Способ кондиционирования воды или водного раствора, содержащих тритий

Авторы патента:

G21F9/16 - фиксация в устойчивой твердой среде

Владельцы патента RU 2623999:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Заявляется способ кондиционирования воды или водного раствора, содержащих тритий, включающий перемешивание воды или водного раствора, содержащих тритий, и отвердителя в контейнере при его вращении. Воду или водный раствор, содержащие тритий, предварительно локализуют в стеклянной герметичной ампуле, которую помещают в контейнер с отвердителем и элементами для разрушения ампулы, контейнер герметизируют и осуществляют его вращение до разрушения ампулы и перемешивания образовавшейся смеси с последующей выдержкой до полного отверждения. Изобретение позволяет обеспечить безопасность при отверждении ЖРО, содержащих тритий, снизить трудоемкость и затраты на проведение работ. 3 з.п. ф-лы, 2 пр.

Предлагаемый способ относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использован для обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в т.ч. высокоактивных отходов (ВАО). В установках технологического цикла по обращению с материалами, содержащими тритий, в результате окислительных процессов в газовой фазе, осаждения паров на различные поглотители, регенерации адсорберов, изотопного обмена и так далее, возможно накопление воды или водных растворов, содержащих тритий. Согласно пункту 14.9 действующих санитарных правил «Радиационная безопасность при работе с тритием и его соединениями» СП 2.6.1. 05-04, вода или водные растворы, содержащие тритий, не подлежащие дальнейшему использованию, относятся к жидким радиоактивным отходам. ЖРО перед транспортировкой, хранением или захоронением должны подвергаться кондиционированию, конечной целью которого является перевод ЖРО в твердые радиоактивные отходы (ТРО). Одним из направлений кондиционирования ЖРО является отверждение (омоноличивание), путем смешивания ЖРО с различными отвердителями, которое и рассматривается в предлагаемом способе. В соответствии с пунктом 28 НП-093-14 «Критерии приемлемости радиоактивных отходов для захоронения», компаунд (матричный материал с включенными в него РАО), образующийся в результате отверждения (омоноличивания) ЖРО, является удаляемыми ТРО, подлежащими хранению/захоронению в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии.

Для перевода радиоактивной воды или водных растворов в твердое состояние можно использовать различные отвердители. При выборе отвердителя необходимо учитывать следующие параметры:

- процентное соотношение связанной воды и массы конечного компаунда;

- парциальное давление паров воды над поверхностью конечного компаунда;

- инертность используемых компонентов отвердителя по отношению к материалам технологического оборудования и упаковке конечного блока;

- стойкость полученного конечного блока к негативным воздействиям в условиях долгосрочного хранения;

- время отверждения и формирования конечного блока;

- образование вторичных ЖРО.

Наиболее важным фактором при проведении работ с водой или водными растворами, содержащими тритий, является высокая радиационная опасность. В воде или водных растворах тритий находится преимущественно в связанном состоянии, в виде однозамещенных (НТО) или двузамещенных (Т₂O) молекул. В связи с этим, при отверждении воды или водных растворов, содержащих тритий, необходимо исключить возможность проникновения паров воды в окружающую среду в результате испарения, диффузии, изотопного обмена. Исходя из этого соблюдение необходимых мер безопасности при отверждении воды или водных растворов, содержащих тритий, возможно при обеспечении герметичности оборудования, недопущении контакта тритиевой воды с окружающей средой, как на этапе подготовки, так и на протяжении процесса отверждения, последующей транспортировки и длительного хранения/захоронения.

