RU2691099C2 - Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691099C2 RU2691099C2 RU2017138709A RU2017138709A RU2691099C2 RU 2691099 C2 RU2691099 C2 RU 2691099C2 RU 2017138709 A RU2017138709 A RU 2017138709A RU 2017138709 A RU2017138709 A RU 2017138709A RU 2691099 C2 RU2691099 C2 RU 2691099C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- slag
- radioactive dust
- dust
- long
- Prior art date
Links
- 239000000428 dust Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title claims abstract description 94
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 230000007774 longterm Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000009933 burial Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 103
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 58
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 8
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011820 acidic refractory Substances 0.000 claims description 5
- 239000002900 solid radioactive waste Substances 0.000 claims description 5
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 239000002925 low-level radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
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
- G21F9/34—Disposal of solid waste
- G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к области охраны окружающей среды. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению включает загрузку уловленной системой газоочистки пыли в контейнер и заполнение его жидким шлаком. Радиоактивную пыль загружают в герметически закрывающуюся металлическую емкость-накопитель. Емкость помещают в футерованный ограждающий контейнер, который заливают расплавным жидким кислым шлаком с температурой 1450-1600°C в объеме, составляющем 90-95% объема футерованной части контейнера, при этом кислый шлак содержит, мас. %: SiO- 50-55; AlO- 6-8; ∑FeO - 6-7; MnO - 1-5; CrO- 1-10; СаО - 9-10; MgO - 8-9, прочие – остальное, после затвердевания шлака и охлаждения его поверхности до 50°C контейнер закрывают крышкой, герметизируют и транспортируют. Имеется также устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению. Группа изобретений позволяет повысить уровень безопасности длительного хранения или захоронения радиоактивной пыли. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к подготовке пылевых и твердых отходов производства радиоактивных материалов к длительному хранению или захоронению.
При производстве радиоактивных материалов и эксплуатации ядерных установок образуется значительное количество радиоактивной пыли, не менее 1% от массы перерабатываемого радиоактивного материала [1, 2].
Широко известны способы подготовки отходов ядерных материалов к длительному хранению или захоронению путем остекловывания радиоактивной пыли в небольших электропечах (печи сопротивления, индукционные печи, индукционные печи с холодным тиглем и др.) [1]. Известные способы остекловывания радиоактивной пыли имеют следующие недостатки:
- сложность технологических схем;
-низкая производительность устройств нейтрализации радиоактивных свойств пыли;
- сложность газоочистных сооружений для улавливания вторичных пылей и аэрозолей;
- значительные затраты на осуществление процесса нейтрализации радиоактивных свойств пыли.
Известен способ [3] металлургической переработки твердых радиоактивных отходов, выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога, включающий очистку от пыли отходящих печных газов в газоочистной установке на заключительной стадии переработки, упаковывание уловленной пыли и помещение ее на дно емкости, которая заполняется жидким радиоактивным шлаком, выпущенным из плавильной печи (пункт 7 формулы).
Известный способ имеет следующие недостатки:
- недостаточный уровень безопасности хранения или захоронения радиоактивной пыли в результате того, что:
- не отражен процесс периодического помещения пыли в контейнер;
- не решен вопрос безопасного межоперационного хранения радиоактивной пыли;
- не указаны состав и температура шлака, который заливают в контейнер;
- не решен вопрос защиты ограждающих конструкций контейнера от высокой температуры шлака, заливаемого в контейнер;
- не отражен вопрос герметизации стыка контейнера с крышкой после заливки контейнера горячим шлаком.
Известны металлические (стальные) контейнеры для хранения и захоронения радиоактивных отходов [4]. Недостатками таких контейнеров являются:
- возможность захоронения только низкоактивных радиоактивных отходов;
- исключение возможности заливания в металлический контейнер большого количества жидкого расплавленного шлака с высокой температурой вследствие деформации контейнера и возможного нарушения герметичности сварного металлического контейнера под воздействием высокой температуры.
Известно устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению [5], выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога заявляемого устройства.
Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению содержит ограждающий контейнер с крышкой и размещенную внутри контейнера металлическую емкость для радиоактивной пыли, разделенные дистанционной полостью. Стенки ограждающего контейнера выполнены железобетонными. В центральной части крышки выполнено сквозное отверстие. Внутри корпуса расположена емкость из тонколистового металла. Днище емкости выполнено с закрепленными на них нижними фиксирующими емкость элементами, выполненными из уголков, расположенных в виде лучей, исходящих из точки О центра днища емкости. Одновременно элементы выполняют функцию демпферов.
