RU2633817C1 - Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ - Google Patents
Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2633817C1 RU2633817C1 RU2016131931A RU2016131931A RU2633817C1 RU 2633817 C1 RU2633817 C1 RU 2633817C1 RU 2016131931 A RU2016131931 A RU 2016131931A RU 2016131931 A RU2016131931 A RU 2016131931A RU 2633817 C1 RU2633817 C1 RU 2633817C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrices
- mineral
- ceramic
- radioactive waste
- isolation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/16—Processing by fixation in stable solid media
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных промышленных отходов, в частности матричной иммобилизации. Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ включает смешивание жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалов и застывание получающейся смеси. Керамообразующим материалом является смесь из дигидрофосфата калия (32-42) мас. %, магнезита (технического оксида магния), отожжённого при температуре (500-550)°С (13-20) мас.%, и воды (20-30) мас.%. Изобретение позволяет упростить технологический процесс синтеза минералоподобной матрицы при одновременной иммобилизации в ней радиоактивных отходов. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных промышленных отходов, в частности матричной иммобилизации, и может быть использовано на предприятиях, перерабатывающих минеральное и техногенное сырье, содержащее редкоземельные элементы (РЗЭ).
В процессе извлечения из минерального и техногенного сырья и концентрации РЗЭ получают жидкие отходы с преобладающим содержанием природного радионуклида тория и продуктов его распада, отличающиеся от радиоактивных отходов атомной отрасли России и другого минерального сырья, содержащего радионуклиды. По данным [Андреева О.С., Кислев В.И., Малинина В.И. Редкоземельные элементы. Радиационно-гигиенические аспекты. – М.: Атомиздат, 1975. – 152 c.] удельная активность самих РЗЭ-содержащих минералов с учётом распадов в трёх радиоактивных рядах по α-излучению варьируется в интервале 10-8-10-7 Ки/г и в примерно таких же интервалах по β-излучению.
Для иммобилизации и изолирования радиоактивных отходов (РАО) применяют несколько способов [Сваровский А.Я., Стриханов М.Н., Жиганов А.Н. Технология и оборудование обезвреживания жидких радиоактивных отходов. – Москва, 2012 г. – 499 с .]:
- цементирование и битумирование радиоактивных отходов с низкой и средней удельной активностью;
- высокотемпературный обжиг для получения спеченных частиц;
- остекловывание с применением боросиликатных или фосфатных стекол, упаковка в контейнеры из нержавеющей стали и свинца.
Включение РАО в керамические матрицы может быть реализовано по двум вариантам:
1) посредством пропитки раствором РАО заранее полученной пористой керамической матрицы с её последующим обжигом;
2) путём смешения РАО с компонентами, из которых формируется керамическая матрица с «включёнными» в неё РАО.
Известен способ матричной иммобилизации промышленных отходов радиохимических и химико-металлургических производств [RU №2281573, G21F 9/16, G21F 9/04, опуб. 10.08.2006]. Способ включает предварительную обработку исходного раствора промышленных отходов и пропитку им керамической матрицы с её последующим обжигом, исходные жидкие РАО обрабатывают раствором промотора кристаллизации и оксидообразующими добавками, после чего РАО вводят в керамическую матрицу и обжигают с применением СВЧ-энергии при температуре 900-1000°С.
В качестве недостатков этого способа можно отметить длительность пропитки матрицы раствором РАО ( в примере 2: блок керамики объёмом 1 литр пропитывается 24 часа), что затрудняет использование матриц больших объёмов (1 м3 и более); существуют сомнения в возможности многократного обжига больших матриц с применением СВЧ-энергии до температуры 1000°С.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является способ включения жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу [RU №2086019, G21F 9/16, опуб. 27.07.1997], выбранный в качестве прототипа.
Способ включает смешивание жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалом, обезвоживание полученной смеси, её обжиг и последующее охлаждение, при этом в смесь жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалом дополнительно вводят карбамид в соотношении с нитратом натрия не ниже 80 % от стехиометрического и кремнефторидаммония, обезвоживание осуществляют до остаточной влажности не более 10 мас.% при температуре не выше 100°С, после чего смесь нагревают от 100°С до не более 180°С в течение 6-8 ч, затем температуру поднимают до 900°С в течение не менее 4 ч, а обжиг осуществляют при 900°С в течение не менее 1 ч. В качестве керамообразующего материала используют бентонит с нитратом натрия или смесь трепела и гидроокиси алюминия или суглинок с нитратом натрия.
