SU1505306A1 - Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла - Google Patents

Description

(46) 0.06.92.Б1ач. 21

(21)4358998/25

(22)05.01.88

(72) КоФ. Васильрп, С.О.Нлтлрг нкп, 1.Н.Осипов и (1.А.( сиикор  (:.-) f)21 .(П9. 7(П8П.8) (56 Плтеит США 4234./4Ч, гит. G 21 F 9/2Я, 1980.

Атч1р кор cnM/iPTejibrTno № 1347788. кл. G 21 К 9/28. 1986.

Апторскпо сп1|/1РТ(11,стпо СССР if М489/ 3, кл. (; 21 К 9/28, 1987. (54) СПОСОП ПЕРТ РЛПОТКИ ГЛ. ПЮАКТИВ- 1П)1Х ОТХПДОЬ ШГ .ЛОМИОГО МК ГЛПЛЛ (57) Итобретоине отистситс  к тгунике пррорпботки рпдиолктиьных птхоцоп шелочиого металла. Целтыл н оОрсте- ни   пг.четс  умсп. мбт.им- обра- i iioiii.Hxrn njii пегер Гк ткс р/ диг тктипНЫХ полочных ЛЧрО К .Гим , Ч ЛПЧИпГ1

мета.чл рлгпгыпчтю п иисртпой лтмос- фере, CMPWun.iHvr с прментогч. Внос т

п гим-«еит пррсмппипл ии кисгюродСОДСрЖЛоиН Ci lV IHHr им  Iclfii ЛКЦЯ , ИПripHMPp пррмлиглнл клли  Ш1И диоксид млрг лицл, (шлумрпиун) смесь смппипают с р:)С1;ллРл. ;пи.ми отхпдлми, ох чаигдл- ют, доблпл ют и()ду .м:тре не

МОИРГ 0,01 И 1Д рЖИН 1К1 г и пременм, iMipn pjrqpiioi п нотоИНСМ МЛГ СИМЛЛГ.ИГМЧ рЛТМРрЛ р1 ЛКИИОИмого оОъРмп и скорости расчрг ГтрлнеМЧЯ рРЛКЦИП ОКИСЛРНИ 1, ТЛ I PVI (1ХЛЛЖ- ДЛЮТ, CTfOtinUb IKIT (; ПОДоГ , PLI/lop TUn

до о И1рр/ дР1г,и и (1:1пр 1 1 1Т 11,1 i:ixo- ронснир. ИтпПррточ ; типпсдж т спкрл- тмть (шерлщп г ммл ищг и рпанолктип- Hf.iMH продуктами, тркш р туру операции окислг и  оту.(тл(М , умеиг,ШИТЬ FtpPM.4 in.lCf F ( T MIIPp.l Т ТЧ011 обрЛРоткп Т11ЧНЫХ cTXOjiiMi И ум сш.- ninTFi oCiьp (1 iipn,iiyf гл дл  тлХОрОН1М (1Я , 1 .

с

(Л

с

ИзО реТРИ ; Г)ТНС1ГИТС.Ч к обтЫСТИ

 дериои техмик, спчтлнной с псргр- - боткой )р. отхо/юп, и может быть исгюльчоплно лл  уничтожени  от- работлниого ( О ТеIIлоНОСитеПИ АЗС с релктсрлми ил грых ирйтро- иах.

Цель изобретени  - yMeiibinc nne объема образующихс  при перерлботке отходов рлдиоЛКТИП111ЧХ щелочных л чро-- золей путем исключени  пыл гаих стадий и меиы11онич нремони Р.1сокотемпе- ратурной обрлбптки рлдиолктнвных от- ходол щелочного метлллл.

Сущность (тбл быть noiic- нена iipiiMepoM прперлботки натри  в

ОКГЛГД с ИСП 1Л - (1И л : К 1 ; ГТ11О

слп1СЛИ 1елн iUioKCiiiM млр; ; - п ч . Их вз имодсйствие oniici-тлс-т .гч |1елкписй

tNa+KnOj,,ij(VMn.

Ичмеиение ЛИРПГИМ тт ре- лкции нелико и oi рицлт ельго но г(г:рм интерпллс Tt Miit pлтур. С тлртч лч тси- п флтура проиессл (порог- .,к грч.пим) измен етс  п злииси.мосги от vc 0ri ;i смешени  в дилппопр от (: д,-, () ( Поэтом / CMei .ipbue рлгшмрчен,,1 ix отхо- доп со смесью .- -,-; г пчо;. г . м марганца полность с (етог1лснп при т( 1- пературе менее 200 С.

