Способ иммобилизации ядерных отходов


 


Владельцы патента RU 2451350:

СОЛЕТАНШ ФРЕЙСИНЕ (FR)

Изобретение относится к способу иммобилизации ядерных отходов матрицей на базе минеральной композиции, полученной приготовлением основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов. Ядерные отходы смешивают с минеральной композицией и водой, высушивают, чтобы сформировать иммобилизующую матрицу, отличающийся тем, что минеральную композицию получают способом изготовления, включающим этапы, которые состоят в приготовлении основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов; и обработке упомянутой основы для ее преобразования в инактивированное вещество определенной текстуры. Изобретение позволяет иммобилизовать ядерные отходы, которые нельзя иммобилизовать классической цементацией. 9 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к способу иммобилизации ядерных отходов матрицей на базе минеральной композиции, полученной приготовлением основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов.

Радиоактивные или ядерные отходы представляют собой радиоактивный материал, применение которого не предусмотрено и рассеяние которого в окружающей среде не разрешено. Радиоактивные отходы включают огромное множество веществ, различающихся, в частности, своей активностью и периодом полураспада, а также своим состоянием (твердые, жидкие, газообразные) и химическим составом.

Утилизация отходов, более конкретно, отходов радиоактивного происхождения, представляет собой большую экологическую проблему. Ядерные отходы (жидкие или твердые) могут быть загрязнены по поверхности и/или в массе.

Отходы ядерной промышленности являются специфическими. С одной стороны, их активность снижается со временем, и, с другой стороны, их разнообразие требует различных способов кондиционирования, адаптированных к их объемам и активности. Существует ряд способов кондиционирования отходов ядерной промышленности.

Для ядерных отходов применяют два основных способа кондиционирования: прессование и изоляцию.

Первичным способом кондиционирования является прессование, при котором уплотняемые продукты помещаются в контейнер.

Изоляция или иммобилизация отходов является способом, который часто применяется в ядерной промышленности, когда цемент или полимер служит для иммобилизации ядерных отходов, находящихся внутри контейнеров, или когда кондиционирующая матрица используется для заливки ядерных отходов.

Помимо применения для изоляции твердых массивных отходов в контейнерах цементирование также применяется для покрытия защитной оболочкой отходов в форме растворов или порошка, например, остатков, полученных в результате испарения, шламов химической обработки или ионообменных смол.

Вне зависимости от степени загрязнения ядерных отходов их необходимо хранить в надежных установках в течение достаточно длительного времени, например, несколько столетий. В течение периода хранения необходимо гарантировать целостность контейнеров для хранения, более конкретно, оболочки и содержимого, состоящего из отходов и матрицы.

Эти контейнеры с отходами должны соответствовать строгим критериям, в частности, касательно матрицы. Содержимое должно быть достаточно стабильным и не подлежать рассеиванию в зависимости от условия хранения.

Изоляция цементом является дешевым и легким в реализации способом, который не лишен недостатков. Взаимодействие между составляющими некоторых ядерных отходов и цементной матрицей может привести к вздутию и растрескиванию контейнера, сокращая его долговечность.

Цементация - это наиболее часто используемый способ утилизации твердых отходов. Основные причины такого выбора заключаются в обилии сырья, плотности материала (биологическая защита), механической прочности, наличии знаний о поведении объекта с течением времени, надежности способа и простоте его реализации. Предварительно спрессованные или лежащие вперемешку отходы обычно помещают в корзину, которую в свою очередь укладывают в металлический или бетонный контейнер, после чего их иммобилизуют цементом, предназначенным для ограничения опасности проникновения радиоактивных элементов наружу, и формируют таким образом гетерогенную защитную оболочку.

Однако цементация не позволяет гарантировать долговечность контейнеров для некоторых ядерных отходов с химическими загрязнителями (сульфаты, …) или реактивов, содержащих органическое вещество.

Действительно, процесс цементации - это экзотермический процесс, который опасен тем, что может вызвать сильные реакции при смешивании с некоторыми реактивными ядерными отходами.

Кроме того, цементная среда имеет щелочной pH порядка 13-14, что может оказаться несовместимым с некоторыми ядерными отходами.

Более того, изоляция радиоактивных материалов порождает газы, что не позволяет гарантировать целостность контейнеров в течение длительного времени, например, на период по меньшей мере 300 лет.

Таким образом, одна из целей настоящего изобретения заключается в предложении другого решения, которое бы позволило иммобилизовать ядерные отходы и не обладало недостатками решений предшествующего уровня техники.

Так, изобретение предлагает способ иммобилизации ядерных отходов, включающий:

- Этап смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы с минеральной композицией и водой.

- Этап высушивания, во время которого смесь, полученную на этапе смешивания, высушивают, чтобы сформировать иммобилизующую матрицу,

в котором минеральную композицию получают способом изготовления, включающим этапы, которые состоят в:

- приготовлении основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов; и

- обработке упомянутой основы для ее преобразования в инактивированное вещество определенной текстуры.

Предпочтительно способ иммобилизации по изобретению позволяет иммобилизовать ядерные отходы с химическими загрязнениями и/или реактивные металлические ядерные отходы и/или органические ядерные отходы, которые нельзя иммобилизовать классической цементацией.

