Состав для отверждения высокорадиоактивных отходов и способ его получения

 

1. Состав для отверждения высокорадиоактивных отходов на основе порошкообразных остатков фторирования , включающих фто|)иды продуктов деления Sr, Ru, Cs, Zr, Nb, Ba, полученных при регенерации облученного топлива, отличающийс я тем, что, с целью повьшения эффективности путем уменьшения объема и массы захороняемых отходов, он дополнительно содержит отработанный сорбент, включающий 99% NaF й 1% продуктов деления, и отработанный химический поглотитель, включающий 95% СаР и 5% NaF, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Остатки фторирования 5-30 Отработанный сорбент 35-50 Отработанный химический поглотитель30-45 2. Способ получения отвержденных высокорадиоактивных отходов, включающий плавление порошкообразных остатков фторирования с отверждающим материалом и охлаждение до комнатной температуры, отли9 чающийся тем, что, с целью СЛ повышения эффективности путем уменьшения объема и массы эахороняемых отходов, смесь отработанного сорбента и отработанного химического поглотителя плавят при , затем в расплав вводят остатки фторирования и вьщерживают расплав в течение 1 ч при 900-1000°С до образования гомогенной смеси.

СО)ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (k9) (I l) A (Sl)4 G 21 F 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к авто скому свидктельствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3305514/18-25 (22) 01.04.81 (46) 15. 10. 85. Бюл, В 38 (72) М.П. Воробей, А.П. Кириллович и Ю.Г. Лавринович (53) 621.039.7(088.8) (56) Патент США Р 4094809, кл. 252-301.1, опублик. 1978.

Заявка Франции )) 2395577, кл. G 21 F 9/34, опублик. 1979 (прототип). (54) СОСТАВ ДЛЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ ВЫСОКОРАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И СПОСОБ ЕГО

ПОЛУЧЕНИЯ, (57) 1. Состав для отверждения высокорадиоактивных отходов на основе порошкообразных остатков фторирования, включающих фториды продуктов деления Sr Ru Cs, Ег, Nb, Ва, полученных при регенерации облученного топлива, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения эффективности путем уменьшения объема и массы захороняемых отходов, он дополнительно содержит отработанный сорбент, включающий 997 NaF & iX продуктов деления, и отработанный химический поглотитель, включающий

95K CaF и 57. NaF, при следующем соотношении компонентов, мас.й:

Остатки фторирования 5-30

Отработанный сорбент 35-50

Отработанный химический поглотитель 30-45

2. Способ получения отвержденных высокорадиоактивных отходов, включающий плавление порошкообразных остатков фторирования с отверждающим материалом и охлаждение до комнатной температуры, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности путем уменьшения объема и массы захороняемых отходов, смесь отработанного сорбента и отработанного химического поглотителя плавят при 1000 С, затем в расплав вводят остатки фторирова-, ния и выдерживают расплав в течение

1 ч при 900-1000 С до образования гомогенной смеси.

986217

55!

Изобретение относится к области переработки высокорадиоактивных отходов, образующихся при регистрации облученного ядерного топлива, --преимущественно отверждению порошкообразных остатков фторирования.

Известен способ отверждения с высоким уровнем радиоактивности, включающий перемешивание порошкообразных отходов со стеклянной фриттой, нагрев!О полученной смеси до температуры плавления, выдерживание расплава и охлаждение.

Однако на приготовление отвержденных отходов по известному способу. расходуется большое количество минеральных веществ, которые не являются отходами производства и не радиоактивны, в результате чего резко увеличивается масса и объем подлежащих захоронению высокоактивных отходов и возрастают затраты на их хранение и транспортировку.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный состав для отверждения высокорадиоактивных отходов на основе порошкообразных остатков фторированпя, включающих фториды продуктов деления Sc, Ru, Cs,. Zr, Nb, Ba, полученных при регистрации облученного топлива, которые смешивают с цеолитом в пропорции 257. радиоактивных отходов и 757 цеолита, полученвую смесь плавят и затем охлаждают, и способ получения отвержденных высокорадиоактивных отходов, включающий плавление порошкообразных остатков фторирования с отверждающим материалом.

Педocòàòoê известного состава и способа его получения заключается в том, что весовая доля подлежащих захоронению высокорадиоактивных отходов в отвержденном материале не превышает четвертую часть, что привоцит к значительному увеличению количества и объема захороняемых высокорадиоактивных отходов. Это в свою очередь обуславливает дополнительные большие расходы материальных и людских ресурсов на транспортировку и хранение таких материалов.

Цель изобретения — повышение эффективности путем уменьшения объема и массы захороняемых отходов.

Поставленная цель достигается тем, что состав для отверждения высокорадиоактивных отходов на .основе порошкообразных остатков фторирования, включающих фториды продуктов деления Sr, ku, Cs, Zr, Nb, Ца, полученных при регенерации облученного топлива, дополнительно содержит отработанный сорбент, включающий 997

NaF и 17 продуктов деления, и отработанный химический поглотитель, включающий 95X CaF и 57. NaF, при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Остатки фторирования 5-30

Отработанный сорбент 35-50

Отработанный химпоглотитель 30-45 а также тем, что в способе получения отвержденных высокорадиоактивных отходов, включающем плавление порошкообразных остатков фторирования с отверждающим материалом и охлаждение до комнатной температуры, смесь отработанного сорбента и отработанного химического поглотителя плавят при 1000 С, затем в расплав вводят остатки фторирования и выдерживают о расплав в течение 1 ч при 90- I000 С до образования гомогенной смеси.

