Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол



Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол
Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол
Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол
Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол
Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол

 


Владельцы патента RU 2597916:

Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" ( АО "ОКБМ Африкантов") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол (ИОС). Полимерный матричный материал для иммобилизации низко- и среднеактивных отработанных радиоактивных ионообменных смол с содержанием влаги менее 0,4% в качестве связующего содержит эпоксидно-диановую смолу с олигомером-модификатором на основе диоксибензола и отверждающий агент в виде низкомолекулярного полиамида при следующем соотношении (масс. ч.): эпоксидно-диановая смола - 100; олигомер на основе диоксибензола - 5-20; отвердитель аминного типа - 13-70. Изобретение обеспечивает повышение технологичности процесса кондиционирования РАО, снижение токсичности, пожароопасности с сохранением высоких эксплуатационных характеристик полимерного матричного материала. Радиационная стойкость полимерной матрицы составляет 1 МГр, степень наполнения по ИОС составляет 50,0-85,7 объемных %. 5табл.

 

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными отходами, в частности с низко- и среднеактивными отработанными ионообменными смолами (ИОС), путем их иммобилизации в полимерной матрице.

Отработанные ионообменные смолы относятся к жидким радиоактивным отходам (РАО), а содержание свободной влаги в объеме кондиционированного продукта (битумный компаунд) и содержание жидкости в упаковке отходов, отправляемых на хранение, не должно превышать 3% (НП-019-2000, НП-020-2000), заключение сыпучих отходов в матрицу является обязательным условием (СП 2.6.6.1168-02).

Применяемые для отверждения РАО связующие можно разделить на три основные группы материалов: термопластичные (битум), неорганические (цемент), термореактивные (полимерные смолы).

Известно цементное связующее для цементирования радиоактивных отходов в контейнере (патент RU 2315380, кл. G21F 9/00, опубл. 20.01.2008) и связующее на основе битума для включения в него радиоактивных отходов (патент SU 550040, кл. G21F 9/16, опубл. 15.05.1979). Способы отверждения имеют ряд недостатков: увеличивают объем вторичных отходов в несколько раз, а следовательно, увеличение затрат на хранение РАО, применяемая технология прямого цементирования увеличивает образование РАО за счет цементной матрицы в 6-10 раз, при этом в цементный компаунд включается лишь 10-15% отработанной ИОС, недостаточная прочность и водостойкость конечного продукта. При битумировании образование РАО увеличивается в 3-5 раз за счет битумной матрицы, биологическая неустойчивость битумной матрицы и пожароопасность (битум - горючая композиция - может стать взрывоопасным при введении в него большого количества окислителя и всевозможных катализаторов).

Известна цементно-полимерная композиция для консервации среднеактивных РАО (патент RU 2295787, кл. G21F 9/00, C08L 63/00, опубл. 20.03.2007), содержащая смоляную часть компаунда холодного отверждения «Атомик» и наполнители. Недостатками данной композиции являются: количество наполнителей, - в два-три раза по массе превышающее массу полимерной составляющей, а следовательно, увеличивающее во столько же раз образование вторичных РАО, применение огнеопасного и ядовитого компонента - фурфурола. Предел прочности при сжатии композиции составляет 70-85 МПа.

Известна быстротвердеющая композиция на основе цемента и минеральной добавки (патент RU 2206933, кл. G21F 9/28, опубл. 20.06.2003). В качестве быстротвердеющего используют глиноземный цемент при водоцементном отношении 0,72-0,78, а в качестве минеральной добавки - кембрийскую глину. Однако степень включения ИОС в данную композицию составляет не более 20% и получаемая композиция содержит большое количество воды, за счет которой возможен радиолиз и набухание инкорпорированных ИОС, а следовательно, снижение эксплуатационных характеристик (механическая прочность, водостойкость) полученного компаунда.

Известна трехкомпонентная термопластичная композиция для иммобилизации радиоактивных отходов, образованных отработанными ионообменными смолами (Авторское свидетельство SU 1752115, кл. G21F 9/16, опубл. 16.07.1994), в которой в качестве связующего используется петролатум, сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен низкого давления при определенном массовом соотношении компонентов. Недостатками данного способа являются: многокомпонентность композиции, многостадийность и высокотемпературность получения композиции (130-140°C), необходимость поддержания постоянной температуры (80°C) при введении ионообменной смолы, высокая вязкость (при указанном скорости сдвига) - 1850 МПа, низкое наполнение композиции по ИОС, в примере не указана степень сушки ИОС.

