Спосіб отвердження луговмісних радіоактивних відходів

Спосіб ствердження луговмісних радіоактивних ВІДХОДІВ, при якому відходи змішують з каоліном, потім одержану суспензію витримують не менше 10 хвилин і змішують з в'яжучим, який відрізняється тим, що луговмісні радіоактивні відходи попередньо змішують до повного розчинення при температурі 90-100°С з домішкою, що вміщує кремнезем в аморфному або криптокристалічному стані, яку взято в КІЛЬКОСТІ, ЩО забезпечує в розчині молярне співвідношення оксидів SiO2/Na2O-0,5-1,2 Винахід відноситься до хімічної галузі, а саме до способу надійної імобілізацм радіоактивних ВІДХОДІВ (РАВ) в міцний моноліт для довготривалого захоронения Відомий також спосіб ствердження, який полягає в тому, що радіоактивні відходи змішують з глинистим компонентом, а отриману суспензію змішують з цементом, в результаті чого отримують затверділий моноліт [1] Недоліком такого способу є підвищена швидкість вилуговування на початкових стадіях тверднення і спади МІЦНОСТІ у часі, які перешкоджають надійному довготривалому захоронению Поставлена задача досягається за рахунок того, що відходи змішують з каоліном, потім отриману суспензію витримують не менше 10 хвилин і змішують з в'яжучим, яка відрізняється тим, що радіоактивні відходи, які вміщують луги попередньо змішують до повного розчинення при температурі 90100 °С з, домішкою, що містить кремнезем, в аморфному або кріптокристалічному стані, яку взято в КІЛЬКОСТІ, що забезпечує в розчині молярне співвідношення оксидів S1O2 / ІЧагО - 0,5 1,2 Отриманий розчин змішують з каоліном при рідинно-твердому співвідношенні 1,5-3,0 з подальшим витримуванням отриманої суспензії не менше 10 хвилин, а потім з в'яжучим при співвідношенні "каолін в'яжуче" - 15-50 50-85 і водов'яжучим відношенням 0,5-1,6 ВІДХОДІВ Найбільш близьким за технічною суттю та кінцевим результатом є спосіб ствердження ВІДХОДІВ, який полягає в попередньому перемішуванні ВІДХОДІВ з глинистим компонентом до гомогенного стану, витримуванні його у часі та змішуванні з в'яжучим [2] Недоліком цього способу є невелика швидкість зростання МІЦНОСТІ та підвищена швидкість вилуговування на початкових стадіях тверднення За основу винаходу поставлена задача удосконалення способу ствердження ВІДХОДІВ, яка, зокрема, сприяє підвищенню швидкості зростання МІЦНОСТІ і зменшенню швидкості вилуговування з монолггу на початкових сроках при збереженні довготривалої надійної імобілізацм радіоактивних елементів ю Як домішку, що вміщує кремнезем, використовують аморфний кремнезем природнього походження (трепел, опоку та інш ), а також відходи виробництва феросиліція, або феросилікохрома, або ферохрома, або силікомарганця, або цирконію та ІНШІ, як ультратонкодисперсний матеріал з ви сокою ХІМІЧНОЮ та гідравлічною активністю, що містить 60-95 мас % активного S1O2 і має питому поверхню 630-2500 м 2 /кг Як в'яжуче використовують доменні, сталеплавильні, ваграночні, феросплавні та ІНШІ шлаки з питомою поверхнею 300-400 м2 / кгта шлаки з домішкою клінкеру або портландцементу в КІЛЬКОСТІ 2,5-5 мас % від шлаку, шлакопортландцемент, вапно гідратне о Ю ГО 43425 ХІМІЧНИЙ склад шлаків представлено оксидами, мас% SiO2 - 