RU2644589C2 - Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste - Google Patents

Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste Download PDF

Info

Publication number
RU2644589C2
RU2644589C2 RU2015150583A RU2015150583A RU2644589C2 RU 2644589 C2 RU2644589 C2 RU 2644589C2 RU 2015150583 A RU2015150583 A RU 2015150583A RU 2015150583 A RU2015150583 A RU 2015150583A RU 2644589 C2 RU2644589 C2 RU 2644589C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
processing
waste
graphite
copper oxide
Prior art date
Application number
RU2015150583A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015150583A (en
Inventor
Николай Михайлович Барбин
Михаил Петрович Дальков
Марат Рамилевич Шавалеев
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Уральский Государственный Аграрный Университет" (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре)
МЧС России, ФГБОУ Уральский институт государственной противопожарной службы
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 Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Уральский Государственный Аграрный Университет" (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре), МЧС России, ФГБОУ Уральский институт государственной противопожарной службы filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Уральский Государственный Аграрный Университет" (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ) (отдел по научной, инновационной работе и докторантуре)
Priority to RU2015150583A priority Critical patent/RU2644589C2/en
Publication of RU2015150583A publication Critical patent/RU2015150583A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2644589C2 publication Critical patent/RU2644589C2/en

Links

Images

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
    • G21F9/28—Treating solids
    • 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
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • G21F9/32—Processing by incineration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: environmental protection; ecology.
SUBSTANCE: invention relates to ecology and environmental protection, and more particularly to methods for flameless combustion processing of carbonaceous wastes, in particular irradiated reactor graphite, as well as other carbonaceous radioactive waste of nuclear power plants. In the method for flameless combustion processing of radioactive carbonaceous waste when melting alkali metal carbonates in the presence of an oxidizing agent, divalent copper oxide of the formula CuO is used as an oxidizing agent and introduced into the melt in an amount of 5–50 % by weight of the melt, binary system of sodium and potassium carbonates are used as alkali metal carbonates, and the processing is carried out at a temperature of 800 to 1000 °C, while the reduced nanodispersed copper formed during the processing of graphite waste is used to produce copper oxide by oxidizing it with air oxygen for use in the processing of graphite.
EFFECT: invention makes simplifies control during the process of flameless combustion with the exception of the possibility of carrying out radioactive substances.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к экологии и охране окружающей среды, а более конкретно к способам переработки беспламенным горением твердых углеродсодержащих отходов с радиоактивным заражением, в частности облученного реакторного графита, а также других углеродсодержащих радиоактивных отходов АЭС.The invention relates to ecology and environmental protection, and more particularly to methods of processing flameless combustion of solid carbon-containing waste with radioactive contamination, in particular irradiated reactor graphite, as well as other carbon-containing radioactive waste of nuclear power plants.

В связи с выводом из эксплуатации уран-графитовых реакторов стоит задача переработки и утилизации отходов графита с надежной изоляцией содержащихся в них долгоживущих изотопов углерода 14С и других радионуклидов от окружающей среды.In connection with the decommissioning of uranium-graphite reactors, the challenge is the processing and disposal of graphite waste with reliable isolation of the long-lived carbon isotopes 14C and other radionuclides contained in them from the environment.

Известен способ обработки углеродсодержащих отходов, при котором предварительно измельченные отходы окисляют и доокисляют в режиме беспламенного горения в потоке воздуха при температуре 620-680°C (АС №1718277, G21F 9/32, опубл. 1992 г.).A known method for the treatment of carbon-containing waste, in which pre-ground waste is oxidized and oxidized in flameless combustion in an air stream at a temperature of 620-680 ° C (AC No. 1718277, G21F 9/32, publ. 1992).

Недостатком способа является необходимость тонкого измельчения графита перед загрузкой в печь, что ведет к образованию радиоактивной пыли и газов и к опасности их выхода в окружающую среду.The disadvantage of this method is the need for fine grinding of graphite before loading into the furnace, which leads to the formation of radioactive dust and gases and to the danger of their release into the environment.

