Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии отверждения жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: жидкие радиоактивные отходы подготавливают, смешивают с флюсующими добавками для изготовления блоков из фосфатного стекла, концентрируют, нагревают, осуществляют плавление смеси, сливают расплав в емкости, охлаждают и формируют блоки. При этом концентрирование осуществляют упариванием отходов в непрерывном потоке при 110-160^oС, а плавление проводят при 1000-1800^oС при непосредственном воздействии индукционного поля частотой 0,3÷1,8 МГц. Устройство для отверждения жидких радиоактивных отходов включает емкость для жидких радиоактивных отходов 1, емкость с флюсующими добавками 2, аппарат концентрирования, состоящий из цилиндрического корпуса 5, спирального трубчатого змеевика 6 и цилиндрического сепаратора 7. Узел плавления включает переходник-смеситель 8, металлический плавитель 9, сливной узел 11 и перегородку 12. В узел газоочистки входят конденсатор паров воды и кислоты 16, нейтрализатор окислов азота 18 и фильтры грубой и тонкой очистки газа 17. Устройство также снабжено генератором теплоносителя 19, вакуумнасосом 20, автоматически регулируемыми вентилями 21 и дистанционными разъемами 22. Преимущество изобретения заключается в том, что оно обеспечивает экологически безопасное хранение радиоактивных веществ в течение длительного времени. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к технологии отверждения жидких радиоактивных отходов, которые образуются при регенерации отработавшего ядерного топлива, а также при проведении других радиохимических и металлургических процессов.

Обеспечение жизни человека в экологически безопасной окружающей среде невозможно без решения проблемы обезвреживания жидких радиоактивных отходов (далее ЖРО), образующихся в процессе переработки ядерного топлива. Одной из главных задач является значительное уменьшение объемов (концентрирование) РАО, а также перевод их в форму, удобную для надежного длительного хранения (500-1000 лет), в течение которых происходит распад радиоактивных изотопов. Так при переработке облученного ядерного топлива образуются ЖРО, содержащие компоненты различных технологических растворов и продукты коррозии технологических аппаратов, содержащие радионуклиды - осколки деления, остатки ядерного топлива и трансурановые элементы. В настоящее время основное количество ЖРО накапливается и хранится в специальных емкостях-хранилищах и только небольшая часть ЖРО остекловывается.

Хранение радиоактивных отходов без переработки не соответствует современным требованиям экологической безопасности и является возможным источником техногенных радиационных аварий. Перевод ЖРО в компактные твердые формы, пригодные для транспортировки, хранения и захоронения, существенно уменьшат этот риск.

В качестве матриц для включения высокоактивных отходов известен большой спектр высокотемпературных композиций, включающий стеклоподобные и кристаллические материалы.

Известен способ отверждения ЖРО, включающий их выпаривание до 40-80% остаточной влаги, смешивание с глинистым веществом, содержащим цемент, формование смеси, сушку гранул при 150^oС, кальцинацию при 800^oС и обжиг при 1400^oС в течение 10-20 часов с получением вещества типа керамики (патент ФРГ 2726087, кл. В 03 В 9/06, 1978 г.). Известный способ не позволяет получить высокорадиоактивные отходы (далее ВАО) в достаточно химически устойчивой и механически прочной матрице.

Известен способ отверждения жидких высокоактивных отходов, включающий выпаривание жидких ВАО, направление в распылительную сушилку до получения порошкообразного материала, далее прокаливание в печи до разложения азотной кислоты, остекловывание в плавильной камере печи.

Здесь же приведена установка для осуществления данного способа, которая состоит из сборника ЖРО, расходного бака, выпарного аппарата, распылительной сушилки, обжигательной и плавильной камер, объединенных в единый блок. (Заявка Японии 60-24440, кл. G 21 F 9/16, опубл. 12.06.85).

Способ, описанный в этом патенте, является наиболее близким к заявленному и выбран в качестве прототипа. Недостатком данного способа является то, что используемый выпарной аппарат корпусного типа не позволяет обеспечить глубокое концентрированно, для чего авторы вынуждены применить дополнительный аппарат - распылительную сушилку. Кроме того, используемый плавитель корпусного типа имеет весьма ограниченный ресурс вследствие прямого контакта агрессивного расплава с материалом плавителя.