8,0-60,0, АІ2О3 - 5,0-18,0, FeO+Fe2O3 - 0,1-30,0, СаО - 1,5-55,0, МдО - 1,018,0, МпО - 0,1-12,0, ТЮ2 - 0,01-1,1, SO3 до 3,5, Р2О5 до 8,0 Як радіоактивні відходи використовують рідкі відходи ядерних установок низького та середнього рівня активності (104 -108 Бк/л) Як каолін використовують каолінггову глину з вмістом АІ2Оз не менше 30% Поставлена задача досягається за рахунок особливостей фізико-хімічних процесів, що відбуваються в результаті заявленого способу локалізації радіонуклідів, який забезпечує утворення на початковому етапі метасилікату натрію за рахунок взаємодії у вказаному інтервалі температур їдких лугів, що містяться у складі рідких радіоактивних ВІДХОДІВ та, вміщуючою кремнезем, домішкою за реакцією 2NaOH + SiO2 = Na2O • SiO2 + H2O Наявність у дисперсійному середовищі метасилікату натрію з однієї сторони, який інтенсифікує процеси тверднення на початкових стадіях за рахунок підвищення рН з 12 до 12,5-13,5, а, з другої - синтез при його взаємодії з каоліном цеолітоподібних лужних алюмосилікатних новоутворень, у складі яких лужні радіонукліди виявляються ХІМІЧНО зв'язаними, забезпечують формування міцного мінералоподібного штучного каменю та зниження швидкості вилуговування радіонуклідів З метою демонстрації переваг рішення, що заявляється, над відомим, тверднення здійснювали за запропонованим способом і за прототипом В наведеному прикладі запропонованого способу використовували каолін з вмістом АІ2Оз 38 мас % Як вміщуючу кремнезем домішку використовували аморфний кремнезем - відход виробництва металевого кремнію з вмістом активного SiO2 93 мас % і питомою поверхнею 1850 м2 / кг Як в'яжуче, за запропонованим способом використовували гранульовані тонкомелені шлаки з Snm =350 м2 / кг (склади № 1-20), шлакопортландцемент з вмістом клінкеру 20%, шлаку - 80% (склади № 21-25) ХІМІЧНИЙ склад шлаків представлений такими оксидами, мас % доменний граншлак (склади № 1-17), SiO2-33,18, АІ2О3-8,29, FeO-1,88, СаО -45,0, МдО-7,5, МпО-0,29, ТЮ2-0,63, SO3 0,50, Р2О5- 0,22, Na2O-0,68, K2O-0,54, мартенівський шлак (склади № 18-20), SiO2 - 22,90, АІ2О3 3,16, FeO+Fe2O3 - 17,20, СаО -27,50, МдО-10,0, МпО -4,40 Як в'яжуче за прототипом використовували доменний гранульований шлак з домішкою портландцементу 2,5 мас % (склади № 26, 27) Як відход, що сприяє ствердженню використовували рідкі відходи (кубові залишки), що утворюються при експлуатації АЕС з вмістом основних сполук, мас % NaNO3 до 70,0, NaOH+KOH до 30,0 Вміст солей в відходах складав 700-890 г/л Процес ствердження ВІДХОДІВ складався з попереднього змішування до повного розчинення при температурі 90-100 °С з, вміщуючою кремнезем домішкою в аморфному або кріптокристалічному стані, яку взято в КІЛЬКОСТІ, ЩО забезпечує в розчині молярне співвідношення оксидів SiO2 / Na2O - 0,5 1,2 Потім додавали каолін і суміш перемішували при рідинно-твердому відношенні 1,53,0 з витримуванням після перемішування не менше 10 хвилин Далі додавали в'яжуче до забезпечення рідинно-твердого відношення 0,5-1,6 і суміш знову ретельно перемішували Отриманою таким чином сумішшю заповнювали форми з розмірами зразків 4 х 4 х 16 см, ущільнювали на вібромайданчики з амплггудою 0,5 мм і частотою 3000 