Недостатками известного устройства являются:
- недостаточный уровень безопасности хранения или захоронения радиоактивной пыли в результате того, что:
- железобетон ограждающих стенок контейнера не достаточно устойчив к выщелачиванию;
- бетон не обладает приемлемой радиационной и тепловой стабильностью и без дополнительной защиты не решает проблемы длительного хранения радиоактивных отходов;
- не решен вопрос защиты ограждающих конструкций контейнера от высокой температуры шлака, заливаемого в контейнер;
- не решен вопрос соотношения площади поперечного сечения металлической емкости для радиоактивной пыли к площади поперечного сечения контейнера;
- не определено соотношение высоты металлической емкости для радиоактивной пыли к высоте внутренней части контейнера;
- не определен оптимальный состав материала, заполняющего дистанционную полость контейнера в случае применения последнего для помещения в него радиоактивной пыли.
Задачей и техническим результатом предлагаемого способа подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройства для его осуществления является повышение уровня безопасности длительного хранения или захоронения радиоактивной пыли.
Технический результат достигается следующими решениями, объединенными общим изобретательским замыслом.
В способе подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению, включающем загрузку уловленной системой газоочистки пыли в контейнер и последующее заполнение его жидким шлаком, согласно изобретению, радиоактивную пыль периодически загружают в герметически закрывающуюся металлическую емкость-накопитель, которую на межоперационное хранение помещают в технологический защитный контейнер, а для длительного хранения или захоронения указанную емкость помещают в футерованный ограждающий контейнер, который заливают расплавным жидким кислым шлаком с температурой 1450-1600°C в объеме, составляющем 90-95% объема футерованной части контейнера, при этом кислый шлак содержит в массовых %:
после затвердевания шлака и охлаждения его поверхности до 50°C, контейнер закрывают крышкой, герметизируют и транспортируют в место длительного хранения или захоронения.
Для исключения возможности всплывания металлической емкости с радиационной пылью в верхнюю часть контейнера, заполненного жидким шлаком, в металлическую емкость с пылью помещают металлический пригруз.
Отношение массы кислого шлака, заливаемого в контейнер, к массе радиоактивной пыли, загруженной в металлическую емкость, поддерживают в пределах 6-12 в зависимости от уровня активности пыли.
В контейнер с помещенной в него металлической емкостью, заполненной радиоактивной пылью, могут заливать кислый шлак, выплавленный из нерадиоактивных шлакообразующих материалов.
В контейнер с помещенной в него металлической емкостью, заполненной радиоактивной пылью, могут заливать кислый шлак, полученный при пирометаллургической переработке твердых радиоактивных отходов.
После затвердевания шлака и охлаждения его поверхности до 50°C, на поверхность набивной огнеупорной футеровки контейнера в верхней ее части, контактирующей с футеровкой крышки контейнера, наносят герметизирующий слой из кислой самотвердеющей огнеупорной смеси, состоящей из кварцевого песка, жидкого стекла, едкого натра, глины, контейнер закрывают крышкой и после выдержки до полного охлаждения отправляют на длительное хранение или захоронение.
В устройстве для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению, содержащем ограждающий контейнер с крышкой и размещенную внутри контейнера металлическую емкость для радиоактивной пыли, разделенные дистанционной полостью, согласно изобретению, контейнер и крышка с внутренних сторон футерованы огнеупорной набивной самотвердеющей кислой огнеупорной массой состава в масс. %: песок кварцевый - 86-87; жидкое стекло - 5,8-6,2; глина - 3,8-4,2; едкий натр - 1,9-2,1; вода - остальное, площадь поперечного сечения металлической емкости для радиоактивной пыли составляет 0,45-0,55 площади поперечного сечения футерованной части контейнера, высота емкости для радиоактивной пыли составляет 0,40-0,45 высоты футерованной части контейнера, при этом дистанционная полость заполнена кислым шлаком состава в масс. %: SiO2 - 50-55; Al2O3 - 6-8; ΣFeO - 6-7; MnO - 1-5; Cr2O3 - 1-10; СаО - 9-10; MgO - 8-9.
Ограждающий контейнер и крышка выполнены из листовой стали толщиной 4-6 мм.
Металлическая емкость и ее крышка выполнены из листовой стали толщиной 2-2,5 мм.
