Способ обезвреживания радиоактивных отходов непостоянного состава
Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов. Сущность изобретения заключается в том, что образующийся в процессе плавления слой нерастворяющихся в матричном материале соединений (хальмозный остаток) диспергируют обратно в расплав, а время охлаждения гомогенизированного расплава в контейнере не должно превышать время разделения фаз. Диспергирование хальмозного остатка обратно в расплав дает возможность увеличить объемную долю заполнения радиоактивными отходами матричного материала, а охлаждение контейнера с расплавом в течение времени, не превышающего время разделения фаз, обеспечивает гомогенность конечного продукта.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОцИАлистичесних
РЕСПУБЛИН (51) G 21 F 9/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
Н ВтОЕСКОМ К СНИДП ЕЛЬСТВМ (21) 4269327/24-25 (22) 25.06.87 (46) 07.10.90. Бюп. № 37 (71} Московское научно-производственное объединение "Радон" (72) О.К.Карлина, M.È.Îæîâàí и E.È.ÒHìîôååB (53) 621 ° 039..7 (088.8) (56) Патент Бразилии ¹ 8067001, кл, Г 21 F 9/00.
EEI № 0149554, кл. С 21 F 9/16, 1985. (54) СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НЕПОСТОЯННОГО СОСТАВА (57) Изобретение относится к псреработке радиоактивных отходов, Сущность
Изобретение относится к переработке радиоактивных .отходов и преимущественно предназначено для обезврежи> вания радиоактивных отходов путем включения их в тугоплавкие стеклянные матрицы.
Целью изобретения является повьппение эффективности процесса путем увеличения степени наполнения матричного материала радиоактивными отходами непостоянного состава и исключения расхода дополнительных агентов при получении конечного продукта, подлежащего захоронению, при одновременном упрощении процесса.
Диспергирование хальмозного остатка в процессе плавления обратно в расплав позволяет включить частицы нерастворяющегося хальмозного остатка (до 147. по отношению к объему мат„„SU„„>597936 А1 изобретения заключается в том, что образующийся в процессе плавления слой нерастворяющихся в матричном материале соединений (хальмозный ос- таток} диспергируют обратно в расплав, а время охлаждения гомогенизированнсгго расплава в контейнере не должно превышать время разделения фаз, Диспергирование хальмозного остатка обратно в расплав дает возможность увеличить объемную долю заполнения радиоактивными отходами матричного материала, а охлаждение контейнера с расплавам в течение времени, не превышающего время разделения фаз, обеспечивает гомогенность конечного продукта °
1 ил. S ричного материала), т.е. увеличить объем радиоактивных отходов в конечном продукте, при этом расплав стекломассы будет в виде статической гомогенной массы. Это сказывается на улучшении свойства конечных продуктов: механической прочности, устойчивости к выщелачиванию.
Кроме того, застывшие частицы нерастворяющихся компонентов радиоактивных отходов служат стоками для радионуклидов и других компонентов отвержценных блоков с радиоактивными отходами в процессе их длительного хранения. Причем, если известные способы могут привести к значительному ухудшению свойств блоков, то и предлагаемом способе благодаря дополнительным стокам в виде застывших
I 1 капель нерастворяющихся компонентов
1597936 такая опасность отсутствует. Вынос радионуклидов из них возможен только через матрицу, окружающую частицы.
Таким образом, при включении радиоактивных отходов в стеклянную матрицу, помимо растворяющихся отходов, в матрицу дополнительно включа ется нерастворяющийся в ней хальмозный остаток, а так как он содержит радионуклиды, то объем, включаемых в стекломатрицу отходов увеличивается. Из теории известно, что объемная доля заполнения блоков нерастворяющимися компонентами не должна превы-! шать 14-167 объема, поэтому и объем ! включаемого в стекломассу хальмоэного остатка увеличивается до 14-162.
Благодаря использованию диспергирования расплава нерастворяющихся соединений достигается наиболее полное включение радиоактивных отходов в тугоплавкую матрицу. При этом не требуется введение дополнительных агентов. для восстановления сульфатов, 25 что снимает проблему очистки газа и уноса радионуклидов на данном этапе, уменьшает количество стадий процесса, сокращая время переработки, что особенно важно при обращении с радиоактивными отходами.
На чертеже приведена температурно-временная характеристика процесса.
На чертеже показаны tp — t < — время . плавления смеси матричного материала и радиоактивных отходов, время работы диспергатора, время слива гомогенизированного распла- . ва в контейнер, t Э - t < — время отжига полученного продукта, Т „„ — темпе" ратура плавления, Т цт g — температура отжига стеклоблоков, Т „ — температура хранения стеклоблоков, I — работа диспергатора, II — отжиг, III †.захоронение и хранение.
Радиоактивные отходы смешивают с матричным материалом в соотношении
40 мас.7. радиоактивных отходов, 60 мас.7 матричного материала. Смесь нагревают до температуры плавления
Тдд и выдерживают при этой температу50 .ре до образования стекломассы, затем стекломассу перемешивают, сливают в контейнер, охлаждают и отправляют на захоронение.
При плавлении матричного материа-, ла растворяющиеся в нем компоненты отходов включаются в структуру матрицы, а нерастворяющиеся компоненты образуют несмешивающийся с расплавом матричного материала слой, который может быть либо в виде шлаков (твердая фаза), либо в виде расплава солей (жидкая фаза).