Известен также «Способ обработки углеродсодержащего материала» (см. патент РФ №2141076, F23G 5/00, опубл. 10.11.1999 г., БИ №31), в котором с целью сжигания углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, удаление летучих токсичных элементов с реакторными отходящими газами в виде дыма, проводят введение материала в расплав шлака, при этом способ осуществляют при температуре от 1100 до 1400°C, а шлак представляет собой кремниевоангидридный шлак, включающий оксид железа и, по меньшей мере, один из других оксидов, выбираемых из оксида алюминия, оксида кальция и оксида магния, причем оксид железа выполняет в шлаке функцию носителя кислорода, способствующего сжиганию углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, посредством реакций:Also known is the "Method of processing carbon-containing material" (see RF patent No. 2141076, F23G 5/00, published on November 10, 1999, BI No. 31), in which, in order to burn carbon contained in the carbon-containing material, the removal of volatile toxic elements with reactor exhaust gases in the form of smoke, the material is introduced into the slag melt, the method being carried out at a temperature of 1100 to 1400 ° C, and the slag is silicon anhydride slag comprising iron oxide and at least one of the other oxides selected aluminum oxide, ka oxide tsiya and magnesium oxide, wherein the iron oxide in the slag, performs the function of oxygen carrier that promotes combustion of carbon contained in the carbonaceous material through reactions:

2FeO(шлак)+1/2O2=2FeO1,5(шлак),2FeO (slag) + 1 / 2O2 = 2FeO1.5 (slag),

2FeO1,5(шлак)+С=2FeO(шлак)+СО,2FeO1.5 (slag) + С = 2FeO (slag) + СО,

и эти реакции поддерживают за счет турбулентного движения шлака, генерируемого посредством верхней погруженной инжекции кислородсодержащего газа.and these reactions are supported by the turbulent movement of the slag generated by the upper submerged injection of oxygen-containing gas.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

- сложность технологического процесса обработки отходов графита из ядерных реакторов, обусловленная проведением процесса в реакторе с расплавом многокомпанентного высокотемпературного шлака, причем в жидкий шлак через погруженные в него сверху трубки вдувают кислородсодержащий газ, необходимый для поддержания реакции сжигания углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале;- the complexity of the technological process for the treatment of graphite waste from nuclear reactors, due to the process in the reactor with the melt of multicomponent high-temperature slag, moreover, oxygen-containing gas is injected into the liquid slag through tubes immersed into it from above, which is necessary to maintain the combustion reaction of carbon contained in the carbon-containing material;

- перевод углерода, содержащегося в углеродсодержащем материале, в том числе в отходах графита из ядерных реакторов, а следовательно, и долгоживущего изотопа углерода 14С, в газовую фазу в виде оксида углерода СО и 14СО, что требует специальных дополнительных мер по исключению выхода оксида углерода 14СО в окружающую среду и переводу его в форму, пригодную для длительного безопасного захоронения.- transfer of carbon contained in a carbon-containing material, including graphite wastes from nuclear reactors, and hence the long-lived carbon isotope 14С, to the gas phase in the form of carbon monoxide CO and 14CO, which requires special additional measures to exclude the release of carbon monoxide 14CO into the environment and translating it into a form suitable for long-term safe disposal.

Известен и «Способ переработки отходов реакторного графита» (Патент РФ №2328786, G21F 9/32, опубл. в 2006 г.), в котором при обработке беспламенным горением радиоактивных углеродсодержащих отходов АЭС, обработку проводят при температуре от 750 до 900°C в расплаве одного из карбонатов щелочных металлов или их смесей в присутствии оксида свинца. Оксид свинца вводят в расплав в количестве 1-40% от массы расплава. Образующийся восстановленный свинец может быть использован для получения оксида свинца путем его окисления кислородсодержащим газом. Способ позволяет упростить управление процессом беспламенного горения радиоактивных углеродсодержащих отходов и исключить возможность выноса радиоактивных веществ и расплава в окружающую среду. Недостатком способа является то, что использование в качестве окислителя высокотоксичного оксида свинца ухудшается экологическая обстановка на предприятии, вводя в окружающую среду дополнительный легкоплавкий высокотоксичный элемент и его соединения.Also known is the “Method for the processing of reactor graphite waste” (RF Patent No. 2323786, G21F 9/32, published in 2006), in which, when flamelessly treating radioactive carbon-containing waste from nuclear power plants, the treatment is carried out at a temperature of 750 to 900 ° C the melt of one of the alkali metal carbonates or mixtures thereof in the presence of lead oxide. Lead oxide is introduced into the melt in an amount of 1-40% by weight of the melt. The resulting reduced lead can be used to produce lead oxide by oxidizing it with an oxygen-containing gas. The method allows to simplify the control of the process of flameless burning of radioactive carbon-containing waste and to exclude the possibility of the removal of radioactive substances and melt into the environment. The disadvantage of this method is that the use of highly toxic lead oxide as an oxidizing agent worsens the environmental situation at the enterprise, introducing into the environment an additional fusible highly toxic element and its compounds.

