Спосіб обробки рідких радіоактивних відходів

Винахід відноситься до способу обробки рідких радіоактивних відходів переважно низької та середньої активності, зокрема до способів їх фіксації в стійкій твердій фазі. Відомий спосіб обробки рідких радіоактивних відходів який включає їх змішування з термопластичним органічним в'яжучим, наприклад бітумом [1]. Отриманий за допомогою такого способу обробки рідких радіоактивних відходів компаунд має низьку міцність і характеризується високою швидкістю вилуговування – 10-4-10-5г/см 2·доб. Відомий також спосіб обробки рідких радіоактивних відходів, який включає випарювання відходів до залишкової вологості 40-80%, змішування їх з глинистим матеріалом, який містить незначну кількість цементу в масовому співвідношенні 1:1 - 2:1, формування суміші, термообробку при температурі 20-150°С, кальцинування при £800°С і подальшому випалу при 800-1400°С і капсулювання компаунда керамічним або металічним захисним шаром [2]. Відомий спосіб дозволяє фіксувати в затверділому компаунді до 50% радіоактивної солі. При цьому швидкість вилуговування з такого компаунду складає ~10-6г/см 2·доб. Найбільш близький по технологічній суті є обраний в якості прототипу спосіб обробки рідких радіоактивних відходів, який включає випарювання відходів, змішування їх із в'яжучим, формування суміші шляхом пресування й термообробку компаунда при 90-150°С та його капсулювання захисним шаром [3]. Згідно відомому способу в якості в'яжучого використовують розчин рідкого натрієвого скла, а в якості захисного шару використовують гідрофобізуючу суміш каніфолі, парафіну і енергетичного шлаку. До причин, що перешкоджають при використанні відомого способу [3] одержанню очікуваного технологічного результату, а саме одержання високоміцного й водостійкого компаунда, який утворюється зразу після пресування і термообробки, є те, що захисний шар наносять після формування та термообробки компаунда. Наявність окремого технологічного процесу з одного боку ускладнює технологію обробки радіоактивних відходів, а з другого, не забезпечує захист від ви ходу радіонуклідів в оточуюче середовище в результаті механічного пошкодження як самого компаунду, так і захисного шару з гідрофобізуючої суміші каніфолі, парафіну і енергетичного шлаку, що особливо небезпечно під час транспортування. Крім того, нанесення захисного шару гідрофобізуючої суміші є складним технологічним процесом, оскільки для приготування самої суміші потрібне її змішування та розплавлення, що є необхідною умовою для нанесення захисного шару, при чому товщина шару залежить від часу перебування компаунду в самій суміші. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення способу обробки рідких радіоактивних відходів шляхом використання способу їх обробки, який передбачає використання в якості зв'язуючого органомінерального в'яжучого контактно-конденсаційного твердіння. Поставлене завдання вирішується тим, що спосіб обробки рідких радіоактивних відходів, переважно низької й середньої активності, включає випарювання відходів, змішування кубового залишку після випарювання з зв'язуючим, формування суміші шляхом пресування і термообробку компаунду, в якому, згідно винаходу, в якості в'яжучого використовують органо-мінерального в'яжучого контактноконденсаційного твердіння. В якості органо-мінерального в'яжучого використовують суміш низькоосновного гідросилікату кальцію з 10-20мас.% бітуму. Пресування і термообробку компаунду здійснюють одночасно. Пресування компаунда здійснюють під тиском 40-80МПа. Термообробку компаунда здійснюють при температурі 35-65°С. Нова сукупність суттєвих ознак є достатньою для досягнення поставленого завдання. Вона забезпечує можливість протікання двох паралельно збігаючих і взаємодоповнюючих один одного процесів: - утворення високоміцного водостійкого компаунда за рахунок утворення контактно-конденсаційної структури мінеральної складової органо-мінерального в'яжучого; - заповнення капілярно-пористого простору компаунду під дією пресуючого навантаження і термообробки органічної складової в'яжучого. Порівняно з прототипом спосіб, що заявляється, дозволяє: - одержання високоміцного й водостійкого компаунду, який утворюється зразу після формування пресуванням; - отримання компаунду з низькими характеристиками швидкості вилуговуваємості радіонуклідів, значення яких не змінюється при механічному руйнуванні компаунду; - спрощення технологічного процесу переробки рідких радіоактивних відходів та одержання компаунду за рахунок виключення з технологічного процесу стадії приготування гідрофобізуючої суміші та стадії її нанесення на компаунд. Оптимальні значення навантаження при пресуванні компаунду обране з урахування одержання оптимальної пористості компаунду, при