Емкость для радиоактивной пыли опирается на демпфер, состоящий из двух стальных листов толщиной 2,0-2,5 мм, расположенных вертикально и параллельно друг другу и прикрепленных к днищу емкости.
Высота демпфера составляет 0,25 высоты футерованной части контейнера.
К боковым наружным поверхностям емкости для радиоактивной пыли прикреплены дистанционные металлические полосы.
Крышка и корпус ограждающего контейнера уплотнены самотвердеющей кислой огнеупорной массой.
Металлическая емкость, заполненная радиоактивной пылью, перед установкой в невозвратный футерованный контейнер временно находится и перемещается в металлическом защитном транспортном контейнере.
Радиоактивную пыль загружают в герметически закрывающуюся металлическую емкость для того, чтобы при заливке этой емкости расплавленным шлаком радиоактивная пыль не выделялась из контейнера в производственное помещение за счет испарения компонентов пыли и выноса пыли из контейнера восходящими потоками горячего воздуха.
Установка герметически закрывающейся емкости с радиоактивной пылью на расстоянии равном одной четверти высоты свободного пространства контейнера от футерованного днища контейнера и таком же расстоянии от футерованных стенок контейнера позволяет получить после охлаждения достаточно толстый слой кислого стекловидного шлака низкой основности вокруг зафиксированной в шлаке металлической емкости с загруженной в нее радиоактивной пылью, обеспечить надежную фиксацию емкости в полученном шлаковом слитке и равномерно уменьшить радиоактивное излучение контейнера во все стороны.
Заливание емкости с радиоактивной пылью расплавленным жидким шлаком низкой основности, имеющим температуру 1450-1600°C, позволяет получить в футерованном контейнере после затвердевания и остывания шлака прочный монолитный шлаковый слиток, в котором надежно зафиксирована металлическая емкость с помещенной в нее радиоактивной пылью.
Температура заливаемого шлака 1450°C удобна при кондиционировании радиоактивной пыли в футерованном контейнере больших размеров. Температура заливаемого шлака 1600°C удобна при кондиционировании пыли в футерованном контейнере относительно небольших размеров. Предлагаемый состав кислого шлака низкой основности, % SiO2 50-55, Al2O3 6-8, ΣFeO 6-7, MnO 1-5, Cr2O3 1-10, СаО 9-10, MgO 8-9 обеспечивает получение после охлаждения и затвердевания прочного, стекловидного шлака, надежно уменьшающего величину ионизирующих излучений, сопротивляющегося проникновению радионуклидов и не разрушающегося под воздействием влаги и кислотных растворов [6-8]. Колебания содержания MnO (1-5%) и Cr2O3 (1-10%) в шлаке вызваны способом получения расплавленного шлака. При выплавке шлака из чистых (нерадиоактивных) шлакообразующих материалов содержание MnO в шлаке 1%, содержание Cr2O3 - 1%. При заливке емкости пылью в контейнере шлаком, полученным при пирометаллургической переработке ТРО, содержание MnO в шлаке до 5%, содержание Cr2O3 до 10%.
При содержании SiO2 в шлаке более 55% существенно повышается вязкость шлака при температурах 1450-1600°C. Вследствие этого возникают трудности с заполнением контейнера шлаком. При содержании в шлаке менее 50% SiO2 не обеспечивается получение после охлаждения и затвердевания необходимого прочного стекловидного блока шлака.
Содержание Al2O3 более 8% нельзя получить, не меняя свойства шлака и не вводя в шихту дорогостоящие материалы с высоким содержанием Al2O3. При содержании Al2O в шлаке менее 6% трудно получить необходимую стекловидную структуру шлака после затвердевания.
При содержании оксидов железа в шлаке более 7% возможно взаимодействие залитого в контейнер шлака с кислой набивной футеровкой, приводящей к нежелательному оплавлению некоторых участков футеровки контейнера. При содержании менее 6% оксидов железа плавление шлакообразующих и формирование шлака в шлакоплавильной печи протекают медленно, что приводит к повышению расхода энергии.
Содержание MnO в шлаке менее 1% не может быть получено при содержании в шлаке 6-7% оксидов железа, так как шихтовые материалы, содержащие железо или его оксиды всегда содержат некоторое количество марганца или его оксидов.
