Способ подготовки радиоактивно-загрязненных поливинилхлоридных материалов к захоронению

 

Использование: обработка загрязненных радионуклидами полимерных материалов с целью уменьшения их объема для дольнейшего их захоронения. Сущность изобретения: способ подготовки радиокативно-загрязненных поливинил-хлоридных материалов к захоронению заключается в измельчении материалов до крупности 1 - 10 мм и прессовании полученной крошки при давлении 3 - 35 МПа и температуре 120 - 150^oС в течение 1 - 1,5 ч и последующем охлаждении в течение 1 - 3 ч. При таком режиме обработки загрязнение воздуха хлористым водородом составляет не более 0,1 мг/м³, а полученные полимерные блоки имеют скорость выщелачивания радионуклидов через 2 месяца менее 1 · 10^-4 г/см² в сутки.

Изобретение относится к переработке полимерных радиоактивных отходов.

Известен способ подготовки радиоактивных материалов к захоронению путем прессования [1] Недостатком данного способа является то, что у отходов из полимеров, обладающих упругой деформацией, после снятия нагрузки происходит расширение и даже разрушение полученных брикетов, поэтому обычно практикуется лишь добавка полимерных материалов к другим видам прессуемых отходов.

Известен способ подготовки радиоактивных материалов к захоронению, включающий их предварительное измельчение, что позволяет сократить объем полимерных отходов в 2-2,5 раза [2] Недостатком данного способа является высокая выщелачиваемость радионуклидов из отходов и вследствие этого необходимость захоронения их в контейнерах.

Прототипом изобретения является способ подготовки загрязненных поливинилхлоридных материалов, включающий измельчение ПВХ изделий и прессование полученной крошки при температуре 190-230^оС и давлении 9,8-39,2 МПа в течение 15-30 мин. Полученные таким образом блоки имеют скорость выщелачивания радионуклидов от 1,3 ˙10^-2 до 2,6 ˙10^-3 г/см² в сут. в начале температурного интервала и от1,4x x10^-4 до 2,05 ˙10^-5 г/см² в сут. в конце [3] Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к изобретению.

Недостатком известного способа является необходимость использования сравнительно высоких температур, что приводит к разложению ПВХ и образованию токсичного и коррозионно-агрессивного хлористого водорода (это препятствует и сжиганию этих загрязненных материалов, так как 1 кг ПВХ при термическом разложении выделяет 0,55 кг НСl) и требует сложной газоочистки.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа подготовки радиоактивно-загрязненных поливинилхлоридных материалов, позволяющего захоранивать их в земляные могильники при отсутствии газовыделения токсичных веществ в процессе прессования.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе подготовки радиоактивно-загрязненных поливинилхлоридных материалов к захоронению, включающем их измельчение, нагрев и прессование, процесс проводят при давлении 3-35 МПа и нагреве до 120-150^оС в течение 1-1,5 ч и последующем охлаждении в течение 1-3 ч.

По сравнению с известными способами переработки поливинилхлоридных отходов проведение прессования при температурах до 150^оС с предлагаемым режимом нагрева и охлаждения обеспечивает при резком снижении газовыделения хлористого водорода сохранение высокой прочности фиксации радионуклидов в блоках.

Способ осуществляется следующим образом.

Загрязненные полимерные материалы из ПВХ измельчают до крупности 1-10 мм и подвергают прессованию при давлении 3-35 МПа. При этом производят нагрев наружной поверхности до температуры не более 150^оС для низких давлений или до температуры не менее 120^оС для высоких давлений в течение соответственно 1 или 1,5 ч. Затем, не снижая давления, охлаждают до температуры 30-20^оС в течение соответственно 1 или 3 ч. При этом глубина проплавления поверхности блока составляет 8-12 мм и после снятия давления он имеет достаточную механическую прочность. Скорость выщелачивания радионуклидов из блоков после смыва поверхностной активности не превышает 1 ˙10^-4 г/см² в сут. т.е. сравнима с данными для битума, что позволяет захоранивать их в простейшие грунтовые могильники. Газовыделение в процессе прессования практически отсутствовало (скорость выделения хлористого водорода составляла менее 0,01 мг HCl/кг ПВХ в час).

