Способ отверждения отходов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () 880!49

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.06.80 (21) 2935068/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.04.82. Бюллетень № 16 (51) M Êë. G 21 F 9/04

Тесударстееккый коннтет

СССР не- делам изобретений н открытий (53) УДК 621.039.7 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.04.82

К. П. Захарова, Т. Т. Жикол, Н. В. Алимова,.,"I

В. Л. Панкратов, В. П. Шелудько и Л. Н. Шима1това

> (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ ОТХОДОВ

Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности ((10 Кл/л) и других токсичных веществ, в частности, перевода их в отвержденное состояние путем включения в неорганическое связующее.

Большое количество таких отходов образуется на атомных электростанциях.

Известно, что для отверждения радиоактивных отходов практически во всех странах широко применяют портландцемент(1).

Цементированию подвергаются отходы с солесодержанием не выше 150 г/дм, что при принятом водоцементном отношении, равном 0,6 — 0,7, соответствует содержанию солей в отвержденном продукте 4 — 5%.

При большем содержании солей не получается прочного цементного камня. Недостатком этих методов является использование для переработки отходов дефицитного строительного материала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированным шлаком или шлакопортландцементом (2). Согласно способу отверждению подвергают отходы в форме жидкостей, шла мов или илов, которые имеют различные источники образования, такие как промышленные, сельскохозяйственные или бытовые отходы, и в качестве вяжущего используют металлургические

5 шлаки, гидратирующиеся в щелочной среде и имеющие следующий состав, вес. %:

СаО 30 — 50

$102 25 — 40

А120з 8 — 20

10 ., FeQ 5 — 15

MgO 2 — 8

Отходы в виде жидкостей, шламов или илов смешивают со следующими веществами (на 100 вес. ч. отхода):

15 5 — 35 вес. ч. шлака (имеющего указанный выше состав);

0,02 — 15 вес. ч. щелочных агентов;

0,2 — 30 вес. ч. (желательно 0,2- 8 вес. ч.) активизирующих агентов;

0 — 150 вес. ч. (желательно 5 — 30 вес. ч.) пуццолана, золы уноса или клинкера, и оптимально от 0 до 2 вес. ч. эмульгирующих агентов и/или гидрофобных материалов. В результате образуются продукты в виде сыпучих порошков или гранул, которые авторы рекомендуют использовать в качестве удобрений или сорбционных материалов.

К недостаткам способа прототипа следует отнести то, что в данном процессе не

З0 образуется прочного монолита и водоустой880149

3102

А120з

FeO

МпО

СаО

MgO

Na O

К20

35,56

10,76

0,34

0,10

42,05

7,46

1,80

0,36

0,49

15 чивость образующегося материала низкая.

Высокое содержание FeO (до 15 /о) в рекоме ндуемых шлаках также отрицательно влияет на качество конечного продукта, так как снижает прочность конечного продукта.

Целью изобретения является получение прочного монолита с высоким содержанием сухого остатка отходов, пригодного для безопасного захоронения.

Эта цель достигается тем, что в способе отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированным шлаком или шлакопортландцементом, металлургический гранулированный шлак с удельной поверхностью 2800 — 4000 см /г смешивают с отходами, содержащими радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, при водовяжущем отношении 0,2 — 0,6 и температуре

20 — 90 С. Кроме того, в качестве вяжущего используют шлакопортландцемент, содержащий от 20 до 80 мас. шлака.

Отходы атомных электростанций, как правило, имеют щелочную реакцию и со,держат большое количество поверхностноактивных веществ. Это позволяет избежать .дополнительного введения щелочных веществ, необходимых для гидратации и пластификаторов, что позволяет значительно увеличить содержание отходов в отвержденном продукте. Предложение призвано решить проблему получения конечного продукта с механической прочностью, удовлетворяющей транспортным правилам МАГАТЭ (100 кгс/см ) и имеющего водоустойчивость продуктов на основе портландцемента (скорость выщелачивания — 10 — " — 10 — з г/см2Х

X сутки) .

В качестве металлургических шлаков могут быть использованы измельченные доменные и сталеплавильные шлаки с удельной поверхностью 2800 †40 см /г.

Для ускорения процесса схватывания на смешение со шлаком может подаваться раствор или шлам с температурой до 90 С.

Возможность проведения процесса в широком интервале температур (от 20 до 90 С) без ухудшения качества образующегося твердого материала позволяет либо создавать непрерывную технологическую цепочку с подачей горячего раствора из куба выпарного аппарата непосредственно в аппарат для смешения с вяжущим, либо накапливать отходы в промежуточных емкостях с последующим их отверждением в аппаратах полунепрерывного или периодического действия.

При водовяжущем отношении от 0,2—

0,6 до 30 /, вяжущего может быть заменено безводными компонентами отхода, что будет соответствовать 25 — 26 /о массовому содержанию сухого остатка отходов в отвержденном продукте. Эта величина в 4 — 5 раз

65 превышает величину солесодержания в компаунде на основе портландцемента и раствора с содержанием солей 150 г/дм .

