Суміш для консервації твердих високорадіоактивних відходів

1. Суміш для твердих радіоактивних відходів, на основі глиноцементної тампонажної суміші, яка відрізняється тим, що з метою зниження радіоактивного впливу на стінки контейнерів в глиноцеме 29117 нюють глиноцементною сумішшю з радіопоглинаючою добавкою при співвідношенні компонентів (% мас): - глинистий розчин 73,3-53,3 - поглинаюча добавка 21,7-26,7 - в'яжуче 5,0-20,0. Самотвердіюча суміш приведеного складу якісно характеризується високою мірою поглинання радіації, седиментаційною стійкістю, стійкістю до суфозійного вилужування компонентів та пластичністю протягом усього строку служби. Опис фізичного стану і якості інгредієнтів, що входять до складу, приведена в табл. 1. Нижче детально викладено вплив кожного з компонентів на структуру та властивості антирадіоактивної суміші. Глина є основою ізолюючої суспензії, і забезпечує її помпування, седиментаційну стійкість, непроникність (стійкість до суфозійного вилужування) і пластичність затверділої суміші. Глини відрізняються великою різноманітністю по мінералогічному та гранулометричному складу. Для створення антирадіоактивної ізолюючої суміші доцільно застосовувати каолінітові або полімінеральні глини з малою кількістю піску, що забезпечує можливість введення в глинисту суспензію високоефективних поглиначів. В бентонітових глинах вміст твердого недостатній для утворення стабільних антирадіоактивних суспензій. В'яжуче. Для затвердівання суспензії вказаного складу можна використовувати практично будьяке відоме гідравлічне в'яжуче в кількості, що забезпечує необхідну міцність та час помпування суспензії. До них відносяться магнезіальний цемент портландцемент і глиноземистий цемент. Вода служить для одержання однорідної стабільної суспензії, забезпечує помпування та гідратацію в'яжучого в процесі твердіння. Вода не повинна вміщувати домішок, що перешкоджають гідратації в'яжучого. У випадку застосування магнезіального в'яжучого, вода для розчину мусить вміщувати солі MgCI2 або MgSO4 в кількості 20-25% від ваги магнезиту (MgO), що вводиться для затвердівання. Поглинаюча добавка - речовина з високим значенням масового коефіцієнту ослаблення, який є пропорційним щільності речовини. Окрім того, добавка, що застосовується в радіоізолюючих суспензіях, мусить відповідати таким вимогам: хімічна інертність, невелика розчинність у воді, не погіршувати властивості глинистої суспензії, не погіршувати властивості в'яжучого. Лабораторними дослідами встановлено, що цим вимогам найповніше відповідає барит BaSO4. Щоб не погіршувалась реологія суміші, слід накласти вимогу до дисперсності бариту, яка, має бути не гірше дисперсності цементу. У такому випадку суспензії полімінеральних глин при щільності 1180-1200 кг/м3 без погіршення реології можуть утримувати від 350 кг до 600 кг бариту на 1 м3 суспензії в залежності від якості дисперсії бариту. Для затвердівання застосовується цемент у кількості, необхідній для отримання заданої проектом міцності, але не менш 80 кг на, 1 м3 суспензії. У разі менших кількостей важко гарантувати нерозмив суспензії у випадку виникнення руху води. Максимальна, кількість добавки цементу обмежена здатністю суміші до помпування. Якщо врахувати, що здатними до помпування є суміші з початковою пластичною міцністю до 0,5 кПа, то верхня межа вмісту цементу - 450 кг на 1 м3 суспензії. Звідси склад антирадіаційної суспензії, що рекомендується (% маси): - глинистий розчин 73,3-53,3 - цемент 5,0-20,0 - барит 21,7-26,7. Приготування 1 м3 твердіючої радіоізолюючої суспензії рекомендованого складу при середньому співвідношенні компонентів здійснюють таким чином. В глинисту суспензію щільністю 1190 кг/м3 в кількості 0,84 м3 додають дисперсний барит в кількості 397 кг і ретельно перемішують. Потім в суміш вводять цемент в кількості 221 кг і також ретельно перемішують протягом 1-5 хв. Суміш має бути використана, не пізніше, ніж через 30 хвилин після введення цементу. Технологічні параметри суміші при середньому співвідношенні компонентів: - щільність 1614 кг/м3 - статичне напруження зсуву 350 Па - динамічне напруження зсуву 104 Па - пластична міцність: - свіжоприготовленої