Кроме того, способ иммобилизации по изобретению может включать одну или несколько перечисленных ниже необязательных особенностей, рассматриваемых по отдельности или во всех возможных сочетаниях:

- минеральную композицию выбирают так, что она, будучи смешанной с водой, обладает pH в диапазоне от 11 до 12,5, например, от 11 до 12;

- минеральную композицию выбирают так, чтобы реакция между упомянутой композицией и водой была в значительной степени атермической;

- соотношение между массовым количеством минеральной композиции и массовым количеством воды было выше или равно 1, например, выше или равно 1,5 и ниже или равно 85/15;

- минеральную композицию выбирают так, что иммобилизующая матрица обладает устойчивостью к сжатию выше или равной 8 МПа в течение 8 дней;

- во время этапа смешивания может быть добавлен песок так, что соотношение между массовым количеством минеральной композиции и массовым количеством песка было выше или равно 1,5 и ниже или равно 10;

- этап смешивания включает:

- этап предварительного смешивания, во время которого смешивают минеральную композицию и воду,

- этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и

- этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, содержащую предназначенные для иммобилизации отходы;

- этап смешивания включает:

- этап предварительного смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы, минеральную композицию и воду,

- этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и

- этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, предназначенную для размещения ядерных отходов;

- минеральная композиция включает по меньшей мере 50% и самое большее 80% по массе карбоната кальция;

- минеральная композиция включает по меньшей мере 10% и самое большее 30% по массе кремния;

- массовое количество ядерных отходов в иммобилизующей матрице зависит от формы и плотности и больше или равно 10% и меньше или равно 80%.

Изобретение можно будет лучше понять при прочтении описания ниже, которое приведено только для примера.

Настоящее изобретение относится к способу иммобилизации ядерных отходов с химическими загрязнителями или реактивными отходами или содержащими органическое вещество, и, более конкретно, тех отходов, которые невозможно изолировать классическими гидравлическими связующими веществами.

Предпочтительно, способ по изобретению позволяет реализовать герметизацию этих отходов в однородной и долговечной матрице, отвечающей установленным критериям хранения.

В числе ядерных отходов, которые можно изолировать способом по изобретению, можно перечислить без ограничения упомянутыми: масла, смолы, ионообменные смолы, графит, магний, уран, алюминий, битум, шламы, гликолевая вода, продукты на основе бората и сульфата, шламы или концентраты, содержащие органическое вещество, и их смеси.

Согласно одному из воплощений изобретения способ иммобилизации включает:

- этап смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы с минеральной композицией и водой,

- этап высушивания, во время которого смесь, полученную на этапе смешивания, высушивают, чтобы сформировать иммобилизующую матрицу.

Смесь минеральной композиции и воды позволяет минеральной композиции создать структуру, приводящую к формированию трехмерной сети. Образование такой сети приводит к схватыванию соединенной с водой минеральной композиции вокруг ядерных отходов, что после определенного времени высыхания обеспечивает получение компактной массы, состоящей из отходов и иммобилизующей матрицы.

Минеральную композицию, применяемую в способе по изобретению, получают способом изготовления, включающим этапы, которые состоят в:

- приготовлении основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов; и

- обработке упомянутой основы для ее преобразования в инактивированное вещество определенной текстуры.

Документы FR 9405013, FR 9504830, FR 9504831, FR 9504832 и WO 95/29250 описывают примеры минеральных композиций, которые можно применять в способе по изобретению.

Согласно одному из воплощений изобретения минеральная композиция, применяемая в способе по изобретению, является минеральной композицией, полученной способом изготовления, включающим этапы, которые состоят в:

- приготовлении основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного царства и/или из числа микроорганизмов; и

- обработке упомянутой основы для ее преобразования в инактивированное вещество определенной текстуры.

В контексте изобретения под «живой структурой», минерализующей, минерализованной или минерализуемой, следует понимать любую клеточную структуру или структуру клеточного происхождения, растительную, животную и/или микробиологическую, живую и/или являющуюся результатом жизни и/или соединения биологического происхождения, кристаллические или нет, в частности, ферменты, гормоны, белки, ДНК.

Под «инактивированным веществом» следует понимать вещество, лишенное всякой биологической и/или биоминерализационной активности, более конкретно, всякой патогенной микробиологической активности.

В контексте изобретения термин «минеральный» должен пониматься в широком смысле, то есть имеющий в своем составе минерал.

Этап приготовления основы может включать фазу, заключающуюся в культивировании упомянутой живой структуры в течение такого периода и в такой среде, что эта структура произведет или синтезирует по меньшей мере часть упомянутого материала, именуемую «минеральной биомассой».

Этап обработки может затем включать фазу инактивации живой структуры. Под инактивацией следует понимать получение инактивированного вещества согласно определению выше из живой структуры согласно определению выше.

Фазу перемешивания можно выполнять во время одного из этапов способа приготовления.

Предпочтительно эту фазу перемешивания выполняют по меньшей мере частично одновременно с другой фазой способа по изобретению, например, во время инактивации или после этапа смешивания.