ел

со о

CJ5

515f)

Отношение натрим к немоту можно мен ть Б широких предрллх, одилко пр отношении, меньшем I:II,содержание иатр п в получаемом длп тл.короненич комп унде стан(1нитс  очеиь ППК1гм, во можно прерывлиие реакции окислени , а также заметно увеличивлетс  оОъем компаут1да, что делает способ 3KoHOMirtecKH пепыгодпым. При отпоше- НИЛ н три  к цементу 1:6 и Оолее пы- соком содержании натри  во никлют трудтюсти /юстиженил р Епюмерного ра нределени  натрии в оГп еме снеси, в результате чего возможно ухудшение характеристик полу гаомтлх компаундов, Кроме того, максимальйач температура смеси Р процессе окислени  ммжет превысить 800 С, что приведет к выходу щопомиых аг ро:1олей п атмосферу.

Длч полного окислени  ще;точного металла дo(:тaтoчFlo брать минимальный (1-10%) и быток окислител , необхо- Д1ГМ1 пЧ дл  к 1мпс11сации возможных ошибок дозиро ки компонентов. Колее высокий и Г ь1ток oкиcJн тeл  в смеси па- метно удорожает стоимость переработки и ухудтает характеристики получаемых компаундов. Учитыва , что на окисление 1 г натри  требуетс  по ст хиометрии менее 1 г диоксида марганца (или перманганлта кали ), то отношение цемента к окислителю также должно мен тьс  п пределах (fi-ll):l,

После смешивани  расплавленных отходов со смесью цемента с окислителем полученную массу охлаждают до комнатной температуры. Эта операци  необходима, поскольку нроцесс смещени  провод т в температурном интерпа ле 120-200 с и, если проводить окисление атри , начина  с этой температуры , в конечном итоге максимальна  температура реакционно смеси может превыснть , когда становпт- с  возможным выделение аэрозолей.

R охлажденную до ког-шатной температуры смесь добавл ют каплю поды в точку поверхности реакционного об-ьема. Опытами установлено, что минимальный объем капли, нри котором инициируетс  реакци  окислени , составл ет 0,01 мл. Кроме того, получение капли меньшего объема ограничено возможност ми дозирующих устройств . Реакци  окислени  начинаетс  и нри добавлении к реакционной смеси значительно большего количества воды , однако при этом возможно образо

5

, 5 0

0

5 О 5

0

5

панне с пыдел ющимс  водородом щелочных а:эрпг олей. Прн этом также необходимо учитывать во можность образовани  трь воонасной газовой смеси.

Врем  нротеклнн  процесса окислени  определ ете, скоростью реакпии, завис щей от многих факторов. Поскольку распространение фронта реакции (реакционной ноперхности) происходит равномерно во все стороны от точки инициировани , то соотношение максималююго размера реакционного объема 1 и скорости раснростран;м1и  реакции окислени  k позвол ют достаточно точно определить врем , н; об- xo/uiMoe дл  полного окислени  щелочного металла. В указанных диапазонах изменени  содержани  компонентов смеси обеспечиваетс  спокойное и устойчивое протекание процесса окислени , не сопропождаемое газе- и дымо- выде.тгением, а скорость реакции (распространение фронта реакцитО составл ет 10-16 мм/с.

При проведеннг процесса окислени  максимальна  температура реакционной смеси не нревылшет , а выделение в атмосферу щелочных аэрозолей становитс  возможным литпь при темперптуре выше . Это Нозвол ет уг1енычить опасность выхода в атмосферу радиоактивных аэрозолей, .избежать необходимости создани  сложных систем газоочистки и заметно улучпить условн  труда.

После окончани  реакции окислени  и охлаждени  до комнатной температуры образовавшшТс  продукт легко рассыпаетс  в порошок при 1теремешиваниИ| не содержит неокнсленного щелочного металла и готов к затворению. Поскольку oCi-iCM используемой дл  затво- рени  воды необходимо увелнчить на величину, требуемую дл  перевода окснда щелочного металла в моногид- р;1т 1-идрокс1ща но реакции

Na26- -3H40 2NaOH H/J,

то водовпжущее отноп1енне выбирают в пределах 0,,8. Образующиес  нрн этом компаунды но своим характеристикам близки к обычньи цементным компаундам , используемым дл  захоронени  радиоактивных отходов щелочного металла.