Известно устройство для остекловывания радиоактивных отходов, содержащих ионообменные смолы, включающее емкость для ЖРО, емкость аппарата обезвоживания, аппарат обезвоживания, соединенный с сепаратором и конденсатором, емкость-смеситель, соединенную с аппаратом обезвоживания, емкостью со стеклообразователями и емкостью ЖРО (патент РФ 2115182, кл. G 21 F 9/16, опубл. 09.09.1997). Емкость-смеситель соединена с емкостью-накопителем, которая через вихревой аппарат соединена с индукционной печью для получения остеклованной массы. Индукционная печь содержит "холодный" тигель с подвижным индуктором. Сливное устройство состоит из сливной трубки с водоохлаждаемой рубашкой, верхней крышки и водоохлаждаемого сливного затвора. При этом водоохлаждаемая рубашка сливной трубки встроена в корпус холодного тигля. Выход печи соединен последовательно с системой фильтрации, конденсатором системы фильтрации, емкостью системы фильтрации, абсорбционной установкой, подогревателем, каталитическим реактором и конденсатором каталитического реактора.

Недостатком известного устройства является то, что по конструктивному оформлению оно предназначено для обработки средне- и низкоактивных отходов и не может быть применено для высокоактивных отходов, поскольку большинство аппаратов (емкость для ЖРО, емкость аппарата обезвоживания, аппарат обезвоживания, емкость гетерогенных ЖРО, дозатор гетерогенных ЖРО, емкость-накопитель, питатель) оборудована электродвигателями, которые быстро разрушаются в полях излучения, создаваемых ВАО. В условиях работы с ВАО все оборудование в случае неисправности должно быть заменяемо дистанционно, что известное устройство не обеспечивает. Кроме того, недостатками известного устройства являются высокая остаточная влажность получаемого концентрата и периодичность операции концентрирования, что снижает общую производительность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для остекловывания ЖРО, включающее емкость гомогенных ЖРО, емкость добавок, емкость-смеситель, снабженную дозатором, аппарат обезвоживания (роторный кальцинатор), емкость-пылесборник, емкость со стеклообразователем, шлюзовый дозатор стеклообразователей, металлический тигель с неподвижным индуктором, имеющий донный сливной патрубок, снабженный охлаждающей рубашкой и собственным индуктором, а также узел обезвреживания отходящих газов, включающий устройство-обеспыливатель, конденсатор системы фильтрации, емкость конденсатора системы фильтрации и газоочистку (А.С. Никифоров, В.В. Куличенко, М.И. Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 85, 93, 94).

Известное устройство работает следующим образом.

ЖРО из емкости гомогенных ЖРО, а также добавки для кальцинации подают в емкость-смеситель, снабженную дозатором, откуда полученную смесь подают в аппарат обезвоживания, состоящий из вращающейся трубы, внутри которой имеется устройство для измельчения твердого кальцината. Аппарат обезвоживания обогревается печью сопротивления, разделенной на четыре зоны. Отходящие газы из аппарата обезвоживания направляют в устройство-обеспыливатель, где выделенную из газа пыль собирают в емкость-пылесборник и направляют в емкость-смеситель. Обеспыленные отходящие газы направляют в конденсатор системы фильтрации и в систему фильтрации газов и выпускают в атмосферу. Конденсат из конденсатора системы фильтрации собирают в емкость конденсатора системы фильтрации и направляют в емкости гомогенных ЖРО. Стеклообразователи из емкости со стеклообразователями с помощью шлюзового дозатора подают совместно с кальцинатом ЖРО, выходящим из аппарата обезвоживания, в металлический тигель с неподвижным индуктором. Первую порцию кальцината ЖРО и стеклообразователей используют для создания стартового расплава в металлическом тигле, после чего на поверхность расплава подают последующие порции кальцината ЖРО и стеклообразователей, а отходящие газы из металлического тигля направляют в аппарат обезвоживания. Слив расплава готового радиоактивного стекла, получаемого при 1100-1150^oС, осуществляют периодически после накопления в тигле 120 кг стекла через донный сливной патрубок. Для обеспечения надежности слива последний проводят при включенном индукторе донного сливного патрубка. В конце слива после того, как в тигле остается примерно 5 кг стеклорасплава, индуктор донного сливного патрубка выключают и подают воду в охлаждающую рубашку донного сливного патрубка, за счет чего происходит образование стеклопробки, и единичный цикл остекловывания ЖРО заканчивают, после чего вышеописанный цикл повторяют.

