Способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов (варианты)

Изобретение относится к области экобезопасной геоконсервации радиоактивных элементов, в частности к созданию алюмосиликатных матриц для консервации трансурановых элементов (ТУЭ) на основе теории геохимических барьеров.

Технический результат достигают тем, что способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов в алюмосиликатной стеклокерамике по первому варианту включает осаждение радиоактивных элементов на полученном гальванохимическим способом гидроксиде железа (III), а по второму варианту - на торфе, приготовление матрицы из смеси осушенных осажденных радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины с введением в смесь поглотителя нейтронов - оксида кадмия при обеспечении соотношения компонентов в пересчете на оксиды, мас.%: трансурановые элементы - 15-17; SiO₂ - 65-73; Al₂O₃ - 8-12; сумма оксидов (Na₂O, К₂О, MgO, CaO, FeO и др.) - 6-10; поглотитель нейтронов CdO - 0,5; формирование ударным прессованием гранул, состоящих из оболочки и сердечника, при этом оболочка выполнена из спрессованной гомогенной смеси бентонитовой глины и 10-30 мас.% SiO₂, сердечник - из спрессованной смеси радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, при соотношении оболочка/сердечник, равном от 1/20 до 1/10 мас.%, последующие сушку сформированных гранул, спекание нагревом от комнатной или температуры 180°С со скоростью повышения температуры от 1 до 25°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С (по первому варианту) или от 1100 до 1200°С (по второму варианту) в течение от 2 до 8 часов для получения риолитоподобных стеклокерамических блоков и охлаждение. Способ обеспечивает создание для консервации изотопов трансурановых элементов риолитоподобные стеклокерамические блоки, характеризующиеся как природные материалы - высокотемпературные метаморфические породы (контактовые роговики) и вулканические стекла. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области экобезопасной геоконсервации радиоактивных элементов, в частности к созданию алюмосиликатных матриц для консервации трансурановых элементов (ТУЭ) на основе теории геохимических барьеров.

Известен способ отверждения радиоактивных отходов (РАО) (патент РФ №2087043, МПК: G21F 9/16, заявка 94041216, пр. 05.20.93, опубл. 08.10.97), заключающийся в том, что радиоактивные отходы смешивают с глинистым компонентом - каолиновой, бентонитовой или спондиловой глиной и полученную суспензию смешивают с вяжущим веществом - гидратной известью или тонкомолотым шлаком с добавкой 2,5-5,0 мас.% клинкера или портландцемента, или шлакопортландцемента. Водотвердое отношение суспензии отходов к с глинистому компоненту составляет 1,5-3,0. Получают цеолитоподобные продукты, аналогичные природным. Недостаток способа заключается в высокой степени выщелачиваемости радионуклидов в окружающую среду (не менее 10^-1-10^-2 г/см²·сут) и в низких характеристиках механической прочности продуктов. Способ не предотвращает геохимическую миграцию радионуклидов в молекулярной и минеральной формах. В приповерхностных условиях хранения продуктов этого способа могут создаваться механические ореолы рассеяния РАО.

Известен способ переработки кислотных жидких радиоактивных отходов (патент РФ №2201630, МПК: G21F 9/16, заявка №2001108376/06, пр. 03.28.2001, опубл. 03.27.2003), включающий нейтрализацию и смешение РАО со связующим - глиноземистым цементом - и сорбционной минеральной добавкой - глиной (предпочтительно бентонитового класса). Нейтрализацию проводят непосредственно связующим при смешении. Массовое соотношение катионитовых регенератов, глиноземистого цемента и глины 1:(0,75-1,00):(0,07-0,10). Цементную смесь отверждают во влажных условиях в течение 28 суток. Способ обеспечивает увеличение степени наполнения отвержденных продуктов по сернокислотным радиоактивным отходам и понижение объема захораниваемых отходов при сохранении их достаточной прочности и водостойкости. Недостаток известного способа также заключается в высокой степени выщелачиваемости радионуклидов в окружающую среду; нарушается требование нормативов МАГАТЭ (Подземное захоронение радиоактивных отходов. Основное руководство. Вена: МАГАТЭ, 1981), предполагающее обязательное их отверждение в составе специальных материалов - консервирующих матриц с последующей термообработкой или остеклованием поверхности. Анионная часть кислотных жидких РАО не удаляется в процессе смешения, а вовлекается в состав цементной матрицы, вследствие чего снижается ее химическая стойкость.

