Алюмофосфатное стекло для иммобилизации радиоактивных отходов

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов, в частности к составам для отверждения жидких радиоактивных растворов и пульп путем их остекловывания. Алюмофосфатное стекло содержит следующие компоненты, мас. %: Na2O 19,0-23,0; Al2O3 13,0-16,0; P2O5 46,0-51,0; модифицирующая добавка 1,0-14,0; сумма оксидов отходов, включая Al2O3, примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов 19,0-22,0. В качестве модифицирующей добавки используется оксид свинца, оксид цинка, бромид натрия либо их различные сочетания с оксидом кремния. Технический результат - снижение кристаллизационных эффектов в алюмофосфатных стеклах с отвержденными радиоактивными отходами при тепловом воздействии вблизи температур расстекловывания (450-550 °С), в том числе при медленном охлаждении с 1000 до 400 °С. 2 табл.

 

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и может быть использовано в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения жидких радиоактивных растворов и пульп.

Для отверждения жидких радиоактивных отходов в мировой практике используются различные матричные материалы – битум, цемент, стекло, керамики [Дмитриев С.А., Баринов А.С., Батюхнова О.Г. и др. Технологические основы системы управления радиоактивными отходами – М.: ГУП Мос НПО Радон, 2007. 376 с.]. В качестве наиболее эффективной как с точки зрения качественных показателей, так и технологичности получения в РФ и за рубежом признаны стеклоподобные материалы [Соболев И.А., Ожован М.И., Щербатова Т.Д., Батюхнова О.Г. Стекла для радиоактивных отходов – М.: Энергоатомиздат, 1999. 240 с.]. Отечественная практика промышленного применения процесса остекловывания жидких радиоактивных отходов основывается на использовании алюмофосфатных и алюмоборофосфатных стекол [Вашман А.А., Демин А.В., Крылова Н.В. и др. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами – М.: ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.].

Эффективность процесса остекловывания определяется как степенью включения в стекло оксидов элементов, содержащихся в жидких радиоактивных отходах, так и соответствием требованиям нормативных документов по химической, термической стойкости и ряду других параметров.

Термическая стойкость остеклованных отходов является весьма критичным фактором с точки зрения обеспечения безопасной локализации радионуклидов. Из результатов исследований известно, что стеклообразные материалы термодинамически неустойчивы и при температурном воздействии склонны к расстекловыванию. Так, фосфатные стекла при температурах более 450 °С склонны к кристаллизации, сопровождающейся увеличением скорости выщелачивания компонентов на 1-2 порядка. У боросиликатных стекол температура кристаллизации несколько выше (около 550 °С) [Вашман А.А., Демин А.В., Крылова Н.В. и др. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами – М.: ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.].

Аналогом заявляемого изобретения является приведенный в патенте [Стеклообразующий борофосфатный состав для иммобилизации алюминийсодержащих жидких высокоактивных отходов. Патент на изобретение № 2267178, кл. G21F9/16, C03C3/16] состав для иммобилизации алюминийсодержащих жидких высокоактивных отходов (ВАО) путем остекловывания, содержащий оксид натрия, оксид алюминия, оксид бора, оксид фосфора и естественные примеси оксидов многовалентных элементов, причем он дополнительно содержит оксид лития при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Na2O 22,0-26,0
Al2O3 13,0-28,0
B2O3 3,0-6,0
P2O5 38,0-55,0
Li2O 0,5-1,0
Естественные примеси оксидов
многовалентных элементов остальное

Указанная рецептура фосфатного стекла может быть существенно улучшена в плане повышения термической стойкости стеклянной матрицы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является стеклообразующий фосфатный состав [Стеклообразующий фосфатный состав для иммобилизации алюминийсодержащих жидких высокоактивных отходов. Патент на изобретение № 2203513, кл. G21F9/16], содержащий оксид натрия, оксид алюминия, оксид бора, оксид фосфора, оксиды редкоземельных элементов и продукты коррозии, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Na2O 21,0-27,0
Al2O3 14,0-28,0
B2O3 3,0-9,0
P2O5 32,0-50,0
Сумма оксидов металлов,
содержащихся в отходах,
включая Al2O3 19,0-35,0

Недостатком данного изобретения является существенная кристаллизация стекломатериала при медленном охлаждении вблизи температур расстекловывания (450-550 °С).