Недостатками известного устройства являются повышенная опасность радиоактивного загрязнения из-за сложности и недостаточной надежности аппаратуры, работающей в условиях интенсивного радиационного излучения, а также применение громоздкой и сложной аппаратуры для обезвоживания ЖРО и использование плавителя с нагревом расплава от его стенки, которая (вследствие прямого контакта с расплавом) быстро корродирует. Кроме того, устройство имеет низкую производительность за счет возврата конденсата из системы очистки газов в емкости исходного раствора для повторной переработки, а также вследствие отсутствия перемешивания расплава в тигле и периодичности процесса плавки. В известном устройстве отсутствуют условия дистанционной замены выработавших ресурс загрязненных аппаратов.

Техническая задача изобретения заключается в создании способа отверждения ЖРО различного состава, пригодного для дистанционного изготовления стекло- и минералоподобных блоков, обеспечивающих экологически безопасное хранение радиоактивных веществ в течение длительного времени. Техническая задача изобретения заключается также в создании высокопроизводительной, экономичной, малогабаритной аппаратуры с повышенным ресурсом и с дистанционно демонтируемыми и заменяемыми модулями.

Эта задача решается тем, что в заявляемом способе отверждения жидких радиоактивных отходов, включающем их подготовку, концентрирование и смешивание с флюсующими добавками, нагрев полученной смеси, плавление, слив расплава в емкости, охлаждение расплава и формирование блоков, концентрирование осуществляют упариванием ЖРО в непрерывном потоке при температуре 110-160^oС, а плавление проводят при температуре 1000-1800^oС при непосредственном воздействии индукционного поля частотой 0,3-1,8 МГц на расплав.

В частности, техническая задача решается тем, что при изготовлении блоков из фосфатного стекла смешивание отходов с флюсующими добавками осуществляют перед стадией концентрирования.

В частности, техническая задача решается тем, что плавление смеси ведут при вязкости расплава от 20 до 80 дПа•с и электросопротивление расплава от 0,1 до 1,5 Ом/см.

Поставленная задача решается также тем, что в реализуемом устройстве для отверждения жидких радиоактивных отходов (включающем емкость для жидких радиоактивных отходов, аппарат концентрирования, индукционный плавитель, снабженный сливным узлом, емкость с флюсующими добавками, снабженную дозатором, смеситель, узел очистки отходящих газов, систему трубопроводов и арматуры), аппарат концентрирования выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого коаксиально расположен цилиндрический сепаратор, между сепаратором и корпусом расположен спиральный трубчатый змеевик, один конец которого сообщен с емкостью жидких радиоактивных отходов, а другой - с сепаратором, сепаратор сообщен в верхней части с узлом очистки отходящих газов, индукционный плавитель выполнен в виде водоохлаждаемого тигля с прозрачными для переменного электромагнитного поля боковыми стенками и дном и через смеситель сообщен с аппаратом концентрирования и дозатором флюса.

В частности, техническая задача решается тем, что трубчатый змеевик выполнен из двух соединенных между собой в верхней части трубчатых спиральных секций - восходящей, сообщающейся с емкостью радиоактивных отходов, и нисходящей, сообщающейся с сепаратором.

В частности, техническая задача решается тем, что внутренний диаметр трубчатого змеевика выбирается из следующего соотношения: d=k•Q•10^-2, где d - диаметр змеевика в см, k - коэффициент 0,15-0,3, Q - производительность устройства по исходному раствору в л/ч.

В частности, техническая задача решается тем, что боковые стенки и дно корпуса водоохлаждаемого тигля состоят из набора параллельных трубок водяного охлаждения, герметизированных коррозионностойкой диэлектрической керамикой.

В частности, техническая задача решается тем, что расстояние между противоположными стенками тигля выбирают от 0,21 до 0,55 м.

В частности, техническая задача решается тем, что аппарат концентрирования и индукционный плавитель выполнены в виде дистанционно демонтируемых и заменяемых модулей.