Ближайшим аналогом является полимерная композиция для кондиционирования радиоактивных отходов (патент RU 2167174, кл. C08L 63/02, C08K 13/02, опубл. 27.04.2001). Композиция включает, масс. ч.: эпоксидную диановую смолу 100, фурфурол 70-100, полиэтиленполиамин 15-40, сланцевое масло 50-120 и наполнитель 0-380.

Недостатками известной композиции являются: многокомпонентность, применение огнеопасного и ядовитого компонента - фурфурола, значительное количество наполнителя (до 300 масс. ч.), увеличивающее образование вторичных РАО.

Целью предлагаемого технического решения является устранение недостатков существующих технических решений за счет минимизации компонентов, а следовательно, повышение технологичности процесса кондиционирования РАО, снижение токсичности, пожароопасности с сохранением высоких эксплуатационных характеристик полимерного матричного материала.

Цель достигается изобретением - полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол отличается тем, что в качестве связующего применяется расплав эпоксидно-диановой смолы - 100 масс. частей с олигомером-модификатором на основе диоксибензола - 5-20 масс. частей и отверждающего агента в виде низкомолекулярного полиамида - 13-70 масс. частей.

Предлагаемое техническое решение отвечает критерию изобретения, т.к. авторами не было обнаружено подобного решения в исследованной литературе и патентах.

Описание применения полимерного матричного материала

В связующее - смесь эпоксидно-диановой смолы и олигомера диоксибензола в соотношениях, мас. ч.: эпоксидно-диановая смола 100, олигомер диоксибензола 5-20 при постоянном перемешивании вводили отвердитель аминного типа 13-70, выдерживали в течение 30 минут, после чего полимерный матричный материал вводили при постоянном перемешивании в ионообменный материал размещенный в специальной емкости. После получения однородной массы емкость с образовавшимся компаундом герметизировали специальной крышкой и выдерживали при температуре (20±2)°С в течение 7 дней для набора эксплуатационной прочности.

Применение отвердителя менее 13 масс. ч. приводит к длительному процессу отверждения, более 70 масс. ч. не позволяет равномерно перемешать полимерный матричный материал в связи с быстрым отверждением.

Применение олигомера-модификатора менее 5 масс. ч. повышает водопоглощение полимерного матричного материала, а более 20 масс. ч. приводит к снижению механической прочности отвержденного полимерного матричного материала.

Соотношение полимерного матричного материала и ИОС составляет: от 1÷1 до 1÷6 объемных %.

В качестве эпоксидно-диановой смолы использовали смолу DER 330.

В качестве олигомера-модификатора использовали олигомеры на основе двухатомного фенола - гидрохинона, пирокатехина и из ряда алкилрезорцинов - продукт поликонденсации алкилрезорцина в присутствии конц. серной кислоты при температуре 240-250°С (патент RU 2307143, кл. C09D 163/00, C08L 63/00, C08G 59/14, C08G 61/00, C08K 3/34, опубл. 27.09.2007).

В качестве отвердителя использовали: низкомолекулярный полиамида отвердитель Л20, полиэтиленполиамин, отвердитель №620, отвердитель №5, отвердитель Этал 45М.

В качестве ионообменного материала использовали смесь АВ-17-8 и КУ-2-8 чС в равных масс. частях, предварительно высушенную до остаточной влажности менее 0,4%.

Механическая прочность предлагаемого полимерного матричного материала составила 160,5÷196,0 МПа (Таблица 1), радиационная стойкость компаунда (стойкость к радиационному старению составила 1 МГр) (Таблица 2). Водопоглощение составило 0,01÷0,04 г (0,11÷0,96%) (Таблица 3).

Учитывая изменение структуры компаунда за счет увеличения степени наполнения полимерного матричного материала при определении водопоглощения по ГОСТ 4650-80 на образцы компаунда с соотношением полимерного матричного материала и ИОС более чем 1:1 может быть дополнительно нанесен слой полимерного матричного материала.

Экспериментально установлено, что степень наполнения полимерного матричного материала по ИОС составляет 50,0÷85,7 объемных % при высоких эксплуатационных свойствах отвержденного компаунда (Таблица 4, 5).

Некоторые результаты испытания полимерного матричного материала и компаунда представлены в таблицах 1-5.

Полимерный матричный материал для иммобилизации низко- и среднеактивных отработанных радиоактивных ионообменных смол с содержанием влаги менее 0,4%, отличающийся тем, что в качестве связующего использована эпоксидно-диановая смола с олигомером-модификатором на основе диоксибензола и отверждающий агент в виде низкомолекулярного полиамида при следующем соотношении, мас. ч.:

эпоксидно-диановая смола 100
олигомер на основе диоксибензола 5-20
отвердитель аминного типа 13-70



 

Похожие патенты:
Заявленное изобретение относится к способу отверждения тритийсодержащих нефтяных масел, из которых невозможно выделить радиоактивные вещества методом фильтрования.