Технической задачей изобретения является снижение кристаллизационных эффектов в алюмофосфатных стеклах с отвержденными радиоактивными отходами при тепловом воздействии вблизи температур расстекловывания (450-550 °С), в том числе при медленном охлаждении с 1000 до 400 °С. Указанная задача решается тем, что в состав стекломатериала вводятся дополнительно оксиды элементов-модификаторов, в качестве которых выступают оксид кремния, оксид свинца, оксид цинка, бромид натрия. При этом основные технологические (температура варки, вязкость расплава при температуре слива) и нормативные (химическая, радиационная стойкость, однородность) характеристики не только не ухудшаются, но и в ряде случаев улучшаются относительно прототипа.

Таким образом, в результате реализации предлагаемого изобретения иммобилизация радиоактивных отходов осуществляется в алюмофосфатное стекло, содержащее оксид натрия, оксид алюминия, оксид фосфора и примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов (продукты деления и коррозии, а также актиноидов), а также модифицирующую добавку, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Na2O 19,0-23,0
Al2O3 13,0-16,0
P2O5 46,0-51,0
Модифицирующая добавка 1,0-14,0
Сумма оксидов отходов, включая Al2O3, примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов (продукты деления и коррозии, а также актиноидов) 19,0-22,0

В качестве модифицирующей добавки используется оксид свинца, оксид цинка, бромид натрия при содержании от 1,0 до 5,0 масс. %, либо сочетание оксида кремния, оксида свинца, оксида цинка, бромида натрия при общем содержании от 1,0 до 14,0 масс. %.

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Стеклообразующая система с отходами после упаривания, денитрации, кальцинации, варки и охлаждения образует алюмофосфатное стекло. Результаты лабораторных экспериментов по варке стекла заявленного состава и прототипа приведены в таблице 1.

Все указанные составы стекол хорошо провариваются при температурах от 900 до 1050 °С. Отмечено снижение температуры варки стекол, содержащих добавку ряда модификаторов (PbO, ZnO, NaBr), на 50-150 °С относительно прототипа.

Оптимальный диапазон вязкости расплавов стекол (25-100 Пз) для печей остекловывания прямого электрического нагрева типа ЭП-500 реализуется для исследованных образцов в интервале температур от 715 до 960 °С, что соответствует регламентным зачениям температуры слива стекломассы на данных установках. Предложенные модифицирующие добавки расширяют температурный диапазон, соответствующий оптимальному диапазону вязкости алюмофосфатных стекол с имитаторами ВАО, с 65 °С до 105 °С.

Согласно данным сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеноспектрального (РСМА) и рентгенофазового анализа (РФА), введенные в стекло модификаторы практически полностью подавляют процессы кристаллизации стекол при их охлаждении с 1000 до 400 °С со скоростью от 10 до 50 °С/час.

Введение таких модификаторов, как SiO2, PbO и ZnO, приводит к повышению химической стойкости закаленных и отожженных алюмофосфатных стекол в водной среде при 90 °С (метод РСТ) относительно прототипа.

Пример 2.

Стеклообразующая система с отходами после упаривания, денитрации, кальцинации, варки и охлаждения образует алюмофосфатное стекло. Результаты лабораторных экспериментов по варке стекла заявленного состава и прототипа приведены в таблице 2.

Все указанные составы стекол хорошо провариваются при температурах от 950 до 1050 °С. Отмечено снижение температуры варки стекол, содержащих добавку модификаторов (SiO2, PbO, ZnO, NaBr), на 50-100 °С относительно прототипа при содержании SiO2 не более 5 % масс.

