Способ иммобилизации радиоактивных отходов, образованных отработанными ионообменными смолами

 

Использование: переработка радиоактивных отходов с целью их фиксации в устойчивой твердой фазе. Сущность изобретения: для фиксации отходов в качестве связующего используют трехкомпонентную термопластичную композицию, включающую петролатум, сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен низкого давления при определенном массовом соотношении компонентов. Процесс смешения связующего с радиактивными отходами осуществляют при 75 - 80°С. Водопоглощение полученного компаунда 3·10^-5г/см²·сут , дифференциальная скорость выщелачивания 2·10^-4г/см²·сут . 1 табл.

Изобретение относится к переработке радиоактивных отходов низкой и средней активности, в частности к способам их фиксации в устойчивой твердой фазе. Обработанные ионообменные смолы в больших количествах образуются при эксплуатации АЭС, где они используются в системах очистки [1]. Вместе с тем до настоящего времени не преодолены сложности, связанные с включением отработанных ионообменных смол в матрицы для длительного хранения. Прежде всего это связано со специфическими свойствами ионообменных смол, а именно с разрушением компаундов при контакте с водой и, следовательно, высокая степень выщелачивания радионуклидов. Известен способ иммобилизации радиоактивных ионообменных смол [2], при котором в качестве связующего использовали цемент. Цемент смешивали с ионообменными смолами и водой, образовавшееся цементное тесто заливали в емкости для хранения. Цементирование имеет следующие недостатки: невысокая степень включения ионообменных смол (10-15%), приводящая к увеличению объема компаундов, низкая механическая прочность компаундов и значительная выщелачиваемость радионуклидов. Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ битумирования радиоактивных отходов [3], в котором битум-полимерное связующее смешивали с отходами при температуре 130-160^оС. В качестве полимерных добавок использовали атактический полипропилен и латекс СКС. Недостатком известного способа является то, что при битумировании ионообменных смол происходит вспучивание и разрушение компаундов, помещенных в воду. Этот эффект приводит и к увеличению выщелачиваемости радионуклидов. Применение битум-полимерного связующего с этим видом радиоактивных отходов не улучшает характеристик компаунда. Кроме того, высокая температура битумирования, обусловленная большой вязкостью системы битум-ионообменная смола, затрудняющей перемешивание и перекачку расплавленного компаунда по трубопроводу в хранилище, приводит к уносу летучих радионуклидов в парогазовую фазу, например 1-131, что требует дополнительных затрат на газоочистку. Введение полимеров еще больше загущает компаунд. Целью изобретения является создание экологически безопасного способа переработки отработанных радиоактивных ионообменных смол, т.е. повышение водостойкости компаунда, предотвращение его вспучивания и разрушения, а также снижение уноса легколетучих радионуклидов. Поставленная цель достигается тем, что приготовление термопластичной композиции осуществляют смешиванием петролатума, полиэтилена низкого давления (ПНД) и сополимера этилена с винилацетатом (СЭВА) при температуре 130-140^оС массовове соотношение компонентов, %: петролатум 79,0-86,5, ПНД 12-18, СЭВА 1,5-3. Полученную композицию охлаждают до 75-80^оС и перемешивают с ионообменной смолой, затем разливают в емкости для хранения. Указанное соотношение компонентов выбрано для обеспечения седиментационной устойчивости компаунда в интервале 75-80^оС. Седиментационная устойчивость компаунда обеспечивается тем, что эта композиция является вязкой и структурированной системой. При использовании полимерных композиций с меньшим количеством РНД и СЭВА происходит расслаивание компаунда, при больших количествах композиция становится нетекучей. Температурный интервал выбран 75-80^оС, так как при температуре ниже 75^оС происходит резкое увеличение вязкости петролатумполимерной композиции, что делает невозможным перемешивание и разлив компаунда в емкости для хранения. При температуре выше 80^оС для обеспечения седиментационной устойчивости требуются большие количества полимеров и ухудшается водостойкость компаунда. П р и м е р. 85% расплавленного петролатума смешивают с 12% ПНД и 3% СЭВА при температуре 130-140^оС в течение 3 ч, затем композицию охлаждают до 80^оС. Вязкость этой смеси, измеренная на ротационном визкозиметре при скорости сдвига 27 2/с, составила 1850 МПа. В полученную композицию при температуре 80^оС вводили ионообменные смолы. В качестве радиоактивных отходов использовали ионообменные смолы КУ-2У и АВ-17, сорбировавшие радионуклиды 2-137, 1-131. Выделения 1-131 при температуре 80-90^оС не происходило. Полученные компаунды были испытаны на водостойкость, аналогично были испытаны петролатум-полимерные компаунды с ионообменными смолами при 90^оС (см. таблицу), в таблице приведены данные и для компаундов на основе битума. У петролатум-полимерных компаундов эффекта вспучивания не наблюдали и после выдержки в воде в течение года. Из таблицы следует, что использование предложенного способа иммобилизации отработанных смол позволяет получить компаунды, обладающие водостойкостью, превосходящей на 1,5-2 порядка битумные компаунды. Использование предложенного изобретения позволяет создать экологически безопасный способ обращения с отработанными радиоактивными ионообменными смолами, как на стадии иммобилизации, отсутствует унос легколетучих радионуклидов, так и при длительном хранении компаунда, высокая водостойкость способствует снижению выхода радионуклидов из компаунда в грунтовые воды.

Формула изобретения

СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, ОБРАЗОВАННЫХ ОТРАБОТАННЫМИ ИОНООБМЕННЫМИ СМОЛАМИ, заключающийся в приготовлении полимерной композиции, включающей полиэтилен низкого давления, использовании ее как связующего, смешении связующего с радиоактивными отходами, отличающийся тем, что, с целью повышения водостойкости компаунда, предотвращения его вспучивания и разрушения, а также снижения уноса легколетучих радионуклидов, в качестве связующего используют трехкомпонентную композицию, включающую петролатум, сополимер этилена с винилацетатом и полиэтилен низкого давления при массовом соотношении компонентов 79,0 - 86,5 : 1,5 - 3,0 : 12,0 - 18,0, и процесс смешивания осуществляют при 75 - 80^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1