Способ изготовления может быть воплощен с микроорганизмами и/или клетками растительного или животного происхождения, отдельно или в симбиотическом или другом сочетании, минерализованными, минерализующими или минерализуемыми.

Упомянутая живая структура может быть растительной и/или животной или происходящей от растения и/или животного, например, клеткой, тканью или органом.

В растительном царстве можно обратиться с равным успехом как к высшим растениям, двудольным, однодольным, так и к низшим растениям, таллофитам или микроорганизмам.

В зависимости от конкретного случая выбранную структуру культивируют, в частности, in vivo, в земле, на слое, богатом органическими веществами, способом гидропоники, в чашках Петри, в реакторе, например в ферментере, или выращивают в батарейных клетках, на корню или способами рыбоводства.

Структуру можно культивировать в соответствующей питательной среде, известной специалистам, например в жидкости Кнопли (Knopli), растворе Ирла, Хэнкса, среде, называемой «199», среде Сабуро, среде Игла MEM или аналогичных.

Этап приготовления основы может включать фазу, заключающуюся в получении и/или сборе упомянутой живой структуры и введении ее в основу в таких пропорциях, что это введение образует по меньшей мере часть необходимого минерального материала.

Полученный и/или собранный таким образом минеральный материал может быть разной природы: карбонатной, кремниевой, соляной, фтористой, баритовой, углеродистой, железистой, в форме, например, отложений, современных и/или ископаемых конкреций. Затем его вводят в основу либо на этапе приготовления, либо на этапе обработки.

В композицию конечного вещества могут входить ископаемые осадочные породы и/или другие породы, такие как гранит, базальт, пемза или другие.

Во время возможной фазы способа изготовления по меньшей мере один из числа упомянутых биомассы, основы, материала и/или минерального вещества измельчается во время этапа приготовления и/или этапа обработки.

Упомянутое измельчение по меньшей мере частично выполняется дроблением с помощью ультразвука и/или физико-химическими средствами, такими как внесение добавок, облучение, криогенная и/или термическая обработка, размалывание или изменение давления.

Одна из фаз способа может заключаться в приготовлении суспензии из упомянутых биомассы, основы или материала в жидкости, предпочтительно водной, например, для распыления или нанесения кистью. Эта жидкость может входить в композицию одной из упомянутых культуральных сред.

Во время одной из фаз способа можно вводить красящее вещество определенного оттенка, по меньшей мере в один из компонентов из числа: культуральная среда, биомасса, материал, основа и минеральное вещество.

Возможная фаза этапа приготовления и/или обработки заключается во введении связывающего и/или текстурирующего вещества по меньшей мере в один из компонентов из числа: биомасса, среда, материал, основа и минеральное вещество.

Это связывающее и/или текстурирующее вещество предпочтительно является металлом, например, кальцием, магнием, кремнием, барием, натрием, фтором, алюминием, железом, марганцем, цинком или органическим веществом, например коллагеном, мукополисахаридом и/или соединением полицеллюлозы.

Предпочтительно пропорции и композицию упомянутого текстурирующего вещества выбирают так, чтобы конечное вещество обладало заданной прочностью и/или эластичностью.

Кроме того, способ изготовления может включать фазу полной или частичной дегидратации инактивирующей соли или солей, входящих в состав упомянутой основы и/или минерального вещества.

Эта фаза дегидратации может по меньшей мере частично выполняться фильтрацией, центрифугированием, термической и/или криогенной обработкой.

По способу изготовления предусматривается, что фазы инактивации, дегидратации и измельчения по меньшей мере частично могут выполняться одновременно.

Во время одной из фаз или этапов способа изготовления в упомянутую основу и/или минеральное вещество может быть введена добавка, например, пенообразователь, волокнистый материал, связующее вещество, изолирующее вещество, огнезащитное вещество или аналогичные вещества.

Приведенная ниже классификация дает неограничивающие примеры структур, которые могут быть выбраны для применения по изобретению:

a) Из числа двудольных:

- Клетки растений порядка Daucales, семейства Araliaceae (аралиевых), рода Hedera (плющи), в частности, Hedera helix (плющ обыкновенный);

- Клетки растений порядка Arales (аралиевые), рода Rhaphidophora (рафидофора), вида Syngonium podophyllum (сингониум ножколистный) (Schott), "Albolineatum", вида Syhgonium auritum (сингониум ушковидный), другое иназвание Philodendron trifolium (филодендрон трехлистный) и вида Syngonium hastifolium;

- Клетки растений порядка Solanales (пасленоцветных), семейства Bignoniaceae (бигнониевых), вида Catalpa bignonioides (катальпа бигнониевидная), если речь идет об оксалате кальция в октаэдрической форме, «в форме морских ежей», в обилии присутствующем, например, в клетках черешков.

Любую растительную клетку, даже ту, которая проявляет слабую склонность к симбиозу, можно минерализовать и/или сверхминерализовать способом, который мы раскрыли, если ее привести в соприкосновение с такими микроорганизмами.