суміші 0,35 кПа - через 1 добу 120 кПа - через 10 діб 3,6 МПа - через 30 діб 6,8 МПа - проникність через 10 діб при тиску 1 МПа немає. У разі використання магнезитового цементу як в'яжучого в глинистий розчин щільністю 11801200 кг/м3 додають 20-112 кг/м3 хлористого магнію і досягають його повного розчинення. Потім додають 350-600 кг/м3 бариту і безпосередньо перед застосуванням вводять магнезит в кількості 80450 кг/м3. Вказаний склад відповідає співвідношенню компонентів (% мас): - глинистий розчин 72,4-50,8 - барит 21,5-25,4 - магнезит 4,9-19,0 - хлористий магній 1,2-4,8. Технологічні параметри суміші з магнезитовим в'яжучим при середньому співвідношенні компонентів близькі до параметрів суміші з портландцементом як в'яжучим. В табл. 2 приведені результати порівняльних випробувань по поглинанню випромінювання радіоізолюючої суміші при середньому співвідношенні компонентів суміші за прототипом і цементного каменя В/Ц – 0,5 тобто при вмісті цементу 1200 кг/м3. З приведених даних виходить, що при меншому вмісті цементу, суміш за прототипом має коефіцієнти ослаблення, які можна порівняти з коефіцієнтами ослаблення цементного каменя. При цьому суміш, що пропонується, ефективніша за цемент в 1,35-1,9 рази. Таким чином, суміш для консервації твердих відходів, що пропонується, виконує поставлену задачу - зниження радіоактивного впливу на стінки контейнерів при зберіганні суфозійної стійкості в умовах обводнення, що забезпечує надійну капсулізацію твердих РАВ і дозволяє знизити вимоги до матеріалу контейнерів. 2 29117 Джерела інформації 1. Пілот завод по ізоляції РАВ. Інженерні бар'єри. Заповнення контейнерів і камер/штреків. Заказ № 1. Субконтракт №-982-503-005, 1995. СП МК/СТГ. Бойсі. Айдахо. 2. Коннер, Джессі Р. Хімічне закріплення та затвердження шкідливих відходів. Нью-Йорк: Ван Ностранд Райнольд, 1990. 3. А.с. № 612518. Тампонажна суміш. / Е.Я. Кіпко та ін. Не опубл. Таблиця 1 Звідна таблиця фізичного стана та якості інгредієнтів у початковому вигляді Найменування компонентів Глина Цемент портландський або глиноземистий Цемент магнезіальний Барит Початковий стан і воднофізичні властивості Тверда маса об'ємною щільністю19002200 кГ/м3, питома щільність скелету 2700-2800 кГ/м3. Мінералогічний склад: монтморилоніт, каолініт, гідрослюда, кварц. Можливі домішки інших мінералів. Пропонований гранулометричний склад: пісок – не більше 10%, порох – до 35%, глина – більше 50%. Число пластичності 25-30%. В хімічному складі переважно окиси алюмінію і кремнію. Видобувається в кар'єрах. На спеціальних заводах з грудкової глини готують глинопорошок. Порох світло-сірого кольору з питомою поверхнею 0,25-1,5 м2/Г. Випускається цементними заводами. Порох білий або злегка забарвлений. У хімскладі представлений тільки оксидом магнію. Випускається заводами. Утворює малорозчинні солі при реакції з хлористим або сірчанокислим магнієм. Внаслідок реакції утворюється, так звана, сіль Сореля, яка поряд з гідрооксидом магнію є основною цементуючою речовиною. Хімічна формула BaSO4. Мінерал безбарвний. Щільність 4500 кГ/м3. Дуже мало розчинний у воді. Видобувається у промислових масштабах. В якому вигляді застосовується в радіоізолюючій суспензії У вигляді водної суспензії щільністю 11001200 кГ/м3 Додається як в'яжуче в початковому вигляді Додається як в'яжуче в початковому вигляді. Для затвердження вода затворення повинна вміщувати хлористий або сірчанокислий магній Примітки Додається в суспензію безпосередньо перед нагнітанням Додається в суспензію безпосередньо перед нагнітанням Застосовується у вигляді пороху з тонкістю помелу не гірше 0,5 м2/Г Таблиця 2 Лінійні коефіцієнти ослаблення, m, см-1 для цементного каменя та баритової твердіючої суспензії в залежності від енергії g-променів Е, КеV 50 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 m, см-1 для цем. каменя 0,4569 0,3182 0,2216 0,1543 0,1249 0,1075 0,0957 0,0870 0,0803 m, см-1 радіоізолюючої суспензії 0,8725 0,5659 0,3670 0,2380 0,1848 0,1544 0,1343 0,1198 0,1088 3 m, см-1, склад за прототипом 0,2691 0,2060 0,1576 0,1206 0,1032 0,0923 0,0847 0,0789 0,0744 29117 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 4