Проведение процесса концентрирования ЖРО путем упаривания в непрерывном потоке при температуре 110-160^oС в испарителе позволяет интенсифицировать теплообмен, увеличить производительность устройства за счет более быстрого обезвоживания раствора за один проход через аппарат. Концентрирование ЖРО в прямоточном испарителе позволяет получить концентрат в виде плава с влажностью менее 20%.

Проведение процесса плавления при температуре 1000-1800^oС позволяет получать блоки любых стеклоподобных и кристаллических материалов с высокой химической стойкостью, способных удерживать радионуклиды длительное время в условиях захоронения.

Проведение процесса плавления при непосредственном воздействии индукционного поля на расплав с частотой 0,3-1,8 МГц позволяет осуществлять взаимодействие индукционного поля с расплавом в оптимальном режиме при минимальных затратах электроэнергии и времени. Проведение процесса при частоте индукционного поля ниже 0,3 МГц не позволяет выделить тепловую энергию, необходимую для расплавления исходного материала. Проведение процесса при частоте выше 1,8 МГц приводит к неоправданно большим затратам электроэнергии и как следствие этого к удорожанию конечной продукции.

Проведение процесса плавления при вязкости расплава от 20 до 80 дПа•с обеспечивает электродинамическое перемешивание расплава в тигле и тем самым сокращает время процесса и увеличивает производительность. При вязкости расплава менее 20 дПа•с резко увеличивается летучесть и унос радионуклидов, уменьшается толщина слоя гарнисажа на стенках тигля, что является нежелательным. При вязкости расплава более 80 дПа•с практически прекращается электродинамическое перемешивание расплава, что приводит к значительному увеличению времени процесса и уменьшению производительности.

Осуществление процесса плавления при электросопротивлении расплава от 0,1 до 1,5 Ом/см позволяет оптимизировать процесс плавления. Так увеличение электросопротивления более 1,5 Ом/см резко снижает производительность устройства, а снижение электросопротивления ниже 0,1 Ом/см приводит к местным перегревам расплава, что отрицательно воздействует на утилизацию радионуклидов.

Использование в качестве аппарата концентрирования спирального прямоточного испарителя, который не имеет механических движущихся частей, повышает надежность и ресурс всего устройства.

Выполнение трубчатого змеевика испарителя с восходящей и нисходящей секциями позволяет уменьшить габариты устройства за счет увеличения поверхности и интенсификации теплообмена и обеспечить его дистанционный демонтаж, транспортировку на хранение в штатных контейнерах и тем самым уменьшить экологическую опасность выработавшего ресурс устройства.

Выбор диаметра змеевика в зависимости от производительности устройства по исходному раствору ЖРО позволяет оптимизировать процесс концентрирования ЖРО, повысить производительность и тем самым уменьшить габариты всего устройства при сохранении высокой производительности.

Использование в индукционном плавителе тигля, боковые стенки и дно которого набраны из трубок водяного охлаждения, герметизированных коррозионностойкой диэлектрической керамикой, снижает потери подводимой к расплаву энергии, а за счет образования гарнисажа из охлажденного расплава на внутренней поверхности тигля исключает коррозию материала плавителя, что значительно повышает ресурс и безопасность плавителя.

Минимальное расстояние между стенками тигля 0,21 м определяется обеспечением промышленной производительности. Тигли шириной менее 0,21 м не обеспечивают оптимального использования электрической мощности. При расстоянии между стенками тигля более 0,55 м плохо прогревается центральная часть ванны расплава. Кроме того, максимальный размер ванны расплава 0,55 м лимитируется размером контейнеров, в которые помещаются отработавшие ресурс тигли.

Узел очистки отходящих газов представляет собой единую цепочку аппаратов, соединенных с вакуум-насосом, создающим разрежение во всей цепочке аппаратов.