Задачей изобретения является создание радиационно-безопасного способа беспламенной переработки в присутствии окислителя радиоактивных углеродсодержащих отходов при расширении ассортимента окислителей и за счет упрощения управления при проведении процесса беспламенного горения с исключением возможности выноса радиоактивных веществ и менее токсичного расплава в окружающую среду при использовании компонентов отечественного производства.The objective of the invention is to create a radiation-safe method of flameless processing in the presence of an oxidizing agent of radioactive carbon-containing waste while expanding the range of oxidizing agents and by simplifying control during the flameless combustion process with the exception of the possibility of radioactive substances and less toxic melt being released into the environment when using components of domestic production.

Задача решается тем, что в способе переработки беспламенным горением отходов реакторного графита в расплаве карбонатов щелочных металлов в присутствии окислителя, в качестве окислителя используют оксид меди двухвалентный в виде порошка формулы CuO, вводимый в расплав в количестве 5-50% от массы расплава карбонатов щелочных металлов, причем в качестве карбонатов щелочных металлов используется бинарная система смеси карбонатов натрия и калия, а переработку осуществляют при температуре от 800 до 1000°C, при этом образующаяся при переработке отходов восстановленная, нанодисперсная, металлическая медь используется для получения оксида меди путем ее окисления кислородсодержащим газом, для дальнейшего использования в процессе переработки отходов реакторного графита.The problem is solved in that in the method of flameless burning of reactor graphite waste in a melt of alkali metal carbonates in the presence of an oxidizing agent, bivalent copper oxide in the form of a powder of the formula CuO is used as an oxidizing agent, introduced into the melt in an amount of 5-50% by weight of the melt of alkali metal carbonates moreover, the binary system of a mixture of sodium and potassium carbonates is used as alkali metal carbonates, and processing is carried out at a temperature of from 800 to 1000 ° C, while Reduced, nanodispersed, metallic copper is used to produce copper oxide by oxidizing it with an oxygen-containing gas, for further use in the process of processing reactor graphite waste.