Изобретение относится к способу локализации радиоактивных загрязнений, например, в зоне захоронения радиоактивных отходов, и может быть использовано для очистки грунтовых вод от растворенного в них радиоактивного радия-226 (226Ra).

Изобретение относится к области иммобилизации и хранения ядерных отходов. Предложена композиция содопированного оксидами самария и гадолиния алюмоборосиликатного стекла с повышенной радиационной стойкостью для иммобилизации и хранения радиоактивных отходов, состоящая из (молярные проценты): SiO2 62-65, В2О3 16-17, Al2O3 4-5, Na2O 12-13, ZrO2 1,7-1,9 и оксидов самария и гадолиния в концентрациях (молярные проценты): Sm2O3 0,15 и Gd2O3 0,15.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к обезвреживанию жидких радиоактивных отходов, и может быть реализовано при утилизации радиоактивных отходов методом отверждения в стабильные твердые матрицы.

Заявленная группа изобретений относится к средствам переработки жидких радиоактивных отходов. В заявленном способе в загрязненную жидкость частично погружают один конец капиллярно-пористого элемента, на другом конце которого путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, с транспортировкой в нее загрязненной жидкости за счет капиллярных свойств пористого материала.
Изобретение относится к способу переработки жидких органических радиоактивных отходов и их изоляции от окружающей среды. В заявленном способе отверждение жидких органических отходов осуществляется путем их смешения с полимерным материалом и последующей обработкой.

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.

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.
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.
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.

Изобретение относится к способу удаления радиоактивного цезия или радиоактивного йода и радиоактивного цезия, а также к гидрофильной смоляной композиции, применяемой для удаления радиоактивного цезия или радиоактивного йода и радиоактивного цезия из отработанной радиоактивной жидкости или твердого вещества, полученных в процессе работы атомной электростанции или установки по переработке отработанного ядерного топлива.

Изобретение относится к области сорбционной технологии извлечения радионуклидов, а именно к способу извлечения микроконцентраций урана из водных растворов. Способ проводят путем сорбции с использованием тонкослойного неорганического сорбента на основе гидроксида металла, осажденного на природное органическое вещество.
Изобретение относится к способу удаления из теплоносителей ядерных энергетических установок (ЯЭУ) потенциально опасных веществ, в частности ртути. Способ удаления ртути из первого контура ЯЭУ с водным теплоносителем включает вывод из контура парогазовой смеси теплоносителя первого контура без расхолаживания реактора при температуре до 300°C с последующей очисткой теплоносителя от ртути на минеральном термостойком сорбенте, модифицированном серебром, без конденсации парогазовой смеси теплоносителя при температуре 200-300°C.

Группа изобретений относится к переработке израсходованных ядерных топлив. Отделяют америций от других металлических элементов, присутствующих в кислотной водной фазе или в органической фазе, путем образования комплекса америция с водорастворимым производным этилендиамина.

Группа изобретений относится к удалению радиоактивного йода и цезия, содержащихся в жидком или твердом веществе. Способ удаления радиоактивного цезия заключается в обработке радиоактивной отработанной жидкости и/или твердого вещества с помощью гидрофильной смоляной композиции.

Изобретение относится к способу разложения щавелевой кислоты из азотнокислых маточных растворов на биметаллическом платино-рутениевом катализаторе. Процесс ведут в динамических условиях в сорбционной колонке, заполненной биметаллическим платино-рутениевым катализатором при соотношении платины к рутению (0,4-0,5):(0,6-0,5).

Изобретение относится к технологии обработки ионообменной смолы. В заявленном изобретении отработанный катионит или смесь катионита и анионита дезактивируют раствором, содержащим ионы натрия в количестве 1-3М и щелочь, при одновременной очистке этого раствора от радионуклидов цезия с применением селективного, устойчивого в щелочных средах катионита на основе резорцинформальдегидной смолы.

Изобретение относится к способам удаления радиоактивного иода, присутствующего в жидкости и/или твердом теле, образующегося в атомной электростанции или в установке для переработки отработанного ядерного топлива.

Изобретение относится к способам очистки жидких радиоактивных отходов от комплексонов, представляющих собой органические соединения, содержащие атомы N, S и/или Р, способные к координации ионов металлов.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль.

Изобретение предпочтительно относится к способу уменьшения количества тритиевого водорода, выделяемого атомной промышленностью в процессе работы с радиоактивными отходами.
Наверх