Способ иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов

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.

 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к обращению с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) с целью их последующего длительного хранения и/или захоронения.

Развитие атомной энергетики РФ невозможно без решения проблемы обращения с ЖРО, образующимися при функционировании ядерного топливного цикла, при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, а также накопленными предприятиями атомной отрасли при выполнении оборонных программ. В зависимости от вида и радиотоксичности ЖРО для их кондиционирования разработаны различные способы. При этом продолжается поиск эффективных матричных материалов для кондиционирования ЖРО, оптимальных с точки зрения физико-химической стабильности получаемых компаундов и возможности использования для расширившейся номенклатуры ЖРО. Показатели качества компаундов для иммобилизации ЖРО (прежде всего водоустойчивость, радиационная и механическая устойчивость) должны отвечать действующим требованиям НП-019-15 [НП-019-15. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности].

Наиболее опасными для человека и окружающей среды являются полученные в результате переработки отработавшего ядерного топлива ЖРО высокого и среднего уровня активности, содержащие высокотоксичные долгоживущие актиниды, а также радионуклиды - продукты деления ядерного топлива (цезий, стронций, технеций и др.). Пример такого вида отходов - сильнокислые высокосолевые ЖРО среднего уровня активности, содержащие азотную и серную кислоты, а также в большом количестве ионы аммония и железа. В настоящее время в России в стадии реализации находится концепция, которая предусматривает кондиционирование ЖРО среднего уровня активности при полном исключении их сбросов в открытые гидросистемы. В качестве матриц для иммобилизации таких отходов можно рассматривать высокотемпературные (стекло, керамика) и низкотемпературные материалы (цемент, низкотемпературные кристаллические матрицы).

Высокотемпературная технология иммобилизации ЖРО в стеклоподобные компаунды (остекловывание) является в настоящее время единственной доведенной до промышленной стадии технологией обращения с ЖРО высокого уровня активности [Дмитриев С.А., Стефановский С.В. Обращение с радиоактивными отходами. М.: Изд. центр РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2000, 125 с.]. В большинстве стран мира (Франция, США, Великобритания, Германия, Япония, Индия, Южная Корея) для иммобилизации ЖРО высокого уровня активности используют натрий-боросиликатное стекло.

В известном способе предлагается проводить остекловывание отходов, включая радиоактивные отходы, при 1050-1250°C, но обычно процессы остекловывания производят при температуре порядка 1400°C [США 6258994, С03С 3/064, 2001.07.10].

Недостаток способа - при высоких температурах около 1000-1200°C существует опасность попадания в окружающую среду содержащихся в высокосолевых ЖРО радиоактивных изотопов летучих при высоких температурах элементов, например, цезия и технеция.

В России на ФГУП «ПО «Маяк» с 1986 г. для иммобилизации ЖРО применяют технологию остекловывания в электрической ванной печи прямого нагрева типа ЭП-500 с получением стекла на натрий-алюмо-фосфатной основе [Фосфатные стекла с радиоактивными отходами. Под ред. А.А. Вашмана и А.С. Полякова. М.: ЦНИИАтоминформ, 1997. - 172 с.].

Известный способ остекловывания ЖРО включает их флюсование ортофосфорной кислотой, нейтрализацию полученного стеклообразующего раствора этилендиамином и подачу стеклообразующего раствора в плавитель. При этом нейтрализацию стеклообразующего раствора проводят до достижения значений рН от 7 до 9 [RU 2293385, G21F 9/16, 10.02.2007].

Недостатки данного способа в том, что в переработку не могут быть вовлечены ЖРО, содержащие в большом количестве коррозионно-активные компоненты, прежде всего сульфат-ионы и железо, так как получение расплавов с компонентами таких ЖРО может привести к выходу из строя молибденовых электродов электропечи, а также к нарушению гомогенности и последующей девитрификации стеклоподобных компаундов.