Это относится к упомянутым выше клеткам, а также ко всем растительным клеткам, полученным, например, из кустарников в форме стружек, опилок и которые этим способом фоссилизируются или превращаются в туфовый и/или травертиновый камень.

b) Из числа однодольных:

- Клетки растений порядка Pandarales (пандановые), в частности, семейства Typhaceae (рогозовые);

- Клетки трав, в частности семейства Lemnaceae (рясковые)

с) Из числа папоротников:

Эпидермис у Equisetum arvense (хвощ полевой) - это место формирования минеральных кремниевых образований, которые иногда считаются конкрементами, появившимися в результате секреции мембран эпидермиса, тогда как в этом участвуют бактерии на периферии и/или внутри клеток Equisetum arvense. Они объясняют наличие отложений кремния внутри и/или вне клетки. Накопление кремния в стерильных надземных побегах Equisetum arvense и запасы опалового кремнезема, внедрившиеся в эпидермис его различных надземных органов, связаны с присутствием и симбиотическим участием бактерий. Речь идет о палочковидных бактериях от 0,4 до 0,7 микрон в длину и 0,1 микрон в толщину. Эти палочковидные бактерии вызывают постепенное внешнее вздутие участвующих клеток по мере развития бактериальной пленки. Эти последовательные пленки создают однородное и слоистое накопление кремния.

d) Из числа водорослей

По изобретению можно применять биоминеральные массы, образовавшиеся в результате размножения и накопления панцирей водорослей, естественным или промышленным способом.

В качестве примера можно привести:

- Rhodophyceae (красные водоросли) в основном с порядком Nemalionales (немалиевые), Solenoporaceae (соленопоровые) и Corallinaceae (кораллиновые), включающими Lithothamnium (литотамнион), Melobesia (мелобезия);

- Chlorophyceae (зеленые водоросли) с порядком Siphonales (сифоновые) (включающим Codiaceae (кодиевые), в частности Halimeda (халимеда) и Dacycladales (дазикладовые) (включающими Dacycladaceae (семейство дазикладовых), в частности Acetabularia (ацетабулярия));

- Charophyceae (харовые водоросли) с семейством Characeae (харовые), в частности Cladophora (кладофора) и Vaucheria (вошерия);

- Schizophyceae с Porostromata и Spongiostroma, в частности Rivularia (ривулария), Oscillatoria (осциллатория), Phormidium (формидиум), Chroococcus (хроококкус) и Gleocapsa (глеокапса), которые можно выбрать.

e) Лишайники:

Биоминеральная масса может также быть результатом культуры тройственной растительной ассоциации лишайникового типа. Лишайники - это разнородные растительные ассоциации. Ассоциация, называемая взаимовыгодной, состоит из гриба, водоросли и минерализующих бактерий, похожих на те, которые мы описывали выше.

Эти бактерии способствуют формированию комплексных и окрашенных минеральных включений внутри мицелия.

Существование отложений лишайниковых кислот в форме внеклеточных гидрофобных кристаллов обусловлено минерализацией лишайников упомянутыми симбиотическими бактериями. Симбиотические бактерии отличаются от иногда упоминаемых цианобактерий небольшим размером и отсутствием пигмента.

Так, живая структура может быть просто клетками растений, обладающими таким физиологическим оснащением.

f) Из числа грибов:

Структурой растительного происхождения может быть низшее растение, выбранное из числа грибов и их споры.

g) Из числа микроорганизмов:

Живой структурой может быть микроорганизм, например вирус или бактерия, в частности Bacillus megatherium, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas maltophilia, Pseudomonas putida, Buttauxiella agrestis, Rhodococcus, Serratia marescens.

Можно запланировать применение вируса в качестве живой структуры.

Живая структура может также быть животным или частью животного, например, клеткой, тканью и/или органом, выбранным из числа простейших или многоклеточных беспозвоночных, в частности губкообразных, пластинчатожаберных и иглокожих или также из числа позвоночных.

В одной среде можно культивировать одну или несколько совместимых живых структур, симбиотических или сотрудничающих, вне зависимости от того имеют ли они растительное, животное или микробиологическое происхождение.

Цель первого этапа приготовления заключается в получении минеральной основы, то есть промежуточного продукта. Предпочтительно этап приготовления основы включает фазу, заключающуюся в культивировании упомянутой живой структуры в течение такого периода и в такой среде, что эта структура произведет или синтезирует по меньшей мере часть упомянутого материала, именуемую «минеральной биомассой».

Второй этап заключается в обработке упомянутой основы после ее сверхминерализации таким образом, чтобы превратить ее в дезактивированное или инактивированное минеральное вещество определенной текстуры.

В качестве примера можно выбрать одно или несколько соответствий между живыми структурами и минералами и/или породами, перечисленными ниже.

Клетки Hedera helix (плюща обыкновенного) соответствуют оксалату кальция/известняку.

Клетки Ficus elastica (фикуса упругого или каучуконосного) соответствуют карбонату кальция/известняку.

Клетки Equisetum (хвоща) соответствуют кремнию/опаловому кремнезему/окремнелой древесине/песчанику.

Клетки Graminea (злаков) соответствуют кремнию/опаловому кремнезему/окремнелой древесине/песчанику.

Клетки Typhaceae (рогозовых) соответствуют кремнию/опаловому кремнезему/окремнелой древесине/песчанику.

Гриб Ascomycete (аскомицет) соответствует дипиколинату кальция/известняку.