В соответствии с патентами (США №6734334, МПК: В09В 3/00, G21F 9/16, заявка 09/810,557, пр. 19.03.2001, опубл. 11.05.2004; США №7091393, МПК: G21F 1/00, заявка 10/606,218, пр. 26.06.2003, опубл. 15.08.06) способ иммобилизации РАО включает создание нескольких стеклообразных барьеров вокруг матрицы, состоящей из радиоактивных отходов и различных природных или синтетических иммобилизирующих минералов. Недостаток последнего способа многобарьерной защиты матрицы состоит в его сложности и дороговизне. В нем не учтены химические свойства вводимых в матрицу продуктов ядерного деления (ПЯД) и трансурановых элементов (ТУЭ). Боросиликатные, алюмофосфатные и фосфосиликатныс стекла, входящие в состав последнего барьера матрицы, характеризуются показателем выщелачиваемости более высоким, чем алюмосиликатные стекла и стеклокерамики (n·10^-7 г/см²·сут) из-за появления сильных и средних неорганических кислот.

Известен способ обработки радиоактивных отходов, предусматривающий их фиксацию в керамике (патент РФ №2127920, МПК: G21F 9/16, заявка №98110504/25, пр. 06.09.98, опубл. 03.20.99) путем смешения отходов с неорганической матрицей - бентонитовой глиной с содержанием монтмориллонита 50-70 мас.% и бентонитовым числом не менее 75 при обеспечении массового отношения радиоактивных отходов к бентонитовой глине: 1/9-4/10 в расчете на сумму оксидов РАО (до 30 мас.% в расчете на оксиды) с последующими формовкой, сушкой, обжигом при 750-900°С в течение 4-10 часов и охлаждением керамических блоков. Способ предусматривает создание вокруг керамических блоков с РАЭ непроницаемой катионпоглощающей оболочки. Для этого полученные после стадии охлаждения керамические блоки размалывают и подвергают повторному смешению с неорганической матрицей - бентонитовой глиной или с черепичной глиной, например красной глиной, с последующими формовкой, сушкой, обжигом при 1020-1060°С в течение 4-10 часов и охлаждением. Изобретение позволяет повысить содержание РАО в единице отвержденного объема, исключить испаряемость легколетучих РАО. Недостатком способа является размалывание керамических блоков, содержащих связанные радиоактивные элементы (РАЭ), что требует дополнительных энергозатрат и приводит к "пылению" - образованию воздушных взвесей РАЭ. Заявленное в способе формирование "катионпоглощающей оболочки" не выполняется. После отжига при указанных температурах оболочка теряет "катионпоглощающие" свойства вследствие ее преобразования в керамику.

Наиболее близким техническим решением является способ иммобилизации осадка радиоактивных отходов трансурановых элементов (радионуклидов) в алюмосиликатную стеклокерамику на основе монтмориллонитовых (бентонитовых) глин (патент РФ №2271587, МПК: G21F 9/16, заявка №2003132640/06, пр. 11.06.2003, опубл. 03.10.2006), включающий осаждение радионуклидов на полученном гальванохимическим способом гидроксиде железа (III), приготовление смеси из осушенных при 150°С осажденных радиоактивных элементов и монтмориллонитовой глины, формирование ударным прессованием гранул, состоящих из сердечника и оболочки, при этом оболочка выполнена из спрессованной гомогенной смеси бентонитовой глины и 10-30 мас.% SiO₂, a сердечник - из спрессованной под давлением 40-60 МПа смеси радионуклидов и монтмориллонитовой глины, последующие сушку, спекание гранул с получением стеклокерамики с эффектом поверхностного оплавления и охлаждение.

