Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла

Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к методам переработки радиоактивных отходов. Целью изобретения является снижение температуры процесса окисления. Цель изобретения достигается тем, что расплавленные отходы щелочных металлов смешивают в инертной среде с золоЙуносом тепловых электростанций, причем последнюю берут в количестве, в 1,5 раза превышающем необходимое для окисления щелочного металла, окисляют щелочной металл за счет содержащихся в золе твердофазных окислителей . Полученный продукт охлаждают, смешивают с водой до нужного водовяжущего отношения и после прекращения перемешивания выдерживают до отверждения . Для увеличения прочности конечного продукта в золу перед смешиванием с расплавленным металлом или в продукт реакции окисления может добавляться вяжущее. Способ позволяет снизить температуру процесса до 325- 490 С, что дает возможности снизить пыпение н выход радиоактивных аэрозолей в атмосферу, т.е. повысить безопасность процесса. 1 табл. Ј (Л с:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСЛУБЛИН

„.SU„„I 54757 (51) 5 G 21 Р 9/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный номитет

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

OPH ГННТ СССР (46) 30.09.91. Бюл, К- 36 (21) 43589 12/25 (22) 05.01.88 (72) К.Ф.Васильев, С.Д.Капустин, С.l0.Назаренко, В.Н.Осипов и С.А.Чеснокова (53) 621.039.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1102392, кл. Г 21 F 9/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1347788, кл. С 21 F 9/30, 1986.

Р (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к методам

° переработки радиоактивных отходов.

Целью изобретения является снижение температуры процесса окисления. Цель изобретения достигается тем, что расплавлейные отходы щелочных металлов смешивают в инертной среде с золойИзобретение относится к ядерной энергетике, в которой металлы используют в качестве теплоносителя, s частности на 1 АЭС с реакторами на быстрых неитронах, и может быть применено для подготовки r. захоронению различных отходов щелочных металлов.

Целью изобретения является повышение экономичности и безопасности процесса путем исключения пылящих стадий переработки щелочного металла и предотвращения выделения взрывоопасных газообразных продуктов за счет снижения температуры окисления.

Сущность предложения заключается в том, что в способе переработки ра2 уносом тепловых электростанций, причем последнюю берут в количестве, в 1,5 раза превышающем необходимое для окисления щелочного металла, окис- ляют щелочной металл за счет содержащихся в золе твердофазных окислителей. Полученный продукт охлаждают, смешивают с водой до нужного водовяжущего отношения и. после прекращения перемешивания выдерживают до отверждения. Для увеличения прочности конечного продукта в золу перед смешиванием с расплавленным металлом или в продукт реакции окисления может добавляться вяжущее. Способ позволяет снизить температуру процесса до 325490 С, что дает возможности снизить о пыление и выход радиоактивных аэро" золей в атмосферу, т.е. повысить безопасность процесса. 1 табл. диоактивных отходов щелочного металла в качестве неорганического носителя используют эолу-унос тепловых электростанций или ее смесь с вяжущим, содержащую твердофазный окислитель, взаимодействующий, с этим металлом при температуре выше температуры смешения.

Для предотвращения недоокисления ще-. лочного металла, вызванного возможными колебаниями химического состава золыуноСа, последнюю берут не менее чем в полуторакратном избытке по сравнению. с необходимым на окисление количеством.. Возможности золы-уноса по окислению щелочного и алла зависят

1547575 от патрографического состава угля и режима его сгорания и могут бЫть опрелелены опытным путем. По данным предварительного анализа, в 1 кг золы содержатся твердофазные окислители, в количестве, достаточном для переведения в оксид 0,321 кг натрия (соотношение масс натрия и золы около 1 : 3) . В этом случае для уверен- . ного окисления 0,3 кг натрия необходимо не менее 1,5 кг эолы (соотношение 1:5) для обеспечения 1,5-кратного избытка.

Ф

Для увеличения прочности продукта, предназначенного для дальнейшего захоронения, в золу добавляют цемент или другое вяжущее, причем это добавление можно проводить как предварительно, т,е. до смешения золы с радиоактивными отходами, так и на стадии смешения продукта с водой. В последнем случае цемент можно вводить в виде водной суспензии. Важно отметить, что минимальной добавки цемента (не более 10 ) достаточно для существенного увеличения прочности получаемого блока.

При реализации способа необходимо, чтобы содержащиеся в золе твердофазные окислители взаимодействовали со щелочными .металлами при температуре, выше температуры смешения. Минимальная температура смешения определяется температурой. отходов в . расплавленном состоянии. Иаксималь" 35

1 ная температура смешния ограничивается температурой начала химической . реакции окисления щелоч ного металла, находящимися в составе золы-уноса окислителями, Эта температура зависит от состава золы и перерабатываемого щелочного металла и, как правило, лежит в диапазоне 200-280 С.

