RU2757782C1 - Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities - Google Patents
Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757782C1 RU2757782C1 RU2021107853A RU2021107853A RU2757782C1 RU 2757782 C1 RU2757782 C1 RU 2757782C1 RU 2021107853 A RU2021107853 A RU 2021107853A RU 2021107853 A RU2021107853 A RU 2021107853A RU 2757782 C1 RU2757782 C1 RU 2757782C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gel
- water
- composition
- radioactive waste
- solution
- Prior art date
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
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/20—Disposal of liquid waste
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)
Abstract
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к способам захоронения жидких радиоактивных отходов, и может быть использовано на предприятиях, хранящих радиоактивные отходы (РАО) в хранилищах различного типа, в зонах радиационных загрязнений с потенциальным выходом компонентов РАО в окружающую среду, а также для защиты от загрязнения радиоактивными веществами подземных питьевых вод, грунтов и почв в районах хранения.The invention relates to the field of environmental protection, in particular to methods of disposal of liquid radioactive waste, and can be used at enterprises storing radioactive waste (RW) in storage facilities of various types, in areas of radiation contamination with the potential release of RW components into the environment, as well as to protect ground drinking water, soil and soil in storage areas from radioactive contamination.
На всех этапах обращения с радиоактивными отходами необходимо сводить к минимуму загрязнение окружающей среды, поэтому в настоящее время предусматриваются специальные меры обращения с ними. Самой актуальной проблемой является проблема безопасного захоронения. Используемые во время и после становления атомной отрасли методы захоронения радиоактивных отходов в России и США привели к образованию значительного количества хранилищ, не имеющих защитных барьерных систем, рекомендованных в настоящее время МАГАТЭ. Существующие подземные и наземные хранилища обусловливают риск загрязнения окружающей среды радиоактивными изотопами.At all stages of radioactive waste management, it is necessary to minimize environmental pollution, therefore, special measures for handling them are currently envisaged. The most urgent problem is the problem of safe disposal. The methods of radioactive waste disposal used during and after the formation of the nuclear industry in Russia and the United States have led to the formation of a significant number of storage facilities that do not have protective barrier systems currently recommended by the IAEA. Existing underground and surface storage facilities pose a risk of environmental contamination with radioactive isotopes.
Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами (НО РАО) получил лицензию на строительство пункта захоронения радиоактивных отходов вблизи ЗАТО Северск. Работы планируется начать в 2021 году. В Северске должны построить приповерхностный пункт захоронения жидких радиоактивных отходов. Общая мощность объекта составит около 150 тысяч кубических метров. Пункт будет использоваться для хранения отходов от текущей деятельности Сибирского химического комбината (СХК).The national operator for radioactive waste management (NO RAO) received a license for the construction of a radioactive waste disposal facility near the closed city of Seversk. Work is scheduled to begin in 2021. A near-surface disposal facility for liquid radioactive waste is to be built in Seversk. The total capacity of the facility will be about 150 thousand cubic meters. The facility will be used to store waste from the current activities of the Siberian Chemical Combine (SCC).
Известны барьерные материалы на основе глин. Глинистые материалы, благодаря их уникальным свойствам, являются чрезвычайно распространенными для применения в качестве материалов барьеров безопасности [https://www.atomic-energy.ru/articles/2020/02/13/101415].Clay-based barrier materials are known. Clay materials, due to their unique properties, are extremely common for use as materials for safety barriers [https://www.atomic-energy.ru/articles/2020/02/13/101415].
Известен метод иммобилизации радионуклидов, а также биодеструкции макрокомпонентов РАО in situ в зонах, прилегающих к хранилищам отходов, который может быть дополнительным барьером для современных хранилищ, спроектированных в соответствии с концепцией многобарьерной защиты (патент №2547812). Недостатками являются высокая стоимость используемых реагентов и носителей, а также использование штаммов, не обладающих высокой эффективностью иммобилизующих процессов.The known method of immobilization of radionuclides, as well as biodegradation of macrocomponents of radioactive waste in situ in areas adjacent to waste storage, which can be an additional barrier for modern storage, designed in accordance with the concept of multi-barrier protection (patent No. 2547812). The disadvantages are the high cost of the used reagents and carriers, as well as the use of strains that do not have a high efficiency of immobilizing processes.