Как альтернатива стеклу, для иммобилизации радионуклидов ЖРО предложены различные высокотемпературные минералоподобные кристаллические (керамические) материалы, в том числе на основе синтетических аналогов природных фосфатных минералов (например, монацит, апатит) [Radioactive Waste Forms for the Future. Eds. Lutze W. and Ewing R.C. Amsterdam: Elsevier, 1988. - 688 p.].

Например, в известном способе отверждения ЖРО высокого уровня активности предложено переводить отходы в гелеобразное состояние при введении в растворы отходов вводят соли циркония, железа и глицерин до концентрации их в растворах соответственно не менее 0,12, 0,6 и 0,23 моль/л. Полученную смесь выдерживают в течение не менее 2,5 часов с последующим добавлением в смесь раствора однозамещенного фосфата калия в фосфорной кислоте до мольного соотношения компонентов Zr:Fe:K:PO4=1:3:2:5-8, высушивают, прокаливают полученный полимерный гель цирконилфосфата соответственно при 70-90°C и 300-400°C и проводят плавление полученных гранул при 980-1000°C [RU 2293385, G21F 9/16, 10.02.2007].

Известный способ иммобилизации ЖРО в фосфатную керамику включает концентрирование радиоактивного раствора, смешивание его с фосфатной матрицей и дальнейшую термическую обработку. Отходы, сконцентрированные до уровня ЖРО высокого уровня активности, после смешивания с аморфным фосфатом циркония прокаливают до получения керамического спека. Спек капсулируют в стекло-кристаллические компаунды. Все стадии процесса проводят в едином реакционном сосуде при температурах, не превышающих 1000°C. Изобретение позволяет получить устойчивые минералоподобные фосфатные формы (коснарит [Na,Cs,Sr,Ln)(Zr,An,Fe)2(PO4)3], монацит [(Ln,An)PO4]) [RU 2432631, G21F 9/16, 27.10.2011].

Предложенные в этих способах керамические материалы обладают высокой физико-химической стабильностью, превосходящую устойчивость стекла, однако указанные способы иммобилизации ЖРО в керамику имеют общие существенные недостатки, заключенные в необходимости тщательного соблюдения состава шихты по причине возможных различий в кратности концентрирования ЖРО для последующего отверждения, а также реализация способов требует разработки и внедрения несуществующих в настоящее время в промышленности новых технологий, прежде всего кальцинации ЖРО и газоочистки.

Основной недостаток известных высокотемпературных способов иммобилизации ЖРО (остекловывание и включение в керамический материал) состоит в том, что способы требуют создания или закупки специальных дорогостоящих массивных плавителей, ликвидация которых после окончания срока эксплуатации представляет большую радиоэкологическую проблему и в настоящее время не осуществляется.

Для иммобилизации ЖРО среднего и низкого уровня активности рассматриваются низкотемпературные способы цементирования [Козлов П.В., Горбунова О.А. Цементирование как метод иммобилизации радиоактивных отходов. - Озерск: РИЦ ВРБ ФГУП «ПО Маяк», 2011. - 144 с.]. Основное связующее вещество, используемое в промышленной технологии цементирования ЖРО низкого уровня активности - портландцемент, состоящий из трех- и двухкальциевого силикатов, алюмоферритов кальция и трехкальциевого алюмината [Баженов Ю.М. Технология бетона: Учебник. М.: Изд-во АСВ, 2003. - 500 с.].

Например, в известном способе кондиционирование ЖРО проводят цементированием с использованием электромагнитной обработки в вихревом слое с ферромагнитными телами вращения и последующим отверждением продукта. ЖРО последовательно подвергают электромагнитной обработке в вихревом слое и смешиванию с портландцементом при раствороцементном отношении не менее 0,6. По данному способу возможно отверждать ЖРО с общим солесодержанием до 500 г/дм3 [RU 2516235, G21F 9/16, 20.05.2014].