Содержание Cr2O3 в шлаке менее 1% не может быть получено при содержании в шлаке 6-7% оксидов железа, так как шихтовые материалы, содержащие железо или его оксиды содержат некоторое количество хрома или его оксидов. При содержании Cr2O3 более 10% существенно возрастает вязкость шлака, вследствие этого возникают трудности с заполнением контейнера расплавленным шлаком.
При содержании СаО в кислом шлаке более 10% снижается основность шлака и нельзя получить стекловидную структуру после затвердевания шлака.
При содержании СаО менее 9% возрастает вязкость шлака, и возникают трудности с заполнением контейнера шлаком.
При содержании MgO в шлаке более 9% снижается основность кислого шлака и трудно получить необходимую стекловидную структуру после затвердевания шлака.
При содержании MgO менее 8% возрастает вязкость шлака, и возникают трудности с заполнением контейнера шлаком.
Заполнение объема футерованных контейнеров на 95% расплавленным шлаком позволяет надежно зафиксировать в объеме шлака емкость с радиоактивной пылью и обеспечивает гарантированное герметичное закрывание контейнера крышкой.
Охлаждение поверхности затвердевшего шлака до 50°C позволяет исключить деформацию крышки после закрывания контейнера и обеспечить надежную герметизацию контейнера.
Помещение в металлическую емкость с радиоактивной пылью куска металла необходимой массы позволяет исключить возможность всплывания этой емкости в верхнюю часть заполненного жидким шлаком контейнера, зафиксировать емкость с пылью на нужной высоте в слитке и уменьшить радиоактивное (ионизирующее) излучение с поверхности контейнера.
Отношение массы шлака низкой основности, заливаемое в контейнер для фиксации емкости с радиоактивной пылью к массе радиоактивной пыли, загружаемой в контейнер в металлической емкости, поддерживают на уровне 6 при кондиционировании радиоактивной пыли низкой активности.
При кондиционировании радиоактивной пыли средней активности отношение массы шлака низкой основности, заливаемого в футерованный контейнер к массе радиоактивной пыли, загружаемой в контейнер, поддерживают на уровне 12, чтобы уменьшить среднюю активность содержимого контейнера.
Шлак низкой основности для заполнения невозвратного футерованного защитного контейнера с металлической емкостью, содержащей радиоактивную пыль, выплавляют из чистых нерадиоактивных шлакообразующих материалов, если радиоактивная пыль имеет средний уровень активности, близкий к высокому уровню активности. В таком случае уменьшается средняя активность содержимого контейнера.
При низкой активности радиоактивной пыли, загружаемой в невозвратный футерованный защитный контейнер, контейнер может быть заполнен шлаком низкой основности, полученным при пирометаллургической переработке твердых радиоактивных отходов.
Герметизирующий слой из кислой самотвердеющей смеси, состоящий из кварцевого песка, жидкого стекла, едкого натра, глины, нанесенный на поверхность набивной огнеупорной футеровки контейнера в верхней ее части, контактирующей с футеровкой крышки, после затвердевания и охлаждения поверхности залитого шлака до 50°C, позволяет после установки крышки на контейнер получить прочное герметичное уплотнение контейнера. Затвердевание и упрочнение герметизирующего слоя между футеровкой крышки и футеровкой контейнера происходит под воздействием тепла, содержащегося в шлаке. При температуре поверхности шлакового слитка 50°C, температура в центре слитка превышает 500°C.
Имеющая герметически закрывающуюся крышку металлическая емкость для размещения в ней радиоактивной пыли, изготовленная из листовой стали толщиной 2 мм, обладает необходимой прочностью, не разрушается под воздействием расплавленного жидкого шлака низкой основности, исключает выделение из нее радиоактивной пыли при заливке шлака в контейнер. Так как сталь и шлак имеют разные по величине коэффициенты линейного расширения при нагреве и охлаждении, при толщине стального листа более 2 мм возрастает вероятность напряжений в шлаковом слитке и соответственно возможность растрескивания шлакового слитка, что нежелательно. При толщине стального листа менее 2 мм уменьшается жесткость металлической емкости, что затрудняет установку емкости с пылью в контейнер. Кроме того при малой менее 2 мм толщине листа возможно разрушение емкости при воздействии расплавленного шлака с температурой 1450-1600°C и выделение радиоактивной пыли в объем контейнера и в атмосферу производственного помещения.
Высота металлической емкости для размещения в ней радиоактивной пыли равная 0,4 высоты свободного пространства футерованного контейнера и поперечные размеры емкости равные 0,5 поперечных размеров футерованного контейнера обеспечивают толщину шлакового слоя вокруг емкости, достаточную для ее надежной фиксации в теле шлакового слитка и необходимого уменьшения ионизирующего излучения с наружной поверхности контейнера.
