Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов

Авторы патента:

Райс Виктор Владимирович (RU)

Мозер Сергей Петрович (RU)

Заморкина Юлия Владимировна (RU)

Ковалев Олег Владимирович (RU)

G21F9/24 - путем захоронения в земле, под водой, например в океане

Владельцы патента RU 2576331:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

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.

Известно подземное хранилище радиоактивных отходов (патент РФ №2118857, опубл. 10.09.1998 г.). Подземное хранилище радиоактивных отходов включает горные выработки, расположенные в вечномерзлых породах. В рабочем объеме горных выработок размещены твердые радиоактивные отходы. В нижней части каждой горной выработки образован накопитель для жидкости. Накопитель отделен от рабочего объема горной выработки слоем непроницаемого для флюидов материала с низким коэффициентом теплопроводности.

Недостатком данного способа является узкая область применения, связанная с возможностью использования только в районах вечной мерзлоты.

Известен способ захоронения токсичных отходов в горных выработках (патент РФ №2118459, опубл. 27.08.1998 г.). Способ захоронения токсичных отходов в горных выработках включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, бурение скважин большого диаметра, размещение в скважинах контейнеров с токсичными отходами. Новым является то, что скважины для размещения контейнеров с отходами бурят в почве камер захоронения. При этом в соляной толще по контуру камер проходят разгрузочные щели глубиной, не меньшей глубины скважин. После размещения в скважинах контейнеров с отходами зазоры между ними заполняют жидким изолирующим материалом, нерастворимым в воде.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость бурения скважин и образования отрезных щелей.

Известен способ захоронения супертоксичных промышленных отходов (патент РФ №2317160, опубл. 20.02.2008). Способ захоронения супертоксичных промышленных отходов включает последовательную укладку водонепроницаемого экрана, уплотнение его, укладку и уплотнение отходов, покрытие отходов вторым водонепроницаемым экраном, уплотнение и засыпку его слоем почвенно-растительного грунта с последующей посадкой растений. В качестве водонепроницаемого экрана используют изолирующий материал ИМ-1, содержащий нефтяной шлам, известняк в мелкокусковой форме, отходы бурения, глинистые породы, биопрепараты, пропитанные жидким битумом или гудроном. Перед укладкой из супертоксичных отходов формуют во влажной среде при 40-60°С в течение 1-3 суток зацементированные блоки, включающие: супертоксичные отходы, портландцемент, речной песок, изолирующий материал ИМ-1 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: супертоксичные отходы - 1 мас. ч., портландцемент - 0,1-0,3 мас. ч., речной песок - 0,1-0,3 мас. ч., изолирующий материал ИМ-1 - 0,05-0,1 мас. ч., которые покрывают жидким битумом или гудроном в течение 3-5 мин, затем охлаждают и направляют на укладку.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и высокий расход материалов.

Известен способ захоронения твердых радиоактивных отходов в приповерхностные могильники (патент РФ №2366011, опубл. 27.08.2009). При захоронении отходов производят обваловывание могильника снизу и с боков слоем от 0,5 до 1,5 м уплотненной смеси глины с бокситовым шламом. После заполнения могильника отходами производят обваловывание сверху так, чтобы вертикальная планировка этого гидроизолирующего слоя обеспечивала сток атмосферных осадков. Бокситовый шлам получают при обжиге бокситовой руды совместно с известью и содой и последующей промывке водой от растворимых натриевых соединений.

Недостатком данного способа являются наличие специфичных ингредиентов и высокая трудоемкость процессов по использованию способа.

Известно железобетонное хранилище радиоактивных отходов (патент РФ №2242813, опубл. 20.12.2004 г.). Сущность изобретения: железобетонное хранилище радиоактивных отходов включает окруженную дренажной канавой, выполненную в грунтовом массиве, сужающуюся сверху вниз емкость с плоским днищем. На днище расположен железобетонный, разделенный на отсеки резервуар со стенками, днищем и крышкой, образованными плитами перекрытия. Причем внутренняя поверхность стенок и днища железобетонного, разделенного на отсеки резервуара покрыта водонепроницаемой облицовкой (изолирующим материалом). Железобетонный, разделенный на отсеки резервуар расположен ниже поверхности грунтового массива. Над железобетонным, разделенным на отсеки резервуаром расположен слой песка, над нижней поверхностью которого установлены горизонтальные парожидкостные термосифоны. По верхней и боковым поверхностям слоя песка расположен теплоизолятор, а по периметру слоя песка - дренажная канава. Пространство между стенками сужающейся сверху вниз емкости и стенками железобетонного, разделенного на отсеки резервуара, а также между крышкой железобетонного, разделенного на отсеки резервуара и поверхностью сужающейся сверху вниз емкости заполнено дисперсным грунтом.

Недостатком данного способа являются сложность конструкции и высокая трудоемкость создания.

