способ переработки жидких радиоактивных отходов аэс

Формула изобретения

Способ переработки жидких радиоактивных отходов АЭС, включающий смешение жидких радиоактивных отходов с минеральным матричным материалом на основе измельченного доменного шлака и кальциевым активатором и последующее отверждение, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют смесь измельченного доменного шлака и отработавшего фильтрперлита АЭС, а в качестве кальциевого активатора используют кальциевые шламы кубовых концентраторов АЭС, подщелоченные до pH 14,4 - 14,5, в массовом соотношении жидкие отходы : доменный шлак : фильтрперлит : кальциевые шламы, равном 1,0 : 1,4 - 2,1 : 0,10 - 0,20 : 0,15 - 0,25.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) путем их отверждения.

Известен способ переработки ЖРО АЭС путем смешивания их с кальциевым связующим - портландцементом при водоцементном соотношении 0,35 - 0,70, т.е. при расходе на 1 мас.ч. отходов требуется 1,43 - 2,86 мас.ч. цемента [1]. Недостатком этого способа является высокий расход дорогостоящего портландцемента.

Известен способ переработки ЖРО АЭС путем смешения их с минеральным матричным материалом - измельченным доменным шлаком или смесью доменного шлака с портландцементом, служащим кальциевым активатором шлака [2]. Данный способ по своей технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве ближайшего аналога. ЖРО смешивают со смесью портландцемента (20%) и доменного шлака, измельченного до удельной поверхности не менее 2800 см²/г (80%) при водовяжущем соотношении 0,2 - 0,6 (оптимальное 0,4) и отверждают. При этом на 1 мас.ч. ЖРО расходуется 1,33 - 4,0 мас. ч. шлака и 0,33 - 1,0 мас.ч. портландцемента. Недостатком данного способа является низкая степень наполнения отвержденных продуктов по радиоактивным отходам (17,0 - 37,5%) и сравнительно высокие из-за использования в смеси портландцемента затраты.

Задача изобретения заключается в увеличении степени наполнения отвержденных продуктов по радиоактивным отходам и снижении затрат на связующее.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе переработки жидких радиоактивных отходов АЭС, включающем их смешение с минеральным матричным материалом на основе измельченного доменного шлака и кальциевым активатором и последующее отверждение, в качестве матричного материала используют смесь измельченного доменного шлака и отработавшего фильтрперлита АЭС, а в качестве кальциевого активатора используют кальциевые шламы солей кубовых концентратов АЭС, подщелоченные до pH 14,4 - 14,5, в массовом соотношении жидкие отходы : доменный шлак : фильтрперлит : кальциевые шламы, равном 1,0 : 1,4 - 2,1 : 0,10 - 0,20 : 0,15 - 0,25.

По сравнению с известными способами включения радиоактивных отходов в доменный шлак, являющийся наиболее дешевым минеральным матричным материалом, использование его в смеси с отработавшим фильтрперлитом АЭС и кальциевым шламом кубовых концентратов АЭС позволяет не только повысить степень наполнения отвержденных продуктов по радиоактивным отходам, но и снизить расходы на связующее, что не следует явным образом из уровня техники (ни фильтрперлит, ни кальциевые шламы кубовых концентратов водовяжущими свойствами не обладают). Фильтрперлит представляет собой порошок (с размерами частиц около 80 мкм) вспученного вулканического стекла, содержащего: до 75% SiO₂, до 17% Al₂O₃, до 1,5% Fe₂O₃, до 1% CaO, до 0,5% MgO, до 9% Na₂O + K₂O, до 0,2% SO₃. Отличается высокой химической стойкостью и развитой (до 5 10⁵ м²/кг) удельной поверхностью. Кальциевые шламы кубовых концентратов АЭС образуются в процессе выпаривания ЖРО и хранения кубовых концентратов вследствие выпадения осадков солей жесткости. При подщелачивании до pH 14,4 - 14,5 осаждаются практически все продукты коррозии, кальций выделяется в виде нерастворимых карбонатов, сульфатов, силикатов и фосфатов, а магний переходит в нерастворимый гидрооксид. В этом случае в шламе концентрируется до 90% активности ЖРО, в основном за счет стронция-90, цезия-144, кобальта-60 [3].