Закрепленные на наружной нижней поверхности емкости стальные полосы толщиной 2 мм обеспечивают гарантированную установку емкости на высоте равной 0,25 высоты свободного пространства футерованного контейнера и одновременно служат ребрами жесткости.
Закрепленные на боковых наружных поверхностях металлической емкости стальные полосы служат для точной установки емкости в средней части свободного пространства футерованного контейнера и выполняют функцию ребер жесткости.
Толщина стального листа для изготовления корпуса и крышки невозвратного контейнера 4-6 мм обеспечивает необходимую прочность контейнера и достаточное снижение величины ионизирующего излучения с наружной поверхности контейнера. Толщина листа 4 мм подходит для изготовления контейнеров сравнительно небольших размеров. Толщина листа 6 мм выбрана для контейнеров больших размеров.
Закрепленные на внутренней поверхности корпуса контейнера горизонтально на высоте равной 0,5 высоты контейнера ребра жесткости из стального уголка с полкой 30 мм служат для увеличения жесткости контейнера и поддержки огнеупорной футеровки контейнера.
Применение набивной футеровки из кислой огнеупорной самотвердеющей массы значительно облегчает изготовление футеровки, снижает стоимость футеровки, повышает прочность изготовленной футеровки, исключает возможность разрушения футеровки при транспортировке футерованного контейнера.
Кислая огнеупорная масса позволяет исключить химическую эрозию футеровки при заливании в контейнер расплавленного кислого шлака низкой основности.
Приведенный (заявленный) состав кислой огнеупорной массы обеспечивает необходимые прочность футеровки, химическую стойкость и уменьшение ионизирующего излучения с поверхности контейнера.
Толщина набивной футеровки 50 мм рекомендуется для контейнеров, с размещаемой в них радиоактивной пылью низкой основности.
Толщина набивной футеровки 100 мм рекомендуется для контейнеров с размещаемой в них радиоактивной пылью средней активности.
Набивка футеровки по извлекаемому шаблону позволяет облегчить процесс изготовления футеровки и получить точные размеры футеровки.
Наклон внутренней поверхности набивной футеровки на угол 3° к вертикали облегчает извлечение шаблона после окончания набивки.
Сушка набивной футеровки при температуре 300°С в течение четырех часов позволяет получить необходимые прочность футеровки и низкое содержание в ней влаги.
Временное нахождение и перемещение металлической емкости, заполненной радиоактивной пылью, перед установкой в невозвратный футерованный контейнер в металлическом защитном транспортном контейнере снижает уровень радиоактивности в производственном помещении и степень облучения персонала.
Сущность способа кондиционирования радиоактивной пыли с целью длительного хранения и конструкции устройства для его осуществления поясняется рисунками.
На фиг. 1 показан разрез вида спереди на устройство для кондиционирования радиоактивной пыли.
На фиг. 2 показан разрез вида сверху на устройство.
Способ кондиционирования радиоактивной пыли с целью длительного хранения или захоронения реализуется в заявленном устройстве следующим образом.
Радиоактивную пыль 6 загружают в металлическую герметичную емкость 4 и герметично закрывают крышкой. Затем металлическую герметичную емкость 4 устанавливают в контейнер 1 с ребрами жесткости 5 и набивной кислой футеровкой 2 на высоте 0,25 высоты свободного пространства контейнера с помощью стальных полос 7, закрепленных на нижней наружной поверхности металлической емкости. Герметичную металлическую емкость 4 устанавливают на равном расстоянии от футеровки боковых стенок контейнера 2 с помощью стальных полос 9. При необходимости перед загрузкой радиоактивной пыли на дно металлической герметичной емкости 4 устанавливают кусок металла 8 для предотвращения ее всплывания в жидком шлаке.
Контейнер 1 с установленной в печь металлической емкостью 4 с радиоактивной пылью 6 устанавливают под шлаковый желоб шлакоплавильной печи и заполняют жидким кислым шлаком низкой основности 3 на 95% объема контейнера.
После затвердевания шлака 3 и охлаждения его поверхности до 50°C на поверхность набивной огнеупорной футеровки контейнера в верхней ее части, контактирующей с футеровкой крышки контейнера, наносят герметизирующий слой 12 из кислой самотвердеющей смеси, состоящей из кварцевого песка, жидкого стекла, едкого натра, глины.
