Материал для отверждения высокоактивных фторидных отходов и способ его получения

 

1. Материал для .отверждения высокоактивных фторидных отходов, включающий отработавший сорбент, отличающийся тем, что, с целью повышения химической стойкости , он дополнительно содержит оксид алюминия (), содержащий фториды продуктов деления, отработавший .поглотитель, состоящий из фтористого алюминия (AlFj), отработавший плав (NaF-LiF-CaFg) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: ; Отработавший сорбент (NaF)9-11 Оксид алюминий () содержащий фториды продуктов деления 5-25 Отработавший поглотитель (AlF)31-40 Отработавший плав (NaF-LiF-CaF2)35-45 2. Способ получения материал-а для отверждения высокоактивных фторидных отходов, заключакяцийся - в смешении ингредиентов, плавлении высокоактивных отходов и последующем их охлаждении до температуры самоi разогрева продуктов деления, отличающийся тем, что, с це (Л лью повышения химической стойкости, в предварительно расплавленный отработавший плав при вводят в указанных соотношениях отработавшие сорбент, поглотитель, затем в полученный расплав вводят оксид алюминия, содержащий фториды продуктов делеW ) ния, нагревают систему до 850-900 С 05 и вьщерживают при этой температуре в течение 1 ч до образования гомоген35 ной среды. сд -si

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (! 1) (5Ц4 G 21 F 9/28

S-25

31-40

35-45.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3615618/24-.25 (22) 04.07.83 (46) 15. 11.85. Бюл. № 42 (72) Ю.Г.Лавринович, А.П.Кириллович и N.Ï..Âoðîáåé (53) 621.039.7 (088.8) (56) Заявка Японии № 55-012447, кл. G 21 F 9/00, опублик. 1980.

Авторское свидетельство СССР

; ¹ 986217, кл. G 21 F 9/30, 1982.

1 (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОТВЕРЩЦЕНИЯ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ФТОРИДНЫХ ОТХОДОВ И СПОСОБ

ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ. (57) 1. Материал для отверждения высокоактивных фторидных отходов, включающий отработавший сорбент, отличающийся тем, что, с целью повышения химической стойкости, он дополнительно содержит оксид алюминия (Аl О ), содержащий фториды продуктов деления, отработавший поглотитель, состоящий из фтористого алюминия (A1Fз), отработавший плав (NaF-LiF-CaF ) при следующем соотнашении ингредиентов, мас.7:

Отработавший сорбент (НаР) 9-11

Оксид алюминий (Al О ), содержащий фториды продуктов деления

Отработавший поглотитель (A1F 9)

Отработавший плав (NaF-LiF-СаГ ) 2. Способ получения материала для отверждения высокоактивных фторидных отходов, заключающийся- в смешении ингредиентов, плавлении высокоактивных отходов и последующем их охлаждении до температуры саморазогрева продуктов деления, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения химической стойкости, в предварительно расплавленный отработавший плав при 800 С вводят в указанных соотношениях отработавшие сорбент, поглотитель, затем В полученный расплав вводят оксид алюминия, содержащий фториды продуктов делео ния, нагревают систему до 850-900 С и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч до образования гомогенной среды.

1136657

Остатки фторирования

Отработанный сорбент

Отработанный химпоглотитель

5-30

35-50

30-45

Изобретение относится к области переработки высокоактивных отходов, образующихся при регенерации облу.ченного ядерного топлива, преимущественно газофторидным методом. 5

Известно большое количество материалов, используемых в качестве матр*ц для фиксации твердых высокоактивных отходов с целью надежной изоляции их от окружающей среды: 10 керамика, боросиликатное стекло, базальты, стеклокерамика, цеолиты и т.п., которые получают путем смешивания с отходами, доводят до спекания в случае получения керамичес- 1 ких блоков или до плавления с последующим охлаждением расплава.

Полученные таким образом материалы, содержащие высокоактивные отхо- 20 ды, обладают существенным недостатком: содержат до 70Х минеральных добавок или металла, не являющихся отходами производства регенерационных заводов и не радиоактивных, 25 что приводит к значительному увеличению массы и объема захораниваемых высокоактивных отходов и затрат на их транспортировку и хранение.

Наиболее близким к изобретению является материал для отверждения высокоактивных фторидных отходов, включающий отработавший сорбент, представляющий собой минеральный плав, состоящий из остатков фторирования, отработавших сорбента и химпоглотителя, образующихся при регенерации облученного ядерного топлива газофторидным способом.

Остатки .фторирования представляют собой порошкообразный продукт и содержат нелетучие фториды продуктов деления, коррозии и следовые ,количества трансурановых элементов.

