Способ переработки радиоактивных отходов щелочных металлов

 

Изобретение относится к способам переработки радиоактивных отходов щелочных металлов. Целью изобретения является упрощение способа и получение продуктов, пригодных для длительного захоронения. Цель достигается тем, что расплавленные отходы щелочных металлов смешивают с цемеитом в соотношении 1:8:11, обрабатывают газовой смесью, состоящей из углекислого газа (25-35 об.ч.), водяного пара ( об. ч.), инертного газа (10-60 об.ч.), а затем пропаривают водяным паром не менее получаса. Полученный продукт охлаждают , насыщают водой до водовяжущего отношения 0,3-0,6 и после прекращения перемешивания выдерживают до отверждения . Оценка пригодности продуктов для длительного захоронения проводится по скорости вьпцелачивания отвержденных образцов. Для образцов согласно изобретению ее величина находилась в пределах 1-3 10 г/см сутки. Изобретение дает возможность получить пригодные для длительного захоронения цементные компаунды с прочностью не менее 200 кгс/см и плотностью порядка 1900-2100 кг/м. Б 1 м получаемого продукта может содержаться 140- 220 кг отходов йатрия в расчете на оксид. 3 з.п. ф-лы, 3 табл. (Л с со 4 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!Е (И) А1 (51) 5 G 21 F 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ L

) (46) 30.07. 91. Бюл. У 28 (21) 4041408/25 (22) 03.01.86 (72) К,Ф.Васильев, В.Н,Осипов, Ю.И.Симановский, С.Ю.Назаренко и С.А.Чеснокова (53) 621.039.7(088.8) (56) Патент CIA. Р 4234449, кл. С 21 F 9/28, 1980.

Авторское свидетельство СССР 1 990840, кл. С 22 В 7/00, 1983 ° (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к способам переработки радиоактивных отходов щелочных металлов. Целью изобретения является упрощение способа и получение продуктов, пригодных для длительного захоронения. Цель достигается тем, что расплавленные отходы щелочных металлов смешивают с цементом в соотношении 1:8:11, обрабатывают газовой смесью, состоящей иэ углекислого газа (25-35 об.ч.), водяного пара (1,0-10 об. ч.), инертного газа (10-60 об.ч.), a затем лропаривают водяным паром не менее получаса. Полученный продукт охлаждают, насыщают водой до водовяжущего отношения 0,3-0,6 и после прекращения перемешивания выдерживают до отверждения. Оценка пригодности продуктов для длительного захоронения проводится по скорости выщелачивания отвержденных образцов. Для образцов согласно изобретению ее величина находилась

-Х в пределах 1-3 10 г/см сутки. Изобретение дает возможность получить пригодные для длительного захоронения цементные компаунды с прочностью не менее 200 кгс/см и плотностью порядка 1900-2100 кг/м . В 1 м получаемого продукта может содержаться 140220 кг отходов йатрия в расчете на оксид. 3 з.tt. ф-лы, 3 табл.

47788 2

1

13

Изобретение относится к ядерной энергетике, где щелочные металлы используют в качестве теплоносителя, в частности на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, и может быть использовано для подготовки к захоронению различных отходов щелочных металлов.

Целью изобретения является упрощение способа переработки радиоактивных отходов и получение продукта, пригодного для длительного захоронения.

Предварительное смешение отходов щелочного металла с цементом позволяет ликвидировать причину малоэффективного протекания процесса в известном способе, обусловленное образование экрана на поверхности отходов в виде адсорбйруемых газообразных продуктов реакции — оксида углерода и водорода, что препятствует доступу углекислого газа к поверхности отходов. При смешении расплавленных отходов щелочного металла с цементом образуются легкосыпучие порошки размером частиц менее 500 мкм, в результате чего перевод щелочного металла в карбонатную или окисную формы происходит беэ осложнений.

Выбор соотношения отходов щелочного металла к цементу определен следующими причинами. Малое содержание отходов щелочного металла в получаемом цементном компаунде нецелесообразно с экономической точки зрения.

При соотношении 1:11 и водовяжущем отношении 0,6 содержание отходов в пересчете на оксид натрия составляет

6,8Х, и дальнейшее уменьшение содержания отходов щелочного металла в цементном компаунде нежелательно иэ-эа резкого увеличения объема подлежащих дальнейшему захоронению продуктов.

Увеличение содержания отходов щелочного металла в смеси с цементом до отношения 1:8 приводит к уменьшению времени схватывания до 10 мин, а при отношении 1:7 время схватывания составляет менее 5 мин, что недостаточно для формования иэделия, пригодного к захоронению.