Способ осуществляется следующим образом.

1 мас. ч. ЖРО смешивают с 0,15 - 0,25 мас.ч. кальциевого шлама кубовых концентратов АЭС, подщелачивают до pH 14,4 - 14,5, смешивают с 1,4 - 2,1 мас. ч. измельченного гранулированного доменного шлака и 0,10 - 0,20 мас.ч. отработавшего фильтрперлита до получения однородной смеси. Через 28 сут хранения отвержденные продукты набирают прочность на сжатие не менее требуемых 5 МПа [4] . Суммарная степень наполнения отвержденных продуктов по радиоактивным отходам (ЖРО, фильтрперлиту и шламу солей жесткости) достигает 49 мас.%.

Пример конкретного исполнения 1. 15 г кальциевого шлама кубовых концентратов АЭС (до 40% твердой фазы не растворимо в 5% HNO₃) смешивают для получения подвижной (транспортируемой) взвеси со 100 г ЖРО (содержащими до 40 г/л NaNO₃, до 2 г/л NaCl, до 2,4 г/л Na₂SO₄, до 6 г/л Na₂C₂O₄ и до 2 г/л Na₃PO₄), подщелачивают едким натром до pH 14,4 - 14,5, а затем добавляют 140 г гранулированного доменного шлака, измельченного до удельной поверхности около 5000 см²/г, 20 г отработавшего фильтрперлита (содержащего до 5 мас.% продуктов коррозии и до 5 мас.% нефтепродуктов) перемешивают до получения однородной массы. Через 28 сут хранения во влажной атмосфере при температуре 20 - 25^oC отвержденные продукты проверяют на прочность при сжатии и водостойкость.

Примеры 2 - 5. Отличаются от примера 1 соотношением компонентов в смеси. Характеристики отвержденных продуктов приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что при расходе на 1 мас.ч. ЖРО более 2,1 мас.ч. шлака, более 0,25 мас.ч. кальциевого шлама и менее 0,1 мас. ч. фильтрперлита степень наполнения отвержденных продуктов по радиоактивным отходам снижается до значений менее 39% и перемешивание отверждаемой смеси затруднено. При расходе же на 1 мас.ч. ЖРО менее 1,4 мас.ч. шлака, менее 0,15 мас.ч. кальциевого шлама и более 0,2 мас.ч. фильтрперлита прочность отвержденных продуктов не достигает требуемого значения 5 МПа.

Необходимым и достаточным для достижения поставленной цели является смешение ЖРО со шлаком, фильтрперлитом и кальциевым шламом в массовом соотношении, равном 1,0 : 1,4 - 2,1 : 0,1 - 0,2 : 0,15 - 0,25, что обеспечивает повышение степени наполнения отвержденных продуктов по сумме радиоактивных отходов (ЖРО, отработавший фильтрпелит и кальциевый шлам кубовых концентратов АЭС) до 39 - 49 мас.% при сохранении достаточной прочности и водостойкости. Затраты же на вяжущее, по сравнению с ближайшим аналогом, снижаются за счет использования не шлакопортландцемента, а более дешевого гранулированного доменного шлака и меньшего расхода вяжущего, что значительно уменьшает затраты на переработку отходов.

Данный способ может осуществляться на том же оборудовании, что и цементирование ЖРО, а вяжущее является крупнотоннажным промышленным продуктом, т. е. предлагаемый способ промышленно применим.

Cписок литературы

1. Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов, - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 131.

2. Авт. св. СССР N 880149, МКИ: G 21 F 9/04, 1982.

3. Соболев И.В., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах, - М.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Качество компаундов, образующихся при цементировании ЖРО низкого и среднего уровня активности. Технические требования. РД 95-10497-93. М.: Минатом РФ. 1993.