Известен способ создания искусственного геохимического барьера для удержания тяжелых металлов, мигрирующих в техногенно-загрязненных потоках [Патент РФ №2050334]. На пути миграции потока создают поглотительный барьер путем бурения цепи скважин на расстоянии 4-5 м, в которые нагнетают растворы со временем гелеобразования 1-1,5 ч, формирующие гель, например щавелево-алюмосиликатный, поглощающий тяжелые металлы. Недостатком известного способа является то, что барьер частично проницаем для жидкого потока (коэффициент фильтрации 1⋅10-2-5⋅10-3 м/сут) и сорбционное насыщение происходит достаточно быстро, за 50-85 суток, что ограничивает срок действия данного барьера по своему прямому назначению.A known method of creating an artificial geochemical barrier to retain heavy metals migrating in technogenic polluted streams [RF Patent No. 2050334]. On the path of flow migration, an absorption barrier is created by drilling a chain of wells at a distance of 4-5 m, into which solutions are injected with a gelation time of 1-1.5 h, forming a gel, for example, oxal-aluminosilicate, absorbing heavy metals. The disadvantage of this method is that the barrier is partially permeable to a liquid flow (
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент РФ №2316068, который взят нами в качестве прототипа. В качестве гелеобразующего раствора используют раствор кислотного разложения пород группы ийолита - уртита, содержащий ионы алюминия, щелочных и щелочноземельных элементов и ортокремневую кислоту. Противофильтрационный барьер создают путем нагнетания в скважины гелеобразующего раствора. Образование плотного геля в поровом пространстве породы происходит за счет полимеризации ортокремневой кислоты. Время полимеризации раствора регулируется степенью разбавления раствора, величиной рН раствора и устанавливается, исходя из условий применения. Коэффициенты диффузии (Da) составляют (м2/сек): для Th - 1,4⋅10-8, 90Sr - 6,5⋅10-9, 137Cs - 7,9⋅10-10, 239Pu - 3,4⋅10-11, что соизмеримо с данными, полученными для плотных глиняных экранов. Недостатком данного решения является длительность формирования геля. При 12°С для полного формирования полимерного геля необходимо 48 часов.In terms of the technical essence and the achieved effect, the closest to the claimed technical solution is RF patent No. 2316068, which we have taken as a prototype. As a gelling solution, a solution of acid decomposition of rocks of the ijolite group - urtite, containing ions of aluminum, alkaline and alkaline earth elements and orthosilicic acid is used. An anti-filtration barrier is created by injecting a gel-forming solution into the wells. The formation of a dense gel in the pore space of the rock occurs due to the polymerization of orthosilicic acid. The polymerization time of the solution is regulated by the degree of dilution of the solution, the pH of the solution and is set based on the conditions of use. The diffusion coefficients (Da) constitute (m 2 / sec) for Th - 1,4⋅10 -8, 90 Sr - 6,5⋅10 -9, 137 Cs - 7,9⋅10 -10, 239 Pu - 3 , 4⋅10 -11 , which is comparable with the data obtained for dense clay screens. The disadvantage of this solution is the duration of the gel formation. At 12 ° C, it takes 48 hours for the polymer gel to form completely.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа формирования противофильтрационного барьера безопасности в пористом горизонте для хранилищ радиоактивных отходов с улучшенными противофильтрационными и противомиграционными свойствами.The objective of the present invention is to create a method of forming an anti-filtration safety barrier in a porous horizon for storage of radioactive waste with improved anti-filtration and anti-migration properties.
Технический результат заключается в снижении фильтрации воды в пористой среде и уменьшении миграции РАО через противофильтрационный барьер, за счет чего повышается надежность захоронения радиоактивных отходов и безопасность при эксплуатации и ликвидации наземных и подземных хранилищ РАО.The technical result consists in reducing the filtration of water in a porous medium and reducing the migration of radioactive waste through the impervious barrier, thereby increasing the reliability of disposal of radioactive waste and safety during operation and liquidation of ground and underground storage facilities for radioactive waste.
Технический результат достигается тем, что в скважины последовательно нагнетают адгезив, гелеобразующую композицию и воду одной или несколькими оторочками до получения противофильтрационного барьера.The technical result is achieved by the fact that an adhesive, a gel-forming composition and water are sequentially injected into the wells with one or more slugs until an anti-seepage barrier is obtained.