Обработка отходов щелочного металла и цемента при перемешивании смесью углекислого газа, паров воды и инертного газа до прекращения заметного выделения оксида углерода и водорода обеспечивает перевод щелочного метал5

2П

?5

40 ла в карбонат на 85-95Х уже при полутора-двукратном избытке углекислого

rasa от стехиометрически необходимого количества. В дальнейшем скорость процесса заметно снижается. Поэтому доокисление щелочного металла целесообразно проводить при температуре

I выше 100 С водным паром в течение не менее 0,5 ч. При проведении процесса менее 0,5 ч доокисление металлического натрия происходит не до конца, а увеличение длительности про" цесса более 0,5 ч нецелесообразно.

Присутствие в продукте оксида щелочного металла в количестве менее

15 от его общего содержания не препятствует отверждению продукта. БоI лее того, при смешении продукта с водой образуется гидроксид щелочного металла, содержание которого в указанных количествах способствует увеличению прочности получаемых цементных компаундов.

При водовяжущем отношении 0,30,6 обеспечивается прочность цемент ных компаундов не менее 200 кгс/см .

Использование отношения более 0,6 снижает содержание щелочного металла в компаунде, отношение не менее 0,3 уменьшает время схватывания и затрудняет формование иэделий для захоронения.

Экспериментальная проверка различных составов газовых смесей для обработки отходов показала, что приведенный состав, если его брать ие в объемных процентах, а в объемных частях, наиболее полно обеспечивает спокойное протекание процесса при о

100-! 50 С и получение хорошо сыпучих порошков.

Сущность изобретения состоит в том, что перед обработкой расплавленные отходы смешивают с цементом в соотношении 1:8:11, а после ее окончания полученные продукты пропаривают не менее получаса, затем охлаждают, насыщают водой до водовяжущего отношения 0,3-0,6 и после прекращения перемешивания выдерживают до отверж-. дения. Обработку отходов щелочного металла, смешанных с цементом, проводят газовой смесью состава, об.ч.:

Углекислый газ 25-35

Водяной пар 1, 0-10

Инертный ras 10-60

Использование предлагаемого способа позволяет упростить способ перераФ

7788

1. Способ перарабатки рлдиаактивн11х отходов щепс «и1tx матаппас3, включающий их обработку ири и ирсрывнам перемешивании смесью уг екис31ага газа и водяного иарл 13 11иарти "й лтмс1с,ере да ирекрашсния г,ь,пепси 1я оксида углерода и вадарала, а т и и ч а юшийся тем„ чта, с цсп1.к: упрощения способа и папуч311« вЂ, ирадукта13, 50

55 пригодных дпя П закараиения„ перед обработкой отхода рлсплав134 ботки радиоактивных отходов щелочных металлов и получить продукты, пригодные для длительного захоронения.

Оценка пригодности продуктов для длительного захоронения проводи-,ся по скорости выщелачивания отвержденных образцов. Для образцов, полученных по предлагаемому способу, ее ве.личина находится в пределах 1:3

II10 г/см сутки. Известно, что скорость выщелачивания бетонных блоков с радиоактивными отходами для долговременного захоронения составляет величину порядка 10 г/м сутки.

Таким образом, способ позволяет получить продукты, пригодные дпя долговременного захоронения, Пример. Смешение расплавленного натрия марки "Ч" с цементам

"Портланд-400" (ГОСТ 965-78) проводили в атмосфере азота в течение 0,25 ч во вращающемся барабанном реакторе объемом 0,8 л. Получаемый сыпучий продукт в этом же реакторе обрабатывали смесью углекислого газа с парами воды и инертным газом при следующем соотношении компонентов, об.ч.: углекислый газ 25-35; водяной плр

0-11; азот 5-70. Анализ са тлвл атходящих газов осуществляли газовым анализатором типа ВТИ-2, После резкого снижения (практически да н-,. >-) содержания оксида углерода и водорода в отходящих газах и падения их темпе0 ратуры на 30-40 С подачу углекислого газа прекращали и продолжали обработку продукта в течение 0,25-0,5 ч парами воды при 100-15С С. После охлаждения образовавшегося сыпучего продукта да комнатной температуры ега выгружали из барабана и отбирали пробы для определения степени перевода натрия в карбанатную форму.

Расход и соотношение углекислого газа и азота определялись с помощью ротаметров РМ-А-0,063ГУЗ, количество водяных паров задавалась температурой воды, через которую блрбатиравапи глз.