Согласно данным СЭМ, РСМА и РФА, введенные в стекло модификаторы практически полностью подавляют процессы кристаллизации стекол при их охлаждении с 1000 до 400 °С со скоростью от 10 до 30 °С/час.

Алюмофосфатное стекло для иммобилизации радиоактивных отходов, содержащее оксид натрия, оксид алюминия, оксид фосфора и примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов – продукты деления и коррозии, а также актиноидов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит модифицирующую добавку, в качестве которой выступает оксид свинца, или оксид цинка, или бромид натрия в количестве от 1-5 мас. %, или сочетание оксида свинца, оксида цинка, бромида натрия и оксида кремния при общем содержании от 1,0-14 мас. % при следующем соотношении основных компонентов, мас. %:

Na2O 19,0-23,0
Al2O3 13,0-16,0
Р2O5 46,0-51,0
сумма оксидов отходов, включая Al2O3, примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов – продукты деления и коррозии, а также актиноидов 19,0-22,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и может быть использовано в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных растворов и пульп методом цементирования.

Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных растворов, в частности к отверждению высокоактивных растворов, содержащих бериллий и другие стабильные и радиоактивные элементы.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к процессам отверждения органических ЖРО. Способ отверждения органических жидких радиоактивных отходов (ЖРО) заключается в соединении ЖРО с отвердителем, содержащим парафин, нагревании полученной смеси и выдерживании до перехода отвердителя в жидкое состояние и растворения в нем ЖРО, охлаждении смеси.

Группа изобретений относится к области переработки жидких радиоактивных отходов. Способ иммобилизации загрязненных радиоактивными солями и органикой тритийсодержащих жидких радиоактивных отходов заключается в их отверждении в солевой кристаллической матрице, которая затем иммобилизуется в прочной минеральной матрице.

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

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).

Настоящее изобретение относится к композиции стекловолокна, стекловолокну и композиционному материалу, содержащему указанное стекловолокно. Указанная композиция стекловолокна содержит следующие компоненты, выраженные в мас.%: 58-64 SiO2, 14-19 Al2O3, больше или равно 10 и меньше 11,8 СаО, 7,5-11 MgO, 0,2-2,7 SrO, 0,1-2 Na2O+K2O, 0,05-0,9 Li2O, 0,05-1 Fe2O3, 0,05-1,1 TiO2 и меньше 0,5 F2, при этом соотношение компонентов (в мас.%) C1=(MgO+SrO)/CaO) находится в диапазоне 0,75-1,1 и соотношение С2=CaO/MgO составляет менее 1,4.
Изобретение относится к способу получения заготовки из литийсиликатного стекла, которая может быть использована в качестве зубоврачебного материала. Для получения заготовки состава, включающего (вес.%) 46-72 SiO2, 10-25 Li2O и по меньшей мере 8 вес.%, предпочтительно от 9 до 20 вес.% стабилизатора из группы ZrО2, HfО2 или их смесей, сырьевые материалы в виде порошка с размером зерен d50=0,3-1,5 мкм плавят при температуре TAU =1450-1600°С в резервуаре.
Группа изобретений относится к литиево-силикатной стеклокерамике, способам ее изготовления и применения. Предлагается способ изготовления литиево-силикатной стеклокерамики, включающей в себя оксид пятивалентного металла, выбранный из Nb2O5, Ta2O5 и смесей таковых, и от 11,0 до 21,0 масс.% Li2O, и включающей в себя от 0 до менее 2,0 масс.% К2О, в котором (а) исходное стекло, включающее компоненты стеклокерамики, подвергают термической обработке при температуре в 480-500°C в течение периода времени в 10 мин - 120 мин для формирования стекла с зародышами, которые являются пригодными для формирования кристаллов дисиликата лития, и (b) стекло с зародышами подвергают термической обработке при температуре в 650-750°C в течение периода времени в 10 мин - 120 мин для формирования стеклокерамики с дисиликатом лития в качестве основной кристаллической фазы.