Пример. В металлический стакан емкостью 250 мл в инертгюГ; атмосфере бокса загружают г цемента

11ортл нд- |00 и 5,8 г дноксндл марганца и иеремегпппают п течение 5 мин. Помещают 5,93 г- металлического натрии в тот же стакан п начинают нагрев его содержимиро. По достижении темтгературы 120-150(; tipoin водпт смешение расплавленного илт- ри  со смесью цемента и окислител . Перемешивание  едут до полного смешени  компонентов смеси, епрг делче- мого визуаль ю по отсутствию капель натри . После этого стакан тплеклют иа нагревртел  дл  охл-тждени  до комнатной TeNfTiepaTypbi. Мнкропипеткой добавл ют каплю поды. Скорость рас- простр ие н   ачпвшейсл реакции окислени  15 мм/с, максимальна  температура процесса . Реакци  заканчиваетс  череа 3 с пслрдсгрие полного окислени  натри ,

Стакан с получ ми1ыи сыпучим про- Дуктом охлаждают и отбир-ги т прпбу дл  О11родо:ть Ни  содержаип т илтрин. /Добавл ют в смр.сь 28,6 мл РОДЫ и пе- ремешипают до одиор днои котгсистен- ции. Потер  массы получонпо(1 цемонт- ной смеси по сравнению г суммаргюй массой исходных KOMiioiitjii ron no да1г ным весового анализа согтлнл ет менее О, IX. Образоппл1пиГ1с  и ментный раствор укладынаыт п П(ип1-э1илеИ(1вые формы размером 2 «2 «2,1 см. Определение дости1 Нутой прочности образовсзв- П1ИХСЯ компаундов п ныир.чпачипасмости из них натри  производ т через 28 сут.

Аналогичные нссггедопанп  были про ве.дены дл  подтверждени  грг1Пцчиых условий реакции способа при навеске цемента 8 г, массе диоксида марганца или пермакганата кали  3,7-10,2 г массе натри  3,81-10,61 г, объеме подаваемой в реакционный тигель воды 0,01-0,2 мл. Репуль1аты исследований приведены в таблице.

При реализлпии нзнестного способа потер  массы при rlpoвe lнии процесса окислени  и последующей выдержки образовавшегос  расплава при 1100 С составл ет 2%.

Анализ представленных п таблице результатов показывает, что при отношении масс цемента и окислител  {6-11):1 и минимальном избытке окислител  (менее 10%) гго отношению к стехиометрически необходимому дл  окислени  количеству реакци  окислени  начинаетс  и при объеме капли

5 К)6

0,01 мл, floTt-pii ficfb продукта псгчт несистематич тки Т хлр чктер и пе превышают 0,17. Тольг с в :ч ыте 10 они составл ют П,2Л. Но да чтл ne-i лмчинл на поррдпк моныч потерь, ча- блюдаюищхсн в г тРСС1Ном спосс бе. При noBMUieHHorf годерж;игип окислител  (бппьтем, чем при тнспкмщи 6:1) мак10 сим льнан темпер турл прпцрссл может превышать ((мтыты 2 и 9). Прм ипзкг)м содержлччи пки1 лите.г1  (меньшем , чем при (-001 по|||р|м|и 12:1) добавление капли подм г оже1 приводить к

IS началу реак1 ии окнслр п  (опыт 7). Кроме того, при 1 гчм (orhin.i 6, 7 и 13) сод РЖ Ч Ч Р п.т 1 ри  п пилучс-и oм компаунде в пррегчет т на метал;п1чес- Kiit i cocTanJinei Mnr.Z и менее, что

20 конимичрскм ПР1Ч.1ГОДПО.

tfpo4Hon ь по.чучагммх компаупдоП If вьт1еплчпвае к)Гть из них натрп  соответствуют xnp. M.TF- pnfTnKaM компл- упдоп, П1)луч.чег1(. х п из естпстм спо25 , и есттлг(л 11т 120-170 кг/см и (П, 2-1 , I ) ц 1 О |,г /гут соотг етст- .

Игиолт.чоллчпг щ одчпжемпог о споСобл ПГр рлГчт ГКП р.Ч/ИИ ЛК 1 ПППГ Х (1Т30 xf: ;. 1и М1очпог ( М М.ч.ччл обеспсчивл- ет по грлппсник с гпмм (-;п ,.ую-- |ци; техническги пр«:пм |цг с тпл : .(ткрл- п|сние оперлпий с п -п см ми рл;: юлк- тивиымп продуктами, снижение .ivnio31 , ратуры операции окигчгнц ) щелочного метлллл, умпп.щгип pjie- мсни  ысокотемперлтурпо) обрлбо- ки радиоактивных njK.viyKT in.