Способ отличается тем, что, в качестве адгезива используют 2.0-30.0%-ный раствор буры, в качестве гелеобразующей композиции состав при следующем содержании компонентов, мас.%:The method differs in that, as an adhesive, a 2.0-30.0% borax solution is used, as a gel-forming composition, a composition with the following content of components, wt%:
Способ отличается тем, что, в качестве адгезива используют 11.0-20.0%-ный раствор NaCl, в качестве гелеобразующей композиции состав при следующем содержании компонентов, мас.%:The method differs in that, as an adhesive, an 11.0-20.0% NaCl solution is used, as a gel-forming composition, a composition with the following content of components, wt%:
илиor
Способ отличается тем, что, в качестве адгезива используют 6.0-20.0%-ный раствор гексаметилентетрамина, в качестве гелеобразующей композиции состав при следующем содержании компонентов, мас.%:The method differs in that, as an adhesive, a 6.0-20.0% solution of hexamethylenetetramine is used, as a gel-forming composition, a composition with the following content of components, wt%:
В экспериментах используют термотропные гелеобразующие композиции на основе водорастворимых полимеров: поливинилового спирта (ПВС), метилцеллюлозы (МЦ) и неорганического гидроксополимера алюминия, способные образовывать гели при температурах 10-30°С, в которых противофильтрационные и противомиграционные свойства обеспечиваются за счет предварительной закачки адгезивов - составов для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера.In the experiments, thermotropic gel-forming compositions based on water-soluble polymers are used: polyvinyl alcohol (PVA), methylcellulose (MC) and inorganic aluminum hydroxopolymer, capable of forming gels at temperatures of 10-30 ° C, in which anti-filtration and anti-migration properties are provided due to preliminary injection of adhesives - formulations for faster gelation and fixation of the gel barrier.
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.
Фильтрационные характеристики гелеобразующих систем и гелевых экранов исследуют в термобарических условиях, моделирующих фильтрацию воды через зону аэрации в районе наземных хранилищ СХК в первом от поверхности водоносном горизонте. В модельную пористую среду закачивают маловязкие гелеобразующие композиции, которые непосредственно в пористой среде превращаются в гели по механизму гидроксополиконденсации ионов алюминия и фазовых переходов «раствор - гель» полимеров с нижней и верхней критической температурой растворения с образованием противофильтрационных барьеров. Противомиграционные свойства гелей по отношению к радионуклидам исследуют путем фильтрации водных растворов имитаторов наиболее подвижных радиоактивных загрязнителей через породу пласта с гелями. Для этого до и после образования гелей в модели породы путем закачки гелеобразующих композиций, производят закачку имитаторов радиоактивных загрязнителей, концентрацию которых определяют на выходе из модели. В качестве имитаторов используют следующие соли в виде растворов в пресной воде:The filtration characteristics of gel-forming systems and gel screens are investigated under thermobaric conditions, simulating water filtration through the aeration zone in the area of surface storage facilities of the SCC in the first aquifer from the surface. Low-viscosity gel-forming compositions are pumped into the model porous medium, which directly in the porous medium are transformed into gels by the mechanism of hydroxopolycondensation of aluminum ions and phase transitions "solution-gel" of polymers with lower and upper critical dissolution temperatures with the formation of anti-filtration barriers. The anti-migration properties of gels in relation to radionuclides are investigated by filtering aqueous solutions of simulators of the most mobile radioactive contaminants through the formation rock with gels. For this, before and after the formation of gels in the rock model by pumping gel-forming compositions, simulators of radioactive contaminants are injected, the concentration of which is determined at the exit from the model. The following salts are used as simulants in the form of solutions in fresh water:
- нитрат цезия - 0.5 мас.%, содержание цезия - 3343 мг/дм3 или 25 мг-экв/дм3;- cesium nitrate - 0.5 wt%, cesium content - 3343 mg / dm 3 or 25 mg-eq / dm 3 ;
- хлорид стронция - 0.5 мас.%, содержание стронция - 1643 мг/дм3 или 19 мг-экв/дм3.- strontium chloride - 0.5 wt.%, strontium content - 1643 mg / dm 3 or 19 mg-eq / dm 3 .