Сорбент в основном состоит из фтористого натрия, а химпоглотитель — из 95Х фторисного кальция н

5_#_ фтористого натрия. Известный материал содержит перечисленные компоненты в следующем соотношении, мас.X:

Способ получения материала для отверждения высокоактивных фторидных отходов заключается в смешении ингредиентов, плавлении высокоактивных отходов и последующем охлаждении до температуры саморазогрева продуктов деления

Гранулированный сорбент и химпоглотитель смешивают в укаэанном соотношении, и смесь доводится до плавления при 1000 С, затем в расплав вводят остатки фторирования, и систему выдерживают в течение

1 ч при 900-1000 С до образования гомогенной среды. Термообработку проводят в атмосфере воздуха, охлаждение расплава произвольное. Полученный таким способом плав разливают в контейнеры из нержавеющей стали и хранят в защитных хранилищах.

Недостаток известного материала и способа его получения заключается в том, что в него включены не все виды отходов, образующихся при регенерации смешанного оксидного уранплутониевого топлива реактора на быстрых нейтронах газофторидным способом (см.таблицу). Это не позволяет решить задачу комплексной переработ ки и подготовки всех высокоактивных отходов к длительному контролируемому хранению (захоронению). Кроме того, материал обладает недостаточной химической стойкостью (1,3 10

1,5 10 г/см сут), а способ его получения требует высоких температур (>900 С), что создает дополнительные проблемы в части подбора коррозионных материалов тигля — плавителя, ресурса его работы.

Целью изобретения является создав ние материала повышенной химической стойкости, пригодного для длительного контролируемого хранения, на основе порошкообраэных высокоактивных фторидных отходов, позволяющего включать в себя большее число компонентов фторидных отходов, и способа его получения.

Поставленная цель достигается тем, что материал для отверждения высокоактивных твердых фторидных отходов в регенерации топлива, содержащий отработавший сорбент, состоящий в основном из фтористого натрия с летучими фторидами продуктов деле— ния, дополнительно содержит оксид алюминия (А1 О ), содержащий фтори1136657 4 ми соображениями: в указанной облас. ти концентраций образуются камнев подобные гомогенные плавы, обладающие достаточно высокой твердостью, термической, радиационной и химичес кой стойкостью. .Увеличение содержания оксида алюминия, содержащего фториды продуктов деления, больше 25 мас.7., приводит к тому, что смесь в установленном интервале температур не образует гомогенного расплава. Уменьшение содержания оксида алюминия ниже установленного предела приводит к снижению в 2-3 раза химической .стойкости полученных плавов.

Уменьшение концентрации отработавшего плава ниже 35 мас.X и увели чение концентрации отработавших химпоглотителей больше 40 мас.% и сорбента больше 11 мас.% приводит к повышению температуры процесса и уменьшению химической стойкости получаемого материала на 2-3 порядg5 ка. Увеличение концентрации отработавшего плава больше 45 мас.% и уменьшение концентрации отработавших

J сорбента меньше 9 мас.7. и поглотителя меньше 31 мас.7. приводит к резкому снижению химической стойкости на 2-3 порядка и термической стойкости получаемого материала, что не обеспечивает безопасности его хранения и захоронения. о

Выдержка системы при 850-900 С в течение i ч обусловлена растворимостью вводимого в систему оксида алюминия. При более низких температурах снижается растворимость окси4О да алюминия, что приводит к образованию неоднородного плава, снижению вязкости плава и его химической стойкости. Верхний предел температуры продиктован зкономической целесообразностью и стойкостью конструкционных материалов ° з ды продуктов деления, отработавший поглотитель, состоящий из фтористого алюминия (A1F ), отработавший пла (NaF-LiF-CaF2) при следующем соотношении ингредиентов, мас. : отработавший сорбент NaF 9- 11, оксид алюминия AlgO, содержащий фториды продуктов деления 5-25, отработавший поглотитель A1F 31-40, отработавший плав NaF-LiF-CaF 35-45.

Цель достигается также тем, что в способе получения материала для отверждения высокоактивных фторидных отходов, заключающемся в смешении ингредиентов, плавлении высокоактивных отходов и последующем их охлаж дении до температуры саморазогрева продуктов деления, в предварительно расплавленный отработавший плав (NaF-LiF-CaF<) при температуре, не ниже- 800 С, вводят в указанных соотношениях отработавшие сорбент (NaF), поглотитель (A1F> ), затем в полученный расплав вводят оксид алюминия (AlzO>) содержащий фториды продуктов деления, нагревают систему до 850-900 С и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч до образования гомогенной среды.

Образующиеся в процессе регенерации облученного оксидного топлива высокоактивные фторидные отходы обрабатывают следующим образом.

