Способ подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов


 


Владельцы патента RU 2463678:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к способам подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов и для их утилизации может быть использовано на радиохимических предприятиях. Способ подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов включает предварительную фильтрацию отходов через песчаный насыпной фильтр, корректировку рН отходов и захоронение их в предварительно подготовленный глубинный пласт-коллектор. Предпочтительно отходы фильтруют не позднее 7 суток после их получения и осуществляют захоронение в пласт-коллектор не позднее 20 суток после фильтрации. Изобретение позволяет осуществлять захоронение в глубинный пласт-коллектор не менее 85% SiO2, присутствующего в кремнийсодержащих отходах, обеспечивая при этом защиту пласта-коллектора от кольматации. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов и для их утилизации может быть использовано на радиохимических предприятиях.

После экстракционного аффинажа уранилнитрата, полученного в результате растворения кремнийсодержащих химических концентратов природного урана (ХКПУ), образуются водно-хвостовые растворы, требующие специальной подготовки к подземному захоронению. Кремний находится в растворе в виде золя и геля кремниевой кислоты, создающих опасность кольматации пласта-коллектора при подземном захоронении этих растворов.

Известно, что в водных щелочных растворах при рН более 11,0 и содержании SiO2 10 г/л поликонденсация кремниевой кислоты с образованием геля не происходит [Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема. - М.: ИКЦ «академкнига», 2004. с.10-11].

Однако предупредить кольматацию пласта-коллектора гелем кремниевой кислоты переведением рН водно-хвостового раствора в щелочную область не удается, так как ХКПУ попутно содержат примеси гидролизующихся металлов (железа, алюминия, хрома и др.), которые в щелочной среде образуют осадки гидроокисей.

Известен способ переработки рафината [Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. - М.: Госатомиздат, 1961, с.165-168], по которому рафинат упаривается, выпаренные соли прокаливаются и полученные оксиды (их количество достигает 20 мас.% от массы ХКПУ) захораниваются. Недостатком данного способа является высокая стоимость изготовления и эксплуатации выпарного и прокалочного оборудования.

Известен способ переработки ХКПУ [Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. - М.: Госатомиздат, 1961, с.184], по которому рафинат от его экстракционной переработки нейтрализуется известковым молоком. Получаемая пульпа перекачивается в открытый бассейн, где твердые частицы отстаиваются, после чего осветленный и обескремненный раствор сбрасывается в открытую гидросеть. Недостатки такого способа: увеличение объема твердых радиоактивных отходов (ТРО) за счет солей кальция (количество ТРО при переработке кремнийсодержащих рафинатов достигает 90 мас.% от массы ХКПУ), затраты на создание, обслуживание и захоронение бассейна-пульпохранилища.

Более дешевым и безопасным для экологии является способ подземного захоронения ЖРО [Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов.- М.: ИздАТ, 1994. с.177-186], включающий предварительный отстой рафинатов в бассейнах-хранилищах, обеспечивающий снижение содержания взвесей в ЖРО и нагнетание декантатов в песчаные пласты-коллекторы. Однако данный способ неприемлем для кремнийсодержащих отходов, так как седиментацией невозможно удалить гели кремниевой кислоты из-за того, что они очень подвижны, занимают большой объем и плохо отстаиваются, создавая опасность кольматации пласта-коллектора.

Известен способ [патент GB №2139406, МПК G21F 9/24, опубл. 1984], который включает стадии разбавления радиоактивных отходов водой, поднятой из пористой геологической формации, и нагнетания разбавленного раствора в ту же самую геологическую формацию, которая находится предпочтительно под морским дном. Но в этом случае значительно возрастают объемы жидких радиоактивных отходов (ЖРО), количество геля кремниевой кислоты, поступающее на подземное захоронение, не изменяется и не исключен гидролиз отдельных примесей, что усложняет процесс и делает его более дорогим.