Недостатком технологии цементирования для задач обращения с ЖРО среднего уровня активности является использование в качестве основы дорогостоящего портландцемента, являющегося гидравлическим вяжущим веществом с долгим набором прочности и обладающим недостаточной физико-химической устойчивостью для обеспечения иммобилизации долгоживущих актинидов. При этом затворение портландцементом возможно растворов ЖРО с минеральным составом обычно не более 500-600 г/дм3.

Следует особо отметить, аммонийсодержащие ЖРО не могут быть иммобилизованы путем цементирования по причине того, что процесс цементирования ЖРО происходит в щелочной области рН>11, что приводит к образованию и выделению токсичного аммиака. При этом согласно п. 41 НП-019-15 «на отверждение ЖРО путем включения радиоактивных веществ, содержащихся в них, в цементный матричный материал с получением цементного компаунда (цементирование) запрещается направлять ЖРО, содержащие вещества, взаимодействующие с цементом с образованием токсичных веществ».

Эффективность иммобилизации ЖРО сложного состава может быть достигнута при использовании низкотемпературной кристаллической магний-калий-фосфатной (МКФ) матрицы - синтетического аналога природного фосфатного минерала струвит [Винокуров С.Е., Куляко Ю.М., Мясоедов Б.Ф. Иммобилизация радиоактивных отходов в магний-калий-фосфатных матрицах. Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №3. С. 81-88].

Известен способ стабилизации уран- и плутонийсодержащих материалов в МКФ матрице, включающий регулирование рН ядерных материалов до рН не ниже 5 добавлением прокаленного MgO и оксида алюминия, к обработанному таким образом ядерному материалу добавляют связующее, содержащее MgO и KH2PO4 в количестве не менее 20 масс. %, из которых 15 масс. % является оксидом магния, с образованием суспензии, и дополнительное введение MgO в количестве свыше стехиометрического - до 45 масс. % от суммы ядерного материала и связующего в зависимости от состава ядерного материала. Иногда в ходе процесса стабилизации добавляют борат или борную кислоту для регулирования скорости реакции и дополнительный наполнитель - летучую золу или оксид четырехвалентного металла - для придания высокой стабильности формам отходов. Смесь отверждается в течение 1-24 часов. Конечным продуктом являются отходы в виде связанных с фосфатами радиоактивных материалов, инкапсулированных в матрицу MgKPO4⋅6H2O [РФ №2307411, G21F 9/04, 2007.09.27].

Недостаток этого способа в том, что способ непригоден для стабилизации высокосолевых ЖРО с минерализацией не менее 600 г/дм3, содержащих остатки урана, плутоний, а также трансплутониевые элементы, цезий, стронций, технеций и другие продукты деления и коррозии.

Кроме того, уровень рН не ниже 5 не является приемлемым для обращения с ЖРО, содержащими ионы аммония, и может привести к выделению токсичного аммиака.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов (ЖРО) в фосфатном компаунде, включающий 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 [RU №2381580, G21F 9/16, 10.02.2010].

Способ стабилизации предназначен для жидких щелочных высокосолевых ВАО с минерализацией до 750 г/дм3.

Способ включает регулирование рН отходов до значений рН=8-9 путем добавления ортофосфорной кислоты, введение последовательно ионообменной смолы АВ-17 с СТ форме, ионов двухвалентного никеля и ферроцианида калия, последних в количестве соответственно 0,2-0,4 и 0,3-0,6 масс. %, и сульфида натрия, полученную смесь отверждают путем добавления связующих - дигидрофосфата калия и подготовленного при прокаливании оксида магния в стехиометрическом соотношении в расчете на количество воды отверждаемой смеси с избытком оксида магния 5-10 масс. %, с получением МКФ компаунда на основе MgKPO4⋅6H2O.