Отработавший плав (NaF-LiF-CaF )

g в количестве 35-40 мас.7 расплавляют в тигле из никеля или нержавеющей стали при температуре не ниже 800 С.

Затем вводят 9-11 мас.% отработавшего сорбента и 31-40 мас.X отработавшего поглотителя. В полученный расплав добавляют 5-25 мас.7 оксида алюминия, содержащего фториды продуктов деления, повышают температуру до 850-900 С, и систему выдерживают в течение 1 ч до ее полной гомогенизации. Далее расплав выливают в контейнер из нержавеющей стаФ ли, закрывают крышкой и герметизируют. После охлаждения помещают в хранилище отходов. Таким способом получают камнеподобные плавы с а т. пл. 650-690 С. Плавы обладают высокой механической прочностью, негигроскопичны. Объем плава по сравнению с объемами исходной шихты 55 уменьшается в 2,5-3 раза.

Выбранные пределы количества компонентов смеси обусловлены следуюпжВыбранное время выдержки расплава в течение 1 ч при заданной температуре обеспечивает взаимное растворение всех компонентов шихты. Уменьшение его не позволит достигнуть гомогенного состояния, а увеличение не приводит к улучшению свойств . конечного продукта и поэтому из экономических соображений нецелесообразно.

Известно, что система, состоящая из 33,5 NaF — 46,5 LiF — 20 СаЕ

1136657

10

30 — 40 — 45

5 — 31 — 35 — 25

35 — 23 эквив.Х, имеет эвтектическую точку плавления 607 С. В предложенном мате= риале температура плавления отработавшего плава (NaF-LiF — (1:1)

20Х СаР ) экспериментально составила 615оС

Плавление отработавшего плава при,температуре ниже 800 С увеличивает длительность . данной операции и не достигается необходимая вязкость плава, что затрудняет дальнейшие операции, Ведение этой операции при температуре свыше 800 С нецелесообразно по экономическим соображениям и вследствие недостаточной коррозионной стойкости конструкционных материалов °

Для получения предложенного материала были приготовлены три смеси ингредиентов по 0,2 кг, содержащие каждая, мас.Х:

1. Отработавший сорбент

Отработавший поглдтитель

Отработавший плав

Оксид алюминия

II. Отработавший сорбент

Отработавший поглотитель Отработавший . плав

Оксид алюминия

III. Отработавший сорбент

Отработавший поглотитель

Отработавший плав

Оксид алюминия

В никелевом тигле при 800 С расо плавляли отработавший плав, затем в него засыпали отработавшие сорбент и поглотитель. После полного плавления смеси повышали температуру до

850 (пример I), 870 (пример II), 900 С (пример III), вводили оксид алюминия, содержащий фториды продуктов деления и выдерживали в течение

1 ч при заданных температурах в атмосфере воздуха до полной гомогенизации системы. После чего расплав выливали в металлический стакан из жаростойкой стали, где он остывал до температуры саморазогрева продуктов деления. Застывший плав извлекали и помещали в контейнер, который затем герметизировали.

Полученные камнеподобные плавы обладали высокой твердостью, термостойкостью от 650 до 690 С, плотностью 2900-3000 кг/м . Выщелачиваемость цезия — 137 из плавов в дистиллированной воде при 20 С составила 6,7 ° 10 — 5,0, 10 г/см сут.

Таким образом, получен минеральный материал, пригодный для длительного контролируемого хранения и захоронения в герметичных контейнерах из нержавеющей стали.

Полученный материал имеет высокую термовлагостойкость и плотность, что позволяет примерно в 3 раза уменьшить конечные объемы подлежащих захоронению высокоактивных твердых фторидных отходов, что приводит к существенному снижению затрат на организацию его транспортировки и хранения. Предлагаемый материал включает все виды высокоактивных твердых отходов газофторидного процесса регенерации топлива и не требует введения дополнительных неактивных наполнителей. Это, в свою очередь, позволяет снизить технологические затраты íà его получение и реализовать комплексный подход к переработке всех видов высокоактивных отходов с минимальными затратами. Плавление при темо пературе 800 С (вначале) и повышео ние температуры до 900 С в конечной стадии приводит к экономии электроэнергии, снижает коррозионное воздействие агрессивной среды на материал плавителя, увеличивая тем самым его ресурс и снижая метал лозатраты.

Полученный материал повышает радиационную безопасность при хранении отходов и-является одним из барьеров, предотвращающих попадание радионуклидов в окружающую среду.

1136657

3КЦИПц Заказ 7036/3 Тираж 407 н Я

Go висите

Филнал IIIIII Патент, г.уагород, ул.Проектная, 4