Приведенный анализ известных решений показал целесообразность использования для консервации РАО недорогих алюмосиликатных матриц на основе легкоплавких катионнообменных бентонитовых глин (соотношение Al₂О₃ и SiO₂ от 1:2 до 1:4,8). Способ образования отверждающих радиоизотопы ТУЭ алюмосиликатных матриц обладает рядом существенных преимуществ по сравнению со способами получения керамических и стеклянных матриц на основе исходно тугоплавких субстратов. Еще до термообработки на "мокрой" (обменной, шликерной) стадии формируется шихта с катионами радиоизотопов, от которой сразу отделены анионы сильных неорганических кислот и солей. Поскольку обменная емкость глин невелика, требуемого уровня насыщения исходного материала можно достигать добавками поглощающих радионуклиды гидроксидов железа (III). Такие матрицы, сформированные в керамики, стеклокерамики и стекла, имеют большую долю ковалентных связей и в природе наиболее устойчивы к воздействию грунтовых вод (показатель выщелачиваемости около n·10^-7 г/см²·сут). Им уступают в этом отношении менее энергозатратные при масштабном изготовлении боросиликатные и алюмофосфатные матрицы. В контакте с водой алюмосиликатные матрицы покрываются кремнезем-глиноземными гелевыми "рубашками", пресекающими коррозию керамик и стекол и прекращающими миграцию ионов. Боросиликатные и алюмофосфатные матрицы такими свойствами не обладают. Главное отличие алюмосиликатных матриц от боросиликатных и алюмофосфатных заключается в плохой их растворимости в воде из-за высокой полимеризации их главного продукта гидролиза - кремниевой кислоты по сравнению с борной и фосфорной кислотами. Отсюда следует важнейший вывод - введение в матрицы кислотообразователей (исключая кремнезем) противопоказано, как, впрочем, и щелочеобразователей.

Из физико-химических основ петрологии изверженных пород давно известно, что великолепно стеклуются на открытом воздухе средне- и высококислые расплавы (обсидианы) и существенно хуже стеклуются высокоосновныс расплавы. Гиалитовые оболочки в базальтовых лавах образуются только при подводных их излияниях. Причина плохой стеклуемости очевидна - в расплаве катионами-модификаторами подавляется полимеризация расплава - непрерывное сеткообразованис кремнеземной основы матрикса. Ковалевым В.П. в "Устойчивых вариациях химизма в магмо - и петрогенезисе" (1986) показаны отличия основных и кислых пород. Типовой базальт содержит 50 мас.% SiO₂, 12,5 мас.% Al₂О₃ и 37,5 мас.% суммы оксидов элементов-модификаторов (MgO, CaO, FeO, Na₂O, K₂O и др.). Типичный риолит заключает до 73 мас.% SiO₂, 13,5 мас.% Al₂О₃ и 14,3 мас.% суммы оксидов Ме₂O₃, МеО и Ме₂O. Цифры содержаний оксидов трехвалентных, двухвалентных и одновалентных металлов указывают предельные значения загрузки алюмосиликатных матриц радиоизотопами ПЯД и ТУЭ. Базальтоподобные матрицы следует загружать фракциями ПЯД, а риолитоподобныс - фракциями ТУЭ. Для ТУЭ-α-излучателей предполагается применить гранитоподобную по общему химизму матрицу. Эти материалы долговечны, не боятся авторазогрева, гигроскопичны, обладают большой прочностью.

Задачей изобретения является организация консервации радиоактивных отходов, в частности изотопов трансурановых элементов, по природным моделям формирования месторождений руд редких и радиоактивных элементов на геохимических барьерах зон гипергенеза разного геологического возраста. Такие месторождения создают наименьшие экологические угрозы при физическом и химическом выветривании. Вмещающее алюмосиликатное вещество преобразуется в поглощающий комплекс с огромной активной поверхностью, а большая часть радиоизотопов принадлежит к элементам-гидролизатам - плохим мигрантам в водной среде. Продукты гидролиза алюмосиликатных систем пресекают миграцию катионов щелочных, основных и иных металлов, включая их в свой состав. Элементы-гидролизаты отлагаются на месте образования их гидроксидов и также адсорбируют подвижные металлы. Дополнительный геохимический барьер предлагается создать, обваловывая алюмосиликатные керамики и стекла катионообменными глинами. В таком могильнике с эшелонированной защитой радионуклиды как минимум сотни тысяч лет будут полностью изолированы от зоны активного водообмена.