Введенный в расплав карбонатов щелочных металлов оксид меди растворяется в нем, перемешивается и подвергается воздействию ионной жидкости, каковой является расплав, что ведет к переводу оксида меди в ионное состояние: CuO=Cu2++O2-. По сравнению с кислородом в молекулярном виде кислород в ионном состоянии О2- более реакционноспособен, поэтому скорости окисления отходов имеют достаточно высокие значения при более низких температурах. Использование конденсированного окислителя в виде двухвалентного оксида меди характеризуется отсутствием газового диффузионного слоя на обрабатываемой поверхности отходов или незначительной толщиной этого слоя, что позволяет расплаву беспрепятственно проникать в поры углеродсодержащих отходов, увеличивая поверхность взаимодействия реагентов, что ведет к повышению скорости окисления при более низких температурах. Заданные температуры расплава способствуют уменьшению выноса солей и радиоактивных веществ. Эксперименты при компьютерном моделировании показали, что избыточное количество оксида меди (более 50 мас. %), подаваемого в солевой расплав, вызывает значительное повышение вязкости расплава. Расплав перестает быть жидкотекучим, что снижает перемешивание расплава и замедляет массообменные процессы. При этом для уменьшения вязкости расплава требуется повышение температуры расплава выше 900°C для обеспечения плавления оксида меди, имеющего температуру плавления около 800°C. Введение в расплав оксида меди в количестве менее 5% от массы расплава не приводит к возникновению активного окислительного процесса при переработке отходов реакторного графита.Copper oxide introduced into the melt of alkali metal carbonates dissolves in it, mixes and is exposed to an ionic liquid, which is the melt, which leads to the conversion of copper oxide to the ionic state: CuO = Cu 2+ + O 2- . Compared to molecular oxygen, oxygen in the ionic state is O 2– more reactive, therefore, the oxidation rates of waste are quite high at lower temperatures. The use of a condensed oxidizing agent in the form of divalent copper oxide is characterized by the absence of a gas diffusion layer on the treated waste surface or the insignificant thickness of this layer, which allows the melt to freely penetrate into the pores of carbon-containing waste, increasing the interaction surface of the reagents, which leads to an increase in the oxidation rate at lower temperatures. Preset melt temperatures help to reduce the removal of salts and radioactive substances. Computer simulation experiments showed that an excess amount of copper oxide (more than 50 wt.%) Supplied to the salt melt causes a significant increase in melt viscosity. The melt ceases to be fluid, which reduces the mixing of the melt and slows down the mass transfer processes. Moreover, to reduce the viscosity of the melt, it is necessary to increase the temperature of the melt above 900 ° C to ensure melting of copper oxide having a melting point of about 800 ° C. The introduction of copper oxide in the melt in an amount of less than 5% by weight of the melt does not lead to an active oxidation process during the processing of reactor graphite waste.

Сущность изобретения поясняется схемой и графиком, где на фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего данный способ, на фиг. 2 изображены графики зависимости баланса конденсированного углерода от температуры при его нагревании (сжигании) в системе карбонатов и при использовании окислителя в виде двухвалетного оксида меди.The invention is illustrated by a diagram and a graph, where in FIG. 1 shows a diagram of a device that implements this method, FIG. Figure 2 shows graphs of the dependence of the balance of condensed carbon on temperature during its heating (burning) in a carbonate system and when using an oxidizing agent in the form of bivalent copper oxide.

Устройство фиг. 1 включает корпус 1, выполненный из огнеупорного материала, например высокоплотного корунда. Внутренняя часть полости корпуса 1 содержит расплав карбонатов щелочных металлов и оксида меди и является камерой 2 для окисления радиоактивных углеродсодержащих отходов. Верхняя часть полости корпуса 1 является камерой для сбора газов, выделяющихся из расплава при окислении радиоактивных отходов. В верхней части корпуса 1 установлено приспособление 3 для загрузки радиоактивных углеродсодержащих отходов в камеру 2 и газоотвод 4 для отвода выделяющихся из расплава газов в систему очистки 6. В верхней части корпуса 1 выполнен канал 5 для подачи кислородсодержащего газа. Для удаления расплавленной смеси из печи в ее нижней части расположено сливная система 7.The device of FIG. 1 includes a housing 1 made of refractory material, such as high-density corundum. The inner part of the cavity of the housing 1 contains a melt of alkali metal carbonates and copper oxide and is a chamber 2 for the oxidation of radioactive carbon-containing waste. The upper part of the cavity of the housing 1 is a chamber for collecting gases released from the melt during the oxidation of radioactive waste. In the upper part of the housing 1, a device 3 is installed for loading radioactive carbon-containing waste into the chamber 2 and a gas outlet 4 for discharging the gases released from the melt into the treatment system 6. In the upper part of the housing 1, a channel 5 for supplying oxygen-containing gas is made. To remove the molten mixture from the furnace, a drain system 7 is located in its lower part.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