Существующие способы отверждения водных ЖРО, как правило, предполагают их предварительное выпаривание и последующее смешивание с отвердителем, в качестве которого могут использоваться фосфат циркония (патент RU 2432631, G21F 9/16, публ. 27.10.2011), жидкое натриевое стекло (патент RU 2046410, G21F 9/16, публ. 20.10.1995), комбинация серы и жидкого натриевого стекла (патент RU 2059309, G21F 9/16, публ. 27.04.1996) и т.д. На последующих стадиях отверждения ЖРО проводят сушку или отжиг полученного компаунда. Например, авторы патента (RU 2190890, G21F 9/16, публ. 10.10.2002), для отверждения ЖРО предлагают использовать стеклокристаллические микросферы, сформированные в блоки. Блоки поглощают ЖРО, далее проводятся испарение воды и спекание полученных блоков при повышенных температурах. Необходимо отметить, что удаляемая вода при реализации описанных способов не является радиоактивной и ее попадание в окружающую среду не представляет опасности. Очевидно, что подобные подходы неприемлемы при утилизации воды или водных растворов, загрязненных тритием, поскольку на разных этапах реализации вышеописанных способов присутствует сушка или термическая обработка, при которых тритиевая вода будет попадать в окружающую среду.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ отверждения ЖРО (патент RU 2115181, G21F 9/16, публ. 10.07.1998), при реализации которого подачу цемента и ЖРО в емкость, герметизацию ее и перемешивание компаунда путем вращения емкости осуществляют дистанционно, в герметичной камере. Дозировка ЖРО и цемента осуществляется при помощи автоматизированных дозаторов. После подачи ЖРО проводят дезактивацию подающих патрубков. Перемешивание компаунда осуществляют путем вращения емкости в вертикальной плоскости. Для обеспечения необходимой гомогенизации компаунда перед подачей цемента в емкость добавляют щебень фракцией 10-12 мм в количестве 10-20% от веса цемента. Далее емкость дезактивируют и помещают в транспортировочный герметичный контейнер, который направляется на дальнейшее хранение/захоронение.

Недостатками данного способа являются:

- реализация этого способа возможна только в специальной герметичной камере в условиях специализированного производства;

- для отверждения ЖРО по данному способу, исходя из его особенностей, возможно использование в качестве отвердителя только цемента с наполнителем в виде щебня;

- в связи с необходимостью дезактивации дозаторов, подающих патрубков, смесительной емкости и герметичной камеры образуются вторичные РАО, которые также необходимо утилизировать;

- по данному способу невозможно проводить отверждение ЖРО на месте их образования, в связи с чем возникает необходимость транспортировки ЖРО в жидком виде к месту переработки, что является трудоемким и небезопасным для персонала и окружающей среды.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение безопасности при отверждении ЖРО воды или водного раствора, содержащих тритий.

При использовании заявляемого способа достигается следующий технический результат:

- отверждение ЖРО воды или водных растворов, содержащих тритий, можно проводить на месте образования, без транспортировки ЖРО к месту кондиционирования, что снижает опасность работ и трудозатраты;

- отверждение ЖРО воды или водных растворов, содержащих тритий, возможно без использования дорогостоящего высокотехнологичного оборудования (специализированных герметичных камер), дополнительных мер по обеспечению радиационной безопасности, что снижает трудоемкость способа и затраты на его реализацию;

- заявляемый способ позволяет применять различные отвердители, при условии соответствия получаемого при их использовании конечного компаунда требованиям нормативных документов;

- при реализации заявляемого способа отсутствует необходимость дезактивации каких либо технологических элементов и узлов, в результате чего вторичные РАО не образуются;

- процессы подготовки и внесения воды или водных растворов, содержащих тритий, в контейнер, перемешивания и последующего отверждения производятся в герметичных емкостях, что исключает любую возможность проникновения трития в окружающую среду в результате диффузии, изотопного обмена или испарения;

- размеры контейнеров, применяемых для отверждения ЖРО воды или водных растворов, содержащих тритий, не регламентируются и подбираются исходя из количества подготовленных к утилизации ЖРО, вида отвердителя, имеющейся оснастки для перемешивания и возможности обеспечения норм радиационной безопасности;

- применение предлагаемого способа отверждения ЖРО воды или водных растворов, содержащих тритий, обеспечивает максимальный уровень защиты окружающей среды, оборудования, помещений и персонала от вредных воздействий ионизирующего излучения, источников радиационного загрязнения и соответствует всем действующим нормативным документам в области обращения с материалами, содержащими тритий.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ отверждения ЖРО воды или водного раствора, содержащих тритий, включающий перемешивание воды или водного раствора, содержащих тритий, с отвердителем в контейнере при его вращении, в котором, согласно изобретению, воду или водный раствор, содержащие тритий, предварительно локализуют в стеклянной герметичной ампуле, которую помещают в контейнер с отвердителем и элементами для разрушения ампулы, контейнер герметизируют и осуществляют вращение до разрушения ампулы и перемешивания образовавшейся смеси с последующей выдержкой до полного отверждения.