Технический результат - формирование риолитоподобных матриц, обеспечивающих надежную иммобилизацию изотопов трансурановых элементов ядерного цикла, стойких к радиолизу, термолизу и химическому выщелачиванию, совместимых по химическим характеристикам с породным веществом депозитариев. Ближайшими природными аналогами таких алюмосиликатных матриц являются высокотемпературные метаморфические породы и вулканические стекла, устойчивые в обводненных системах многие миллионы лет.

Технический результат достигается тем, что способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов в алюмосиликатной стеклокерамике по первому варианту включает осаждение радиоактивных элементов на полученном гальванохимическим способом гидроксиде железа (III), приготовление матрицы из смеси осушенных осажденных радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины с введением в смесь поглотителя нейтронов - оксида кадмия при обеспечении соотношения компонентов в пересчете на оксиды, мас.%:

трансурановые элементы - 15-17;

SiO₂ - 65-73;

Al₂O₃ - 8-12;

сумма оксидов (Na₂O, K₂O, MgO, CaO, FeO и др.) - 6-10;

поглотитель нейтронов CdO - 0,5;

формирование ударным прессованием гранул, состоящих из оболочки и сердечника, при этом оболочка выполнена из спрессованной гомогенной смеси бентонитовой глины и 10-30 мас.% SiO₂, сердечник - из спрессованной смеси радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, при соотношении оболочка/сердечник, равном от 1/20 до 1/10 мас.%, последующие сушку сформированных гранул, спекание нагревом от комнатной или температуры 180°С со скоростью повышения температуры от 1 до 25°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С в течение от 2 до 8 часов для получения риолитоподобных стеклокерамических блоков и охлаждение.

По второму варианту для осаждения радиоактивных элементов используют торф, при этом для получения риолитоподобных стеклокерамических блоков температура конечной выдержки гранул составляет 1100-1200°С, что обусловлено выгоранием гумусовых органических веществ, которое снижает температуру спекания и полного стеклования (1200°С).

Способ обеспечивает создание для консервации изотопов трансурановых элементов риолитоподобные стеклокерамические блоки, характеризующиеся как природные материалы - высокотемпературные метаморфические породы (контактовые роговики) и вулканические стекла.

Для обеспечения быстрого прекращения возможной цепной реакции в активной зоне ядерного деления в матрицу вводят поглотители нейтронов - кадмий или другие (В, Gd, Sm, Eu, Pm и др.).

Использование для создания матрицы бентонитовых глин при соотношении в мас.% SiO₂/Al₂O₃/оксиды металлов (Na₂O, K₂O, MgO, CaO, FeO и др.)=(65-73)/(8-12)/(6-10) для матрицы материала сердечника обеспечивает высокую емкость катионного обмена (ЕКО = 80-120 мг·экв/100 г) глины и легкоплавкость получаемой на ее основе смеси. Увеличение содержания оксида алюминия, близкого к соотношению Al₂O₃/SiO₂=1:1, приведет к повышению температуры образования стеклокерамики до 1250-1350°С, будет получен состав смеси, аналогичный применяемому для этих целей каолиновых глин и полевошпатово-кварцевого песка или гранитной крошки. Увеличение содержания оксида кремния приведет к формированию при спекании стекол, близких к обсидианам, несовместимым по химическому составу с гранитным веществом депозитариев. Насыщение матрицы трансурановыми элементами более 17 мас.% приведет к повышению выщелачиваемости радионуклидов (не менее 10^-3-10^-5 г/см²·сут по урану), а введение поглотителя нейтронов более 0,5 мас.% приведет к снижению загрузки матрицы ТУЭ и, как следствие, неэффективному использованию бентонитового сырья.