В камеру 2 загружают карбонаты щелочных металлов, в частности двойную смесь Na2CO3-K2CO3 с температурой плавления 800°C в количестве 56 и 44 мас. % соответственно и нагревают, при этом для исключения застывания расплава поддерживают температуру, превышающую 800°C, но не более 900°C, например 850°C. Повышение температуры расплава выше 900°C ведет к увеличению убыли массы расплава карбоната, а также к увеличению выноса радиоактивных веществ из устройства, в котором осуществляют окисление. В качестве солевого расплава могут быть использованы также карбонаты щелочных металлов в виде бинарных систем: 42% Li2CO3 - 58% Na2CO3; 62% Li2CO3 - 38% K2CO3, тройных систем: 49,5% Li2CO3 - 44,5% Na2CO3 - 6% K2CO3; 39% Li2CO3 - 27,9% Na2CO3 - 33,1% K2CO3 и т.д. Соответствующим подбором компонентов карбонатов щелочных металлов возможно получить требуемую температуру плавления расплава. Выбор конкретного состава солевого расплава определяется требуемыми рабочими температурами в расплаве солей. Использование бинарной системы позволяет снизить температуры, например в бинарной эвтектике 56% Na2CO3 - 44% K2CO3 (мас. %) температура плавления близка к 800°C. В качестве окислителя радиоактивных углеродсодержащих отходов используют оксид меди, который вводят в расплав в количестве, составляющем 5-50% от массы расплава, например 20%. В расплаве солей оксид меди растворяется и перемешивается в его объеме, при этом расплав как ионная жидкость воздействует на оксид меди, что ведет к переводу оксида меди в ионное состояние: CuO=Cu2++O2-. Через приспособление 3 в камеру 2 осуществляют загрузку радиоактивных углеродсодержащих отходов, например аварийного облученного реакторного графита, загрязненного просыпями облученного ядерного топлива, в виде целых блоков или втулок, а также их частей в количестве, не превышающем 10% от массы расплава. При введении углеродсодержащего материала в расплав карбонатов щелочных металлов, в котором растворен оксид меди, происходит окисление углеродсодержащего материала, в данном случае графита, по формуле: 2CuO(ж)+2С(т)=2Cu(ж)+СО2 (г). Образующийся углекислый газ, который выходит из расплава, собирают в камере и через газоотвод 4 подают в систему газоочистных фильтров 6. В процессе осуществления реакции окисления графита происходит восстановление меди из оксида меди. Восстановленная медь в виде наночастиц расплавленного металла равномерно распределена по объему расплава. В камеру 2 через канал 5 осуществляют подачу кислородсодержащего газа (воздуха), который проходит через объем расплавленной смеси. Восстановленная нанодисперсная медь вступает в реакцию с кислородом и окисляется с образованием оксида меди по формуле: 2Cu(ж)+O2 (г)=2CuO(ж). При этом выделяется тепло, которое возможно использовать для поддержания температуры расплава, в котором происходит окисление углеродсодержащих отходов. Использование восстановленной меди в качестве исходного материала для получения оксида меди в устройстве, реализующем данный способ, позволяет уменьшить образование вторичных радиоактивных отходов. Большая часть тяжелых металлов и радиоактивных веществ (делящиеся материалы, трансурановые элементы, продукты деления в составе просыпей и продукты активации графита) удерживаются в расплаве и вступают в реакцию с расплавом карбонатов щелочных металлов. При достижении определенной степени загрязнения (до 25-30 мас. %) содержания шлаков в расплаве отработанный расплав заменяют свежим и подвергают окончательной обработке, например остекловыванию, для получения конечного продукта, пригодного для длительного хранения или захоронения.In the chamber 2 load alkali metal carbonates, in particular