Пример 1. К 490.0 г пресной воды добавляют 10.0 г борной кислоты, затем после перемешивания к полученному раствору добавляют 500.0 г раствора ПВС с концентрацией 10.0 мас.% После тщательного перемешивания получают 1000.0 г состава, содержащего 5.0% мае ПВС, 1.0 мас.% борной кислоты и 94.0 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 20.0 г буры растворяют в 980.0 г воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 2.0 мас.% буры и 98.0 мас.% воды. Через модель из дезинтегрированного природного материала с исходной газопроницаемостью 8.958 мкм (фиг. 1) после фильтрации воды закачивают порцию имитаторов, чтобы оценить фильтрационные свойства самой породы, затем порцию 2%-ного раствора буры и снова имитаторов, чтобы оценить фильтрационные свойства породы, пропитанной раствором буры, затем закачивают Гелеобразующую композицию 1 на основе ПВС (5.0 мас.% ПВС, 1.0 мас.% борной кислоты), воду, 2%-ный раствор буры и после выдержки на гелеобразование снова закачивают имитаторы, чтобы оценить противомиграционные свойства гелевого экрана. Чередующаяся закачка в модель породы из дезинтегрированного природного материала с исходной газопроницаемостью 8.958 мкм растворов: 2%-ной буры, воды, композиции на основе ПВС, воды и снова 2%-ный раствор буры при температуре 20°С привела к созданию противофильтрационного экрана. Перепад давления при прорыве геля составил 5 атм/м, фильтрация воды через модель осуществлялась при перепаде давления 1.3 атм/м, затем наблюдалось снижение перепада давления до 0.45 атм/м, фиг. 1.Example 1. To 490.0 g of fresh water add 10.0 g of boric acid, then after stirring to the resulting solution add 500.0 g of PVA solution with a concentration of 10.0 wt.% After thorough mixing receive 1000.0 g of a composition containing 5.0 wt.% PVA, 1.0 wt.% Boric acid and 94.0 wt% water. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 20.0 g of borax is dissolved in 980.0 g of water, and after stirring, 1000.0 g of a solution is obtained containing 2.0 wt% borax and 98.0 wt% water. Through a model of disintegrated natural material with an initial gas permeability of 8.958 μm (Fig. 1), after water filtration, a portion of simulators is injected to evaluate the filtration properties of the rock itself, then a portion of a 2% borax solution and again simulators to evaluate the filtration properties of the rock impregnated with the solution borax, then gel-forming
Чередующаяся закачка в модель породы из дезинтегрированного природного материала с исходной газопроницаемостью 5.712 мкм2 при температуре 20°С растворов: 2%-ной буры, воды, композиции на основе ПВС (5.0 мас.% ПВС, 1.0 мас.% борной кислоты), воды и снова 2%-ной буры, фиг. 2, привела к созданию противофильтрационного экрана, фильтрация воды через который осуществлялась при перепаде давления 13 атм/м. Закачка еще одной оторочки композиции на основе ПВС привела к образованию практически непроницаемого экрана, фильтрация воды через который не была достигнута даже при увеличении перепада давления до 149.5 атм/м, фиг. 2.Alternate injection into the model of rock from a disintegrated natural material with an initial gas permeability of 5.712 μm 2 at a temperature of 20 ° C solutions: 2% borax, water, a composition based on PVA (5.0 wt.% PVA, 1.0 wt.% Boric acid), water and again 2% borax, fig. 2, led to the creation of an anti-filtration screen, water filtration through which was carried out at a pressure drop of 13 atm / m. Injection of another slug of the PVA-based composition led to the formation of an almost impermeable screen, water filtration through which was not achieved even with an increase in the pressure drop to 149.5 atm / m, Fig. 2.
Пример 2. В 920.0 г пресной воды с температурой 70-90°С при постоянном перемешивании помещают 10.0 г борной кислоты, затем 70.0 г поливинилового спирта и перемешивают до получения однородного раствора. Получают композицию, содержащую 7.0 мас.% поливинилового спирта, 1.0 мас.% борной кислоты и 92.0 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 300.0 г буры растворяют в 700.0 г горячей воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 30.0 мас.% буры и 70.0 мас.% воды. Для улучшения сцепления композиции на основе ПВС с породой используют предварительную пропитку породы раствором буры. Фильтрация через модель породы с исходной газопроницаемостью 6.808 мкм2 горячего 30%-ного раствора буры, а затем композиции на основе ПВС (7 мас.% ПВС, 1 мас.% борной кислоты), фиг. 3, при температуре 20°С приводит к образованию практически непроницаемого экрана, - фильтрация так и не наблюдалась при увеличении перепада давления до 17 атм/м.Example 2. In 920.0 g of fresh water with a temperature of 70-90 ° C with constant stirring is placed 10.0 g of boric acid, then 70.0 g of polyvinyl alcohol and stirred until a homogeneous solution is obtained. A composition is obtained containing 7.0 wt% polyvinyl alcohol, 1.0 wt% boric acid and 92.0 wt% water. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 300.0 g of borax is dissolved in 700.0 g of hot water, and after stirring, 1000.0 g of a solution is obtained containing 30.0 wt% borax and 70.0 wt% water. To improve the adhesion of the PVA-based composition to the rock, pre-impregnation of the rock with a borax solution is used. Filtration through a rock model with an initial gas permeability of 6.808 μm 2 of a hot 30% borax solution, and then a composition based on PVA (7 wt.% PVA, 1 wt.% Boric acid), Fig. 3, at a temperature of 20 ° C leads to the formation of an almost impenetrable screen - filtration was not observed with an increase in the pressure drop to 17 atm / m.