Известен способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов, (патент РФ №2532951, опубл. 20.11.2014 г.), принятый за прототип. Способ включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, размещение контейнеров в саркофагах, возводимых из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и скрепления между собой, изоляцию сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками и заполнение гидравлической твердеющей закладкой, принятие высоты саркофагов меньше расчетного уровня усадки закладки, а высоту штабеля укладки контейнеров в саркофагах принимают меньше высоты саркофагов.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость создания саркофагов и возможность интенсивной коррозии контейнеров.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости создания саркофагов и снижение вероятности коррозии контейнеров.

Технический результат достигается тем, что 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, причем высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов поясняется фигурой 1, на которой изображена схема размещения контейнеров в закладочном массиве, поперечный разрез закладываемого пространства, где:

1 - горные выработки в виде камеры, получаемые в результате отработки;

2 - междукамерные целики;

3 - саркофаги, возводимые из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и скрепления между собой;

4 - гидравлическая твердеющая закладка;

5 - контейнер с отходами;

6 - внутренний зазор между шинами и контейнерами, заполненный монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана.

При заливке монтажной пены на основе жидкого предполимера с пропеллентом после выхода жидкого предполимера из баллона под воздействием влажности воздуха и влаги поверхности (что характерно для шахт и рудников, практически всегда имеющих значительную влажность) происходит реакция полимеризации (застывания). В конечном счете образуется жесткий пенополиуретан с повышенной механической прочностью (по отношению, например, к стабильным пенам), который обладает свойствами расширения с заполнением всех мест. Монтажные пены в настоящее время широко используются в строительстве и после затвердевания обладают механической прочностью и другими свойствами. Например, монтажная пена IZOFLEX обладает следующими свойствами: время затвердевания 12 часов, прочность на разрыв - 0,1 МПа, сцепляемость - 0,1 МПа, термоустойчивость -50-+130°, класс огнеопасности - самогасящаяся. Температура использования - от +5 до +30°C. Плотность полученной пены около 18 кг/м³. 0,75 л свободно распространяющейся пены IZOFLEX образует около 45 л пены. Таким образом, исходя из приведенных основных свойств монтажной пены видна возможность ее эффективного применения в подземном пространстве, так как в шахтах практически всегда имеется повышенная влажность, способствующая быстрому твердению вытесненного пропеллентом жидкого предполимера. Высокая термоустойчивость и свойства самогашения повысят безопасность ведения работ. За счет получения пены непосредственно в выработанном пространстве значительно упрощаются операции способа и сокращаются трудозатраты на возведение саркофагов из шин. Помимо простоты применения монтажная пена обладает свойствами расширения, наиболее эффективно проявляющимися в свободном и влажном выработанном пространстве шахт. Поэтому высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу, так как монтажные пены на основе жидкого предполимера обладают относительно одинаковой способностью увеличивать объем, в среднем в два раза. Свойства увеличения объема залитой монтажной пены будут способствовать эффективному закреплению контейнеров 5 внутри саркофагов из отработанных шин 3, что снижает вероятность коррозии контейнеров 5 за счет исключения образования воздушных зазоров между шинами саркофага и закладочным массивом. Для заполнения внутреннего пространства между шинами и контейнерами 5 могут быть использованы профессиональные и непрофессиональные монтажные пены фирм Chemlux, Domos, Formula, Krass, Panafix, Бартонс, Макрофлекс и т.д. При работах с монтажной пеной рабочие должны пользоваться средствами индивидуальной защиты, по меньшей мере резиновыми перчатками для исключения контакта пены с руками.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов осуществляют следующим образом. Образуют путем ведения горных работ горные выработки в виде камер 1, разделенные междукамерными целиками 2. Затем размещают в камерах 1 контейнеры 5 в саркофагах 3, возводимых из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники. Саркофаги 3 образуют путем укладывания в штабель и скрепления между собой шин путем заполнения внутреннего зазора 6 между ними и контейнерами монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана. Ширину контейнера принимают не более 0,9D, где D - внутренний диаметр шины, м. Данная величина зазора позволит избежать трудностей, связанных с установкой контейнеров 3 во внутреннее пространство саркофагов 5. Высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага 3 из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу. После установки необходимого числа саркофагов 3 внутри камер 1 производят изоляцию сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками (условно не показаны). Затем производят заполнение оставшегося пространства между саркофагами 3 и камерами 1 гидравлической твердеющей закладкой 6. Высоту саркофагов 3 принимают меньше расчетного уровня усадки закладки 6, а высоты штабеля укладки контейнеров 5 в саркофагах 3 меньше высоты саркофагов 3.