Недостатком данного способа является многостадийность нагрева и обжига получаемой смеси радиоактивных отходов с керамообразующим материалом, что делает его нетехнологичным.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в упрощении технологического процесса синтеза минералоподобной матрицы при одновременной иммобилизации в ней радиоактивных отходов, пригодной для долговременного хранения, простоте аппаратурного оформления.
Поставленная задача достигается тем, что способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ включает смешивание жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалом и застывание получающейся смеси, при этом керамообразующим материалом является смесь из дигидрофосфата калия (32-42) мас.%, технического оксида магния (магнезита) (13-20) мас.%, отожжённого при температуре (500-550)°С и воды (20-30) мас.%. Исходные вещества перемешивают мешалкой до схватывания получившейся суспензии в минералоподобную матрицу.
При заполнении матриц растворами необходимо учитывать, что вследствие радиоактивного распада образуются новые химические элементы, дающие соединения с иной кристаллической решеткой и пористостью, чем материал матрицы. Минералоподобные матрицы имеют в данном аспекте преимущество перед другими матрицами: соединения, размещенные в пористой матрице занимают не весь объем пористого пространства, поэтому имеется определенная степень свободы при изменении плотности и структуры кристаллической решетки и подобные трансформации не влекут за собой деструктивных процессов [Скачек М.А. Радиоактивные компоненты АЭС: обращение, переработка, локализация. – Москва: Изд-во МЭИ, 2014. – 552 с.].
Магний-калий-фосфатная (МКФ) матрица формируется на основе дигидрофосфата калия (MgKPO4·6Н2О) и представляет собой кристаллический гексагидрат двойного ортофосфата магния и калия, который является аналогом природных фосфатных минералов - монацита и апатита, обладающих высокой физико-химической стабильностью в геологической среде, а содержание в них природных урана и тория может достигать десятков мас.%.
Минералоподобные матрицы МКФ для иммобилизации РАО обладают физико-химическими свойствами, которые превосходят по всем параметрам используемые в настоящее время низкотемпературные цементы:
- высокая химическая устойчивость полученных матриц к выщелачиванию радионуклидов и других компонентов при различных температурах и условиях;
- высокая механическая прочность при внешних воздействиях и радиационная устойчивость матриц.
Процесс синтеза матрицы МКФ осуществляют в следующем порядке.
Первоначально производят отжиг технического оксида магния (марки «магнезит» или ПМК-83 по ГОСТ 1216) для удаления части примесей при температуре (500-550) 0С. После охлаждения оксида магния его помещают в емкость-смеситель, затем добавляют дигидрофосфат калия (32-42) мас. %. В емкость-смеситель добавляют воду (20-30) мас.%. и РАО в количестве 20 % от смеси керамообразующих материалов. Исходные вещества перемешивают мешалкой до схватывания получившейся суспензии. Соединение образуется при обычных условиях (атмосферное давление, комнатная температура) в результате химической реакции между техническим оксидом магния и дигидрофосфатом калия в воде.
По окончании процесса мешалка извлекается из ёмкости-смесителя, последнюю герметизируют с помощью специальной крышки и направляют на захоронение
Эксперименты показали, что предварительная прокалка оксида магния позволяет синтезировать матрицы МКФ, более устойчивые к выщелачиванию радиоактивных примесей, за счёт меньшего поглощения воды – 16,55 % (для оксида магния без прокалки – 20,26 %), а также имеет меньшую пористость – 10,0 % (для оксида магния без прокалки – 12,35 %).
Использование матрицы МКФ для окончательной изоляции РАО упрощает технологический процесс, обеспечивает длительное экологически безопасное и экономически выгодное хранение и/или захоронение таких отходов при простоте аппаратурного оформления способа.