Способ подземного захоронения ЖРО [патент РФ №2307412, МПК G21F 9/24, опубл. 27.09.2007] взят за прототип. Захоронение жидких радиоактивных отходов, содержащих гидролизующиеся примеси, в глубинный пласт-коллектор включает корректировку рН отходов и предварительную подготовку пласта-коллектора путем нагнетания в него азотнокислых растворов. Раствор азотной кислоты вводят в пласт-коллектор в количестве, достаточном для нейтрализации карбонатов, содержащихся в грунте, взаимодействующем с отходами, и достижения рН межпоровой жидкости 1-1,5, и в отходы - до значения рН 1-1,5. Изобретение позволяет нагнетать ЖРО в глубинные пласты-коллекторы, исключив опасность выпадения осадков гидролизующихся примесей, обеспечивая тем самым заданную продолжительность эксплуатации полигона подземного захоронения ЖРО.

Однако указанный способ решает проблему только с гидролизующимися примесями железа, алюминия, но не защищает пласт-коллектор от кольматации гелем кремниевой кислоты.

Задачей изобретения является разработка способа захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов, исключающего опасность кольматации пласта-коллектора гелем кремниевой кислоты.

Поставленная задача решается тем, что в способе подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов, включающем корректировку рН отходов и захоронение их в предварительно подготовленный глубинный пласт-коллектор, отходы предварительно фильтруют через песчаный насыпной фильтр. Предпочтительно отходы фильтруют не позднее 7 суток после их получения и осуществляют захоронение в пласт-коллектор не позднее 20 суток после фильтрации.

Очистить ЖРО от нерастворимых остатков (гидратированных оксидов железа и алюминия) можно отстоем с последующей декантацией маточника, центрифугированием или фильтрацией. Убрать из ЖРО гель кремниевой кислоты - задача более сложная. Во-первых, гель очень трудно отделить от раствора (седиментация гелей проходит очень медленно, матерчатые тканевые фильтры быстро забиваются гелями). Во-вторых, в процессе выдержки отходов гелирование кремниевой кислоты продолжается, коллоидные частицы размером 1-2 нм действуют как зародыши, на таких зародышах осаждается мономерный кремнезем [Р.Айлер. Химия кремнезема. Под ред. В.П.Прянишникова. - М.: Мир, 1982 г. - с.117, 183]. Так как мономер Si(OH4) конденсируется на любой уже имеющейся твердой поверхности, несущей ОН-группы, с которыми может взаимодействовать, для получения устойчивого раствора, содержащего большое количество кремния (больше растворимости SiO2 в воде, равной 0,1-0,2 г/л), предлагается предварительная фильтрация отходов через песчаный фильтр. Предварительная фильтрация отходов через песчаный фильтр позволяет отделить от раствора частицы дисперсной фазы золя кремниевой кислоты, являющиеся центрами полимеризации кремниевой кислоты.

Если из раствора удалить твердую поверхность: осадки, взвеси и т.п. или коллоиды кремниевой кислоты, то мономеру Si(OH4) некоторое время не на чем будет осаждаться, пока не образуются новые олигомеры кремниевой кислоты. В отсутствии частиц дисперсной фазы золя растворы кремниевой кислоты приобретают временную устойчивость к гелированию.

Опыт эксплуатации глубинных скважин показывает, что приемлемой является скорость фильтрации отходов через грунт пласта-коллектора, равная 3-6,7 мл/см2*мин.

Эксперименты показали, что при концентрации оксида кремния более 0,2 г/л без предварительной фильтрации скорость фильтрации отходов через грунт пласта-коллектора всегда менее 0,1 мл/см3*мин.

При выдержке отходов постепенно происходит полимеризация кремниевой кислоты с образованием золя и затем геля. Из данных экспериментов следует, что чем меньше продолжительность выдержки отходов перед их фильтрацией, тем меньше кремния перейдет в отфильтрованный осадок и тем больше кремния будет удалено в составе отходов в пласт-коллектор. Максимальная скорость фильтрации отходов через грунт пласта-коллектора после предварительной фильтрации сохраняется определенное время (время выдержки до снижения скорости фильтрации). Это время выдержки уменьшается для растворов с увеличением исходной концентрации кремниевой кислоты, концентрация которой в растворе определяется содержанием SiO2.

В экстракционной технологии переработки кремнийсодержащих ХКПУ концентрация в растворах по оксиду кремния не превышает 5,0 г/л, поэтому в примере приведены результаты опытов с ЖРО, содержащих кремниевую кислоту в указанной концентрации (максимально возможной для данного способа).