Пример 3. 20.0 г карбамида и 100.0 г NaCl растворяют в 380.0 г пресной воды, затем к однородному раствору добавляют 500.0 г раствора метилцеллюлозы (МЦ) с концентрацией 3.0 мас.% После тщательного перемешивания получают 1000.0 г композиции, содержащей 1.5% мае. МЦ, 2.0 мас.% карбамида, 10% NaCl и 86.5 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 110.0 г NaCl растворяют в 890.0 г воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 11.0 мас.% NaCl и 89.0 мас.% воды. Закачивают последовательно адгезив, гелеобразующую композицию и воду. Результаты измерения вязкости композиций на основе МЦ и полученных гелей показали, что сами растворы являются маловязкими, их легко можно прокачивать насосом и продвигать на достаточно большое расстояние. При образовании гелей вязкость состава увеличивается в 7,5-30,0 раз. В состав гелеобразующей композиции можно также ввести комплексоны, окислители - восстановители, соосадители, ионообменники или дисперсные наполнители, которые могут удерживать радионуклиды, то есть наделить противофильтрационный экран дополнительными защитными функциями.Example 3. 20.0 g of carbamide and 100.0 g of NaCl are dissolved in 380.0 g of fresh water, then 500.0 g of methylcellulose (MC) solution with a concentration of 3.0 wt% is added to a homogeneous solution. After thorough mixing, 1000.0 g of a composition containing 1.5 wt% is obtained. MC, 2.0 wt% carbamide, 10% NaCl, and 86.5 wt% water. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 110.0 g of NaCl is dissolved in 890.0 g of water, and after stirring, 1000.0 g of a solution is obtained containing 11.0 wt% NaCl and 89.0 wt% water. The adhesive, the gelling composition and water are pumped in successively. The results of measuring the viscosity of compositions based on MC and the resulting gels showed that the solutions themselves are low-viscosity, they can be easily pumped over with a pump and moved over a sufficiently long distance. When gels are formed, the viscosity of the composition increases by 7.5-30.0 times. Complexones, oxidizing agents - reducing agents, co-precipitating agents, ion exchangers or dispersed fillers, which can retain radionuclides, that is, endow the impervious screen with additional protective functions, can also be added to the composition of the gel-forming composition.
Пример 4. 50.0 г алюмокалиевых квасцов AlK(SO4)2⋅12H2O и 50.0 г NaCl растворяют в 400.0 г пресной воды, затем к однородному раствору добавляют 500.0 г раствора МЦ с концентрацией 2.0 мас.% После тщательного перемешивания получают 1000.0 г композиции, содержащей 1.0 мас.% МЦ, 5.0 мас.% алюмокалиевых квасцов AlK(SO4)2⋅12H2O, 5.0% NaCl и 89.0 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 110.0 г NaCl растворяют в 890.0 г воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 11.0 мас.% NaCl и 89.0 мас.% воды. В модель из дезинтегрированного природного материала с исходной газопроницаемостью 7.954 мкм закачивают адгезив, воду, затем полученную композицию на основе МЦ, воду, композицию на основе МЦ и после выдержки на гелеобразование имитаторы, чтобы оценить противомиграционные свойства гелевого экрана, (фиг. 4). При анализе проб на выходе из модели, состоящей из дезинтегрированного природного материала с проницаемостью 7.954 мкм, противофильтрационный экран, которой образован композицией на основе МЦ и алюмокалиевых квасцов, содержание катионов цезия и стронция определяли с использованием метода капиллярного электрофореза на приборе «Капель 103 Р» (производство НПФ «Люмэкс», г. С.-Петербург). Противофильтрационный гелевый барьер из гелеобразующей композиции обладает противомиграционными свойствами, сорбируя 47% ионов цезия и 71% ионов стронция.Example 4. 50.0 g of potassium alum AlK (SO 4 ) 2 ⋅12H 2 O and 50.0 g of NaCl are dissolved in 400.0 g of fresh water, then 500.0 g of MC solution with a concentration of 2.0 wt% is added to the homogeneous solution.After thorough mixing, 1000.0 g of the composition is obtained containing 1.0 wt% MC, 5.0 wt% potassium alum AlK (SO 4 ) 2 ⋅12H 2 O, 5.0% NaCl, and 89.0 wt% water. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 110.0 g of NaCl is dissolved in 890.0 g of water, and after stirring, 1000.0 g of a solution is obtained containing 11.0 wt% NaCl and 89.0 wt% water. Adhesive, water, then the resulting composition based on MC, water, composition based on MC, and after exposure to gelation, simulators are pumped into a model made of disintegrated natural material with an initial gas permeability of 7.954 μm to evaluate the anti-migration properties of the gel screen (Fig. 4). When analyzing samples at the outlet of a model consisting of a disintegrated natural material with a permeability of 7.954 μm, an anti-filtration screen formed by a composition based on MC and potassium alum, the content of cesium and strontium cations was determined using the method of capillary electrophoresis on a Kapel 103 R device ( production of NPF "Lumex", St. Petersburg). The anti-filtration gel barrier made of the gel-forming composition has anti-migration properties, absorbing 47% of cesium ions and 71% of strontium ions.