Линейный подъем температуры от комнатной или 180°С со скоростью повышения температуры от 1 до 25°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С обеспечивает по сравнению с прототипом равномерную, бестрещинную усадку гранул с оболочкой с формированием литоидного стеклокерамического брикета.

Использованием для осаждения изотопов трансурановых элементов торфа достигается многократное по хемосорбционной емкости превосходство перед любыми минеральными хемосорбентами, в том числе цеолитами и смектитовыми глинами. Осадителями уранила являются гумус и гуминовые вещества. Особенно активно хемосорбируют уран гумусовые кислоты - гуминовые и фульвовые. При погружении их в водный раствор ионы водорода диссоциируют из этих кислотных групп, а их место начинают занимать катионы металлов. Коэффициент геохимической очистки при этом достигает 10000 единиц. Кинетика процесса значительна - обмен занимает несколько секунд. При спекании торф-бентонитовых смесей при нехватке атмосферного кислорода углерод отнимает кислород у кремния и в виде СО и CO₂ улетучивается, а диоксид кремния переходит в монооксид (2SiO₂+C→2SiO+CO₂↑) с низкой температурой плавления, что облегчает стеклование. Торф в настоящем способе выполняет роль хемосорбента и легковыгорающей добавки, снижающей температуру стеклования. При последующей термообработке органика полностью выгорит с образованием плотного стеклокерамического черепка литоидного облика, а радионуклиды остаются в матрице. Перспективность такого подхода подтверждается возможностью варьирования составов смесей бентонит-торф в широком интервале концентраций торфа (до 75 мас.%) и снижением температур окончательного отжига при повышении содержаний органической составляющей в таких композитах.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Сернокислый радиоактивный раствор, содержащий 1,80 мг/л урана, с солесодержанием 73 г/л подвергают гальванокоагуляционной обработке - пропускают при рН 3 через гальванопару железо-кокс при частоте вибрации f=30 Гц, температуре 20°С, времени контакта 10 мин. После этого проводят коррекцию рН растворов при помощи 20%-ного раствора гидроксида натрия и отделяют осадок. Количество осадка составляет 13-15 г/л. Раствор, содержащий осадок из гидроксидов железа и радионклидов, смешивают с тонкоизмельченной бентонитовой глиной с введенным поглотителем нейтронов - оксидом кадмия (0,6 мас.% CdO на массу сухой глины) в соотношении 1:6 по массе. Из смеси готовят прессованием при давлении 10-20 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм, их сушат при температуре 150-180°С в течение 3 часов. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от температуры 180°С со скоростью повышения температуры 1-10°С в минуту до температуры конечной выдержки 1000-1200°С и выдерживают в течение 2,5 часов.

Получены оплавленные образцы без трещин. По данным рентгенофазового анализа (РФА) в стеклокерамике обнаружены типичные для изучаемой керамики минералы - кварц, окислы урана (VI и IV), анортит, кристобалит, гематит.

Пример 2. Тонкоизмельченный Таганский торф (ЗАО «Сорбсиб») смешивают с разбавленным азотнокислым раствором, содержащим 10^-2-10^-4 г/л урана. Активация хемоеорбции торфом урана достигается использованием магнитной мешалки в течение 1 часа при комнатной температуре. Осадок, содержащий торф с хемосорбиованным ураном (2500 мг·экв U на 100 г сухого вещества сорбента), влажностью 7-8%, смешивают с измельченной бентонитовой глиной в пропорции 1:1. Из смеси формуют прессованием при давлении 10-20 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм и просушивают при 150°С до постоянства веса. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от температуры 150°С со скоростью повышения температуры 1-5°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С и выдерживают в течение 2,5 часов.

Получены оплавленные образцы без трещин. По данным РФА в стеклокерамике обнаружены минералы - α-кварц, окислы урана (VI и IV), калиевый полевой шпат, кристобалит.

Пример 3. К 65,34 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют оксид урана (UO₂) - 18,40 г, SiO: - 38,34 г, CdO - 0,61 г и пластификатор - вазелин (6,66 г). Полученную смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 10 мин, при соотношении масс шаров и смеси 4:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 10-20 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от температуры 180°С со скоростью повышения температуры 1°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С и выдерживают в течение 2,5 часов.