Недостаток способа состоит в том, что способ неприменим для сильнокислых ЖРО с высоким содержанием ионов аммония. Кроме того, при рН=8-9 суспензии ЖРО с высоким содержанием железа содержат осадок гидроксида железа с соосажденными элементами отходов, что может препятствовать качественному перемешиванию смеси и таким образом приводить к недостаточной гомогенизации компаундов и неравномерности компаундов по основным компонентам и радионуклидам.

Задачей изобретения является разработка способа иммобилизации кислых высокосолевых аммоний- и железосодержащих ЖРО среднего уровня активности, содержащих актиниды (прежде всего, плутоний и трансплутониевые элементы), а также продукты деления ядерного топлива (в том числе изотопы цезия и стронция).

Поставленная задача решается способом иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов (ЖРО) в фосфатном компаунде, включающем 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, в котором 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.

Преимущественно ионы никеля в количестве 0,3-0,4% от массы исходного раствора ЖРО вносят в составе раствора нитрата никеля, ферроцианид калия добавляют в количестве 2-3% от массы исходного раствора ЖРО, а после введения ионов никеля и ферроцианида калия вносят порошок борной кислоты в количестве 3-4% от массы исходного раствора ЖРО.

Целесообразно порошок дигидроортофосфата калия предварительно измельчать до размера частиц в интервале 0,15-0,25 мм, а предварительную подготовку оксида магния проводить путем прокаливания при 1300-1400°C в течение не менее 3 часов.

Целесообразно перемешивание смеси на всех стадиях проводить механической мешалкой со скоростью 110-130 об/мин, а при достижении температуры полученной смеси 48-52°C прекращать перемешивание и оставлять смесь для отверждения в реакционной емкости или контейнерах.

Целесообразно для набора прочности полученный фосфатный компаунд выдерживают не менее 12 суток, а при проведении иммобилизации ЖРО в контейнерах объемом до 200 л для гомогенизации смеси использовать потерянную мешалку с возможностью вертикального перемещения.

На фиг. 1 представлена дифрактограмма MgO, подготовленного путем прокаливания при 1300°C в течение 3 часов.

На фиг. 2 - дифрактограмма образца МКФ компаунда после иммобилизации раствора-имитатора ЖРО.

В предложенном способе используется низкотемпературная МКФ матрицы, образующейся согласно экзотермической реакции (1) при комнатной температуре в растворе ЖРО после его нейтрализации раствором гидроксида натрия до уровня рН=2,0±0,2

Данный уровень кислотности полученного раствора ЖРО не приводит к выделению токсичного аммиака, а также препятствует выпадению железосодержащего осадка вследствие недопущения протекания реакции гидролиза по катиону железа(III).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Проводят нейтрализацию исходного кислого раствора ЖРО до рН=1,8-2,2 введением под слой раствора отходов раствора гидроксида натрия при непрерывном перемешивании со скоростью до 120 об/мин. Эффективная нейтрализация кислого раствора ЖРО достигается при использовании раствора гидроксида натрия с концентрацией 550-650 г/дм3.

Повышение эффективности иммобилизации цезия как наиболее мобильного компонента ЖРО в МКФ матрице проводят при переводе элемента в малорастворимое состояние в виде его труднорастворимых смешанных ферроцианидов. Захват малых количеств цезия обусловливается меньшей растворимостью смешанных железистосинеродистых солей этого катиона и катионов тяжелых металлов, в частности малорастворимой смешанной соли состава Cs2Ni[Fe(CN)6].

В полученный нейтрализованный раствор ЖРО вносят ионы никеля в степени окисления 2+ и ферроцианид калия в количестве 0,3-0,4 и 2-3% от массы исходного раствора ЖРО, соответственно, с последующим перемешиванием смеси со скоростью 110-132 об/мин в течение 30 минут. Целесообразно вводить ионы никеля в виде растворимых солей (нитрат или сульфат никеля), а ферроцианид калия - в виде кристаллогидрата K4[Fe(CN)6]⋅3H2O.