Использование комплекса дистанционно заменяемых аппаратов прямоточного испарителя и индукционного плавителя позволяет снизить материалоемкость устройства и уменьшить количество загрязненных твердых отходов после выработки ресурса аппаратов.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство для отверждения жидких радиоактивных отходов, включает следующие блоки аппаратов: узел подготовки ЖРО, содержащий емкость для ЖРО 1, емкости с флюсующими добавками 2 раствора 3, промежуточные накопители флюса 4; узел концентрирования ЖРО включает аппарат концентрирования (прямоточный испаритель), состоящий из цилиндрического корпуса 5, спирального трубчатого змеевика 6 и цилиндрического сепаратора 7; узел плавления включает переходник-смеситель 8, металлический плавитель - "холодный" тигель 9 с неподвижным индуктором 10, сливным узлом 11 и перегородкой 12, разделяющей варочную 13 и накопительную 14 зоны, приемник расплава 15; узел газоочистки включает конденсатор паров воды и кислоты 16, нейтрализатор окислов азота 18, фильтры грубой и тонкой очистки газа 17. Низкоактивные ЖРО из конденсатора 16 и нейтрализатора 18 перерабатываются по отдельной стандартной схеме. Устройство снабжено генератором теплоносителя 19, вакуумнасосом 20, автоматически регулируемыми вентилями 21, дистанционными разъемами 22.

Устройство для отверждения ЖРО работает следующим образом. Для приготовления монолитного блока отходы, находящиеся в емкости ЖРО 1, перемещают в емкость исходного флюсованного раствора 3, перемешивают с флюсующими добавками, находящимися в емкости 2 сжатым воздухом, далее флюсованные отходы под давлением сжатого воздуха или с помощью насоса-дозатора подают через автоматически регулируемые вентили 21 в аппарат концентрирования (прямоточный испаритель) на вход спирального трубчатого змеевика 6, расположенного в цилиндрическом корпусе 5. Перед началом подачи раствора ЖРО предварительно нагретый до температуры 110-160^oС теплоноситель из генератора 19 подают в полость между цилиндрическим корпусом 5 и сепаратором 7 прямоточного испарителя для нагрева змеевика, после его прогрева в змеевик поступает исходный флюсованный раствор ЖРО, где происходит последовательно по мере прохождения продукта по восходящей спирали и затем по нисходящей спирали его нагрев до 110-160^oС и упаривание до превращения в солевой плав. Далее продукт поступает в сепаратор 7, где происходит разделение парогазовой фазы и солевого плава за счет центробежного эффекта и резкого уменьшения скорости потока. Солевой плав самотеком по стенкам сепаратора направляется в плавильный водоохлаждаемый тигель 9 (при производстве блоков из фосфатного стекла) или в переходник-смеситель 8 (при необходимости дальнейшего флюсования исходного ЖРО в случае получения боросиликатного стекла или минералоподобного композита). Парогазовая фаза из сепаратора 7 поступает в систему газоочистки узла обезвреживания отходящих газов 16, где очищается от вредных примесей в цепочке аппаратов, соединенных с вакуумным насосом 20. Из емкости 2 через промежуточные накопители 4, работающие поочередно, что позволяет избежать проникновения радионуклидов из аппаратов в чистую зону, в переходник-смеситель 8 поступают флюсующие добавки в количестве, необходимом для получения конечного продукта в виде монолитного блока определенного состава и структуры. Количественные соотношения плава и флюсующих добавок задаются скоростями ингредиентов, обеспечивающими получение после процесса плавления заданной матрицы. Стартовый или повторный нагрев захоложенного расплава в тигле осуществляют, помещая в тигель через переходник 8 из накопителя 4 электропроводный стартовый материал и подавая на тигель высокочастотное электромагнитное поле.

Взаимодействуя с электромагнитным полем, стартовый материал нагревается и проплавляет вокруг себя шихту, образуя ванну расплава. При этом электросопротивление расплава уменьшается, достигая значения, при котором тепловая энергия генерируется непосредственно в расплаве. Верхним пределом электросопротивления расплава рекомендуется 1,5 Ом/см при вязкости расплава 20-80 дПа•с, при которых происходит электромагнитное перемешивание расплава. Дальнейшее снижение вязкости расплава приводит к истоньшению слоя гарнисажа и увеличению теплопотерь. На поверхность образовавшегося расплава в тигель подают готовую смесь ингредиентов из переходника-смесителя 8. В плавильной камере происходит последовательно испарение остаточной воды и азотной кислоты, кальцинация и разложение солей компонентов ЖРО с отгонкой окислов азота, плавление и синтез матрицы. Готовый расплав сливают через водоохлаждаемый сливной узел 11 в емкость 15 и охлаждают.