об/хв Після набору МІЦНОСТІ В формах на протязі однієї доби зразки розпалублювали і ставили в стандартні умови тверднення МІЦНОСТНІ характеристики визначали на ранніх стадіях тверднення, починаючи з 3 х добового віку Для випробування на вилуговування зразки занурювались у воду після 7 діб тверднення Для порівняння контрольних зразків за прототипом (№ 26,27) занурювались у воду після 7 діб нормального тверднення Визначення швидкості вилуговування проводилось згідно методики МАГАТЕ (ISO 6961-1982) Приклади складів і результатів порівняльних випробувань за запропонованим способом і за прототипом наведені утаблиці Результати порівняльних випробувань показали переваги способу, що заявляється над відомим, зокрема, у підвищенні швидкості набору МІЦНОСТІ і зниженні швидкості вилуговування на початкових строках з монолггу, що обумовлює довготривалу надійну імобілізацію радіоактивних елементів 1 Патент ФРН 3642975, кл 21 9/16, 1988р 2 Патент Роси 2087043 від 20 05 1993р 43425 № Склад сировинної суміші п/п +2,5% Вода / в'яжуче 7 14 28 28 90 180 0,5 3,0 0,5 700 7,2 16,0 26,1 30,1 2,0Е-05 д,2Е-06 4,0Е-06 ЗО 0,5 2,25 o,g 700 5,5 14,0 24,0 28,2 7,0Е-05 2,0Е-05 8,1Е-06 50 0,5 1,5 1,37 700 3,1 7,6 15,5 21,4 д,6Е-05 4,0Е-05 1,0Е-05 15 0,8 3,0 0,5 700 8,7 18,7 2g,o 34,3 1,6Е-06 8,6Е-06 3,дЕ-06 ЗО 0,8 2,25 0,85 700 7,0 17,0 26,1 31,3 6,ЗЕ-05 1,5Е-05 7,8Е-06 50 0,8 1,5 1,26 700 3,8 9,6 19,0 25,6 8,8Е-05 3,дЕ-05 д,8Е-06 15 1,1 3,0 0,5 700 14,1 24,2 32,5 37,2 1,1Е-05 6,дЕ-06 3,0Е-06 ЗО 1,1 2,25 0,81 700 8,8 18,6 2g,o 34,3 5,1Е-05 1,1Е-05 5,7Е-06 15 Na2O лін 9 50 10 85 11 85 12 85 13 85 14 85 15 85 85 16 85 17 85 18 85 ig 70 20 50 21 22 2 70 3 50 4 85 5 70 6 50 7 85 8 70 ПІСЛЇ г/л , Діб ШВИДКІСТЬ вилуговування Глина Као шпц 85 Міцність на стиск, МПа / п.ц. 1 Вода Вміст, 3 Шлак Шлак SiO2 на протязі доби, після 7 діб г тверднення -г/см .добу 50 1,1 1,5 1,16 700 5,0 13,7 23,8 28,4 6,8Е-05 2,0Е-05 6,1Е-06 15 0,4 3,0 0,5 700 3,7 9,6 19,8 26,4 4,0Е-05 2,2Е-05 8,0Е-06 15 1,2 2,25 0,5 700 15,0 25,5 34,0 39,1 8,ЗЕ-06 5,0Е-06 2,4Е-06 15 1,1 3,0 0,5 700 16,2 25,g 35,5 зд,д 1,0Е-05 5,дЕ-06 2,5Е-06 15 1,1 3,0 0,5 700 9,7 15,2 26,5 31,1 5,0Е-05 1,1Е-05 5,1Е-06 15 1,1 3,0 0,5 700 4,8 10,2 21,3 26,0 7,8Е-05 3,0Е-05 1,1Е-05 15 0,5 3,0 0,5 700 4,0 10,1 20,4 26,6 4,8Е-05 1,5Е-05 д,7Е-06 70 15 0,8 2,25 1,0 700 3,3 9,2 18,7 24,5 5,0Е-05 2,0Е-05 1,1Е-05 50 15 1,1 1,5 1,6 700 3,0 8,1 16,0 22,0 7,0Е-05 2,ЗЕ-05 1,8Е-05 15 0,5 3,0 0,5 13,0 23,3 28,0 3,1Е-05 1,2Е-06 6,0Е-06 ЗО 0,8 2,25 1,0 5,0 12,0 21,5 27,2 д,0Е-05 2,6Е-05 1,0Е-05 50 1,1 1,5 1,6 ego ego ego 5,5 3,9 9,5 18,9 25,3 1,0Е-04 3,2Е-05 1,ЗЕ-05 85 15 0,5 3,0 0,5 9,4 18,6 25,0 5,2Е-05 1,8Е-05 1,0Е-05 70 ЗО 0,8 2,25 1,0 3,4 9,1 18,0 24,0 6,1Е-05 2,ЗЕ-05 1,ЗЕ-05 23 50 50 1,1 1,5 1,6 3,0 7,4 16,3 21,6 д,2Е-05 2,5Е-05 1,ЗЕ-05 24 85 15 0,4 3,0 0,5 ego ego ego ego 3,8 3,2 9,0 17,7 23,4 6,2Е-05 2,6Е-05 1 4Е-05 25 85 15 1,2 2,25 0,5 ego 7,5 18,1 26,8 32,2 2,1Е-05 8,6Е-06 5,0Е-06 За прототипом (патент Роси № 2087043 від 20 05 1 gg3 p ) 26 27 85 50 15 50 3,0 0,5 700 1,5 3,5 10,0 25,2 6,5Е-03 3,ЗЕ-03 1,1Е-04 1,5 1,6 ego 1,0 2,2 4,5 12,4 8,6Е-03 4,8Е-03 8 4Е-04 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3