В подготовленном растворе ЖРО растворяют порошок дигидроортофосфата калия KН2РО4 в количестве 98-102 масс. % от стехиометрического количества KН2РО4 относительно количества воды в растворе ЖРО согласно реакции (1), при перемешивании со скоростью около 120 об/мин в течение 30 минут. Эффективное растворение связующего достигается предварительным измельчением порошкообразного реагента до размера частиц 0,15-0,25 мм.

После этого в раствор добавляют и растворяют порошок борной кислоты для регулирования скорости реакции (1) в количестве 3-4% от массы исходного раствора ЖРО (что составит не более 1,5% от массы компаунда) при перемешивании в течение 10 минут.

Далее в полученный раствор ЖРО при непрерывном перемешивании со скоростью около 120 об/мин постепенно вносят порошкообразный оксид магния MgO, в количестве 105-110 масс.% от стехиометрического количества MgO относительно количества воды в растворе ЖРО согласно реакции (1) (или 33,4±0,1% от количества внесенного KH2PO4), и перемешивают полученную смесь в течение не менее 20 минут. Предварительную подготовку используемого порошка MgO проводят путем его прокаливания при 1300-1400°C в течение не менее 3 часов.

Приготовленную смесь оставляют для отверждения в реакционной емкости или переносят в контейнеры. Время выдержки полученных образцов для набора прочности - не менее 12 суток.

Наиболее эффективно использование заявленного способа может быть при проведении отверждения ЖРО в цилиндрических контейнерах объемом до 200 л с использованием потерянной мешалки с возможностью вертикального перемещения для гомогенизации смеси связующих агентов и раствора ЖРО.

Пример 1

Раствор-имитатор раствора ЖРО среднего уровня активности объемом 1,0 дм3 и плотностью 1,37 г/см3, содержащий азотную (здесь и далее в скобках - формула, чистота и стандарт использованных реагентов для приготовления раствора) (HNO3, хч, ГОСТ 4461-77) и серную (H2SO4, хч, ГОСТ 4204-77) кислоты в количестве 300 и 150 г/дм3, соответственно, а также нитрат аммония (NH4NO3, хч, ГОСТ 22867-77), нитрат железа (Fe(NO3)3⋅9H2O, хч, ТУ 6-09-02-553-96), нитрат цезия (CsNO3, хч, ТУ 6-09-437-83) и нитрат стронция (Sr(NO3)2, чда, ГОСТ 2820-73) в количествах 250, 65, 13 и 10 г/дм3, соответственно, нейтрализуют до рН=2,0 при подаче под слой водного раствора гидроксида натрия (NaOH, хч, ГОСТ 4328-77) с концентрацией 600 г/дм3. Перемешивание смеси на всех стадиях проводят механической мешалкой на скорости 120 об/мин.

Предварительную подготовку используемого как затвердитель порошка оксида магния MgO проводят путем его прокаливания при 1300°C в течение 3 часов в высокотемпературной лабораторной камерной электропечи сопротивления. В результате прокаливания удельная поверхность оксида магния снижается в 5 раз до уровня 6,6 г/м2. Полученные рентгенодифракционные данные (фиг. 1) однозначно показывают, что в результате получен кристаллический MgO, структура которого соответствует периклазу.

В полученный нейтрализованный раствор с плотностью 1,34 г/см3 и минерализацией 980 г/дм3 вносят порошкообразные реагенты при непрерывном перемешивании в количествах и порядке введения согласно таблицы 1.

Полученную смесь при достижении ее температуры 50°C помещают в тефлоновые формы для схватывания смеси. Часть смеси помещают в герметичный контейнер для определения возможного содержания аммиака в выделяющейся газовой фазе при твердении компаундов. Время выдержки полученных образцов МКФ компаундов с иммобилизованным раствором-имитатором ЖРО - 15 суток. Не вошедший в состав компаунда раствор ЖРО отсутствовал.

