способ переработки отходов нейтрализации токсичных веществ и радиоактивных отходов

Формула изобретения

Способ переработки отходов нейтрализации токсичных веществ и радиоактивных отходов, включающий их размещение в реакторе вместе с шихтой, нагрев с помощью сверхвысокочастотной энергии и отверждение, отличающийся тем, что при нагреве осуществляют разложение отходов нейтрализации токсичных веществ, а для отверждения отходов остекловыванием используют шихту, содержащую речной песок и стеклобой, с добавлением борной кислоты и свинцового сурика в отношении 5:1.

Описание изобретения к патенту

В настоящее время существует проблема уничтожения отходов, получаемых при детоксикации боевых отравляющих веществ (БОВ) и отходов, образующихся при эксплуатации атомных реакторов.

В первом случае это реакционные массы (РМ), сохраняющие малые количества исходных веществ на уровне 10^-4%. В принятой технологии РМ обрабатывают солями кальция, заливают битумом, формуют и в таком виде складируют в специальных герметичных хранилищах с ограниченным к ним доступом. Процедура энергоемкая, дорогостоящая и, самое главное, не имеющая перспектив использования полученной массы (см. Методы уничтожения фосфорорганических отравляющих веществ. Рос. хим. жур. 1993 г., т. 37, №3, с.27).

Во втором случае отработанные стержни, имеющие определенный уровень радиации, накапливаются в сборниках-хранилищах, имеющих высокую степень защиты, обеспечивающую их безопасное хранение. При длительном хранении нельзя исключить разгерметизацию хранилищ (см. Комаров В.И. и др. Переработка радиоактивных отходов с использованием сверхвысокочастотной энергии. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, вып.2 (476), 2000 г., с.30-36).

Известен способ воздействия сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии на БОВ с целью их разложения и детоксикации (см. Патент №2093229, Россия. Способ термического разложения отравляющих веществ. Старец Я.А., Кочергин А.И., опубл. 20.10.97 г., бюл. "Изобретения, полезные модели" №29). Способ позволяет снизить токсичность БОВ на 4-5 порядков, но не решает проблемы твердых остатков, которые накапливаются и нуждаются в дальнейшей переработке.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ переработки жидких и твердых радиоактивных отходов, фосфорорганических отравляющих веществ и пестицидов (см. Патент №2176417, Россия. Способ обработки высокотоксичных промышленных отходов. Ляшенко А.В., опубл. 27.11.2001 г.). Высокотоксичные промышленные отходы смешивают с минеральным вяжущим, содержащим кальцийсодержащий цемент и отходы металлургического производства. Полученной смесью заполняют реактор-контейнер и нагревают сверхвысокочастотной энергией до 200°С. После изотермической выдержки смеси при температуре фиксации полученную поликристаллическую цементную матрицу охлаждают. Этот способ обеспечивает долговременную и надежную иммобилизацию промышленных отходов.

Недостатками прототипа являются следующие: 1). Низкая температура процесса, при которой возможны остатки органического составляющего. 2) Хранение полученных поликристаллических матриц не безгранично и требует надзора.

Предлагается способ переработки отходов нейтрализации токсичных веществ и радиоактивных отходов, включающий их размещение в реакторе вместе с шихтой, нагрев с помощью сверхвысокочастотной энергии и отверждение. Отличие предложенного способа заключается в том, что при нагреве осуществляют разложение отходов нейтрализации токсичных веществ, а для отверждения отходов остекловыванием используют шихту, содержащую речной песок и стеклобой, с добавлением борной кислоты и свинцового сурика в отношении 5:1.

Реакторы для реакционной массы отравляющих веществ могут быть конструктивно различны. Однако режим работы практически одинаков, т.к. связан с физическими процессами, возникающими в веществах под действием сверхвысокочастотных колебаний. При воздействии излучения частотой 2450 МГц за счет поглощающих свойств веществ происходит интенсивный нагрев до 1000-1100С°. Если такому воздействию подвергнется состав, включающий в себя кроме отходов экотоксикантов компоненты стекольной шихты, происходит остекловывание всей массы. Например, сухой остаток после детоксикации V_x газа имеет состав: Na-29%, P-2,7%, С-0,7%, Сl-41%, F-0,6%, Si-5%, O-21%. К этому составу добавляют компоненты стекольной шихты в соотношении: речной песок - 30-35%, борная кислота - 15-20%, свинцовый сурик - 3-4%, отходы - 30-35%, стеклобой - остальное.

В таблице приведены данные эксперимента по остекловыванию шихты с помощью СВЧ энергии, с использованием 5,0 кВт магнетрона.

На чертеже приведена схема установки, на которой был проведен эксперимент. Установка состоит из магнетрона 1, циркулятора с герметизирующей секцией 2, воздушного вентилятора 3, винтовых регуляторов подстройки 4, волновода 5, вытяжной трубы 6, термопары на входе в волновод 7, реактора 8, термопары у наружной стенки реактора 9, микроамперметра 10, миллиамперметра 11. На схеме не указан источник питания магнетрона. В реактор 8 засыпалась шихта. После включения магнетрона 1 производился нагрев стекломассы. Регулировку мощности производят по миллиамперметру 11 в анодной цепи магнетрона. Отраженную мощность определяют по показаниям микроамперметра 10 в цепи отраженной мощности циркулятора 2.

В таблице представлены данные эксперимента по показаниям приборов. Очевидно, что увеличение мощности приводит к увеличению скорости и сокращению времени нагрева шихты. О реальной температуре шихты можно было судить косвенно по цвету каления фланца реактора. Цвет - малиновый, что соответствует 800-850°С. Температура шихты была гораздо выше, т.к. шихта была оплавлена, что свидетельствует о начале остекловывания, которое происходит при температуре 1000-1100°С.

В результате остекловывания объем продукта будет в 3-4 раза меньше, чем в принятой химической технологии детоксикации БОВ, и требования к его хранению будут существенно снижены. Полученная стекольная масса при уничтожении реакционных масс от детоксикации боевых отравляющих веществ пригодна для дальнейшего использования, например, в производстве стекла технического назначения.

Эти факторы должны обеспечить серьезные экономические преимущества по сравнению с принятой технологией.