Клетки Pectascinaceae соответствуют карбонату кальция/известняку.

Водоросли Pheophysea соответствует кремнию/диатомиту.

Водоросли Rhodophyceae (красные водоросли) соответствует карбонату кальция /известняку/травертину.

Водоросли Chlorophycea (зеленые водоросли) соответствует карбонату кальция /известняку/травертину.

Водоросль Cyanophycea (сине-зеленые водоросли) соответствует карбонату кальция /известняку/травертину.

Моллюск Lamellibranchea (пластинчатожаберный) соответствует карбонату кальция /известняку/ракушечниковому песчанику.

Производство биомассы подчиняется обычным законам роста живых структур: здесь нет необходимости точно описывать фазу культуры.

В зависимости от живой структуры, которую предстоит выращивать, специалист сумеет определить, какой способ и какую среду можно применять с наибольшим успехом.

Так, в зависимости от типа выбранной структуры можно применить один из разработанных способов, в частности, культуру in vivo, в земле, на слое, богатом органическими веществами, способом гидропоники, в чашках Петри, в реакторе, например, в ферментере, или выращиванию в батарейных клетках, на корню или способами рыбоводства.

В том случае, если растения сохраняют свою целостность, предпочтительно применяются традиционные способы культуры (в земле, в теплице, способом гидропоники и тому подобное).

Если упомянутая живая структура является частью растения, например клеткой, тканью или органом, живая структура может происходить от так называемых высших растений, однодольных, как, например, ряска, или двудольных, и в частности, из числа Daucales, лиан, Bignoniaceae (бигнониевых), Moracaea (тутовых), Comrnaceae, Cactaceae (кактусовых).

Для этого типа структуры, который, например, производит туфовое и/или травертиновое вещество, можно применять следующую культуральную среду:

Дистиллированная вода 1000 граммов
Нитрат кальция 0,71
Нитрат калия 0,568
Сульфат магния 0,284
Фосфат аммония 0,142
Хлорид железа 0,112
Иодид калия 0,0028
Борная кислота 0,0005
Сульфат цинка 0,0005
Сульфат марганца 0,0005

Кроме того, структурой растительного происхождения может быть водоросль, в частности Rhodophyceae (красные водоросли), Chlorophyceae (зеленые водоросли), Charophyceae (харовые водоросли), Schyzophyceae, Cyanophycea (сине-зеленые водоросли), Pheophyceae(бурые водоросли) и/или также простейший одноклеточный организм, и тогда следует предусмотреть другие среды.

Также дело обстоит, если живая структура является животным или частью животного, например, клеткой, тканью и/или органом, и более конкретно простейшим с песчаной, карбонатной, кремниевой или хитиновой оболочкой, мезоглеей губок с известковыми или кремниевыми спикулами, клетками кораллов, клетками эпидермиса моллюсков или также клетками, происходящими из костных структур позвоночных. Минеральную биомассу можно получить культурой in vitro клеток, тканей и/или органов животного царства, участвующих в минеральном биосинтезе.

Например, для получения специфического известняка можно прибегнуть к современными и/или ископаемым продуктам кораллов.

Микроорганизмы также можно культивировать в больших количествах в промышленных ферментерах, которые имеются в продаже, и, в частности, в ультраферментерах с тангенциальной фильтрацией, которые позволяют организовать непрерывный процесс производства.

Одну или несколько совместимых живых структур можно культивировать в одной среде, в случае необходимости, по меньшей мере с одной другой совместимой структурой растительного, животного и/или микробиологического происхождения.

Второй этап заключается в обработке упомянутой основы после ее сверхминерализации таким образом, чтобы превратить ее в инактивированное минеральное вещество определенной текстуры.

Так, при производстве биомассы на базе живой структуры этап обработки включает фазу инактивации живой структуры.

Эта фаза инактивации может быть выполнена добавлением по меньшей мере одной соли, такой как, например, окись магния, сульфат магния, хлорид кальция, хлорид бария предпочтительно в безводной форме.

Биомасса является стабилизированной, то есть инактивированной так, что любое клеточное развитие прекращено. Такого результата можно достичь добавлением в соответствующей пропорций одной или нескольких солей, перечисленных выше, или веществ, обладающих аналогичным действием на содержащуюся в массе живую структуру.

В случае применения этих соединений приемлемыми являются пропорции (в массовых единицах), соответствующие 1 части сульфата магния, 0,5 части хлорида кальция, 0,5 части хлорида бария, 2 частям окиси магния, предпочтительно безводным. Однако эти пропорции могут изменяться, в частности, в интервале от 20% до 50%.

Можно применять другие способы инактивации, по отдельности или в качестве дополнения, в числе которых применение химических веществ, в частности фторосиликатов, а также облучение и повышение температуры до высокого уровня.

Фазу перемешивания можно выполнять в течение одного из этапов способа изготовления. Предпочтительно эту фазу перемешивания выполняют по меньшей мере частично одновременно с другой фазой способа, и более конкретно во время инактивации.

Можно прибегнуть к двум фазам инактивации: одной во время производства продукта, и другой - во время применения, например, когда продукт находится в состоянии смеси согласно способу по изобретению.