Пример реализации способа

Предварительно обрабатывают грунт азотнокислым раствором в количестве, достаточном для нейтрализации карбонатов, содержащихся в грунте, взаимодействующем с отходами, и достижения рН межпоровой жидкости 1-1,5.

ЖРО (рафинаты от экстракционной переработки кремнийсодержащих ХКПУ с применением 30%-ного ТБФ в углеводородном разбавителе) состава:

концентрация урана - 50 мг/л;
концентрация азотной кислоты - 20 г/л;
концентрация диоксида кремния (SiO2) - 5,0 г/л;
концентрация алюминия - 3,1 г/л;
концентрация железа - 3,7 г/л;

выдерживали заданное время, фильтровали через песчаный насыпной фильтр и определяли концентрацию SiO2 в фильтрате. После проведения корректировки рН и введения ацетат-ионов в отфильтрованные отходы, фильтраты выдерживали заданное время. Затем через колонку, заполненную подготовленным грунтом на высоту слоя 30 см, фильтровали пять колоночных объемов полученных фильтратов и замеряли скорость фильтрации пятого колоночного объема, по которой судили об эффективности подготовки отходов к закачке в пласт-коллектор. Результаты опытов приведены в таблице.

Таблица
№ опыта Продолжительность выдержки ЖРО, сутки Доля SiO2, отфильтрованная на песчаном фильтре, % Продолжительность выдержки фильтрата, сутки
3 10 15 20 25 30
Скорость фильтрации пятого колоночного объема, мл/см2*мин
1 1 11,1 5,1 4,3 3,9 3,0 0,1 0,1
2 3 12,8 6,7 6,7 6,6 6,0 5,8 5,0
3 5 13,8 6,7 6,7 6,7 6,6 6,3 5,8
4 7 15,4 6,7 6,7 6,7 6,7 6,5 5,9
5 10 20,0 6,7 6,7 6,7 6,7 6,7 6,7

Из данных таблицы 1 следует, что с увеличением продолжительности выдержки отходов увеличивается доля SiO2, отфильтрованная на песчаном фильтре. Экономически приемлемым является отделение до 15% SiO2, что соответствует 7 суткам выдержки ЖРО. Дальнейшая выдержка отходов приводит к гелированию кремниевой кислоты и более значительному выделению кремния в отфильтрованный осадок, что ведет к резкому удорожанию захоронения отходов за счет увеличения доли ТРО.

Из данных таблицы следует, что растворы, отфильтрованные не позднее 7 суток, проходят через грунт пласта-коллектора со скоростью, приемлемой для эксплуатации глубинных скважин, если продолжительность их выдержки не превышает 20 дней.

При выдержке фильтратов более 20 суток скорость фильтрации начинает существенно уменьшаться, что свидетельствует об опасности кольматации скважины.

В целом заявленный способ подземного захоронения радиоактивных жидких кремнийсодержащих отходов позволяет захоранивать в глубинный пласт-коллектор не менее 85% SiO2, присутствующего в кремнийсодержащих отходах, обеспечивая при этом защиту пласта-коллектора от кольматации.

1. Способ подземного захоронения радиоактивных жидких кремнийсодержащих отходов, включающий корректировку рН отходов и захоронение их в предварительно подготовленный глубинный пласт-коллектор, отличающийся тем, что отходы предварительно фильтруют через песчаный насыпной фильтр.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы фильтруют не позднее 7 суток после их получения и осуществляют захоронение в пласт-коллектор не позднее 20 суток после фильтрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными отходами (РАО) низкого и среднего уровня активности и предназначено для их безопасного длительного хранения и/или захоронения в подземных сооружениях, созданных в однородных слабопроницаемых породах.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного, а также прочих видов загрязнения и может быть использовано в процессе захоронения радиоактивных и промышленных отходов.

Изобретение относится к конструкции хранилища для длительного хранения в нем контейнеров с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). .

Изобретение относится к способу переработки и захоронения радиационно загрязненной растительности на территориях криолитозоны. .
Изобретение относится к способам захоронения жидких радиоактивных фторидсодержащих отходов и может быть использовано на радиохимических предприятиях. .

Изобретение относится к области обращения с твердыми радиоактивными отходами и может быть использовано при возведении защитных саркофагов полууглубленных могильников твердых радиоактивных отходов в криолитозоне.