Примеры. Образующиеся в процессе регенерации облученного окисного топлива высокоактивные фторидные отходы смешивают в соотношении 3550 вес.ч. сорбента и 30-45 вес.ч. химпоглотителя, полученную смесь помещают в алундовый, пирографитовый или жаростойкой стали тигель и опускают в электропечь при 1000 С.

При этой температуре смесь выдерживают до плавления. Затем в расплав загружают 5-30 вес.ч. остатков фторирования и систему выдерживают .о в течение часа при 900-1000 С до ее полной гомогенизации. После чего расплав выливают в охранный контейнер из нержавеющей стали либо охлаждают до комнатной температуры в тигле для сплавления. Застывший плав извлекают и загружают в аналогичный охранный контейнер, который герметично закрывают и помещают в защитное хранилище для длительного хранения. Таким образом, получаются камнеподобные плавы, плавящиеся в интервале температур 850-950 С.

Плавы не гигроскопичны, обладают высокой термостойкостью. Объем

98б2

5 30

50 40

Остатки фторирования

Отработавший сорбент

Обработавший химпоглотитель 45 30

Сорбент и химпоглотитель в произвольном порядке засыпают в алундовый плава по сравнению с объемом исходной шихты уменьшается в 2,53,0 раза, а масса конечного продукта на 3-57 меньше массы исходного материала. Убыль массы происходит при сплавлении шихты в результате реакций термолиза некоторых фторидов, отгонкн сорбированных газов и влаги исходных веществ. Выбранные пределы концентраций компонен- 10 тов смеси обусловлены следующими соображениями . в указанной области концентраций образуются камнеподобные гомогенные плавы, обладающие высокой твердостью, термической, ради- 1Я ационной и химической стойкостью.

Увеличение содержания остатков фторирования и химпоглотителя выше обозначенных пределов приводит к тому, что смесь в установленном ин- щ тервале температур не плавится, а . образуется рыхлый неоднородный спек.

Уменьшение концентрации сорбента ниже 35 вес.7 также не позволяет перевести смесь в жидкое состояние при указанных температурах, увеличение концентрации сорбента больше

50 вес.7 и уменьшение концентрации химпоглотителя меньше 30 вес.7 приводит к резкому снижению химической и термической стойкости получаемого материала, что не обеспечивает условий безопасности его хранения и захоронения. Нижний предел остатков фторирования обусловлен экономической целесообразностью, так как образующееся при регенерации облученного ядерного топлива фторидно-газовым способом количество их составляет величину больше 5, вес. 7 от общей массы отходов на 1 кг перерабатываемого топлива, а полное исключение их из состава шихты приводит к резкому снижению термической и химической стой. стойкости плава и не позволяет решить проблему в целом.

Для получения предложенного материала были приготовлены две смеси ингредиентов по 0,5 кг, содержащие каждая, мас.7.: тигеЛь и помещают в печь электрического нагрева, разогретую до 1000 С тигель выдерживают в печи до полного плавления смеси. Затем в расплав загружают расчетное количество остатков фторирования и выдерживают в течение 40 мин, смесь I — при 900 С о а смесь II — при 1000 С, в атмосфере воздуха до полной гомогениэации системы. После чего расплав выливают в пирографитовый тигель, где он остывает до комнатной температуры, плав извлекают и помещают в герметичный контейнер для длительного хранения.

В результате проведенных операций получают монолитные камнеподобные плавы, обладающие высокой твердостью, термостойкие до 850 С, не гигроскопичные, с удельным весом 3000-3500 кг/м .

Выщелачиваемость плавов, определенная по 15 Cs в дистиллированной воде

1У при комнатной температуре, составляет

1,3 -10 — 1,5 -10 Си/см сутки.

Учитывая то обстоятельство, что выщеИ лачиваемость радионуклидов Св и

5 Sr, достигающая даже таких величин, как 10 " 10 Си/см сутки, не является определяющим фактором при выфо» ре критериев безопасности для захорошения высокоактивных отходов, вслед" ствие чего такие отходы необходимо также затаривать в герметичные защитные контейнеры из нержавеющей стали.

Предлагаемым способом получен достаточно стойкий по отношению к окружающей среде материал, пригодный для длительного контролируемого хранения и захоронения в герметичных контейнерах из нержавеющей стали.

Полученный материал имеет высокую термовлагостойкость и плотность, что позволяет в 2,5-3,0 раза уменьшить конечные объемы подлежащих захоронению высокоактивных твердых фторидных отходов, а это, в свою очередь, приводит к существенному снижению затрат на организацию его транспортировки и хранения.

Предлагаемый материал включает все виды высокоактивных твердых отходов газофторидного процесса и не требует сведения дополнительных неактивных наполнителей, имеет более низкую температуру приготовления, что также позволяет значительно снизить технологические затраты на его получение.