Так, полную инактивацию живых структур основы выполняют перемешиванием биомассы и перечисленных солей с добавлением равного количества воды, что позволяет гарантировать их хорошее смешивание. Например, можно добавить основу к перечисленным солям в пропорции от 0,5 частей основы на 1 часть солей до 4 частей основы на 1 часть солей.

Одно из преимуществ способа изготовления состоит в том, что этап приготовления основы может включать фазу, заключающуюся в получении и/или сборе либо упомянутой живой структуры, либо осадочного минерального материала и введении его в основу в таких пропорциях, что это введение образует по меньшей мере часть необходимого минерального материала.

Можно собирать минеральный материал в форме, например, отложений, современных и/или ископаемых конкреций и вводить в основу либо на этапе приготовления, либо на этапе обработки.

К тому же, живую структуру выбирают, чтобы связанное с ней минеральное вещество содержало по меньшей мере один карбонатный, кремниевый, селенитовый минералогический компонент или аналогичные компоненты. Существует множество других новых минеральных источников, которые можно применять по изобретению. Во время обрезки кустарников или других сельскохозяйственных операций (сбор урожая, в том числе сенокос, жатва, сбор винограда и другие) образуется большое количество минерализованных или минерализуемых или минерализующих продуктов, которые способны к сверхминерализации (сено, солома, стерня и тому подобное).

В ходе некоторых промышленных операций образуются отходы растительного происхождения, например, опилки, которые можно минерализовать. Называют клетки растений относительно жесткие и, более конкретно, клетки лиан, таких как, например, Syngonium podophyllum (сингониум ножколистный), Syngonium auritum (сингониум ушковидный), другое иназвание Philodendron trifolium (филодендрон трехлистный) и Syngonium hastifolium. Плющи, фиговые деревья являются потенциальным источником минеральных субстратов. Разумеется, что это также относится к береговым отложениям морских водорослей, таким как песчанистый ил.

Во время возможной фазы способа изготовления по меньшей мере один из компонентов из числа: биомасса, основа, упомянутый минеральный материал и/или вещество измельчают в ходе этапа приготовления и при необходимости в ходе этапа инактивирующей обработки.

Например, если из культуры живой структуры получают минеральные и/или слоистые скопления, которые можно при необходимости раздробить для их применения в массе основы. Также, если часть или большая часть минерального материала представлена ископаемыми или твердыми отходами согласно объяснению выше, блоки собранной массы могут быть размолоты или измельчены.

Фазу измельчения выполняют до достижения заданной текстуры или пластичности. Говоря иными словами, цель измельчения заключается в получении более или менее рыхлого вещества, предпочтительно заданного гранулометрического состава.

Упомянутое измельчение по меньшей мере частично выполняется дроблением с помощью ультразвука и/или физико-химическими средствами, такими как внесение добавок, криогенная и/или термическая обработка, размалывание или изменение давления.

В этом случае одна из фаз способа изготовления может заключаться в приготовлении суспензии из биомассы или упомянутого измельченного материала в жидкости, предпочтительно водной. Возможно, во время одной из фаз способа ввести в нее по меньшей мере один из компонентов из числа: культуральная среда, биомасса, основа и минеральное вещество. Возможно, это вещество является элементом биомассы.

Этап приготовления и/или обработки может заключаться во введении по меньшей мере в один из компонентов из числа: биомасса, среда, материал, основа и минеральное вещество, связывающее и/или текстурирующее вещества. Это вещество предпочтительно является связывающим веществом, более конкретно, металлом, например, кальцием, магнием, кремнием, барием, натрием, фтором, алюминием, железом, марганцем, цинком или органическим веществом, например, коллагеном, мукополисахаридом и соединением полицеллюлозы.

Очевидно, что это вещество выполняет по возможности функции инактивирующего соединения в том случае, если основа содержит живую структуру, которая была культивирована или собрана.

Предпочтительно пропорции и композицию упомянутого связывающего и/или текстурирующего вещества выбирают так, чтобы конечное вещество обладало заданной прочностью или эластичностью.

Во время одной из фаз или этапов способа в упомянутую основу и/или минеральное вещество может быть введена добавка, например, пенообразователь, волокнистый материал, связующее вещество, изолирующее вещество, огнезащитное вещество или аналогичные вещества.

Кроме того, способ может включать фазу дегидратации по меньшей мере частичной одного или нескольких компонентов упомянутой основы и/или минерального вещества.

Эта фаза дегидратации может по меньшей мере частично выполняться фильтрацией, облучением, центрифугированием, термической и/или криогенной обработкой.

Согласно способу предусматривается, что фазы инактивации, дегидратации и измельчения по меньшей мере частично выполняются одновременно.

Согласно одному из способов воплощения изобретения минеральная композиция включает по меньшей мере 50% и самое большее 80% по массе карбоната кальция и по меньшей мере 10% и самое большее 30% по массе кремния.

Минеральная композиция по изобретению может иметь форму твердого вещества с разделенными компонентами, которое после добавления определенного количества воды и этапа тщательного перемешивания, дает массу, называемую каменеющая смесь.

Вязкость массы каменеющей смеси корректируется изменением пропорций минеральной композиции и воды.