П р и и е р. 1. Отходы, сконцентрированные до 40 /, содержания свободной воды, смешивают с металлургическим шлаком следующего состава, вес. o!,:

11а 100 вес. ч. отхода добавляют

140 вес. ч. измельченного шлака с удельной поверхностью 3500 см- /г. После перемешивания смесь остается для отверждения при температуре окружающей среды. В результате образуется прочный монолит с плотностью 2 г/см и сопротивлением сжатию

127 кгс/см . Скорость выщелачивания водорастворимых компонентов отходов составляет величину около 10 — з г/см . сут. Содержание сухого остатка отходов в конечном продукте равняется 25 мас. %.

2. Обезвоженные отходы смешивают с водой или радиоактивным раствором и металлургическим шлаком следующего состава, вес. /о. SIOg 38,46; А120З 9,06; FeO 0,21;

МпО 1,30; СаО 45,64; MgO 3,46; S 1,06;

TiO 0,17; V!agO 0,43; К20 0,60.

На 100 вес. ч. отхода добавляют 66 вес. ч. горячей (50 С) воды или радиоактивного раствора и 230 вес. ч. измельченного шлака указанного состава с удельной поверхностью 3500 см-"/г. После перемешивания смесь оставляют при температуре окружающей среды. В результате образуется прочный монолит с плотностью — 2 г/см и сопротивлением сжатию 108 кгс/см . Скорость выщелачивания водорастворимых компонентов — 10 э г/см сут. Содержание сухого остатка отходов в конечном продукте равняется 27 мас. %.

3. Концентраты промстоков, содержащих сульфаты, фосфат, нитрат и хлорид натрия и гидроокись хрома с 20 -ной влажностью, смешивают с металлургическим шлаком следующего состава (с удельной поверхностью вяжущего 3500 см /г), вес. /о.

5iO 36,24; А1203 12,59; FeO 0,37; МпО 0,86;

СаО 39,03; MgO 8,39; S 0,54; Na O 0,35; К20

D,67.

Смешение проводится при 20 С и водовяжущем отношении 0,3. При этом содержание солей в отвержденном продукте

20/.

Через сутки смесь затвердевает. Прочность материала после 28 суток выдержки

200 кгс/см . Скорость выщелачивания

880149

;растворимых солей из отвержденного про.дукта 1 10 — г/см . сут.

Прочность материала практически не меняется при переходе от величины 4000 до 4500 см /г, однако приводит к дополнительному расходу электроэнергии на измельчение.

Оптимальным водовяжущим отношением следует считать отношение 0,2 — 0,6. Выбор водовяжущего отношения в этом диапазоне определяется требованиями по текучести смеси в каждом конкретном случае. На качество конечного продукта это изменение

:практически не влияет. При водовяжущем отношении меньше 0,2 не получается гомогенной массы. При водовяжущем отношении больше 0,6 на поверхности твердого продукта остается слой не связанной воды, содержащей не закрепленные радионуклиды или токсичные вещества.

Механическая прочность твердого продукта при использовании в качестве вяжущего шлакопортландцемента достаточно высока (удовлетворяет транспортным требованиям МАГАТЭ) при изменении соотношения клинкер-шлак от 20/80 до 80/20. Однако учитывая, что шлак является более дешевым отходом, целесообразно использовать шлакопортландцемент с отношением клиыкер-шлак, равным 20/80.

Приведенные результаты показывают, что изменение температуры отверждаемого отхода от 20 до 90 С практически не приводит к ухудшению прочности образующетося материала.

Предлагаемый способ имеет технические преимущества перед используемыми в

:настоящее время методами отверждения.

Для отверждения отходов среднего уровня активности (АЭС, АСТ) принят метод битумирования. Замена битума металлургическим шлаком в 2... 3 раза снижает стоимость связующего в расчете на

1 т сухого остатка отходов. Поскольку неорганическое вяжущее является негорючим использование в качестве вяжущего металлургического шлака исключает необходимость создания средств пожаротушения вблизи установки отверждения и в хранилищах. Кроме того, отсутствие термической обработки исключает образование вторичных сбросов (конденсата, паро-газовой фазы), требующих дополнительной очистки.

5 Для отходов низкого уровня активности солесодержанием до 150 г/дм (отходы исследовательских центров) применяется метод включения в портландцемент при водовяжущем отношении 0,6 — 0,7. Дополни10 тельное концентрирование отходов с последующим отверждением по предлагаемому способу приводит к 3 4-кратному сокращению расхода вяжущего и соответствующему сокращению объема захораниваемого

1 продукта, а следовательно, и расходов на перевозки и строительство хранилищ.

Формула изобретения

1. Способ отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированным шлаком или шлакопортландцементом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью получения монолита с высоким содержанием сухого остатка отходов, пригодного для безопасного захоронения, смешение проводят при водовяжущем отношении 0,2 — 0,6 с удельной

30 поверхностью вяжущего 2800 — 4000 см /г при температуре отверждаемого отхода

20 — 90 С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вяжущего используют

35 шлакопортландцемент, содержащий 20—

80 мас. шлака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Соболев И. А. и др. Практика производственного цементирования жидких радиоактивных отходов на экспериментальной установке. Сб. докладов научно-техни4> ческой конференции специалистов странчленов С3В. «Исследования в области обработки и захоронения радиоактивных отходов», ГДР, 1967, М., 1968, с. 306 †3.

2; Патент Франции Ко 1500668, кл. E 04 В, опублик. 1967 (прототип).