Применение данного способа захоронения токсичных и радиоактивных отходов обеспечивает следующие преимущества:

- снижение трудоемкости создания саркофагов;

- снижение вероятности коррозии контейнеров;

- повышение безопасности возведения саркофагов и проведения закладочных работ.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов, включающий образование горных выработок в виде камер, разделенных междукамерными целиками, размещение контейнеров в саркофагах, возводимых из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и скрепления между собой, изоляцию сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками и заполнение гидравлической твердеющей закладкой, принятие высоты саркофагов меньше расчетного уровня усадки закладки, а высоты штабеля укладки контейнеров в саркофагах меньше высоты саркофагов, отличающийся тем, что 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, причем высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу.

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.

Способ подготовки и захоронения радиоактивных отходов (рао) // 2537815

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.

Устройство для погружения в расплавляемых геологических породах // 2535199

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).

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в горных выработках // 2532951

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 сооружения подземного хранилища для радиоактивных отходов // 2521437

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.

Способ консервации приповерхностного хранилища, содержащего радиоактивные отходы и устройство для его реализации // 2504850

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).

Способ подземного захоронения жидких радиоактивных кремнийсодержащих отходов // 2463678

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

Подземное сооружение для длительного хранения и/или захоронения упаковок радиоактивных отходов // 2431210

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.

Хранилище отходов // 2417466

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.

Хранилище для отработавшего ядерного топлива // 2413316

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

Устройство для погружения в расплавляемых геологических породах // 2577517

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.

Радиоизотопное устройство для погружения в геологические формации земной коры. // 2601288

Изобретение относится к техническим средствам погружения в геологические формации земной коры. Радиоизотопное устройство для погружения в геологической формации земной коры содержит тепловыделяющие и соединительные элементы, образующие однослойную осесимметричную тепловыделяющую структуру. Высота Н тепловыделяющей структуры и ее максимальный размер D в плоскости, перпендикулярной оси симметрии тепловыделяющей структуры, выбраны из условия: D>4H. Тепловыделяющие элементы имеют шарообразную форму. Связаны между собой соединительными элементами, выполненными из тугоплавкого материала, и расположены с зазорами. Зазоры образуют проточные каналы между верхней и нижней поверхностями тепловыделяющей структуры. Каждый тепловыделяющий элемент содержит герметичную оболочку, выполненную из тугоплавкого материала и заполненную составом, содержащим изотоп 60Со. Толщина δ герметичной оболочки и диаметр dП полости герметичной оболочки, заполненной составом, содержащим изотоп 60Со, выбраны из условий: δ<0,5·(µO)-1, dП/2<0,5·(µT)-1. Изобретение позволяет повысить эффективность использования выделяемой энергии для расплавления окружающих пород. 15 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 1 пр.

Хранилище радиоактивных отходов // 2618210

Изобретение относится к области локализации низкоактивных и очень низкоактивных радиоактивных отходов. Хранилище радиоактивных отходов включает нижний защитный инженерный барьер, образованный основанием, ложем и дренажной системой, радиоактивные отходы и верхний защитный инженерный барьер, образованный верхней подушкой, укрывной пленкой из высокоплотного полиэтилена и верхним покрытием. Хранилище имеет многофункциональную технологическую систему мониторинга и обслуживания, образованную верхним и нижним рядами перфорированных труб. Выступающие за пределы хранилища концы труб верхнего ряда снабжены запорно-соединительными устройствами, а выступающие за пределы хранилища концы труб нижнего ряда снабжены запорно-соединительными устройствами и датчиками мониторинга. Дренажная система образована нижней подушкой из бентонито-гравийной смеси, дренажным фильтром, песчаным слоем и размещена в углублении ложа. Изобретение позволяет повысить экологическую и эксплуатационную безопасность при обращении с радиоактивными отходами путем применения надежной и контролируемой защиты окружающей среды, исключающей возможность миграции радионуклидов в окружающую среду. 2 ил.

Способ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов // 2632801

Изобретение относится к способам обращения с радиоактивными отходами и может быть использовано для утилизации облученного графита. Cпособ глубинного захоронения облученного графита уран-графитовых ядерных реакторов включает предварительную подготовку отходов к глубинному захоронению, выбор тектонически устойчивых участков земной коры. В выбранных участках земной коры бурят скважину на глубину до 3500 м и одновременно проводят обсадку и цементаж затрубного пространства. В нижней части ствола скважины выполняют перфорацию. Область перфорации отсекают пакером. Облученный графит измельчают механическим способом до образования графитовых частиц размером менее 0,05 мм. Подготавливают смесь размельченного графита (до 250 г/л), бентонита (до 100 г/л) и пропанта (до 20 г/л) в воде. Выполняют гидроразрыв подготовленного пласта, не снижая давления в скважину, изоляцию отходов, затворение и установку цементного стакана. Последующие операции выполняют подъемом участков гидроразрыва вверх по скважине до глубины 1000 м. Изобретение позволяет проводить утилизацию облученного ядерного графита путем надежной изоляции в тектонически устойчивых пластах земной коры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.