Способ переработки радиоактивных ионообменных смол

 

Использование: переработка радиоактивных отходов, в частности ионообменных смол (ИОС), путем их цементирования. Сущность: способ включает предварительную термообработку ИОС при 350-395^oС до потери способности к набуханию в воде (потери массы около 35%), охлаждение парогазовых продуктов термообработки и смешение полученного смоло-масляного конденсата с твердым остатком ИОС, добавку глиноземистого цемента до водоцементного отношения ≈ 0,5 и отверждение в воздушно-влажных условиях в течение 28 суток. Объем отвержденных блоков равен объему исходной влажной ИОС. Техническим результатом способа является повышение степени наполнения цементных блоков по ИОС и уменьшение их объема.

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, в частности ионообменных смол (ИОС), путем их цементирования.

На отечественных АЭС для водоочистки используются катиониты КУ-2 (или КУ-2-8 ч. с.) и аниониты АВ-17 (или АВ-17-8 ч.с.), активность которых после эксплуатации достигает до 10¹⁰ Бк/л, что требует при захоронении включения их в изолирующую матрицу (Коростылев Д.П. Водный режим и обработка радиоактивных вод АЭС. М. Энергоатомиздат, 1983, с.141).

Известен способ переработки ИОС путем их смешения с цементом и водой для получения прочных (более 5 МПа) водостойких блоков (Никифоров А.С. и др. Обезвреживание ЖРО. М. Энергоатомиздат, 1985, с. 132).

Недостатком этого способа являются низкая степень наполнения цементных блоков по ИОС (не более 10% по сухой смоле даже при использовании быстротвердеющего глиноземистого цемента) и увеличение объема отходов при цементировании более чем в 2 раза.

Ближайшим аналогом является способ цементирования ИОС с предварительной их обработкой полиэфирной смолой (Buckley L.P. Speranzini R.A. Evaluation of matrices for immobilizing ion-exchang resins AECL 6971, jule 1980).

Радиоактивную ИОС осушают до 50% влажности и обрабатывают полиэфирной смолой в количестве до 33% от массы сухой ИОС, смесь перемешивают и добавляют смесь цемента и воды в соотношении 2:1, перемешивают и отверждают.

Недостатком данного способа являются низкая степень наполнения цементных блоков по ИОС (до 13% по сухой ИОС) и увеличение объема отходов при цементировании в 2 раза.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ переработки радиоактивных ИОС, позволяющий повысить степень наполнения цементных блоков по ИОС и уменьшить их объем.

Сущность заявки заключается в том, что в способе переработки радиоактивных ИОС, включающем химическую обработку жидкими полимерными смолами и последующее отверждение цементом, ИОС предварительно подвергают термообработке при 350-395^oС, а образующийся при этом сухой остаток ИОС в качестве жидкой полимерной смолы обрабатывают смоло-масляным конденсатом, полученным в процессе этой термообработки.

Способ осуществляется следующим обpазом.

Радиоактивные ИОС отфильтровывают от избытка воды, получая ИОС с 50% влажностью, и подвергают термообработке при 350-395^oС до потери способности к набуханию в воде. При этом около 35% массы ИОС переходит в конденсат, получаемый при охлаждении парогазовых продуктов термообработки. Радиоактивность конденсата в 10⁶-10⁷ раз меньше радиоактивности исходной ИОС и в нем помимо воды содержатся выделившиеся из ИОС смолы, масла и другие углеводы.

Сухой остаток ИОС смешивают со смоло-масляным конденсатом, а затем с глиноземистым цементом до получения однородного компаунда с водоцементным отношением 0,5. После тщательного перемешивания смесь оставляют для затвердевания. При этом получают блоки со степенью наполнения по сухой (исходной) ИОС до 26,5% обладающие достаточной (более 5 МПа) прочностью. При этом объем отходов в процессе переработки по сравнению с исходной ИОС практически не увеличивается.

Новизной предлагаемого способа по сравнению с прототипом является использование в качестве жидкой полимерной смолы смоло-масляного конденсата, получаемого при термообработке ИОС при 350-395^oС, что обеспечивает при последующем включении ее в глиноземистый цемент повышение степени наполнения по исходной сухой ИОС до 26,5% и снижение коэффициента изменения объема отходов при переработке до 1, что не следует явным образом из уровня техники, т.е. соответствует критерию изобретательского уровня.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Смесь ИОС, приготовленную из катионита КУ-2 в Na⁺-форме и анионита АВ-17 в Cl^--форме в объемном отношении 1:1 осушали до влажности 50% а затем подвергали термообработке при 350^oС до потери набухаемости (в течение 9 часов). 100 г сухого остатка смешивали со 150 г смоло-масляного конденсата, а затем смешивали с 300 г глиноземистого цемента и перемешивали до получения однородной массы. Через 28 суток воздушно-влажного твердения образец со степенью наполнения 26,5% (по исходной сухой ИОС) и объемом, равным объему исходной ИОС (с влажностью 50% ), обладал необходимой прочностью (более 5 МПа) и водостойкостью.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что термообработку ИОС проводили при 375^oС в течение 6 часов, отвержденные продукты имеют те же параметры.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что термообработку проводили при 395^oС в течение 4 часов, отвержденные продукты имеют те же параметры.

Пример 4. Отличается от примера 1 тем, что термообработку проводили в течение 6 часов последовательно по 2 часа при 350^oС, 375^oС и 395^oС, отвержденные продукты имеют те же параметры.

Пример 5. Отличается от примера 1 тем, что термообработку проводили при 450^oС в течение 3 часов. При этом ИОС обугливается и спекается в единую массу. Поэтому для получения цементных блоков с равномерным распределением отходов требуются предварительное дробление и измельчение спекшихся ИОС. Отвержденные продукты имеют те же параметры.

Пример 6. Отличается от примера 1 тем, что термообработку проводили при 300^oС в течение 12 часов, однако потери набухаемости не достигли. Отвержденные продукты имели недостаточную прочность (около 2 МПа) и были неводостойки.

Таким образом, проведение термообработки ИОС при температурах 350-395^oС с последующим смешением со смоло-масляным конденсатом позволяет проводить цементирование без увеличения объема отходов и повысить степень наполнения цементных блоков по ИОС в 2-2,5 раза. В то же время при температуре ниже 350^oС не достигается ликвидация набухаемости ИОС, что приводит к низкому качеству отвержденных продуктов, а при температуре свыше 395^oС происходит спекание ИОС, затрудняющее цементирование.

Способ является промышленно применимым, так как цементирование проводится на том же промышленном оборудовании, что и в базовых способах переработки ИОС (без предварительной обработки ИОС), а низкая температура термообработки (менее 400^oС) не требует в отличие от методов сжигания отходов сложной и дорогостоящей системы газоочистки.

Формула изобретения

Способ переработки радиоактивных ионообменных смол, включающий химическую обработку жидкими полимерными смолами и последующее отверждение цементом, отличающийся тем, что радиоактивные ионообменные смолы предварительно подвергают термообработке при 350 395°С, а образующийся при этом сухой остаток ионообменных смол в качестве жидкой полимерной смолы обрабатывают смоломасляным конденсатом, полученным в процессе этой термообработки.