Суммарный расход газовой смеси подбирали таким, чтобы за приемлемое время обеспечить не менее чем 857.-ный перевод натрия в карбаиатиую форму, не допуская при этом черезмерного (бо0„ лее 200 С) разогрева продуктов, которое сопровождается их какса13анием и снижением степени клрбанизации, Влияние состава газовой смеси на процессе карбонизациииринедена в табл.1

?5

45 ю

Полученные результаты показывают, чта использование глэа13ай смет:и с»става, об.ч.: СО 25-35; 11 0 1=10; инертный глз 10-60, абесгечивлет протекание процесса .:лрбаииэлции не менее, чем íà 85Õ зл приемлемое время с при температуре менее 200 С. В опытах же 10-15, где соотношения компонентов газовой смеси выходили за вы-: шеназванные границы, папуче11ы неудовлетворительные результаты па температуре процесса, степени клрбаиизации натрия или же времени осуществления процесса.

Наиболее характерные результаты апытан представлень1 в табл, 2 н 3 °

Из таблиц виднс, чта предпаглемьп» способ дает ваэмажиасз, папуч,т1, пригодные для длитепьиага захоронения цементные компаунды ирачиастьк3 пе менее 200 кгс/см и п.патластью порядка

1900-2100 кг/м . Па сравнению с существующим спасай и.-аст, легко реализуется на серийиа производственном оборудовании и требует иапо затрат нл осуществление, в результате чего ои может найти п1 имеие н11е дпя переработки KEEK малых (0,1-10 т), так и больших количеств рлпиалктиE3иь.х отходов щелочных металла . В 1 и получаемого продукта мажет содержаться

130-320 кг атхадаи нлгрия в расчете нл оксид. В с13язи с тем, чта в настоящее время отсутствует простой и надежн14й способ иерсвадл рлпиаактивных отходов щелочных метл11:E;!E3 Е3 Е13орМу, пригодную дпя Ппитеп1 .1ага элхарс.пе-. ния, указанные отходы храпят<.я в специальном хрлиипище в сухов инертной атмосфере при ластаяи11ай температуре и периодическом контроле. Пазтаму реализация лредпаглс 1..ага способа позволит получить .3 амати. IA "1 ко!1 1мц уес к1 и эффект.

Формула из с бр е."ения

6 1347788 ля1от н смешивают с цементом, а после 3. Способnoï. 1, отличаюее окончания полученные продукты про- шийся тем, что обработку отхопаривают не менее получаса, затем дов щелочного металла проводят гавоохлавдают, насыщают водой до вадан- 6 вой смесью состава, об.ч.: ного водовя1кущего отношения и после Углекислый ras 25-35 прекращения перемешивания вьщермива-, Водяной пар 1, 0-10 ют до отвер1кдения. Инертный res 10-60

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что отходы щелочного 1ð 4. Способ по п. 1, о т л и ч а юметалла смешивают с цементом в соот- шийся тем, что водовяиущее отноношении 1:8.111, шение равно 0,3-0,6.

>волна ° а вонповаятов г ° þîâîb снеся об.ч. оц

1ав вода авот

166 132

1О 4О

10 40

124

151

1 ВО 160

1ВВ 160

10 1О

66 эо

b5 зо

158

191

10 60

5 40

155

114

169

9) 1эг

2,0

65 зо

Ь9

152

126

2,0

10 зо

149 г,о

Ь9

126

1О эо

161 гв

128

1,5

25 го

1О

1,5

40

1О

4О

Вг

204

1зг

1,5

60

Э5

120

1г6

1,5

25 го

257

190

1,О

61 зо

1О

128

2,5

145 зо

1О

Опыт Соотношение натр и цемента в исхо ной смеси овой, ми

0„8

0,1

0,5

30

1,4

0,1

1,0

55 2,5 го г,о

79 1,О го г,о

66 2>0

58 2,5 1 11 В4

Таблица2

Содер1кание металлического натрия после обработки, Х

30, О

1347788

Т а б л и ц а 3

Содераание натрия в компаунде в расчете на оксид, Х

Плотность Плотность на сна- компаунтие, дов кгс/см :кг/м

Опыт

Соотноае ние натрия и це мента ис ходной смеси

Водовянуцее отноаение

Время схватывания, мин телень еревоа натия в арбоат, ас.й

15 1860

0,4

250

7,08

0,3

2130

8915

6 ° 79

0,6

1800

0,4.95

8,29

1910

0,3

2040

10,64

8,97

0,6

1970

0,3

1980

11,94

0,6

1850

10,07

О, 4,250

1930! 2,71

0,2

250

11,40

2230

60

0,8

1610.8,11

Составитель В.Дрыгин

Редактор Л.Лаикова Техред И.Попович Корректор M.Äeì÷èê

Заказ 3130

Производственно-полиграфическое предприятие, г.уагород, ул.Проектная, 4

1 13!2

2 1 11

3 1 11

4 1:0

5 1!8

6 1 8

7 1:7

8 1:7

9 I:6 !

О 1:8

11 138

15 250

30 212

20 230

10-12 250

22 207

4 250

5-8 202

Тирах 274 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, й-35 Рауаская наб., д. 4/5