Пример 5. 60.0 г гидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ-30 и 80.0 г карбамида растворяют в 360.0 г пресной воды, тщательно перемешивают до получения 500.0 г однородного раствора, содержащего 12.0 мас.% гидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ-30, 16.0 мас.% карбамида и 72.0 мас.% воды. К 440.0 г воды добавляют 60.0 г гексаметилентетрамина. После перемешивания получают 500.0 г раствора, содержащего 12.0% мае. гексаметилентетрамина и 88.0 мас.% воды. При смешении приготовленных растворов получают 1000.0 г композиции, содержащей 6.0 мас.% гидроксохлорида алюминия АКВА-АУРАТ-30, 8.0 мас.% карбамида, 6.0 мас.% гексаметилентетрамина и 80.0 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 200.0 г гексаметилентетрамина растворяют в 800.0 г воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 20.0 мас.% гексаметилентетрамина и 80.0 мас.% воды. Закачивают поочередно в модель породы из дезинтегрированного природного материала адгезив, гелеобразующую композицию на основе соли алюминия и воду двумя оторочками до получения противофильтрационного барьера.Example 5. 60.0 g of aluminum hydroxychloride AQUA-AURAT-30 and 80.0 g of carbamide are dissolved in 360.0 g of fresh water, thoroughly mixed to obtain 500.0 g of a homogeneous solution containing 12.0 wt.% Aluminum hydroxochloride AQUA-AURAT-30, 16.0 wt.% Carbamide and 72.0 wt% water. To 440.0 g of water add 60.0 g of hexamethylenetetramine. After stirring, 500.0 g of a solution containing 12.0 wt% is obtained. hexamethylenetetramine and 88.0 wt% water. By mixing the prepared solutions, 1000.0 g of a composition containing 6.0 wt% AQUA-AURAT-30 aluminum hydroxychloride, 8.0 wt% carbamide, 6.0 wt% hexamethylenetetramine, and 80.0 wt% water are obtained. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 200.0 g of hexamethylenetetramine is dissolved in 800.0 g of water, and after stirring, 1000.0 g of a solution is obtained containing 20.0 wt% of hexamethylenetetramine and 80.0 wt% of water. An adhesive, a gel-forming composition based on an aluminum salt and water are alternately pumped into the rock model from a disintegrated natural material with two fringes until an anti-filtration barrier is obtained.
Пример 6. 72.0 г AlCl3⋅6Н2О и 160.0 г карбамида растворяют в 268.0 г пресной воды, тщательно перемешивают до получения 500.0 г однородного раствора, содержащего 14.4 мас.% AlCl3⋅6Н2О, 32.0 мас.% карбамида и 53.6 мас.% воды. К 440.0 г воды добавляют 60.0 г гексаметилентетрамина. После перемешивания получают 500.0 г раствора, содержащего 12.0 мас.% гексаметилентетрамина и 88.0 мас.% воды. При смешении приготовленных растворов получают 1000.0 г композиции, содержащей 7.2 мас.% AlCl3⋅6Н2О, 16.0 мас.% карбамида, 6.0 мас.% гексаметилентетрамина и 70.8 мас.% воды. Адгезив - состав для более быстрого гелеобразования и фиксирования гелевого барьера готовят следующим образом: 200.0 г гексаметилентетрамина растворяют в 800.0 г воды и после перемешивания получают 1000.0 г раствора, содержащего 20.0 мас.% гексаметилентетрамина и 80.0 мас.% воды. Чередующаяся закачка в модель породы из дезинтегрированного природного материала адгезива, гелеобразующей композиции на основе соли алюминия и воды одной оторочкой приводит к получению противофильтрационного барьера.Example 6. 72.0 g of AlCl 3 ⋅6H 2 O and 160.0 g of carbamide are dissolved in 268.0 g of fresh water, thoroughly mixed to obtain 500.0 g of a homogeneous solution containing 14.4 wt% AlCl 3 ⋅6H 2 O, 32.0 wt% of carbamide and 53.6 wt% water. To 440.0 g of water add 60.0 g of hexamethylenetetramine. After stirring, 500.0 g of a solution is obtained containing 12.0 wt% hexamethylenetetramine and 88.0 wt% water. By mixing the prepared solutions, 1000.0 g of a composition is obtained containing 7.2 wt% AlCl 3 ⋅6H 2 O, 16.0 wt% carbamide, 6.0 wt% hexamethylenetetramine, and 70.8 wt% water. An adhesive - a composition for faster gelation and fixation of the gel barrier is prepared as follows: 200.0 g of hexamethylenetetramine is dissolved in 800.0 g of water, and after stirring, 1000.0 g of a solution containing 20.0 wt% of hexamethylenetetramine and 80.0 wt% of water is obtained. Alternating injection into the rock model from a disintegrated natural material of an adhesive, a gel-forming composition based on an aluminum salt and water with one slug leads to the formation of an anti-seepage barrier.