В качестве ЖРО, подлежащих отверждению и утилизации, были взяты растворы после проведения регенерации отработавшего ядерного топлива энергетических реакторов и выделения ценных компонентов (урана, плутония, РЗЭ и др.). Принцип подбора состава матричной композиции для включения радионуклидов основан на максимальном использовании макрокомпонентов ЖРО для синтеза будущей матрицы методом плавки.

В табл. 1 приведены технологические режимы процесса изготовления блоков из различных типов материалов.

В табл. 2 приведены сведения об удельной и общей производительности устройства в зависимости от параметров устройства, диаметра трубчатого змеевика и внутреннего размера плавителя. Образцы 1, 3 и 5, обработаны в тиглях прямоугольного сечения. Образцы 2, 4 и прототипа обработаны в тиглях круглого сечения.

Производительность установки приведена в литрах в час перерабатываемого раствора ЖРО. Удельная производительность устройства рассчитывалась как производительность по раствору ЖРО, отнесенная к площади зеркала плавильной камеры, то есть учитывались габариты аппаратов установки.

Как видно из приведенных примеров, переработке был подвергнут широкий спектр радиоактивных отходов, при этом тип матриц строился с максимальным использованием компонентов ЖРО, что повышает экономичность процесса получения композиций.

Как видно из данных, приведенных в таблице 1 и 2, производительность устройства составляет от 50 до 200 л/ч по исходным растворам ЖРО в отличие от прототипа, которая составила 18 л/ч, что обусловлено преимуществами предлагаемого способа и устройства. Параметры заданы в исходных данных и подтверждены при испытаниях по приведенным примерам (табл. 1, 2). Габаритные размеры устройства при этом, установленные по максимальному размеру (ширине, высоте) любого из блоков (узел концентрирования, узел плавления), подлежащих замене, соответствуют внутренним габаритам стандартных контейнеров, отправляемых на промежуточное контролируемое хранение и захоронение. Устройство по прототипу не предусматривает заменяемость отдельных блоков. Устройство по настоящему изобретению снабжено специальными дистанционными разъемами (чертеж, позиция 22), а его вес соответствует рабочим характеристикам стандартных манипуляторов, что делает возможным его дистанционный монтаж и демонтаж с перемещением в контейнеры, отправляемые в хранилище.

Используемый в прототипе плавитель имеет большие габариты, не рассчитан на дистанционный монтаж-демонтаж и вместе с затвердевшим радиоактивным стеклом остается на долгосрочное хранение на месте его работы. Кроме того, его производительность по перерабатываемому флюсованному раствору составляет 18 л/ч, а удельная производительность по раствору такого устройства составляет 2,5 л/дм²•ч. Предлагаемое устройство по двухстадийной схеме отверждения ЖРО с использованием "холодного" тигля и габаритами, соответствующими параметрам стандартных контейнеров, имеет производительность по исходному раствору ВАО от 50 до 200 л/ч. При этом его удельная производительность находится в интервале от 8 до 10 л/дм²•ч, то есть в 4 раза выше, чем у прототипа (см. табл. 2). Незначительные габариты устройства по предлагаемому способу означают также малую материалоемкость аппаратов для установки.

Кроме того, производительность устройства ограничивается исключительно заданными габаритами, приемлемыми для манипуляторов и контейнера, а не используемым способом. Увеличение габаритов устройства с водоохлаждаемым тиглем позволяет значительно увеличивать общую производительность устройства как более высокоэффективного.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет: - Перерабатывать широкую номенклатуру жидких ЖРО, практически не имея ограничений по их составам и наличию в составах коррозионноактивных компонентов (железо, никель, сера и др.).

- Максимально использовать компоненты жидких ЖРО для создания структуры монолитного блока отвержденных отходов.

- Получить радиоактивные отходы в форме соединений, способных длительное время удерживать радионуклиды в условиях захоронения.

- Увеличить удельную производительность устройства за счет более эффективного способа отверждения ЖРО (табл. 2).

- Использовать простые аппараты без движущихся рабочих органов и тем самым повысить надежность и увеличить межремонтный ресурс устройства.