Группа изобретений относится к способам получения зубного протеза на основе литийсиликатного стекла или литиевой стеклокерамики. Способы включают стадию расплавления порошковой смеси следующего состава (вес.%): SiO2 50-70, Li2O 5-25, Al2O3 0,1-20, K2O 0,1-15, CeO2 0,1-15, B2O3 0-5, P2O5 0-15, Tb2O3 0-2, ZrO2 0-15, ZnO 0-4, включающего также 0,1-5% по меньшей мере одной добавки из группы BaO, CaO, MgO, MnO, Er2O3, Gd2O3, Na2O, Pr2O3, Pr6O11, Sm2O3, TiO2, V2O5, Y2O3.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим материалам магнийалюмосиликатной системы. Предлагается прозрачный ситалл, содержащий, мас.%: SiO2 40-50; Al2O3 10-15; MgO 6-10; ZnO 20-25; Na2O 0,5-3; TiO2 3-9; ZrO2 1-6; As2O3 0,1-1.

Стекло // 2640220
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления сортовой посуды, изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к стеклам для твердотельных лазеров. А именно, изобретение раскрывает фосфатное лазерное стекло, допированное Nd, или Yb, или Er и имеющее указанный химический состав, способ снижения длины волны пика излучения указанного выше фосфатного лазерного стекла, включающего лантан и допированного Nd, или Yb, или Er, в котором до 100% La2O3 заменяют на CeO2, чтобы изменить длину волны пика излучения, а также изобретение раскрывает лазерную систему с использованием смешанного стекла, в которой одно стекло из системы смешанного стекла является указанным фосфатным лазерным стеклом, и способ генерации импульса лазерного луча с использованием такой лазерной системы.

Группа изобретений относится к области производства литиево-силикатной стеклокерамики, способам получения и применения такой стеклокерамики. Способ изготовления литиево-силикатной стеклокерамики, включающей: оксид четырехвалентного металла, выбранный из ZrO2, TiO2, СеО2, GeO2, SnO2 и смесей таковых, по меньшей мере, 12,1 массовых % Li2O, от 0 до менее 0,1 массового % La2O3, от 0 до менее 1,0 массового % K2О и от 0 до менее 2,0 массовых % Na2O, содержит этапы, на которых: (a) исходное стекло, включающее компоненты стеклокерамики, подвергают термической обработке при температуре в 480-520°С в течение 10-30 мин для формирования стекла с зародышами, которые являются пригодными для формирования кристаллов дисиликата лития, и (b) стекло с зародышами подвергают термической обработке при температуре в 640-740°С для формирования стеклокерамики с дисиликатом лития в качестве основной кристаллической фазы, причем продолжительность второй термической обработки на стадии (b) составляет 10-60 мин.

Стекло // 2631716
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления труб для прокладки кабеля и других изделий.

Изобретение относится к составам стекол с повышенным коэффициентом светопреломления, которые могут быть использованы в оптических приборах, а также для изготовления декоративно-художественных изделий.

Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть использованы в оптических системах. Оптическое стекло содержит, мас.%: Р2О5 16,0-17,0; BaF2 15,2-16,0; GeO2 53,0-54,0; Al2O3 13,8-15,0.

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов, в частности к составам для отверждения жидких радиоактивных растворов и пульп путем их остекловывания. Алюмофосфатное стекло содержит следующие компоненты, мас. : Na2O 19,0-23,0; Al2O3 13,0-16,0; P2O5 46,0-51,0; модифицирующая добавка 1,0-14,0; сумма оксидов отходов, включая Al2O3, примеси оксидов одновалентных и многовалентных элементов 19,0-22,0. В качестве модифицирующей добавки используется оксид свинца, оксид цинка, бромид натрия либо их различные сочетания с оксидом кремния. Технический результат - снижение кристаллизационных эффектов в алюмофосфатных стеклах с отвержденными радиоактивными отходами при тепловом воздействии вблизи температур расстекловывания, в том числе при медленном охлаждении с 1000 до 400 °С. 2 табл.

Наверх