Изобретение относится к области захоронения опасных отходов и может быть использовано для консервации опасных отходов, размещенных на дне водоемов различного типа.
Изобретение относится к способам захоронения жидких радиоактивных отходов, а именно отработанного экстрагента - трибутилфосфат в гексахлорбутадиене, в глубоко залегающие подземные пласты-коллекторы.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для защиты от загрязнения токсичными или радиоактивными веществами подземных питьевых вод, грунтов и почв в районах размещения технических отходов.

Изобретение относится к способам очистки русел малых рек криолитозоны с сезонным стоком от донных отложений, загрязненных радионуклидами, и обращения с твердыми радиоактивными отходами.

Изобретение относится к областям охраны окружающей среды и ядерной энергетике и может быть использовано для консервации на длительное хранение приповерхностных хранилищ как с жидкими, так и с твердыми радиоактивными отходами (ЖРО, ТРО). Разработаны три варианта рецептуры изготовления консерванта в зависимости от гидрогеологических условий расположения хранилища (выше или ниже уровня первого водоносного горизонта) и вида радиоактивных отходов (ЖРО или ТРО). Для консервации хранилищ с ЖРО основной компонентой консерванта является перемешанная до однородного состояния, включая осадок, жидкостная фаза отходов конкретного хранилища, в которую в зависимости от конкретных гидрогеологических условий либо вводят под давлением порошок бентонитовой глины непосредственно, либо с предварительным добавлением специально подобранного для конкретного хранилища гелеобразующего раствора. Для консервации хранилищ с ТРО в консерванте в качестве жидкостной компоненты использована природная вода, смешанная с гелеобразующим раствором и порошком бентонитовой глины. Изобретение позволяет исключить миграцию радионуклидов за пределы хранилища. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявленное изобретение относится к способу сооружения хранилища для радиоактивных отходов. Заявленный способ включает бурение скважины в вечномерзлотных породах, спуск и цементирование обсадной колонны, размещение в скважине контейнеров с радиоактивными отходами, герметизацию верхней части скважины. В заявленном способе обсадную колонну цементируют в интервале от расчетной границы зоны растепления до поверхности, а контейнеры с радиоактивными отходами устанавливают на полую колонну-хвостовик, перфорированную в нижней части, на расстоянии от забоя скважины, где hom - высота интервала, в пределах которого произойдет оттаивание вечномерзлых пород; m - пористость вечномерзлых пород; Rom - расчетный радиус оттаивания; Rc - внутренний радиус скважины. Техническим результатом является обеспечение более высокой степени надежности захоронения радиоактивных отходов и исключение возможности миграции радионуклидов за пределы хранилища. 3 з. п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при захоронении высокотоксичных и радиоактивных отходов в рудниках при камерных системах разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Способ включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, сооружение саркофагов из отработавших колесных шин большегрузной самоходной техники, размещение в саркофагах контейнеров с отходами и заполнение камер гидравлической закладкой из твердеющих смесей. Техническим результатом является использование подлежащих утилизации шин большегрузной техники для повышения надежности захоронения опасных отходов промышленности. 1 ил.