Claims (3)
-
- 1. Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ, включающий смешивание жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалов и застывание получающейся смеси, отличающийся тем, что керамообразующим материалом является смесь из дигидрофосфата калия (32-42) мас.%, магнезита (технического оксида магния), отожжённого при температуре (500-550)°С (13-20) мас.%, и воды (20-30) мас.%.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходные вещества перемешивают мешалкой до схватывания получившейся суспензии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131931A RU2633817C1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131931A RU2633817C1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2633817C1 true RU2633817C1 (ru) | 2017-10-19 |
Family
ID=60129588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016131931A RU2633817C1 (ru) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2633817C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3943062A (en) * | 1974-05-13 | 1976-03-09 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Cryolite process for the solidification of radioactive wastes |
RU2086019C1 (ru) * | 1995-05-19 | 1997-07-27 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Способ включения жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу |
US6399848B1 (en) * | 1997-05-29 | 2002-06-04 | Dolomatrix International Limited | Encapsulation of hazardous waste materials |
RU2378723C2 (ru) * | 2008-03-03 | 2010-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТВЭЛЛ" | Композиционный материал для иммобилизации радиоактивных и химических токсичных отходов (варианты) |
RU2483375C2 (ru) * | 2011-08-12 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Композиционный материал для иммобилизации жидких радиоактивных отходов и способ его применения |
-
2016
- 2016-08-04 RU RU2016131931A patent/RU2633817C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3943062A (en) * | 1974-05-13 | 1976-03-09 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Cryolite process for the solidification of radioactive wastes |
RU2086019C1 (ru) * | 1995-05-19 | 1997-07-27 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Способ включения жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу |
US6399848B1 (en) * | 1997-05-29 | 2002-06-04 | Dolomatrix International Limited | Encapsulation of hazardous waste materials |
RU2378723C2 (ru) * | 2008-03-03 | 2010-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТВЭЛЛ" | Композиционный материал для иммобилизации радиоактивных и химических токсичных отходов (варианты) |
RU2483375C2 (ru) * | 2011-08-12 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Композиционный материал для иммобилизации жидких радиоактивных отходов и способ его применения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4297304A (en) | Method for solidifying aqueous radioactive wastes for non-contaminating storage | |
Shichalin et al. | Hydrothermal synthesis and spark plasma sintering of NaY zeolite as solid-state matrices for cesium-137 immobilization | |
US4028265A (en) | Process for converting sodium nitrate-containing, caustic liquid radioactive wastes to solid insoluble products | |
JP5985313B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化体の製造方法 | |
AU2023206234A1 (en) | Composition and method for the processing of hazardous sludges and ion exchange media | |
RU2633817C1 (ru) | Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ | |
RU2627690C1 (ru) | Способ кондиционирования воды, содержащей тритий | |
RU2572080C1 (ru) | Способ кондиционирования донных отложений содержащих радионуклиды | |
Luo et al. | The study of cooperation solidification of Cs based on ZSM-5 zeolite | |
KR102067563B1 (ko) | 방사성 용액의 취급 방법 | |
JP6067497B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化体の製造方法 | |
Nakayama et al. | Immobilization technique of cesium to HZr2 (PO4) 3 using an autoclave | |
RU2727711C1 (ru) | Способ кондиционирования тритийсодержащей воды | |
Omerasević et al. | Removal of Cs ions from aqueous solutions by using matrices of natural clinoptilolite and its safe disposal | |
RU2432631C1 (ru) | Способ иммобилизации жидких рао в керамику | |
RU2669973C1 (ru) | Способ иммобилизации радионуклидов Cs+ в алюмосиликатной керамике | |
RU2605607C1 (ru) | Способ переработки радиоактивных донных отложений | |
Vance et al. | Studies of pollucite | |
RU2212069C2 (ru) | Способ отверждения растворов долгоживущих радионуклидов | |
Buyankina | Sorbtion of radioactive ions from aquatic medium using composite biosorbent | |
RU2123733C1 (ru) | Способ переработки отработанной биомассы микроорганизмов, использованной для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов | |
Sayenko et al. | Cesium immobilization into potassium magnesium phosphate matrix | |
Nam | Aqueous synthesis of iodide sodalite for the immobilization of I-129 | |
Sayenko et al. | Сorrosion and radiation resistance of potassium magnesium phosphate matrices | |
Clavier et al. | Study of Actinides Incorporation in Thorium Phosphate-Diphosphate/Monazite Based Ceramics |