В таблице (в графической части) приведены свойства гелеобразующих композиций, которые использовали для создания противофильтрационных экранов в колонках из природного материала, моделирующих породу в зоне аэрации в районе наземных хранилищ СХК в первом от поверхности водоносном горизонте. Все композиции являются маловязкими: вязкость композиции на основе поливинилового спирта с концентрацией ПВС 5.0 мас.% составляет 36.0-45.0 мПа⋅с, с концентрацией ПВС 7.0 мас.% - 96.0-140.0 мПа⋅с; вязкость композиций на основе водорастворимого полимера метилцеллюлозы МЦ находится в пределах 26.5-54.4 мПа⋅с; вязкость композиции на основе солей алюминия (1.4-1.6 мПа⋅с) сравнима с вязкостью воды. Составы гелеобразующих композиций подобраны так, чтобы при температуре 16-24°С через определенное время они образовывали гели непосредственно в модели пласта. Вязкость самих гелей (без породы) находится в интервале от 120 до 1045 мПа⋅с.The table (in the graphical part) shows the properties of the gel-forming compositions that were used to create impervious screens in columns made of natural material that simulate the rock in the aeration zone in the area of ground storage facilities of the Siberian Chemical Combine in the first aquifer from the surface. All compositions are low-viscosity: the viscosity of the composition based on polyvinyl alcohol with a PVA concentration of 5.0 wt% is 36.0-45.0 mPa⋅s, with a PVA concentration of 7.0 wt% - 96.0-140.0 mPa⋅s; the viscosity of compositions based on a water-soluble polymer of methylcellulose MC is in the range of 26.5-54.4 mPa⋅s; the viscosity of the composition based on aluminum salts (1.4-1.6 mPa⋅s) is comparable to the viscosity of water. The compositions of the gel-forming compositions are selected so that at a temperature of 16-24 ° C after a certain time they form gels directly in the formation model. The viscosity of the gels themselves (without rock) is in the range from 120 to 1045 mPa · s.
Прочностные свойства противофильтрационных экранов характеризуются их упругостью. Исследована упругость гелей без грунта и с грунтом в соотношении грунт : гелеобразующая композиция 2:1, (таблица). Упругость гелей с грунтом увеличивается по сравнению с упругостью самих гелей (без грунта) в 8-26 раз.The strength properties of impervious screens are characterized by their elasticity. The elasticity of gels without soil and with soil was studied in the ratio soil: gel-forming composition 2: 1 (table). The elasticity of gels with soil increases in comparison with the elasticity of the gels themselves (without soil) by 8-26 times.
Предлагаемые композиции при закачке в скважины образуют объемный гель с высокими реологическими характеристиками, упругость которого с течением времени остается постоянной, гели безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды, являются эффективным тампонирующим средством, значительно снижающим фильтрацию воды в пористой среде. Все исходные композиции являются маловязкими. Составы гелеобразующих композиций подобраны так, чтобы при температуре 16-25°С через определенное время они образуют гели непосредственно в пласте. Варьируя концентрацию компонентов гелеобразующей композиции, величину и количество оторочек, последовательность закачки композиции, воды и реагентов, влияющих на скорость гелеобразования и сцепление геля с породой, можно создать противофильтрационный экран с определенными свойствами.The proposed compositions, when pumped into wells, form a bulk gel with high rheological characteristics, the elasticity of which remains constant over time, the gels are harmless to humans and environmentally friendly, they are an effective plugging agent that significantly reduces water filtration in a porous medium. All original compositions are low-viscosity. The compositions of the gel-forming compositions are selected so that at a temperature of 16-25 ° C after a certain time they form gels directly in the formation. By varying the concentration of the components of the gel-forming composition, the size and number of rims, the sequence of injection of the composition, water and reagents affecting the rate of gelation and adhesion of the gel to the rock, it is possible to create an anti-filtration screen with certain properties.