Получены оплавленные образцы без трещин. По РФА в стеклокерамике обнаружены типичные для изучаемой керамики минералы - кварц, окислы урана (VI и IV), анортит, кордиерит, кристобалит, гематит.

Пример 4. К 100,00 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют: оксид молибдена - имитатора ТУЭ МоО₃ - 28,18 г, SiO₂ - 58,69 г, CdO - 0,94 г и пластификатор - вазелин (6,66 г). Полученную смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 10 мин, при соотношении масс шаров и смеси 4:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 12-25 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от температуры 180°С со скоростью повышения температуры 10°С в минуту до температуры конечной выдержки 1100°С и выдерживают в течение 3 часов.

По данным РФА полученных бестрещиноватых образцов стеклокерамика содержит следующие минералы - кварц, окисид молибдена и кристобалит.

Пример 5. К 200,00 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют: ацетат уранила - 64,89 г (UO₂ - 41,32 г), CdO - 1,22 г и пластификатор - вазелин (25,66 г). Полученную смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 10 мин, при соотношении масс шаров и смеси 3:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 12-25 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от комнатной температуры со скоростью повышения температуры 20°С в минуту до температуры 1150°С и выдерживают в течение 2 часов.

Методом РФА в стеклокерамике обнаружены следующие минералы - кварц, оксиды урана (VI и IV), кордиерит.

Пример 6. К 150,00 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют: МоО₃ - 31,00 г, CdO - 0,92 г и пластификатор - вазелин (3,32 г). Смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 15 мин, при соотношении масс шаров и смеси 5:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 10-30 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от комнатной температуры со скоростью повышения температуры 25°С в минуту до температуры 1150°С и выдерживают 4 часа. Фазовый состав стеклокерамики - кварц, окислы урана (VI и IV), анортит, кордиерит, кристобалит, гематит.

Пример 7. К 216,00 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют: ацетат уранила - 74,05 г (UO₂ - 47,15 г), CdO - 1,58 г, CrO₃ - 9,02 г, TiO₂ - 10,43 г, FeO - 7,53 г, Ni₂О₃ - 7,54 г, ZrO₂ - 7,53 г, MnO₂·(H₂O)X - 7,54 г. Смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 12 мин, при соотношении масс шаров и смеси 4:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 12-14 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от комнатной температуры со скоростью повышения температуры 12°С в минуту до температуры 1200°С и выдерживают 8 часов. Фазовый состав стеклокерамики: кварц, окислы урана (VI и IV), кристобалит, оксиды хрома, титана, марганца, гематит.

Пример 8. К 150,05 г прокаленной при 500°С в течение 1 часа Камалинской бентонитовой глины ОС-3 добавляют: МоО₃ - 32,75 г, CdO - 1,10 г, CrO₃ - 6,96 г, TiO₂ - 6,80 г, FeO - 6,79 г, М₂O₃ - 7,06 г, ZrO₂ - 6,83 г и пластификатор - вазелин (3,76 г). Смесь гомогенизируют в шаровой мельнице в течение 20 мин, при соотношении масс шаров и смеси 3:1. Из смеси готовят прессованием при давлении 10-12 МПа гранулы диаметром и длиной 12 мм. Стеклокерамики получают спеканием гранул в воздушной атмосфере при нагреве от температуры 180°С со скоростью повышения температуры 25°С в минуту до температуры 1200°С и выдерживают 4 часа. Фазовый состав стеклокерамики: кварц, кристобалит, тридимит, циркон, оксиды молибдена, титана, хрома, гематит.

Определение скорости выщелачивания урана и молибдена из полученных образцов стеклокерамик проводят по стандартной методике, основанной на национальном стандарте РФ ГОСТ Р 52126-2003 "Отходы радиоактивные. Определение химической устойчивости отвержденных высокоактивных отходов методом длительного выщелачивания". В качестве выщелачивающего агента используют дистиллированную и модельную морскую воду при температурах 25 и 90°С. Время выщелачивания - отбор воды через 1, 3, 7, 10, 14, 21 и 28 суток. Чувствительность метода анализа молибдена - не менее 0,02 мг/л, а урана n·10^-11 г/мл. Скорость выщелачивания молибдена по заявляемому изобретению составляет 0,31-0,44·10^-8 г/см²·сут (примеры 4, 6, 8), а по прототипу она не ниже 0,7·10^-5 г/см²·сут.