a double mixture of Na 2 CO 3 -K 2 CO 3 with a melting point of 800 ° C in the amount of 56 and 44 wt. %, respectively, and heated, while to avoid solidification of the melt maintain a temperature exceeding 800 ° C, but not more than 900 ° C, for example 850 ° C. An increase in the melt temperature above 900 ° C leads to an increase in the loss of mass of the carbonate melt, as well as to an increase in the removal of radioactive substances from the device in which the oxidation is carried out. Alkali metal carbonates in the form of binary systems can also be used as a salt melt: 42% Li 2 CO 3 - 58% Na 2 CO 3 ; 62% Li 2 CO 3 - 38% K 2 CO 3, ternary systems: 49.5% Li 2 CO 3 - 44.5% Na 2 CO 3 - 6% K 2 CO 3 ; 39% Li 2 CO 3 - 27.9% Na 2 CO 3 - 33.1% K 2 CO 3 , etc. By appropriate selection of the components of alkali metal carbonates, it is possible to obtain the required melt melting point. The choice of the specific composition of the molten salt is determined by the required operating temperatures in the molten salt. Using a binary system allows one to lower temperatures, for example, in a binary eutectic 56% Na 2 CO 3 - 44% K 2 CO 3 (wt.%) The melting point is close to 800 ° C. Copper oxide is used as an oxidizing agent for radioactive carbon-containing waste, which is introduced into the melt in an amount of 5-50% by weight of the melt, for example 20%. In the molten salt of copper oxide is dissolved and mixed in its volume, while the melt acts as an ionic liquid on copper oxide, which leads to the transfer of copper oxide to the ionic state: CuO = Cu 2+ + O 2- . Through the device 3, the chamber 2 carries out the loading of radioactive carbon-containing waste, for example, accidental irradiated reactor graphite contaminated with spills of irradiated nuclear fuel, in the form of whole blocks or bushings, as well as their parts, in an amount not exceeding 10% of the mass of the melt. When a carbon-containing material is introduced into an alkali metal carbonate melt in which copper oxide is dissolved, the carbon-containing material, in this case graphite, is oxidized by the formula: 2CuO (g) + 2C (t) = 2Cu (g) + CO 2 (g) . The resulting carbon dioxide that escapes from the melt is collected in a chamber and fed through a gas outlet 4 to a gas purification filter system 6. In the course of the graphite oxidation reaction, copper is reduced from copper oxide. Reduced copper in the form of molten metal nanoparticles is evenly distributed over the volume of the melt. Into chamber 2, through channel 5, oxygen-containing gas (air) is supplied, which passes through the volume of the molten mixture. Reduced nanodispersed copper reacts with oxygen and oxidizes to form copper oxide according to the formula: 2Cu (g) + O 2 (g) = 2CuO (g) . In this case, heat is generated, which can be used to maintain the temperature of the melt, in which the oxidation of carbon-containing waste occurs. The use of reduced copper as a starting material for producing copper oxide in a device that implements this method can reduce the formation of secondary radioactive waste. Most of the heavy metals and radioactive substances (fissile materials, transuranium elements, fission products in the composition of spills and graphite activation products) are retained in the melt and react with the melt of alkali metal carbonates. Upon reaching a certain degree of contamination (up to 25-30 wt.%) Of the slag content in the melt, the spent melt is replaced with fresh and subjected to final processing, for example vitrification, to obtain a final product suitable for long-term storage or disposal.