Контейнер закрывают крышкой 10 с футеровкой 11 и после выдержки до полного охлаждения отправляют на захоронение.
Пример конкретного осуществления предложенного способа.
1. На одном из машзаводов Южного Урала изготовили металлический корпус контейнера из листа 5 мм толщиной с внешними размерами 1,3×1,3×1,1 м. По шаблону набили футеровку корпуса самотвердеющей огнеупорной массой состава, % песок кварцевый 86,5; жидкое стекло 6,0; глина 4,0; едкий натр 2,0; вода 1,5.
Набитую футеровку высушили при температуре 300°С газовой горелкой в течение 4 часов. По такой же схеме изготовили крышку контейнера с футеровкой.
В заранее изготовленную металлическую емкость с размерами согласно заявленному способу загрузили моделирующую реальную радиоактивную пыль пыль из газоочистки дуговой сталеплавильной печи в количестве 500 кг. Металлическую емкость с пылью установили в просушенный футерованный контейнер, согласно заявленному способу. В дуговой сталеплавильный печи с кислой футеровкой выплавили 5 т кислого шлака низкой основности состава, %
нагрели до 1600°C и залили шлак в контейнер с установленной в него герметичной металлической емкостью, заполненной пылью. В процессе заполнения контейнера жидким шлаком выделения пыли не происходило.
После затвердевания шлака и остывания его поверхности до 50°C на поверхность набивной огнеупорной футеровки контейнера в верхней его части, контактирующей с футеровкой крышки контейнера, нанесли герметизирующий слой из кислой самотвердеющей смеси, состава: кварцевый песок, жидкое стекло, глина, едкий натр.
Контейнер закрыли крышкой и после выдержки в течение суток до полного охлаждения испытали устройство по общепринятой методике: сбросили полный контейнер на металлический пол цеха с высоты 0,5 м, затем на контейнер сбросили с высоты 5 м металлический стержень диаметром 50 мм, массой 15 кг.
Разрушений контейнера после описанных экспериментов не обнаружили.
Затем крышку контейнера срезали с контейнера. Под крышкой находился прочный монолитный стекловидный слиток (блок) кислого шлака без видимых нарушений сплошности. Эффективность применения кислых материалов для радиационной защиты показана в [6-8].
Таким образом, проведенные эксперименты подтвердили возможность конкретного осуществления предлагаемого способа кондиционирования радиоактивной пыли и эффективность применения предлагаемого устройства.
Литература
1. Скачек М.А. Радиоактивные компоненты АЭС: обращение, переработка, локализация: учебное пособие для вузов / М.А. Скачек. - М.: Издательский дом МЭИ. 2014. - 552 с.
2. Обращение с радиоактивными отходами в России и странах с развитой атомной энергетикой. Сборник (под ред. В.А. Василенко). - СПБ ООО «НИЦ» Моринтех». 2005. - 304 с.
3. Патент RU 2486616. Способ переработки твердых радиоактивных отходов. Авторы Голубев А.А., Гудим Ю.А. Патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная компания «Технология металлов» (RU).
4. Сорокин В.Т., Демин А.В. Кащеев В.В. и др. Контейнеры для радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности. «Ядерная и радиационная безопасность». №2 - 2013. с. 1-8.
5. Свидетельство на полезную модель RU 30210 - ближайший аналог.
6. Лебедева Г.А., Озерова Г.П. Каменное литье как радиационно-стойкий материал / Строительные материалы. 1998. №5. с. 14-15.
7. Косинская А.В. Затуловский С.С. Камнелитые материалы для получения коррозионно- и радиационно-стойких изделий / Литейное производство. 2001. №10. с. 21-22.
8. Шейко А.А., Косинская А.В. Радиационно- и коррозионно-стойкие чугунные и каменные отливки. / Литейное производство. 2005. №3. с. 14-15.
Claims (14)
1. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению, включающий загрузку уловленной системой газоочистки пыли в контейнер и последующее заполнение его жидким шлаком, отличающийся тем, что радиоактивную пыль периодически загружают в герметически закрывающуюся металлическую емкость-накопитель, которую на межоперационное хранение помещают в технологический защитный контейнер, а для длительного хранения или захоронения указанную емкость помещают в футерованный ограждающий контейнер, который заливают расплавным жидким кислым шлаком с температурой 1450-1600°С в объеме, составляющем 90-95% объема футерованной части контейнера, при этом кислый шлак содержит, мас. %: SiO2 - 50-55; Al2O3 - 6-8; ∑FeO - 6-7; MnO - 1-5; Cr2O3 - 1-10; СаО - 9-10; MgO - 8-9, прочие – остальное,
после затвердевания шлака и охлаждения его поверхности до 50°С контейнер закрывают крышкой, герметизируют и транспортируют в место длительного хранения или захоронения.
2. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 1, отличающийся тем, что для исключения возможности всплывания металлической емкости с радиационной пылью в верхнюю часть контейнера, заполненного жидким шлаком, в металлическую емкость с пылью помещают металлический пригруз.
3. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 1, отличающийся тем, что отношение массы кислого шлака, заливаемого в контейнер, к массе радиоактивной пыли, загруженной в металлическую емкость, поддерживают в пределах 6-12 в зависимости от уровня активности пыли.
4. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 1, отличающийся тем, что в контейнер с помещенной в него металлической емкостью, заполненной радиоактивной пылью, заливают кислый шлак, выплавленный из нерадиоактивных шлакообразующих материалов.
5. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 1, отличающийся тем, что в контейнер с помещенной в него металлической емкостью, заполненной радиоактивной пылью, заливают кислый шлак, полученный при пирометаллургической переработке твердых радиоактивных отходов.
6. Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 1, отличающийся тем, что после затвердевания шлака и охлаждения его поверхности до 50°С на поверхность набивной огнеупорной футеровки контейнера в верхней ее части, контактирующей с футеровкой крышки контейнера, наносят герметизирующий слой из кислой самотвердеющей огнеупорной смеси, состоящей из кварцевого песка, жидкого стекла, едкого натра, глины, контейнер закрывают крышкой и после выдержки до полного охлаждения отправляют на длительное хранение или захоронение.
7. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению, содержащее ограждающий контейнер с крышкой и размещенную внутри контейнера металлическую емкость для радиоактивной пыли, разделенные дистанционной полостью, отличающееся тем, что контейнер и крышка с внутренних сторон футерованы огнеупорной набивной самотвердеющей кислой огнеупорной массой состава, мас. %: песок кварцевый - 86-87; жидкое стекло - 5,8-6,2; глина - 3,8-4,2; едкий натр - 1,9-2,1; вода - остальное, площадь поперечного сечения металлической емкости для радиоактивной пыли составляет 0,45-0,55 площади поперечного сечения футерованной части контейнера, высота емкости для радиоактивной пыли составляет 0,40-0,45 высоты футерованной части контейнера, при этом дистанционная полость заполнена кислым шлаком состава, мас. %: SiO2 - 50-55; Al2O3 - 6-8; ∑FeO - 6-7; MnO - 1-5; Cr2O3 - 1-10; СаО - 9-10; MgO - 8-9.
8. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 7, отличающееся тем, что ограждающий контейнер и крышка выполнены из листовой стали толщиной 4-6 мм.
9. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 7, отличающееся тем, что металлическая емкость и ее крышка выполнены из листовой стали толщиной 2-2,5 мм.
10. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 7, отличающееся тем, что емкость для радиоактивной пыли опирается на демпфер, состоящий из двух стальных листов толщиной 2,0-2,5 мм, расположенных вертикально и параллельно друг другу и прикрепленных к днищу емкости.
11. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 10, отличающееся тем, что высота демпфера составляет 0,25 высоты футерованной части контейнера.
12. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 7, отличающееся тем, что к боковым наружным поверхностям емкости для радиоактивной пыли прикреплены дистанционные металлические полосы.