При появлении несмешивающегося слоя в процессе стеклообразования (момент времени t,) в расплав погружают диспергатор, например механическую мешалку с одной или несколькими лопастями, которая, вращаясь, диспергирует в расплав слой. нерастворяющихся компонентов.
Время работы мешалки (e, — t ), скорость вращения и конструкция мешалки выбраны таким образом, чтобы размер частиц дисперсной фазы был достаточно мал (R < 0,2 мм), так как в этом случае полученная дисперсная система обладает достаточной устойчивостью и расслоение фаз не происходит за время слива расплава (время
) в контейнер. Время слива расплава (время t — t ) должно быть меньше времени разделения фаз при температуре Т - "Тя . (Т) c — — — — --,- -, pdpR ф Ч g где для стеклянной матрицы, например, при Т = 1150oC» (Т) 5,0-10,0 Па с; p = 1/3; ay= 500 кг/м ;
R = 0,2 ° 10 З м; ф = 0,1 получают
,- t >- =60 с.
В интервале времени от t5 до t контейнер, содержащий гомогениэированную массу, подвергают отжигу при
Т Т для снятия остаточных напряжений в стекле. Интервал времени
F T ci.тк
pdgR ф 1/3 g где при Т = 800 С и р (T „)
10 Па с, t з — t = 65 10 с.
После отжига (t + — t<) контейнер, охлаждают и отправляют на захоронение.
В процессе длительного хранения блоков разделение фаз не Наблюдается, так как для остывших остеклованных блоков при вязкости р(Т)
10 Па с имеют t 10 млн. лет, что обеспечивает надежное хранение радиоактивных отходов в отвержденной массе.
Пример .1. Радиоактивные отходы активностью 5,2 10 Ки/л, соХ
1597936 держащие по отношению к сухому остатку, мас.X: Na+ 25,8; К+ 0,4; Са
2,9; Mg 4 1,1; Fe 3,7: Al 0,1; щ)- 326; БО 93; РО 33; СО
5> ); SiOy 0,5; ОН 1,2; Cl 5,6, смешивают со стеклообразующими компонентами в соотношении 40 мас.7 радиоактивных отходов и 30 мас.X датолитового концентрата. Смесь расплавляют, выдерживают при температуре плавления в течение 1 ч, выделившийся на поверхности не включающийся в матрицу хальмозный слой, состояший из смеси расплавленных солей Na Полученную гомогениэированную смесь сливают в контейнер и помещают в камеру отжига и выдерживают в ней 4 ч 25 при Т = .800 С (t z — t )., далее вынимают контейнер, охлаждают и отправляют на захоронение. Испытания полученного конечного продукта показывают, скорости вьпцела- 3Р чивания Na, Cs 7, SO < на седьмые сутки 3 10 ; 1 ° 10 и 1,8 -10 r/см сут соответственно. Это свидетельствует о достаточной стойкости полученного продукта к Разрушающему деиствию о З5 ды. Пример 2. Радиоактивные отходы активностью 5,2 ° 10 Ки/л сос-5 тава, указанного в примере 1, но с содержанием сульфат-ионов, равным 4п 12 мас.X смешивают со стеклообразующими компонентами в том же соотношении, что и .в примере 1. Смесь расплавляют, выдерживают в течение 1 ч при 1150+10 С. Выде- 45 лившийся на поверхности стекломассы хальмозный слой диспергируют мешалкой в течение t — t = 7 мин при угловой скорости вращения 20 с . При этом средний размер капли дисперсной 50 фазы уменьшается до R = 0,1 мм. Полученную гомогенизированную смесь смешивают в контейнер, отжигают в печи в течение t > — t < = 4 ч при 500+ 10 С, о далее охлаждают и отправляют на захо- 55 ронение. Скорости выщелачивания Na, Cs 9, S0 из конечного продукта составляют на седьмые сутки 4 10 ; 10 и 1,2 10; г/см . сут соответственно. Таким образом, анализ экспериментальных данных показывает, что предлагаемым способом можно перерабатывать радиоактивные отходы с достаточно большим содержанием сульфатов и других соединений, не включающихся в структуру стеклянной матрицы. По степени выщелачивания радиоак тивных элементов полученный продукт удовлетворяет требованиям МАГАТЭ. Преимущество предлагаемого способа заключается в следующем: нетребо .: вательность способа к составу отходов; увеличение количества отходов, включаемых в конечный продукт за счет включения не только растворимых, но и до 14-16 oá.X компонентов нерастворимых в матричном материале; надежность фиксации радиоактивных отходов, характеризующихся меньшими скоростями выщелачивания и, следовательно, более длительными сроками безопасного хранения; упрощение технологического процесса остекловывания радиоактивных отходов непостоянного состава путем исключения опера« ций восстановления или отдельной переработки хальмозного остатка. Формула изобретения Способ обезвреживания радиоактивных отходов непостоянного состава путем включения их в матричный материал, заключающийся в смешении отходов со стеклообразующими добавками, плавлении смеси, сливе расплава в кбнтейнер, отжиге заполненного контейнера с последующим его охлаждением в захоронении, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем увеличения степени наполнения матричного материала радиоактивными отходами и упрощения процесса, выделившийся при плавлении слой нерастворяющихся соединений диспергируют обратно в расплав, а контейнер, после слива в него дисперги рованного расплава, охлаждают в течение времени, нв превышающего время разделения фаз матричного материала и нерастворяющихся компонентов. 1 59 7936 Tome 4 t5 Составитель С.Кондратенко Техред М. Ходанич Корректор Л. Бескид Редактор Н.Бобкова Заказ 3059 Тираж 353 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101