- Производить синтез разнообразных материалов при температурах 1000-1800^oС (табл. 1), при этом становится возможным синтез аналогов минералов, достигается высокая удельная производительность синтеза, за счет образования гарнисажа между стенками плавителя и агрессивным расплавом материала увеличивается ресурс аппарата.

- Уменьшить габариты устройства и соответственно снизить материалоемкость и стоимость устройства, сделать его дистанционно заменяемым, а после выработки ресурса удаляемым на промежуточное хранение и захоронение за счет эффективного предварительного концентрирования и высокотемпературного синтеза материалов с высокой удельной производительностью.

- Уменьшить количество вторичных радиоактивных отходов.

Настоящим изобретением решена задача отверждения ЖРО различного состава в стекло- и минералоподобные блоки, обеспечивающие экологически безопасное хранение радиоактивных веществ в течение длительного срока, изготовленные в экономичном, малогабаритном устройстве с высокой производительностью и с дистанционно демонтируемыми и заменяемыми модулями.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть применено для отверждения высокорадиоактивных отходов с целью иммобилизации их токсичных и радиоактивных компонентов и последующего захоронения в геологические пласты.

Использование индукционных плавителей позволяет синтезировать материалы (в том числе стекло- и минералоподобные), пригодные для кондиционирования (отверждения) практически всех классов ВАО. Также данная технология позволяет использовать компактное технологическое оборудование, дистанционно удаляемое на захоронение после выработки ресурса.

Внедрение разработки обеспечит экологический эффект и предотвратит риск возникновения радиационных аварий и техногенных катастроф, связанных с хранением жидких ВАО на площадках радиохимических производств.

Формула изобретения

1. Способ отверждения жидких радиоактивных отходов, включающий их подготовку, концентрирование, смешивание с флюсующими добавками, плавление полученной смеси, слив расплава в емкости и изготовление блоков, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют упариванием в непрерывном потоке при 110-160^oС, а плавление проводят при 1000-1800^oС при непосредственном воздействии индукционного поля частотой 0,3-1,8 МГц на расплав.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении блоков из фосфатного стекла смешивание отходов с флюсующими добавками осуществляют перед стадией концентрирования.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что плавление полученной смеси ведут воздействием индукционного поля на расплав, имеющий при рабочей температуре вязкость от 20 до 80 дПа•с и электросопротивление от 0,1 до 1,5 Ом/см.

4. Устройство для отверждения жидких радиоактивных отходов, включающее емкость для жидких отходов, аппарат концентрирования, индукционный плавитель, снабженный сливным узлом, емкость с флюсующими добавками, снабженную дозатором флюса, смеситель, узел очистки отходящих газов, систему трубопроводов и арматуры, отличающееся тем, что аппарат концентрирования выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутри которого коаксиально расположен цилиндрический сепаратор, а между сепаратором и корпусом расположен спиральный трубчатый змеевик, один конец которого сообщен с емкостью жидких радиоактивных отходов, а другой - с сепаратором, при этом сепаратор сообщен в верхней части с узлом очистки отходящих газов, кроме того, индукционный плавитель выполнен в виде водоохлаждаемого тигля с прозрачными для переменного электромагнитного поля боковыми стенками и дном и через смеситель сообщен с аппаратом концентрирования и дозатором флюса.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что спиральный трубчатый змеевик выполнен из двух соединенных между собой в верхней части трубчатых спиральных секций - восходящей, сообщающейся с емкостью жидких радиоактивных отходов, и нисходящей, сообщающейся с сепаратором.

6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что внутренний диаметр спирального трубчатого змеевика выбирается из следующего соотношения: d=k•Q•10^-2, где d - диаметр змеевика в см; k - коэффициент 0,15-0,3;
Q - производительность устройства по исходному раствору, л/ч.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что боковые стенки и дно корпуса водоохлаждаемого тигля выполнены из набора параллельных трубок водяного охлаждения, герметизированных коррозионностойкой диэлектрической керамикой.

8. Устройство по п.4 или 7, отличающееся тем, что противоположные стенки водоохлаждаемого тигля расположены на расстоянии от 0,21 до 0,55 м.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что аппарат концентрирования и индукционный плавитель снабжены дистанционными разъемами и выполнены в виде дистанционно демонтируемых и заменяемых модулей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3