Для равномерного перемешивания воды или водных растворов, содержащих тритий, и отвердителя при необходимости увеличивают время отверждения смеси ЖРО и отвердителя, например, путем предварительного охлаждения ЖРО и/или отвердителя или добавления компонента, снижающего скорость отверждения.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что воду или водный раствор, содержащие тритий, предварительно локализуют в герметичной стеклянной ампуле. В контейнере в необходимом количестве подготавливается отвердитель. В подготовленный отвердитель добавляются компактные объекты (например, металлические шары), необходимые для разрушения ампулы. Герметичная стеклянная ампула с водой или водным раствором, содержащими тритий, помещается в контейнер. Контейнер закрывается, герметизируется и вращается вокруг горизонтальной оси или с использованием смесителя типа "пьяная бочка" или другим применимым образом, в результате чего ампула разрушается и происходит перемешивание содержимого контейнера. При использовании отвердителей с высокой скоростью отверждения увеличивают время отверждения смеси ЖРО и отвердителя, например, путем предварительного охлаждения ЖРО и/или отвердителя или добавления компонента, снижающего скорость отверждения.

Пример конкретного выполнения.

По большинству своих физических и химических свойств тритиевая вода очень близка к дейтериевой и протиевой воде. Для проверки возможности отверждения ЖРО воды, содержащей тритий, заявленным способом были проведены два эксперимента, в которых для моделирования тритиевых ЖРО использовалась дистиллированная вода, а в качестве отвердителя использовались: гипс ГОСТ 125-79 и цемент ГОСТ 10178-81. Для имитирования процесса локализации тритиевой воды были использованы стеклянные пробирки, соединенные между собой с помощью шлифовых соединений. В одну из пробирок наливалась дистиллированная вода, другая помещалась в термостат с жидким азотом. Пробирка с водой имитировала технологическую установку, в которой произошло накопление тритиевой воды, подлежащей отверждению для последующей утилизации. В результате разницы равновесных давлений паров воды при комнатной температуре и температуре жидкого азота происходила перекачка воды в охлаждаемую пробирку. После накопления ~100 г воды процесс прерывался. Навеска цемента (во втором эксперименте - гипса) массой ~100 г помещалась в металлический контейнер, туда же переносили пробирку с водой и 5 стальных шаров диаметром 10 мм. Контейнер герметизировали и вращали с использованием смесителя типа "пьяная бочка" в течение 5 минут. В результате механических воздействий пробирка с водой разрушалась. Через 24 часа, после вскрытия контейнеров, было отмечено, что полученные образцы представляли собой твердый компаунд, достаточно прочно связанный с содержащимися в нем осколками стекла и стальными шарами, без видимого расслоения, имеющий хорошее сцепление со стенками контейнера. Следов воды в жидком виде на стенках контейнера не обнаружено. Полученные образцы выдерживались при температуре 30°С и относительной влажности 4% в течение 10 суток, с целью определения количества фиксируемой воды. Получено, что потеря веса составила для гипса ~1% вес., для цемента ~0,5% вес.

При отверждении ЖРО воды или водных растворов, содержащих тритий, по предложенному способу, полученные ТРО при начальной удельной активности ЖРО от 10⁸ до 10¹¹ Бк/г будут относиться к 3 классу, а при начальной удельной активности ЖРО от 10 до 10 Бк/г будут относиться к 4 классу удаляемых ТРО в соответствии с требованиями «Критериев классификации удаляемых радиоактивных отходов» (утв. постановлением Правительства РФ от 19.02.2012 г. №1069). Хранение и окончательная изоляция полученных ТРО осуществляется в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии.