Изготовление изолирующей матрицы возможно после тщательного перемешивания минеральной композиции и воды при температуре окружающей среды. Текучесть смеси, механические свойства и время затвердевания зависят от содержания воды. Ее адаптируют в зависимости от природы материала и применяют для изоляции ядерных отходов.

Высушивание массы каменеющей смеси дает однородную матрицу, механические и химические свойства которой совместимы с хранением ядерных отходов.

Например, иммобилизующая матрица обладает следующими механическими свойствами:

- устойчивость к сжатию выше или равной 8 МПа, обычно 25 МПа после 30 дней; и/или

- отсутствие газообразных выделений и выпотевания даже под нагрузкой; и/или

- усадка в размерах, соответствующая цементным матрицам; и/или

- хорошая устойчивость к излучению; и/или

- отсутствие изменений поведения при сжатии после облучения дозой 1300 кГр.

Согласно одному из способов воплощения изобретения этап смешивания включает:

- этап предварительного смешивания, во время которого смешивают минеральную композицию и воду,

- этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и

- этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, содержащую предназначенные для иммобилизации отходы.

Согласно одному из способов воплощения изобретения этап смешивания включает:

- этап предварительного смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы, минеральную композицию и воду,

- этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и

- этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, предназначенную для размещения ядерных отходов.

Изобретение не ограничивается описанными способами воплощения и не должно истолковываться ограничительно, охватывая любой равноценный способ воплощения.

1. Способ иммобилизации ядерных отходов, включающий:
этап смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы с минеральной композицией и водой,
этап высушивания, во время которого смесь, полученную на этапе смешивания, высушивают, чтобы сформировать иммобилизующую матрицу,
отличающийся тем, что минеральную композицию получают способом изготовления, включающим этапы, которые состоят в:
приготовлении основы, содержащей определенное количество минерального материала, синтезированного по меньшей мере частью живой структуры, выбранной из растительного, животного мира и/или из числа микроорганизмов; и
обработке упомянутой основы для ее преобразования в инактивированное вещество определенной текстуры.

2. Способ по п.1, в котором минеральную композицию выбирают так, что она, будучи смешанной с водой, обладает значением рН от 11 до 12,5.

3. Способ по п.1 или 2, в котором минеральную композицию выбирают так, что реакция между упомянутой композицией и водой является в значительной степени атермической.

4. Способ по п.1 или 2, в котором соотношение между массовым количеством минеральной композиции и массовым количеством воды находится в диапазоне от 1, например, выше или равно 1,5, до 85/15.

5. Способ по п.1 или 2, в котором минеральную композицию выбирают так, что иммобилизующая матрица обладает устойчивостью к сжатию выше или равной 8 МПа в течение 8 дней.

6. Способ по п.1 или 2, в котором во время этапа смешивания добавляют песок так, что соотношение между массовым количеством минеральной композиции и массовым количеством песка выше или равно 1,5 и ниже или равно 10.

7. Способ по п.1 или 2, в котором этап смешивания включает:
этап предварительного смешивания, во время которого смешивают минеральную композицию и воду,
этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и
этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, содержащую предназначенные для иммобилизации отходы.

8. Способ по п.1 или 2, в котором этап смешивания включает:
этап предварительного смешивания, во время которого смешивают ядерные отходы, минеральную композицию и воду,
этап перемешивания, во время которого смесь, полученную на этапе предварительного смешивания, перемешивают, и
этап введения, во время которого перемешанную смесь вводят в оболочку, предназначенную для размещения ядерных отходов.

9. Способ по п.1 или 2, в котором минеральная композиция включает от 50 до 80% по массе карбоната кальция и от 10 до 30% по массе кремния.

10. Способ по п.1 или 2, в котором массовое количество ядерных отходов в иммобилизующей матрице составляет от 10 до 80%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам переработки радионуклидов щелочноземельных и редкоземельных элементов из отработанного ядерного топлива.

Изобретение относится к переработке жидких радиоактивных отходов (РАО), преимущественно азотнокислых, содержащих щелочные и щелочно-земельные элементы, в том числе соли натрия, радиоизотопы 137Cs и 90Sr.
Изобретение относится к области радиохимической технологии и может быть использовано для иммобилизации радиоактивных отходов. .
Изобретение относится к способам иммобилизации жидких радиоактивных отходов предприятий атомной промышленности методами остекловывания. .
Изобретение относится к иммобилизации жидких радиоактивных отходов от переработки ядерного топлива. .

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного и прочих видов загрязнения и предназначено для использования в технологии обезвреживания радиоактивных отходов и других видов опасных отходов, а также для локализации выбросов различного рода отходов.
Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к отверждению с последующей иммобилизацией жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности, отработанных радиоактивно-загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов, в частности к составам для иммобилизации жидких гомогенных и гетерогенных радиоактивных отходов (РАО) путем их остекловывания.