Полученную при твердении компаундов газовую смесь пропускают через водный раствор 0,01 н серной кислоты. Установлено, что содержание аммиака в растворе согласно ГОСТ 33045-2014 ниже предела обнаружения (менее 0,1 мг/дм3).

Получены образцы МКФ компаундов, содержащие соли нейтрализованного раствора-имитатора ЖРО в количестве 20,8 масс. %, с плотностью 1,8±0,1 г/см3 и механической прочностью на сжатие 15,7±3,7 МПа.

Установлено постоянство механической прочности на сжатие полученных МКФ компаундов до и после их облучения компаундов ускоренными электронами, поглощенная доза составляет 1,1⋅106 Гр.

Показано, что прочность на сжатие полученных МКФ компаундов после 30 циклов замораживания и оттаивания (-40…+40°C), а также после 90-дневного погружения в воду составляет значения более 5 МПа.

Установлено, что основу МКФ компаундов составляет кристаллическая фосфатная фаза, рентгенодифракционные данные которой соответствуют природному минералу струвит MgNH4PO4⋅6H2O (фиг. 2). В составе компаунда также присутствуют следующие кристаллические фазы: нитер KNO3, нитратин NH4NO3, а также частично не вступившие в реакцию (1) связующее KH2PO4 и затвердитель MgO, введенный в избытке до 10% от стехиометрии реакции (1).

Таким образом, установлена эффективность предлагаемого способа иммобилизации кислых высокосолевых аммоний- и железосодержащих ЖРО (на примере имитатора). Показатели качества полученного МКФ компаунда (механическая прочность, радиационная устойчивость, устойчивость к термическим циклам, водостойкость) соответствуют требованиям НП-019-15 к цементному компаунду.

Пример 2

По заявляемому способу проведена иммобилизация раствора-имитатора ЖРО объемом 20 см3, содержащего радионуклиды Cs-137 и Sr-90. Химический состав раствора, соотношение реагентов и условия иммобилизации соответствовали указанным в Примере 1.

Данные об удельной активности радионуклидов в полученном МКФ компаунде, а также о водоустойчивости образцов МКФ компаундов по отношению к выщелачиванию радионуклидов, определенные согласно ГОСТ Р 52126-2003, приведены в таблице 2.

Таким образом, установлено, что МКФ компаунд имеет высокую водоустойчивость к выщелачиванию продуктов деления ядерного топлива: интегральная скорость выщелачивания на 28 сутки контакта образцов МКФ компаундов с водой составляет для Cs-137 и Sr-90 - 4,1⋅10-4 и 4,7⋅10-5 г/(см2⋅сутки), соответственно, что значительно ниже допустимого предела скорость выщелачивания этих радионуклидов согласно НП-019-15 для цементных компаундов - не более 1⋅10-3 г/(см2⋅сутки).

Пример 3

По заявляемому способу проведена иммобилизация раствора-имитатора ЖРО объемом 20 см3, содержащего долгоживущие актиниды Pu-239 и Am-241. Химический состав раствора, соотношение реагентов и условия иммобилизации соответствовали указанным в Примере 1.

Данные об удельной активности актинидов в полученном МКФ компаунде, а также о водоустойчивости образцов МКФ компаундов по отношению к выщелачиванию актинидов, определенные согласно ГОСТ Р 52126-2003, приведены в таблице 3.

Таким образом установлено, что МКФ компаунд имеет высокую водоустойчивость к выщелачиванию актинидов: интегральная скорость выщелачивания на 28 сутки контакта образцов МКФ компаундов с водой составляет для Pu-239 и Am-241 - 8,1⋅10-6 и 6,3⋅10-6 г/(см2⋅сутки), соответственно, что приближается к требованиям НП-019-15 к стеклоподобным компаундам - не более 1⋅10-7 г/(см2⋅сутки) для Pu-239.