1. Способ кондиционирования воды или водного раствора, содержащих тритий, включающий перемешивание воды или водного раствора, содержащих тритий, и отвердителя в герметичном контейнере при его вращении, отличающийся тем, что воду или водный раствор, содержащие тритий, предварительно локализуют в стеклянной герметичной ампуле, которую помещают в контейнер с отвердителем и элементами для разрушения ампулы, контейнер герметизируют и осуществляют его вращение до разрушения ампулы и перемешивания образовавшейся смеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уменьшают скорость отверждения смеси.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для уменьшения скорости отверждения предварительно производят охлаждение контейнера и/или исходных компонентов.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в отвердитель добавляют компоненты, снижающие скорость отверждения.

Группа изобретений относится к атомной и радиохимической промышленности. Способ очистки жидкости, загрязненной радионуклидами, включает размещение в загрязненной жидкости как минимум по одному элементу из разных пористых материалов - гидрофильному и гидрофобному, один конец которых частично погружают в загрязненную жидкость, а на других путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, в которую транспортируют загрязненную жидкость за счет капиллярных свойств пористого материала, и где путем нагрева жидкости до кипения осуществляют компактирование загрязнений.

Композиция для цементирования жидких радиоактивных отходов // 2610901

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и предназначено для использования в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных расходов и пульп.

Композиция для цементирования жидких радиоактивных отходов // 2604876

Способ обработки жидких радиоактивных отходов // 2601448

Изобретение относится к области атомной энергетики, системе безопасности АЭС. Создают два участка земли, первый - рабочий, второй - семенной, на которых высевают и выращивают аккумулирующие в большем объеме радиоактивные частицы растения.

Способ ликвидации жидких радиоактивных отходов // 2601415

Изобретение относится к области атомной энергетики, системе безопасности АЭС. Подготавливают два участка земли - рабочий и семенной, на рабочем участке высевают быстрорастущие растения.

Полимерный матричный материал для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол // 2597916

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол (ИОС).

Способ отверждения тритийсодержащего нефтяного масла // 2589040

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

Способ локализации радиоактивных загрязнений // 2586072

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).

Содопированное оксидами гадолиния и самария алюмоборосиликатное стекло с повышенной радиационной стойкостью // 2566084

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.

Способ иммобилизации радионуклидов из жидких радиоактивных отходов // 2560407

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.

Способ переработки жидких радиоактивных отходов // 2624825

Изобретение относится к технологии обращения с жидкими радиоактивными отходами ядерного топливно-энергетического цикла. Способ очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) включает операции их термической обработки, очистку ЖРО проводят в два этапа. В рабочий резервуар с помощью насоса помещают ЖРО из первой емкости и штамм грибов из второй емкости. Соотношение ЖРО и штаммов грибов выбирают в пропорции 1 к 15, с помощью мотора-редуктора в рабочем резервуаре производят смешивание ЖРО и штаммов грибов со скоростью 5 об/мин, далее с помощью газовой горелки, находящейся под днищем рабочего резервуара, производят его постепенный разогрев сначала до 30°С, выдерживая температуру в течение 12 часов. Производят выпаривание получившейся смеси с помощью дальнейшего разогревания рабочего резервуара до температуры 538°С. Выпаривание проводят до момента, когда в рабочем резервуаре с помощью датчика уровня фиксируют 2/3 от начального уровня раствора. Изобретение позволяет сократить объем жидких радиоактивных отходов и уменьшить уровень их радиоактивности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для отверждения жидких радиоактивных отходов // 2626385

Изобретение относится к методам отверждения жидких радиоактивных отходов. Установка для отверждения жидких радиоактивных отходов содержит контейнер с перемешивающей мешалкой, узлы подачи ЖРО и наполнителя. Контейнер соединен с узлом подачи ЖРО трубопроводом, с узлом подачи наполнителя через винтовой питатель. Контейнер соединен дополнительно установленным винтовым питателем с термостатированной технологической емкостью, в крышке которой размещен патрубок ввода раствора наполнителя, преимущественно диатомита, патрубок ввода излучателя подключаемой ультразвуковой станции и патрубок вывода газа и паров жидкости. В полости дополнительной емкости смонтирован двухрежимный ТЭН, внутри нее установлен съемный поддон. В верхней газовой части конденсатора подключены ферроцианидные или аэрозольные фильтры, а в его нижней части - вентиль для отвода конденсата жидкости. Изобретение позволяет заменить цемент на диспергированный диатомит, обладающий высокими параметрами связующего материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ кондиционирования воды, содержащей тритий // 2627690