13. Устройство для подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению по п. 7, отличающееся тем, что крышка и корпус ограждающего контейнера уплотнены самотвердеющей кислой огнеупорной массой.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2015/000464 WO2017014666A1 (ru) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройство для его осуществления |
| RU-PCT/RU2015/000464 | 2015-07-23 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017138709A3 RU2017138709A3 (ru) | 2019-05-07 |
| RU2017138709A RU2017138709A (ru) | 2019-05-07 |
| RU2691099C2 true RU2691099C2 (ru) | 2019-06-11 |
Family
ID=57834470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138709A RU2691099C2 (ru) | 2015-07-23 | 2015-07-23 | Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691099C2 (ru) |
| WO (1) | WO2017014666A1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879110A (en) * | 1995-12-08 | 1999-03-09 | Carter, Jr.; Ernest E. | Methods for encapsulating buried waste in situ with molten wax |
| GB2337722A (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-01 | Gec Alsthom Ltd | Dry storage vault |
| RU30210U1 (ru) * | 2003-03-12 | 2003-06-20 | Открытое акционерное общество "345 Механический завод" | Железобетонный контейнер для транспортирования и/или длительного хранения радиоактивных и токсичных отходов различных производств |
| RU2361299C1 (ru) * | 2007-10-25 | 2009-07-10 | Институт Геологии И Минералогии Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов (варианты) |
| RU2439726C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН | Способ иммобилизации радиоактивных отходов в минералоподобной матрице |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2140109C1 (ru) * | 1998-09-03 | 1999-10-20 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (Мос. НПО. "Радон") | Способ и устройство для переработки твердых радиоактивных отходов |
| RU2486616C1 (ru) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Промышленная Компания "Технология Металлов" | Способ переработки твердых радиоактивных отходов |
-
2015
- 2015-07-23 WO PCT/RU2015/000464 patent/WO2017014666A1/ru active Application Filing
- 2015-07-23 RU RU2017138709A patent/RU2691099C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879110A (en) * | 1995-12-08 | 1999-03-09 | Carter, Jr.; Ernest E. | Methods for encapsulating buried waste in situ with molten wax |
| GB2337722A (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-01 | Gec Alsthom Ltd | Dry storage vault |
| RU30210U1 (ru) * | 2003-03-12 | 2003-06-20 | Открытое акционерное общество "345 Механический завод" | Железобетонный контейнер для транспортирования и/или длительного хранения радиоактивных и токсичных отходов различных производств |
| RU2361299C1 (ru) * | 2007-10-25 | 2009-07-10 | Институт Геологии И Минералогии Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов (варианты) |
| RU2439726C1 (ru) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН | Способ иммобилизации радиоактивных отходов в минералоподобной матрице |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| C1. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017138709A3 (ru) | 2019-05-07 |
| WO2017014666A1 (ru) | 2017-01-26 |
| RU2017138709A (ru) | 2019-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6216399B2 (ru) | ||
| JPH085793A (ja) | 封入物品、封入装置及びその製造方法 | |
| US4300056A (en) | Process for making protective barriers against radioactive products | |
| US4351058A (en) | Induction crucible furnace and method for its preparation | |
| JP2016509663A (ja) | 汚染されたスクラップを集約するための熔解装置 | |
| RU2486616C1 (ru) | Способ переработки твердых радиоактивных отходов | |
| US20120022311A1 (en) | Process for packaging radioactive wastes in the form of synthetic rock | |
| RU2691099C2 (ru) | Способ подготовки радиоактивной пыли к длительному хранению или захоронению и устройство для его осуществления | |
| US3983050A (en) | Method for storage of solid waste | |
| JP2001264483A (ja) | 放射性物質貯蔵設備 | |
| JP6057514B2 (ja) | 放射性廃棄物の保管容器 | |
| RU2579151C1 (ru) | Способ утилизации загрязненных радионуклидами металлических отходов | |
| JP5603527B2 (ja) | 放射性廃棄物の処理方法 | |
| Baehr | Industrial vitrification processes for high-level liquid waste solutions | |
| RU2357307C1 (ru) | Способ упаковки отработанного ядерного топлива | |
| JP6195048B2 (ja) | 放射性廃棄物を収容する箱型構造物 | |
| JP7451799B2 (ja) | 塊状金属物品の製造方法 | |
| EP0033810A1 (fr) | Procédé de réalisation de barrières de protection contre les produits radioactifs | |
| RU2459294C1 (ru) | Способ упаковки поврежденного отработавшего ядерного топлива | |
| Reimann | Technical assessment of processes to enable recycling of low-level contaminated metal waste | |
| RU2076359C1 (ru) | Способ изготовления моноблочного узла для утилизации металлических радиоактивных отходов и моноблочный узел для утилизации металлических радиоактивных отходов | |
| CN114360758A (zh) | 一种放射源源罐去污工艺 | |
| RU2268514C2 (ru) | Способ заплавления материалов и изделий | |
| Nakamura et al. | An investigation of steel plate-cast iron hybrid casting process for recycling of low level radioactive metal waste | |
| JPH03277998A (ja) | 高レベル放射性廃棄物の固化処理、貯蔵、処分に関する方法と設備 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190724 |