П р и м е р 1. Эксплуатируемый в течение 5 лет в качестве покрытия полов поливинилхлоридный пластикат, загрязненный радионуклидами (3,6 ˙10^-5 Ки/кг Со-60; 2,5˙ 10^-5 Ки/кг Cs -137; 5,1˙ 10^-6 Ки/кг Ce-144; 8,9 ˙10^-6 Ки/кг Ru-106), измельчали до крупности 5-8 мм. Полученную крошку ПВХ прессовали с давлением 3 МПа в виде блоков по 6-7 кг (высота блока 80-90 мм, диаметр 273 мм) при нагревании поверхности прессующего устройства до 150^оС в течение 1 ч и последующем охлаждении до 25^оС в течение 1 ч. Объемная активность аэрозолей в воздухе при прессовании не превышала 1˙ 10^-14 Ки/л, что значительно ниже допустимой концентрации радионуклидов в воздухе рабочих помещений (ДК_Б по Со-60= 1,9˙ 10^-12 Ки/л, по Cs-137=5,7 ˙10^-12 Ки/л, по Се-144=7,1˙ 10^-12 Ки/л, по Ru-106=1,9 ˙10^-13 Ки/л) и менее 0,1 мг НСl при ПДК в рабочих помещениях ≈ 5 мг/м³. При выдержке полученных блоков в воде после 2 мес. скорость выщелачивания всех радионуклидов не превышала (3-5) ˙10^-5 см/сут. При нагреве прессуемого блока до 150^оС менее 1 ч или давлении менее 3 МПа поверхностный слой блока не проплавлялся, а при охлаждении менее 1 ч трескался после снятия давления.

П р и м е р 2. Отличается от примера 1 тем, что прессование проводили при 160^оС. При этом происходило термическое разложение поверхностного слоя ПВХ (заметное по его покраснению) и увеличение газовыделения хлористого водорода до величин, превышающих ПДК (более 5 мг/м³).

П р и м е р 3. Отличается от примера 1 тем, что прессование проводили с давлением 35 МПа при нагреве в течение 1,5 ч до 120^оС и охлаждении до 25^оС в течение 3 ч. Скорость выщелачивания из блока радионуклидов через 2 мес составляла (7-9)˙ 10^-5 см/сут. При нагреве прессуемого блока до 120^оС менее 1,5 ч или давлении менее 35 МПа поверхностный слой блока не проплавлялся, а при охлаждении менее 3 ч трескался после снятия давления.

П р и м е р 4. Отличается от примера 3 тем, что прессование проводили с нагревом до 110^оС, причем даже увеличение времени нагрева до 2-3 ч, а давления до 40-60 МПа не обеспечивало достаточного проплавления поверхности блока и выщелачивание радионуклидов через 2 мес составляло более 1 ˙10^-4 см/сут.

П р и м е р 5. Отличается от примера 3 тем, что прессование проводили с давлением 20 МПа при нагреве до 135^оС в течение 1,3 ч и последующем охлаждении в течение 2,5 ч. Скорость выщелачивания радионуклидов из блока через 2 мес. составляла (5-7)x x10^-5 см/сут.

Таким образом вне заявляемых пределов параметров процесса либо не достигалась прочная фиксация радионуклидов в блоке (пример 4), либо наблюдается повышенное выделение вредных веществ (пример 2). В целом же предлагаемый способ подготовки ПВХ отходов при 120-150^оС и при отсутствии опасных загрязнений (как по HCl, так и по радиоактивным аэрозолям) обеспечивает получение монолитных блоков, пригодных для захоронения в простейшие грунтовые могильники, что дает экономический эффект.

Данный способ может осуществляться на промышленных вертикальных или горизонтальных прессах, используемых на пунктах переработки радиоактивных отходов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РАДИОАКТИВНО-ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ К ЗАХОРОНЕНИЮ, включающий их измельчение и прессование в нагретом состоянии, отличающийся тем, что прессование проводят при давлении 3 35 МПа с нагревом до 120 150^oС в течение 1 1,5 ч и последующем охлаждении в течение 1 3 ч.