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для снижения класса опасности жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в том числе высокоактивных отходов (ВАО). Способ кондиционирования воды, содержащей тритий, заключается в соединении ее с предварительно приготовленной смесью порошков прокаленного оксида магния (MgO) и калия фосфорнокислого l-замещенного (KН2РO4), перемешивании до получения однородной суспензии, выдерживании ее до полного отверждения, при этом все компоненты берутся в стехиометрическом соотношении. Размер частиц окиси магния не превышает 100 мкм, а размер частиц калия фосфорнокислого l-замещенного (KН2РО4) не превышает 400 мкм. Изобретение позволяет получить плотную, однородную массу без визуально заметных трещин и отслоений, характеризуется высоким содержанием химически связанной тритиевой воды. 1 з.п. ф-лы.

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.

Способ ликвидации аварии при разливе радиоактивных растворов // 2632924

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к области эксплуатации объектов по переработке радиоактивных материалов. Способ ликвидации аварии при разливе радиоактивных растворов, включающий нанесение на место разлива полимерсодержащей композиции, обеспечивающей поглощение пролитой жидкости, сушку полученной смеси и ее удаление с обрабатываемой поверхности. Полимерсодержащую композицию, способную поглощать водные органические растворы или их смеси, наносят в виде порошка или влажного геля и в ее состав предварительно вводят дезактивирующие вещества. Изобретение позволяет удалить с поверхности пролитой радиоактивной жидкости с одновременной очисткой поверхности, загрязненной в результате аварии. 5 з.п. ф-лы, 5 пр., 4 табл.

Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ // 2633817

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных промышленных отходов, в частности матричной иммобилизации. Способ синтеза минералоподобных матриц для изоляции радиоактивных веществ включает смешивание жидких радиоактивных отходов с керамообразующим материалов и застывание получающейся смеси. Керамообразующим материалом является смесь из дигидрофосфата калия (32-42) мас. %, магнезита (технического оксида магния), отожжённого при температуре (500-550)°С (13-20) мас.%, и воды (20-30) мас.%. Изобретение позволяет упростить технологический процесс синтеза минералоподобной матрицы при одновременной иммобилизации в ней радиоактивных отходов. 1 з.п. ф-лы.

Способ обращения с радиоактивными растворами после дезактивации поверхностей защитного оборудования // 2643362

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки радиоактивных отходов, и может быть использовано для целей безопасного и эффективного обращения с большим количеством жидких радиоактивных отходов различного уровня активности. Для этого радиоактивные растворы после дезактивации поверхностей защитного оборудования упаривают щелочные и кислотные растворы, содержащих гидроксид натрия, перманганат калия, щавелевую кислоту и азотную кислоту, до твердого остатка, кальцинируют, смешивают кальцинат с компонентами шихты, содержащей оксиды титана, кальция, железа(III), циркония и марганца(IV) и алюминия в определенном соотношении и сплавляют. Изобретение позволяет понизить температуру плавления получаемой керамики. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов // 2645737

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к обращению с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) с целью их последующего длительного хранения и/или захоронения. Способ иммобилизации ЖРО в фосфатном компаунде включает регулирование уровня рН отходов, введение в полученный раствор последовательно при непрерывном перемешивании ионов двухвалентного никеля и ферроцианида калия и последующее отверждение полученной смеси путем добавления связующих реагентов дигидроортофосфата калия и оксида магния. Регулирование уровня рН отходов проводят до значений рН=1,8-2,2 путем добавления водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 550-650 г/дм3. После введения ионов никеля и ферроцианида калия добавляют порошок борной кислоты. Изобретение позволяет иммобилизовать кислые высокосолевые аммоний- и железосодержащие ЖРО среднего уровня активности, содержащих актиниды и продукты деления ядерного топлива. 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 3 пр.