Таким образом, противофильтрационные и противомиграционные свойства образующихся гелевых экранов можно регулировать количеством закачиваемого гелеобразующего раствора, концентрацией компонентов композиций, числом и последовательностью оторочек и различными технологическими приемами, модифицирующими поверхность породы.Thus, the anti-filtration and anti-migration properties of the formed gel screens can be controlled by the amount of the injected gel-forming solution, the concentration of the components of the compositions, the number and sequence of rims, and various technological methods that modify the surface of the rock.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107853A RU2757782C1 (en) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107853A RU2757782C1 (en) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757782C1 true RU2757782C1 (en) | 2021-10-21 |
Family
ID=78289506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021107853A RU2757782C1 (en) | 2021-03-23 | 2021-03-23 | Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757782C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2289652C2 (en) * | 2004-10-25 | 2006-12-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (закрытое акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ЗАО) | Composition to provide low temperature ground and rock water-tightness |
JP2007319732A (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Shimizu Corp | Gap filling material and water-shielding method |
RU2316068C1 (en) * | 2006-03-16 | 2008-01-27 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | Method for protecting natural waters against radioactive and toxic materials escaping from liquid waste stores |
RU2342484C1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-12-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" | Metod of manufacturing of water-proof screen in soil materials of elements of hydraulic engineering construction |
RU2568452C1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) | Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion |
-
2021
- 2021-03-23 RU RU2021107853A patent/RU2757782C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2289652C2 (en) * | 2004-10-25 | 2006-12-20 | Акционерная компания "АЛРОСА" (закрытое акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ЗАО) | Composition to provide low temperature ground and rock water-tightness |
RU2316068C1 (en) * | 2006-03-16 | 2008-01-27 | Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук | Method for protecting natural waters against radioactive and toxic materials escaping from liquid waste stores |
JP2007319732A (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Shimizu Corp | Gap filling material and water-shielding method |
RU2342484C1 (en) * | 2007-05-15 | 2008-12-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева" | Metod of manufacturing of water-proof screen in soil materials of elements of hydraulic engineering construction |
RU2568452C1 (en) * | 2014-09-16 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН) | Method to seal anti-filtration screen under water reservoir after pit depletion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Parker et al. | Environmental interactions of clays: clays and the environment | |
De Pourcq et al. | A clay permeable reactive barrier to remove Cs-137 from groundwater: column experiments | |
Liu et al. | Review of gel systems for CO2 geological storage leakage and conformance control for enhanced oil recovery: Mechanisms, recent advances, and future perspectives | |
Das et al. | Imbibition of mixed-charge surfactant fluids in shale fractures | |
Vafaie et al. | Chemo-hydro-mechanical effects of CO2 injection on reservoir and seal rocks: A review on laboratory experiments | |
Ruiz et al. | Improvement of attenuation functions of a clayey sandstone for landfill leachate containment by bentonite addition | |
Madsen et al. | Chemical effects on clay farbric and hydraulic conductivity | |
RU2757782C1 (en) | Method for forming an anti-filtration barrier for radioactive waste storage facilities | |
Fröhlich et al. | Sorption of Am (III) on clays and clay minerals: A review | |
Kosakowski et al. | Geochemical evolution of the L/ILW near-field | |
Amadi et al. | Performance of cement kiln dust in stabilizing lateritic soil contaminated with organic chemicals | |
Brown et al. | Effect of organic chemicals on clay liner permeability | |
Westsik et al. | Permeability, swelling and radionuclide retardation properties of candidate backfill materials | |
Mukhopadhyay et al. | Laboratory investigations of compatibility of the Kuwait Group aquifer, Kuwait, with possible injection waters | |
Moridis et al. | A field test of permeation grouting in heterogenous soils using a new generation of barrier liquids | |
Dolder et al. | Alteration of MX-80 bentonite backfill material by high-pH cementitious fluids under lithostatic conditions–an experimental approach using core infiltration techniques | |
Schwartz et al. | Semi-passive oxidation-based approaches for control of large, dilute groundwater plumes of chlorinated ethylenes | |
Peng | Overview of CO 2 Leakage Problems and Sealants for CO 2 Leakage Remediation | |
Hower et al. | Compatibility of injection fluids with reservoir components | |
Lee et al. | Wetting and swelling behaviors of unsaturated compacted Korean Ca-bentonite in contact with a cement-equilibrated fluid | |
Sobolev et al. | 39-years performance of cemented radioactive waste in a mound type repository | |
RU2316068C1 (en) | Method for protecting natural waters against radioactive and toxic materials escaping from liquid waste stores | |
Schwehr et al. | 129 Iodine: A new hydrologic tracer for aquifer recharge conditions influenced by river flow rate and evapotranspiration | |
Anderson | Smectite alteration | |
Mallants et al. | Parameter values used in the performance assessment of the disposal of low level radioactive waste at the nuclear zone Mol-Dessel |