Были проведены компьютерные эксперименты методом термодинамического моделирования по окислению графитовых образцов с использованием медно-оксидного окислителя, введенного в расплав карбонатов щелочных металлов, и с использованием газообразного окислителя (атмосфера воздуха), подаваемого в расплав карбонатов щелочных металлов (фиг. 2) «График поведения баланса конденсированного углерода в рассматриваемых системах», где по оси абсцисс температура в градусах Цельсия, по оси ординат - массовая доля углерода в системе в процентах.Computer experiments were carried out by thermodynamic modeling on the oxidation of graphite samples using a copper oxide oxidizer introduced into the alkali metal carbonate melt and using a gaseous oxidizer (air atmosphere) supplied to the alkali metal carbonate melt (Fig. 2). “Balance behavior graph condensed carbon in the systems under consideration ”, where the temperature in degrees Celsius along the abscissa axis and the mass fraction of carbon in the system in percentages along the ordinate axis.

Результаты экспериментов показали, что во втором случае достигаются наиболее высокая интенсивность сжигание углерода при более низких температурах расплава 673…873 K (400…600°C), чем в первом случае, когда для этой интенсивности характерны температуры расплава 773…1073 K (500…800°C). Кроме этого из приведенных на фиг. 2 графиков видно, что кривая 1, представляющая собой зависимость изменения скорости окисления от температуры при использовании оксида меди, имеет более пологий характер, чем кривая 2, имеющая более «крутой» характер и представляющая собой зависимость изменения скорости окисления от температуры. Более интенсивная, почти линейная зависимость изменения скорости окисления от температуры при использовании оксида меди упрощает и позволяет автоматизировать управление процессом, а более низкие температуры расплава способствуют уменьшению выноса солей и компонентов расплава из устройства, в котором осуществляют процесс окисления отходов реакторного графита, благодаря уменьшению испарения солей и радиоактивных веществ в расплаве и уменьшению уноса солей газами.The experimental results showed that in the second case, the highest rate of carbon burning is achieved at lower melt temperatures of 673 ... 873 K (400 ... 600 ° C) than in the first case, when the melt temperatures of 773 ... 1073 K (500 ... 800 ° C). In addition, from those shown in FIG. 2 graphs it is seen that curve 1, which is the temperature dependence of the oxidation rate when using copper oxide, is more gentle than curve 2, which is more “steep” and represents the temperature dependence of the oxidation rate. A more intense, almost linear temperature dependence of the rate of oxidation when using copper oxide simplifies and automates the process control, and lower melt temperatures reduce the removal of salts and melt components from a device in which the oxidation of reactor graphite waste is carried out due to a decrease in salt evaporation and radioactive substances in the melt and the reduction of the entrainment of salts by gases.

Примеры конкретного осуществления заявленного способа при компьютерном моделировании приведены ниже:Examples of specific implementation of the claimed method in computer simulation are given below:

Пример 1. Компоненты солевого расплава - 56% Na2CO3 - 44% K2CO3; тип отходов - реакторный графит; температура плавления - 800°C; рабочие температуры - 850-900°C; окислитель CuO, мас. % - 10-30.Example 1. The components of the molten salt - 56% Na 2 CO 3 - 44% K 2 CO 3 ; type of waste - reactor graphite; melting point - 800 ° C; operating temperatures - 850-900 ° C; oxidizer CuO, wt. % - 10-30.

Пример 2. Компоненты солевого расплава - 49,5% Li2CO3 - 44,5% Na2CO3 - 6% K2CO3; тип отходов - реакторный графит; температура плавления - 600° рабочие температуры - 650-700°C; окислитель CuO, мас. % - 1-10.Example 2. The components of the molten salt - 49.5% Li 2 CO 3 - 44.5% Na 2 CO 3 - 6% K 2 CO 3 ; type of waste - reactor graphite; melting point - 600 ° working temperatures - 650-700 ° C; oxidizer CuO, wt. % - 1-10.

Новизной изобретения является расширение ассортимента окислителей путем использования известного препарата оксида меди формулы CuO по новому назначению в качестве окислителя для беспламенного горения в расплаве карбонатов щелочных металлов углеродосодержащих отходов реакторного графита.The novelty of the invention is the expansion of the range of oxidizing agents by using the well-known preparation of copper oxide of the formula CuO for a new purpose as an oxidizing agent for flameless combustion in a melt of alkali metal carbonates of carbon-containing waste of reactor graphite.

Неочевидным эффектом замены высокотоксичного оксида свинца на умеренно токсичный оксид меди формулы CuO, является упрощением технологического процесса переработки при значительном снижении количества выбросов отходящих газов и улучшении экологической обстановки на перерабатывающем предприятии. Кроме того, присутствует эффект по импортозамещению ввозимого из Казахстана свинца добываемой на территории России медью.An unobvious effect of replacing highly toxic lead oxide with a moderately toxic copper oxide of the CuO formula is to simplify the processing process while significantly reducing the amount of exhaust gas emissions and improving the environmental situation at the processing plant. In addition, there is an effect on the import substitution of lead imported from Kazakhstan with copper mined in Russia.

Claims (2)