Изобретение относится к средствам захоронения радиоактивных отходов (РАО), а также средствам исследования (6, 7) геологических пород (8) в глубинных слоях литосферы вплоть до мантии (9). Заявленное устройство содержит герметичный контейнер, корпус (1) которого выполнен из тугоплавкого материала и заполнен тепловыделяющими элементами (2) с прочной оболочкой и теплопроводящим наполнителем (3). Оболочки элементов заполнены РАО и тепловыделяющими активными радионуклидами. Корпус имеет две торцевые поверхности и боковую поверхность, имеющие осесимметричную форму. Высота Н контейнера вдоль его оси симметрии и максимальный поперечный размер контейнера в плоскости, расположенной перпендикулярно его оси симметрии, выбраны из условия: D>4H. Контейнер снабжен теплоизоляцией (4), расположенной со стороны верхней торцевой поверхности, над которой расположены зоны расплавленных (11) и затвердевшего расплава (12) геологических пород. На нижней торцевой поверхности корпуса, под которой расположен слой (10) расплава геологической породы, выполнены выступы. Предусмотрена возможность использования дополнительного контейнера (5) для помещения капсул с РАО. Техническим результатом является увеличение скорости погружения, увеличение объема и массы погружаемых веществ или оборудования (6, 7) и уменьшение температуры корпуса контейнера и внутренних элементов конструкции устройства. 23 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу подготовки и захоронения радиоактивных отходов (РАО). Заявленный способ включает доставку РАО к месту захоронения, подготовку РАО, размещение РАО в объеме захоронения и окончательную изоляцию от окружающей среды. При этом для захоронения используют открытые горные выработки с завершенным циклом добычи полезных ископаемых - горные или горнорудные карьеры (3) со скальной основой, при которых производят оборудование площадки (8) выгрузки и подготовки РАО к захоронению, пункта (2) переработки МРАО, транспортной сети (6) для РАО. Захоронение осуществляют преимущественно в предварительно подготовленных унифицированных металлических единичных упаковках кубической формы. При этом предусмотрен возврат части металла в хозяйственный оборот после прохождения дезактивации в пунктах (10). Дно-основание карьера засыпают привозной глиной (4) с выравниванием до горизонтальной площадки, где РАО выстраивают с обеспечением зазоров между блоками (5) и стенами карьера, после чего зазоры заполняют глиной, дают ей выдержку на осадку, продолжают блочно-ярусное заполнение карьера, затем незаполненную часть карьера перекрывают глиной и засыпают грунтом с восстановлением ландшафта. Техническим результатом является повышение надежности длительной изоляции-захоронения РАО и эффективности захоронения РАО без ограничений по происхождению, активности, конструкции, материалам, формам, габаритам, времени и условиям предшествующего хранения контейнеров и упаковок РАО. 8 ил.

Изобретение относится к области приповерхностного захоронения твердых или отвержденных радиоактивных отходов (РАО). Способ приповерхностного захоронения РАО включает в себя создание котлована, бетонирование его дна и стенок, образование в основании котлована экрана с абсорбирующим веществом. Выбирают несколько пригодных для изоляции РАО участков грунтового массива. Путем многократных измерений определяют значения коэффициента фильтрации местных вод и минимальные расстояния по толще грунтов от границы зоны размещения РАО до первого от поверхности водоносного горизонта. Собирают статистическую информацию о климатическом режиме. Для каждого участка определяют величину коэффициента риска ru попадания опасной концентрации радионуклидов в зону активного водообмена. Отсеивают из рассмотрения участки с ru>1,0. Среди оставшихся для строительства рекомендуют участок с наименьшим значением ru. На этом участке грунтового массива строят приповерхностный могильник. Изобретение позволяет исключить возможность выноса из приповерхностного могильника РАО в окружающую среду в ситуации некачественного исполнения или разрушения его инженерных барьеров.

Изобретение относится к технологиям обращения с токсичными и радиоактивными технологиями и может быть использовано при разработке месторождений с закладкой выработанного пространства. По мере возведения саркофагов из шин внутренний зазор между ними и контейнерами для скрепления заполняют монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана. Высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу. Технический результат - снижение трудоемкости создания саркофагов, снижение вероятности коррозии контейнеров. 1 ил.

Изобретение относится к средствам захоронения радиоактивных отходов (РАО) атомной энергетики и исследования глубинных слоев литосферы. Устройство содержит осесимметричную тепловыделяющую пространственную структуру (1), образованную тепловыделяющими и соединительными элементами (2, 3). Структура (1) выполнена в форме диска. Тепловыделяющие элементы (2) жестко связаны между собой соединительными элементами (3), выполненными из тугоплавкого материала. Элементы (2) расположены друг относительно друга с пространственными зазорами. Между поверхностями тепловыделяющих и соединительных элементов (2, 3) образованы проточные каналы (4), связывающие верхнюю и нижнюю торцевые поверхности структуры (1). Тепловыделяющие элементы (2) содержат герметичную оболочку, выполненную из тугоплавкого материала и заполненную активными радионуклидами и теплопроводящим наполнителем. Контейнеры (5), соединенные с верхней частью структуры (1), заполняются подлежащими захоронению РАО или используются для размещения измерительного оборудования. Технический результат - увеличение скорости погружения устройства, увеличение массы полезной нагрузки, включающей подлежащие захоронению РАО, и повышение надежности устройства. 22 з.п. ф-лы, 9 ил, 1 табл.
Наверх