосфатной керамики с включенными донными отложениями на участке, близком к поверхности образца, видно, что в поре, имеющей выход на поверхность, наблюдается рост кристаллов, постепенно заполняющих пору.
Процессы формирования новообразований происходят в основном за счет внутренних процессов перекристаллизации, так как вода над образцами была дистиллированная. Среди процессов, происходящих при длительной выдержке калий-магний-фосфатной керамики, возможно образование кристаллогидратов, в частности формирование более крупных кристаллов KMgPO4·6H2O.
Таким образом, в процессе длительно нахождения под водой отвержденной калий-магний-фосфатной керамики с включенными радиоактивными отходами на ее поверхности и в поверхностных порах материала довольно интенсивно происходили процессы образования новых кристаллических фаз. Эти процессы приводят к упрочнению и снижению пористости матрицы. В целом происходящие техногенные процессы подобны процессам формирования более стабильных новообразованных кристаллических фаз в геологической среде, что подтверждают данные по скорости выщелачивания радионуклидов из образцов донных отложений, отвержденных в калий-магний-фосфатную керамику (таблица 2).
Полученные результаты свидетельствуют, что скорости выщелачивания радионуклидов после длительного пребывания в воде остались такими же низкими, как и в начале экспериментов. Не произошло заметного разрушения или хотя бы частичного растворения керамики.
Что и подтверждает задачу изобретения получение керамических матриц, обеспечивающих экологически безопасное и долговременное хранение таких отходов.

Claims (3)

1. Способ кондиционирования донных отложений с радиоактивными нуклидами, включающий их смешение с веществом, обеспечивающим их заключение в керамическую матрицу, и выдержку до окончания схватывания, отличающийся тем, что проводят смешение матричных материалов и донных отложений при непосредственном заполнении контейнера с последующей подачей суспензии оксида магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: KH2PO42О:Fe(NO3):донное отложение:(MgO:Н2О)=3:0,6:0,04:1,5:2,4.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве замедлителя используется Fe(NO3)·9H2O в соотношении дигидрофосфат калия замедлитель 25:1.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после заполнения контейнера проводят вибрационное воздействие на смесь до выравнивания температуры по объему контейнера.
RU2014152214/07A 2014-12-23 2014-12-23 Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды RU2572080C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152214/07A RU2572080C1 (ru) 2014-12-23 2014-12-23 Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152214/07A RU2572080C1 (ru) 2014-12-23 2014-12-23 Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2572080C1 true RU2572080C1 (ru) 2015-12-27

Family

ID=55023465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152214/07A RU2572080C1 (ru) 2014-12-23 2014-12-23 Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572080C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605607C1 (ru) * 2015-08-14 2016-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ переработки радиоактивных донных отложений
RU2627690C1 (ru) * 2016-09-15 2017-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ кондиционирования воды, содержащей тритий

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4354954A (en) * 1978-04-29 1982-10-19 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Method for solidifying aqueous radioactive wastes for noncontaminating storage
US4534893A (en) * 1982-04-17 1985-08-13 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for solidifying radioactive wastes
RU2165110C2 (ru) * 1999-04-28 2001-04-10 Аншиц Александр Георгиевич Керамическая губка для концентрирования и отверждения жидких особоопасных отходов и способ ее получения
RU2197763C1 (ru) * 2001-11-08 2003-01-27 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и керамический материал для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4354954A (en) * 1978-04-29 1982-10-19 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Method for solidifying aqueous radioactive wastes for noncontaminating storage
US4534893A (en) * 1982-04-17 1985-08-13 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for solidifying radioactive wastes
RU2165110C2 (ru) * 1999-04-28 2001-04-10 Аншиц Александр Георгиевич Керамическая губка для концентрирования и отверждения жидких особоопасных отходов и способ ее получения
RU2197763C1 (ru) * 2001-11-08 2003-01-27 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и керамический материал для его осуществления

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2605607C1 (ru) * 2015-08-14 2016-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ переработки радиоактивных донных отложений
RU2627690C1 (ru) * 2016-09-15 2017-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ кондиционирования воды, содержащей тритий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5645518A (en) Method for stabilizing low-level mixed wastes at room temperature
US4354954A (en) Method for solidifying aqueous radioactive wastes for noncontaminating storage
US7745679B2 (en) Method of waste stabilization with dewatered chemically bonded phosphate ceramics
Abdel-Galil et al. Assessment of nano-sized stannic silicomolybdate for the removal of 137Cs, 90Sr, and 141Ce radionuclides from radioactive waste solutions
CN105989903B (zh) 用于处理放射性液体废物的方法
RU2572080C1 (ru) Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды
WO2014010638A1 (ja) セシウム及びストロンチウムを含む多核種の元素の分離安定固定化方法
KR100615066B1 (ko) 산업용 폐기물, 특히 방사성 폐기물을 아페타이트 세라믹내에 봉쇄하는 방법
JP7129989B2 (ja) 危険なスラッジおよびイオン交換媒体の処理のための組成物
AU2023202069A1 (en) Process for treating fluid wastes
KR102060442B1 (ko) 방사화 폐기물 처분용 시멘트 고화 조성물
RU2627690C1 (ru) Способ кондиционирования воды, содержащей тритий
RU2605607C1 (ru) Способ переработки радиоактивных донных отложений
RU2518501C2 (ru) Способ иммобилизации жидких радиоактивных отходов
JP6839478B2 (ja) 放射性焼却灰の固化材及びその固化方法
RU2633817C1 (ru) Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ
RU2727711C1 (ru) Способ кондиционирования тритийсодержащей воды
RU2483375C2 (ru) Композиционный материал для иммобилизации жидких радиоактивных отходов и способ его применения
RU2197763C1 (ru) Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и керамический материал для его осуществления
Kononenko et al. Incorporation of bottoms from nuclear power plants into a matrix based on portland cement and silicic additives
CN111933326A (zh) 一种处理放射性含氚废水的方法
JPH06300893A (ja) 放射性廃棄物の固型化材料
RU2165110C2 (ru) Керамическая губка для концентрирования и отверждения жидких особоопасных отходов и способ ее получения
JPS61178698A (ja) 放射性廃棄物処理用水ガラスの硬化方法
JP6198645B2 (ja) 吸着材