способ иммобилизации опасных концентратов

Формула изобретения

Способ иммобилизации опасных концентратов, включающий загрузку концентратов и состава иммобилизирующих веществ, содержащего SiO₂, B₂O₃ и Al₂O₃, в контейнер, служащий в качестве сдерживающей оболочки и имеющий температуру плавления иммобилизирующего состава, герметизацию контейнера и обработку смеси высокой температурой, превышающей точку ее плавления, отличающийся тем, что загрузку и расплавление иммобилизирующего состава производят перед загрузкой опасных концентратов, при этом в состав иммобилизирующих веществ вводят оксид натрия и затем добавляют фторид натрия при следующем составе иммобилизирующих веществ, мас.%: Na₂O (20 - 25), B₂O₃ (20 - 25), Al₂O₃ (3 - 5), SiO₂ (40 - 45) при добавке NaF (7 - 9), причем процесс ведут при 700^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области фиксации биологических, химических и радиоактивных отходов в устойчивой твердой среде.

Известен способ отверждения радиоактивных отходов, включающий смешивание их с шихтой до образования гомогенной смеси, затем смесь нагревают до температуры спекания. Полученные керамические блоки покрывают глазурью и затем обжигают до образования на блоке непроницаемого покрытия и направляют на длительное хранение (Пат. США N 3249551, кл. 252-301, 1966 г.).

Однако при таком способе при обжиге блоков может произойти перенапряжение материала, в результате чего образуются трещины, из которых при контакте с водой может произойти вымывание радиоактивных веществ.

Известен способ отверждения радиоактивных отходов путем закрепления их в массе вещества, стойкого к выщелачиванию, включающий смешивание радиоактивных отходов с веществами, стойкими к выщелачиванию, загрузку смеси в капсулу, выполненную из твердого материала с высокой температурой плавления, герметизацию капсулы и обработку изостатическим прессованием при высоком давлении, при этом изостатическое прессование ведут при температуре 700^oC и давлении 10 МПа (Заявка Франции N 2369659, кл. G 21 F 9/34, 1978 г.).

Недостатком известного способа является то, что температура и давление, при которых он осуществляется, не обеспечивают надежное закрепление радиоактивных частиц в твердом веществе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ отверждения радиоактивных отходов путем закрепления их в массе вещества, стойкого к выщелачиванию водой, включающий загрузку отходов и состава иммобилизирующих веществ, выбранных из группы SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, MgO, TiO₂, Zr₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ и Cr₂O₃, в контейнер, служащий в качестве сдерживающей оболочки и имеющий температуру плавления выше температуры плавления иммобилизирующего состава, герметизацию контейнера и обработку смеси иммобилизирующего состава и радиоактивных отходов прессованием при температуре до 1350^oC и давлении 50 - 300 МПа (Патент СССР N 1036257, кл. G 21 F 9/32, опубл. 15.08.83, прототип).

Недостатком вышеописанного способа является то, что при приведенном составе иммобилизирующих веществ и параметрах обработки получают керамическую структуру, обладающую большой степенью хрупкости и вследствие этого ненадежностью радиоактивных отходов.

Известный иммобилизирующий состав не препятствует появлению летучих компонентов опасных радиоактивных отходов, что также свидетельствует о ненадежности иммобилизации.

Высокая температура при обработке смеси иммобилизирующего состава и радиоактивных отходов предполагает изготовление корпуса контейнера из дорогостоящих тугоплавких материалов.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа, по которому производит надежную и недорогую иммобилизацию опасных концентратов.

Поставленная задача решается при применении способа иммобилизации опасных концентратов, включающего загрузку концентратов и состава иммобилизирующих веществ, содержащего SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, в контейнер, служащий в качестве сдерживающей оболочки и имеющий температуру плавления выше температуры плавления иммобилизирующего состава, герметизацию контейнера и обработку смеси высокой температурой, превышающей точку ее плавления, в котором, согласно изобретению, загрузку и расплавление иммобилизирующего состава производят перед загрузкой опасных концентратов, при этом в состав иммобилизирующих веществ вводят оксид натрия и затем добавляют фторид натрия при следующем составе иммобилизирующих веществ (мас.%):

Na₂O - (20 - 25); B₂O₃ - (20 - 25); Al₂O₃ - (3 - 5); SiO₂ - (40 - 45) при добавке NaF - (7 - 9), причем процесс ведут при температуре 700^oC.

При загрузке в контейнер указанного состава иммобилизирующих веществ и фторида натрия и их расплаве получают жидкую стекломатрицу, в которую вводят опасные концентраты. При остывании в контейнере получают слой химически стойкой стекломассы, которая получается без горячей прессовки и является механически прочной и надежной для отвержденных опасных концентратов.

Добавка в состав фторида натрия препятствует появлению летучих компонентов опасных концентратов, снижает температуру расплавления состава до 700^oC.

Этим достигается возможность выполнения корпуса контейнера из более дешевого материала, например из шлакокаменного литья. При этом наличие фторида натрия способствует согласованию коэффициентов термического расширения стекломассы иммобилизированных опасных концентратов и корпуса контейнера.

Таким образом, производят надежную и недорогую иммобилизацию опасных концентратов.

Пример.

В контейнер, выполненный из шлакокаменного литья, загружают состав иммобилизирующих веществ в количестве (мас.%) B₂O₃ - 25; Al₂O₃ - 5; SiO₂ - 45, вводят Na₂O - 25 и добавляют NaF - 7. Полученную смесь расплавляют при 700^oC с помощью индукционного нагрева и в расплав, представляющий собой жидкую стекломатрицу, вводят опасные концентраты. При отверждении получается прочная стекломасса, надежно иммобилизирующая опасные концентраты в корпусе, отлитом из дешевого материала.