0 Этп техничгск1и пргnMym fтвл позвол ют получить (гельп1.Й фект, 3 ПКЛЮЧЛН111П1ЙГЯ в -.мспьпи пии объема обрлзуктихсп при поргрлботке радиоактивных лпрстзогич и спчгчении

45 требовлн1тй к KOHCTpyKiuifninNiy мато- риллу контейнера, в котором перерабатываютс  и захорлпирлютг  отходы.

Формула и ч о б р г т г II и  

0

Способ переработки рлдиолктипнмх

отходов мелочного металла, РКПЮЧЛЮ- тий их распллплепш п инертной а- - мосфере, смеш1:ние с дпсп рс1Г1.1м неор- 5 ганпческим носителем, содер- -лщим

окислитель в стохиометрическом избытке по отпошен|1о к nrpL par nTMti.,rM отходам, и окисление с псслодхющим переводом полученных продуктом в

, удойную длп ч хоропрни , о т- личагощиЛс  тем, что, с целью уменьтенн  о ьем  обрлг укиднх- сл при переработке радиоактивных телопиых аэро олрй, п ка И гтре неорганического носител  11спол1,эутт не-- меит, а в качестве окислител  - кислородсодержащие спедииопнл млргаи- ца, причем смесь цемент.ч   окислт1те- л  берут п отиошеиии (6-11):I, сме- типают с отходами, охлаждают, добап- л ют воду п количегтпе, иепбуодимом дл  иачала реакции окислеич  (не

((M:i ,1Р 1ТРЛЬ И.Лпциеп Редакт1тр C.niin i-i ,a М,,1к

Зака:( I fV.fi /Л( П

Г11р,-|ж 224

ВНИИПИ Гпсуи Ч f ппоги KoMitjt, но и:эобретени м и открьп-и м при ГКИТ СССР

IpiM i, MocKH.i, Ж-35, Раушска  наб., д. Л/5

Проичво. к. I п. MI-; || 1л,.т1 1 ьсшй кимбинат Патент, г-Уж -прод, ул. Гагарина, 101

менее 0,01 мл), и В1.щержипак)т в течение времени , с, определ емого соотнотением

1/k,

где 1 - максимальный размер реакииои- иого объема, мм; скорость распространеиип реакции окислени , мм/с, охлаждают, смешивают с водой до необходимог о водор жущего отношени , выдержипают до отвержденип и на- пралл ют на захоронение.

k Корректор М.Пожо

Подписное

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла, включающий их расплавление в инертной атмосфере, смешение с дисперсным неорганическим носителем, содержащим окислитель в стехиометрическом избытке по отношешло к перерабатываемым отходам, и окисление с исследующим переводом полученных продуктов в форму, удобную для захоронения, о τη и чающийся тем, что, с целью уменьшения объема образующихся при переработке радиоактивных щелочных аэрозолей, п качестве неорганического носителя используют цемент, а в качестве окислителя - кислородсодержащие соединения марганца, причем смесь цемента и окислителя беруг в отношении (6-11):1, смешивают с отходами, охлаждают, добавляют воду в количестве, необходимом для начала реакции окисления (не менее 0,01 мл), и выдерживают в течение времени с, определяемого соотношением

   5 ? 1 /к, где 1 - максимальный размер реакцион кого объема, мм;

   к - скорость распространения ре10 акции окисления, мм/с, затем охлаждают, смешивают с водой до необходимого водовяжущего отношения, выдерживают до отверждения и направляют на захоронение.

   Опы т Окисли- Отношение Масса Масса Количест- Макси- Влдовя- тель массы не- окисли- натрия, во воды малклал жущее мента к тел π , г г для инн- темпера- отношение массе оки- циирова- тура слителя ния реак- процесса, НИИ, мл °C ___ _ J______ _ J ________ 1 МпО_г 8,3:1 5,8 5,93 0,02 640 0,6 2 1 » 4,7:1 10,2 10,61 0,01 820 0,6 3 6,0: ί 8,0 8.08 0,02 690 0,4 4 7,9:1 6, 1 6,29 0,0'< 640 0,6 5 — ¹ ’ — 10,9:1 4,4 4,43 0,04 640 0,4 6 12,2:1 3,9 4,07 0,20 600 0,6 7 — ^Н — 12,8:1 3,7 3,81 0,02 к— - 8 12,8:1 3.7 3,81 0,20 530 0,6 9 КМп0„ 5,1:1 9,4 9,70 0,04 810 0,6 10 _!! 6,1:1 7,7 7,91 ' 0,20 700 0,6 1 1 tl 8,0:1 6,0 6,01 0,02 650 0,8 1 2 11,2:1 4,3 4,50 0,04 620 0,6 1 3 12,4:1 3,9 3,92 0,04 560 0,4

   Соет.зритель И,Агишев