1. Способ переработки беспламенным горением отходов реакторного графита в солевом расплаве карбонатов щелочных металлов в присутствии окислителя, отличающийся тем, что в качестве окислителя в расплав вводят оксид меди двухвалентный, формулы CuO в количестве от 5 до 50% от массы расплава.1. A method of processing by flameless combustion of reactor graphite waste in a molten salt of alkali metal carbonates in the presence of an oxidizing agent, characterized in that bivalent copper oxide of the formula CuO is introduced into the melt as an oxidizing agent in an amount of 5 to 50% by weight of the melt. 2. Способ переработки беспламенным горением отходов реакторного графита по п. 1, отличающийся тем, что в качестве карбонатов щелочных металлов используют бинарную систему смеси карбонатов натрия и калия, при этом переработку осуществляют при температуре от 800 до 1000°С, а образующуюся при переработке графитовых отходов восстановленную медь используют для получения оксида меди, формулы CuO, для чего восстановленную нанодисперсную медь окисляют кислородом воздуха и повторно используют в процессе переработки графита.2. A method of processing by flameless combustion of reactor graphite waste according to claim 1, characterized in that the binary system of a mixture of sodium and potassium carbonates is used as alkali metal carbonates, while the processing is carried out at a temperature of from 800 to 1000 ° C, and that formed during the processing of graphite Waste reduced copper is used to produce copper oxide, the formula CuO, for which the reduced nanodispersed copper is oxidized with atmospheric oxygen and reused in the processing of graphite.
RU2015150583A 2015-11-25 2015-11-25 Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste RU2644589C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150583A RU2644589C2 (en) 2015-11-25 2015-11-25 Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150583A RU2644589C2 (en) 2015-11-25 2015-11-25 Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015150583A RU2015150583A (en) 2017-05-29
RU2644589C2 true RU2644589C2 (en) 2018-02-13

Family

ID=59031439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015150583A RU2644589C2 (en) 2015-11-25 2015-11-25 Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644589C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4383969A (en) * 1979-11-13 1983-05-17 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Method for removing radioactive carbon produced in nuclear power plants
RU2192057C1 (en) * 2001-06-28 2002-10-27 Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды Method and device for recovering reactor radioactive graphite wastes
RU2242814C1 (en) * 2003-04-01 2004-12-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Method for recovering reactor graphite waste
RU2328786C1 (en) * 2006-11-28 2008-07-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Method of radioactive carbon-containing waste treatment with catalytic combustion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4383969A (en) * 1979-11-13 1983-05-17 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Method for removing radioactive carbon produced in nuclear power plants
RU2192057C1 (en) * 2001-06-28 2002-10-27 Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды Method and device for recovering reactor radioactive graphite wastes
RU2242814C1 (en) * 2003-04-01 2004-12-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") Method for recovering reactor graphite waste
RU2328786C1 (en) * 2006-11-28 2008-07-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Method of radioactive carbon-containing waste treatment with catalytic combustion

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015150583A (en) 2017-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2409526C2 (en) Method of producing redox glass frit
JP4352041B2 (en) Vitrification apparatus and method for waste resin containing transition metal
US5202100A (en) Method for reducing volume of a radioactive composition
FR2485243A1 (en) METHOD FOR THE DEFINITIVE STORAGE BY VITRIFICATION OF RADIOACTIVE WASTE CONTAINING BORATES
RU2644589C2 (en) Method of flameless combustion processing of reactor graphite waste
RU2192053C1 (en) Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher
JP6323153B2 (en) Purification method for radioactively contaminated soil
RU2212719C2 (en) Oxide material of nuclear-reactor molten core catcher
Watson et al. The disposal of fission products in glass
RU2328786C1 (en) Method of radioactive carbon-containing waste treatment with catalytic combustion
RU2658306C2 (en) Method of processing reactor graphite
Lázár et al. High-temperature gasification of RDF waste and melting of fly ash obtained from the incineration of municipal waste
RU2517436C2 (en) Method of producing ceramic material for nuclear reactor core melt localising apparatus
RU2544008C1 (en) Method of processing liquid organic radioactive wastes
Gao et al. The effect of atmosphere on elemental mercury release during thermal treatment of two bituminous coals
Karlina et al. Thermodynamic modeling and experimental tests of irradiated graphite molten salt decontamination
JP2016161422A (en) Method for processing activated concrete
RU2123214C1 (en) Method for recovery of solid radioactive wastes
RU2123212C1 (en) Radioactive alkali metal recovery process
RU2390862C2 (en) Method of processing radioactive carbon-containing substances through flameless combustion
JP2000056089A (en) Disposing method for nitrate-asphalt mixed waste
RU2770298C1 (en) Method for vitrifying high-ash toxic waste
SU1547575A1 (en) Method of treating radioactive waste of alkali metals
KR19990026212A (en) High temperature melt processing systems and methods for flammable and non-combustible radioactive waste
JP2019047881A (en) Method and device of treating active metal

Legal Events

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

Effective date: 20181126