якому забезпечується максимальне заповнення його капілярнопористого простору органічною складовою в'яжучого, оскільки при меншому значенні навантаження пресування не досягається ефект повного заповнення капілярно-пористого простору. При більшому значенні навантаження пресування спостерігається виштовхування органічної складової органомінерального в'яжучого з компаунду, що веде до утворення її надлишку. Вибір температурного режиму термообробки компаунда визначається одержанням мінімальної в'язкості органічної складової в'яжучого, що забезпечує максимальне заповнення капілярно-пористого простору компаунда під дією пресуючого навантаження. Приклади конкретного виконання. Рідкі радіоактивні відходи АЕС із сумарною радіоактивністю 5-10-6Ки/кг, які були зібрані в баці трапних вод і направлялися у випарний апарат. Після упарювання кубовий залишок із загальним солевмістом 500кг/м 3 і сумарною активністю 5,9·10-4Ки/кг змішували в змішувачі з органо-мінеральним в'яжучим, у співвідношенні 30:70, 40:60, 50:50 та 60:40мас.% до одержання однорідної маси. Після чого суміш формували пресуванням при пресуючому навантаженні 40, 60 і 80МПа з одночасною термообробкою при температурах 35, 50, та 65°С. Після формування компаунд випробували для визначення його міцності при стисканні. Окремо випробували компаунд після формування та зруйнований компаунд на швидкість вилуговування. Органо-мінеральне в'яжуче контактно-конденсаційного твердіння готували змішуванням у диспергаторі низькоосновного гідросилікату кальцію і бітуму БНД, нагрітого до температури 60°С. Масове співвідношення гідросилікату кальцію та бітуму складало 90:10, 85:15 та 80:20мас.%. Температура органо-мінерального в'яжучого після виходу із змішувача дорівнювала 20-25°С. Результати випробування компаундів, які були виготовлені за описаним способом приведені в таблиці. Таблиця Експлуатаційні характеристики компаунду швидкість вилуговування, міцність при г/см 2·доба стисканні, після після руйнування МПа пресування компаунду Співвідношення компонентів - кубовий залишок : органо-мінеральне в'яжуче = 30 : 70мас.% 35 35,5 40 50 34,8 5,9·10-7 5,7·10-7 65 35,9 35 37,3 10 60 5,2·10-7 5,1·10-7 50 38,4 65 40,1 35 37,5 80 4,9·10-7 5,0·10-7 50 39,0 65 41,3 35 38,4 40 3,9·10-7 3,8·10-7 50 43,0 65 44,0 35 42,3 15 60 4,2·10-7 4,0·10-7 50 48,3 65 47,3 35 44,7 80 50 48,0 4,4·10-7 4,4·10-7 65 49,1 35 30,2 40 3,4·10-7 3,5·10-7 50 33,4 65 31,0 35 32,6 20 60 2,1·10-7 2,2·10-7 50 34,8 65 34,0 35 41,2 80 2,0·10-7 1,9·10-7 50 43,7 65 40,2 Співвідношення компонентів - кубовий залишок : органо-мінеральне в'яжуче = 40 : 60мас.% 35 33,0 40 9,6·10-7 9,5·10-7 50 32,6 65 33,2 35 37,2 10 60 8,7·10-7 8,8·10-7 50 38,1 65 34,2 35 37,0 80 8,1·10-7 8,0·10-7 50 36,3 65 37,8 35 41,2 40 7,3·10-7 7,4·10-7 50 45,0 65 45,9 35 44,3 15 60 50 46,5 7,6·10-7 7,8·10-7 65 47,3 35 45,3 80 7,5·10-7 7,4·10-7 50 46,0 65 47,5 20 35 31,2 40 6,4·10-7 6,6·10-7 50 32,3 65 30,7 35 32,1 60 6,1·10-7 6,310-7 50 32,9 65 32,8 80 35 31,3 5,9·10-7 6,0·10-7 50 32,4 Кількість бітуму в складі органомінерального в'яжучого, мас.% Навантаження при пресуванні суміші, МПа Температура пресування суміші, °С 65 32,8 Співвідношення компонентів - кубовий залишок : органо-мінеральне в'яжуче = 50 : 50мас.% 35 34,2 40 5,9·10-6 5,5·10-6 50 36,1 65 35,3 35 38,5 10 60 5,2·10-6 4,9·10-6 50 39,7 65 38,6 35 40,4 80 4,5·10-6 4,6·10-6 50 43,2 65 44,6 35 34,5 40 50 33,8 3,4·10-6 3,4·10-6 65 35,7 35 38,7 15 60 2,3·10-6 2,5·10-6 50 36,4 65 37,3 35 39,0 80 1,4·10-6 1,3·10-6 50 42,5 65 43,8 35 34,6 40 9,1·10-7 9,0·10-7 50 35,9 65 36,1 35 37,8 20 60 8,9·10-7 9,010-7 50 39,5 65 40,7 35 42,2 80 50 43,2 8,4·10-7 8,5·10-7 65 44,5 Співвідношення компонентів - кубовий залишок : органо-мінеральне в'яжуче = 60 : 40мас.% 35 32,2 40 50 33,7 1,4·10-5 1,3·10-5 65 33,6 35 34,3 10 60 1,2·10-5 1,1·10-5 50 35,1 65 35,4 35 34,2 80 9,8·10-6 9,7·10-6 50 33,4 65 35,8 35 36,5 40 9,5·10-6 9,3·10-6 50 35,4 65 37,8 35 34,6 15 60 8,9·10-6 9,0·10-6 50 36,2 65 34,1 35 32,1 80 50 35,3 8,4·10-6 8,3·10-6 65 34,4 35 32,0 40 7,8·10-6 7,5·10-6 50 34,2 65 33,6 35 34,7 20 60 6,7·10-6 6,5·10-6 50 34,9 65 35,6 35 36,1 80 6,3·10-6 6,2·10-6 50 33,3 65 37,8 З даних приведених в таблиці випливає, що дякуючи запропонованому способу є можливість одержання компаунду, який відрізняється низькою ступеню вилуго вування (10-5-10-7гм/см 2·доб) яка навіть при його руйнуванні гарантує безпечне транспортування, зберігання або поховання в могильниках простого типу. Крім того, запропонований спосіб дозволяє значно спростити технологічний процес одержання компаундів. Джерела інформації 1. Патент SU №479306, МПК1 G21F9/16, 14.09.72. 2. Заявка DE №2726087 МПК1 G21F9/36, 10.06.72. 3. Патент RU №2046410, МПК6 G21F9/36, 31.05.93 (прототип).