Заявляемый способ позволяет:

- иммобилизовать высокосолевые ЖРО с высоким содержанием азотной и серной кислот (по крайней мере до 300 и 150 г/дм3, соответственно), ионов аммония (до 60 г/дм3) и железа (до 15 г/дм3), которые нецелесообразно включать в стеклоподобные, керамические или цементные компаунды;

- иммобилизовать нейтрализованные до рН=2,0±0,2 высокосолевые растворы ЖРО с минерализацией по крайней мере до 980 г/дм3 при наполнении компаундов по солям ЖРО по крайней мере до 20,8 масс. %;

- отверждать ЖРО в виде раствора, что гарантирует гомогенность полученных компаундов и равномерность распределения основных компонентов и радионуклидов по объему компаунда;

- избежать выпадения железосодержащего осадка, который может забивать трубопровод для передачи полученного раствора ЖРО в узел его отверждения и приводить к необходимости периодической промывки трубопровода от осадка;

- получать МКФ компаунды при комнатной температуре без необходимости создания дорогостоящих высокотемпературных плавителей, вывод из эксплуатации которых после окончания срока службы представляет радиоэкологическую проблему;

- иммобилизовать ЖРО, содержащие как продукты деления ядерного топлива, в том числе Cs-137 и Sr-90 с периодом полураспада около 30 лет, так и долгоживущие актиниды, в том числе Pu-239 и Am-241;

- иммобилизовать ЖРО, содержащие летучие радионуклиды, в том числе изотопы цезия, йода, технеция;

- иммобилизовать ЖРО в МКФ компаунд, основные показатели качества которого (водоустойчивость, механическая прочность, радиационная устойчивость, устойчивость к термическим циклам, водостойкость, объем не вошедших в компаунд ЖРО) соответствуют показателям качества цементного компаунда согласно НП-019-15;

- иммобилизовать ЖРО в МКФ компаунд на основе кристаллической матрицы - синтетического аналога природного минерала струвит MgNH4PO4⋅6H2O, обладающего высокой физико-химической стабильностью в геологической среде;

- вследствие близости способов иммобилизовать ЖРО с использованием применяемого при цементировании отходов оборудования;

- использовать при иммобилизации ЖРО как небольшие контейнеры, так и крупные приповерхностные хранилища наливного типа.

1. Способ иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов (ЖРО) в фосфатном компаунде, включающий 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, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионы никеля в количестве 0,3-0,4% от массы исходного раствора ЖРО вносят в составе раствора нитрата никеля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ферроцианид калия добавляют в количестве 2-3% от массы исходного раствора ЖРО.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после введения ионов никеля и ферроцианида калия вносят порошок борной кислоты в количестве 3-4% от массы исходного раствора ЖРО.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что порошок дигидроортофосфата калия предварительно измельчают до размера частиц в интервале 0,15-0,25 мм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят предварительную подготовку оксида магния путем прокаливания при 1300-1400°С в течение не менее 3 часов.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание смеси на всех стадиях проводят механической мешалкой со скоростью 110-130 об/мин.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при достижении температуры полученной смеси 48-52°С прекращают перемешивание и смесь оставляют для отверждения в реакционной емкости или контейнерах.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что время выдержки полученного фосфатного компаунда для набора прочности составляет не менее 12 суток.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что при проведении иммобилизации ЖРО в контейнерах объемом до 200 л для гомогенизации смеси используют потерянную мешалку с возможностью вертикального перемещения.



 

Похожие патенты:

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.
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.

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.

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.
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).

Изобретение относится к методам отверждения жидких радиоактивных отходов. Установка для отверждения жидких радиоактивных отходов содержит контейнер с перемешивающей мешалкой, узлы подачи ЖРО и наполнителя.

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.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения и может быть использовано для обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

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.
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.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к обращению с жидкими радиоактивными отходами с целью их последующего длительного хранения иили 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 рН1,8-2,2 путем добавления водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 550-650 гдм3. 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.

Наверх