Скорость выщелачивания урана из риолитоподобных по химизму стеклокерамик по заявляемому изобретению составляет 0,11-0,79·10^-7 г/см²·сут (примеры 1-3), что соответствует требованиям, предъявляемым к отвержденным высокоактивным отходам (ГОСТ Р 50926-96 "Отходы высокоактивные отвержденные. Общие технические требования"). Полученные стеклокерамики после испытаний не растрескиваются, не теряют своих механических свойств и геометрических размеров. Они обладают низкой скоростью выщелачивания, и технология их получения может быть использована при изготовлении стеклокерамик, содержащих радионуклиды ТУЭ, с возможностью длительного и безопасного хранения.

Скорость выщелачивания урана из андезитоподобных (пример 5) и базальтоподобных (пример 7) по химизму стеклокерамик составляет от 0,22·10^-6 до - 4,51·10^-5 г/см²·сут, что не позволяет их рекомендовать для геоконсервации трансурановых радионуклидов.

1. Способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов в алюмосиликатной стеклокерамике, включающий осаждение трансурановых элементов на полученном гальванохимическим способом гидроксиде железа (III), приготовление матрицы из смеси осушенных осажденных радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, формирование ударным прессованием гранул, состоящих из оболочки и сердечника, при этом оболочка выполнена из спрессованной гомогенной смеси бентонитовой глины и 10-30 мас.% SiO₂, а сердечник - из спрессованной смеси радиоактивных элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, последующие сушку сформированных гранул, спекание и охлаждение, отличающийся тем, что в смесь, содержащую осажденные трансурановые элементы и бентонитовую глину, вводят поглотитель нейтронов - оксид кадмия при обеспечении соотношения компонентов в пересчете на оксиды, мас.%:

трансурановые элементы	15-17
SiO2	65-73
Al2O3	8-12
сумма оксидов (Na2O, K2O, MgO, CaO, FeO и др.)	6-10
поглотитель нейтронов CdO	0,5

при формировании гранул обеспечивают соотношение оболочки и матрицы от 1/20 до 1/10 мас.% соответственно, спекание проводят нагревом от комнатной или температуры 180°С со скоростью повышения температуры от 1 до 25°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1000 до 1200°С в течение от 2 до 8 ч для получения риолитоподобных стеклокерамических блоков.

2. Способ иммобилизации изотопов трансурановых элементов радиоактивных отходов в алюмосиликатной стеклокерамике, включающий осаждение трансурановых элементов, приготовление матрицы на основе смеси осушенных осажденных трансурановых элементов и бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, формирование ударным прессованием гранул, состоящих из сердечника и оболочки, при этом оболочка выполнена из гомогенной смеси бентонитовой глины и 10-30 мас.% SiO₂, a сердечник - из материала матрицы, последующие сушку сформированных гранул, спекание и охлаждение для получения стеклокерамических блоков, отличающийся тем, что для осаждения радиоактивных элементов используют торф, в матрицу, содержащую осажденные радиоактивные элементы и бентонитовую глину, вводят поглотитель нейтронов - оксид кадмия при обеспечении соотношения компонентов в пересчете на оксиды, мас.%:

трансурановые элементы	15-17
SiO2	65-73
Al2O3	8-12
сумма оксидов (Na2O, K2O, MgO, CaO, FeO и др.)	6-10
поглотитель нейтронов CdO	0,5

при формировании гранул обеспечивают соотношение оболочки и матрицы от 1/20 до 1/10 мас.% соответственно, спекание проводят нагревом от комнатной или температуры 180°С со скоростью повышения температуры от 1 до 25°С в минуту до температуры конечной выдержки от 1100 до 1200°С в течение от 2 до 8 ч для получения риолитоподобных стеклокерамических блоков.