Изобретение относится к технике переработки твердых радиоактивных отходов, а конкретно к омоноличиванию зольных остатков в цементные компаунды, преимущественно на предприятиях, в которых от сжигания ТРО образуется 0,5-2 м зольных остатков в год.
Изобретение относится к способу остекловывания продуктов деления, получаемых при переработке облученного топлива

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при обезвреживании радиоактивных отходов, а именно выработавших свой ресурс радиоактивных масел и твердых радиоактивных отходов органического происхождения, относящихся к классу сжигаемых целлюлозных материалов

Изобретение относится к отверждению радиоактивных отходов, преимущественно жидких (ЖРО), в контейнерах для их хранения, транспортирования и захоронения
Изобретение относится к области атомной техники и касается технологии переработки высокосолевых жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности, содержащих до 30% органических веществ, путем включения их в магнезиальный цемент
Изобретение относится к радиохимической технологии переработки жидких высокоактивных отходов. Способ иммобилизации ВАО в пористую стеклокерамическую матрицу, получаемую путем вспенивания расплава утилизированного лампового стекла. Иммобилизация и фиксация радионуклидов в пористую стеклокерамику осуществляется при проведении следующих процессов: пропитка стеклокерамики, насыщение, сушка, нагревание с отгонкой газообразных продуктов, прокалка при 1000°С. Изобретение позволяет использовать доступный, дешевый сорбент с высоким значением открытой пористости (до 90%). 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к проблемам охраны окружающей среды, в частности к процессам кондиционирования методом цементирования жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включая борсодержащие ЖРО. Кондиционирования жидких радиоактивных отходов проводят цементированием с использованием электромагнитной обработки в вихревом слое с ферромагнитными телами вращения и последующим отверждением продукта. В качестве ферромагнитных тел вращения используют мелкодисперсные или нанодисперсные порошки оксидов железа, которые вносят в исходные жидкие радиоактивные отходы в количестве не менее 5% (масс.). Далее радиоактивные отходы последовательно подвергают электромагнитной обработке в вихревом слое и смешиванию с портландцементом при раствороцементном отношении не менее 0,6. В качестве ферромагнитных тел вращения используют мелкодисперсные или нанодисперсные порошки оксидов железа размером соответственно 30-50 мкм и 30-80 нм, а в качестве жидких радиоактивных отходов используют жидкие борсодержащие радиоактивные отходы с общим солесодержанием до 500 г/дм3. Электромагнитную обработку проводят в "вихревом слое" не менее 30 секунд. Изобретение позволяет сократить срок отверждения, повысить прочность цементной матрицы и расширить виды отверждаемых ЖРО. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к области переработки жидких радиоактивных или химических отходов и их изоляции от окружающей среды, и может быть использовано на стадии вывода АЭС из эксплуатации. В заявленном способе отверждение ЖРО осуществляется путем их смешения с полимерным материалом и последующего высушивания. При этом предусмотрено многократное добавление радиоактивных растворов к отвержденному материалу. Техническим результатом является иммобилизация самых разнообразных по составу растворов без какой либо подготовки и при этом происходит значительное сокращение объема отходов, направляемых на хранение, а также сокращение числа технологических стадий по сравнению с традиционными технологиями и возможность срочной локализации отходов в случае возникновения аварийных ситуаций на объектах атомной и химической промышленности.1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к алюмоборосиликатным стеклам для изоляции радиоактивных жидких эфлюентов средней активности. Предложен качественный и количественный состав алюмосиликатного стекла, стеклообразующая добавка для его получения и способ обработки радиоактивного жидкого эфлюента средней активности с использованием предложенной стеклообразующей добавки, приводящий к получению указанного алюмоборосиликатного стекла. Технический результат - предложен способ изоляции радиоактивных жидких эфлюентов средней активности, получаемых при операциях окончательной остановки заводов по переработке ядерного топлива, позволяющий получить материал, обладающий высокой стойкостью к облучению, отличной механической прочностью и высоким сопротивлением к химическим воздействиям. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области кондиционирования жидких радиоактивных отходов методом цементирования, а именно к составу для отверждения жидких радиоактивных отходов, состоящему из портландцемента и природной минеральной добавки. При этом в качестве природной минеральной добавки используют высококремнеземистый природный материал с содержанием диоксида кремния не менее 80% при следующем соотношении компонентов (масс.%): портландцемент 90-95; природная минеральная добавка 5-10. Как правило, в качестве высококремнеземистого природного материала используют диатомит, кварцевую муку, биокремнезем. Изобретение позволяет повысить прочность и надежность фиксации радионуклидов в цементной матрице, а также сократить сроки схватывания цементной матрицы при отверждении жидких борсодержащих радиоактивных отходов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 16 пр.

Изобретение относится средствам охраны окружающей среды, а именно к способам переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), предусматривающим их иммобилизацию в кристаллический материал, и может быть использовано на предприятиях атомной энергетики и химико-металлургических производств. Способ включает синтез нерастворимых соединений, иммобилизирующих долгоживущие радионуклиды, и последующее отделение осадка. Используют ЖРО, содержащие комплексы Со с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), при этом осуществляют электрохимический синтез нерастворимых соединений кобальта. Для этого к электродам, размещаемым в емкости с ЖРО, подводят электрический ток с параметрами, соответствующими режиму микродугового оксидирования. Процесс осуществляют при нормальных условиях. Техническим результатом является обеспечение возможности очистки ЖРО, содержащих растворимые комплексы металлов с ЭДТА при упрощении аппаратного комплекса, обеспечивающего очистку ЖРО. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.
Наверх