Образование спека в ходе реакций окисления предотвращается проведенйем ее при перемешивании.

Оценка пригодности продуктов для длительного захоронения проводилась по скорости вьпцелачивания отвержден-. 10 ных образцов и их прочности. Известно, что скорость вьпцелачивания бетонньк блоков с радиоактивными отходами; для долговременного захоронения составляет величину порядка 1х 55

)(103 г/

Для образцов, полученных по заявляемому способу, ее величина нахо! дится в тех же пределах ь составляет (0,5 — 1,1) ° 1ОГ г/см,гт. Прочность получаемых блоков, особенно с добавками цемента, также не уступает прочности образцов, получаемых в способе-прототипе, и составляет 600720 кг (или более 150 кГ/см )..

Пример. Проводилась перера ботка натрия марки "ч" с испольэова1 нием золы-уноса тепловой электростанции °

Расплавленный натрий смешивался в инертной атмосфере с золой до видимой однородности при температуре 110о

130 С. Реакция окисления инициировалась разогревом всей реакционной мас- . сы. Температура начала реакции окисления 210-240 С.

После остывания до комнатной температуры продукт анализировали на содержание металлического натрия. В случае полного окисления натрия полученный продукт смешивали с водой (вавариант — с водной суспензией цемента) до водовяжущего отношения 0,4. При расчете водовяжущего отношения не учитывалась вода, пошедшая на перевод оксида натрия в моногидрат гидроксида, а за массу вяжущего принималась .. сумма масс цемента и золы-уноса. Образовавшуюся смесь помещали в формы и выдерживали 28 сут после чего получившиеся кубы со стороной 2,0 см подвергали испытанию на прочность.

Куб из цемента марки "Портланд-400" (ГОСТ 965-78), имеющий те же размеры, водовяжущее отношение при изготовлении и время выдержки, разрушается при. усилии 530 кГс.

Наиболее характерные результаты опытов представлены в таблице ° Здесь же для сравнения приведены характеристика блоков, полученных по спосо" бу-прототипу (примеры 1 и 2).

Видно, что при использовании. 1,5кратного (пример 4) и большего избытка золы (примеры 5 — 8) достигается полное окисление щелочного металла,, а то время как при соотноше-. нии 1:.3 9Х натрия остается неокисленным. Также видно, что предлагаемый способ позволяет получить зольно-цементные блоки (примеры 6-8) повышенной прочности без увеличения выщелачиваемости по сравнению с блоками иэ цемента (опыты 1,2), полученными по способу-прототипу. Дальнейшее увеличение (более 107) содержания цемен15475 та в смеси не увеличивает прочностных характеристик получаемых блоков (пример 9).

Характеристика получаемых зольных, Ъ эольно-цементных и цементных блоков при различных условиях реализации способа аксимальная Содержание температура, цемента остигнутая,в продукв реакции те без уче о окисл ения, С та воды, мас.7

Выщелачиваемость ° 10> г/см сут

Пример силие раэушения блоа, кГс тепень окисления натрия, мас.X

Исходное соотношение масс натрия

И ЗОЛЫ (ЗО лы с цементом) (1: 6) (1: 10)

1:3

1:5

1:7

t:7

1! 7

1:7

1:7

720

2,1

1,0

1,1

0,8

0,8

0,75

0,7

0,75

91

100

82

88

0

5

1

3

5

7

325

Компаунды, получаемые по способу-прототипу. Указано соотношение масс натрия и цемента.

Цемент добавлен в золу до смешения ее с натрием.

Составитель С.Кондратенко

Корректор В.Кабаций

Заказ 3754 Тираж 195 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Предлагаемый способ позволяет пе.5 реработать радиоактивные отходы щелочных металлов в пригодные для длительного захоронения блоки, обладающие высокой прочностью, беэ увеличения их выщелачиваемости.

По сравнению с известным способ позволяет получить экономический эффект эа счет замены относительно дорогих носителя (цемент) и окислителя (увлажненный углекислый гаэ) золойуносом тепловых электростанций, являющейся массовым видом отходов и имеющей низкую стоимость. Кроме того, способ позволяет предотвратить выде- 20 ление газообразных взрывоопасных продуктов, значительно снизить пыление и выход щелочных аэрозолей и радионуклидов в атмосферу, что позволяет упростить процесс газоочистки и улуч- 25 шить условия труда.

Редактор Т.Орловская - Техред М,Дидык

75 6

Фор мул а из обретения

Способ переработки радиоактивных отходов щелочного металла, включающий смешение расплавленного металла в инертной атмосфере с дисперсним неорганическим носителем, окисление, охлаждение, смешение с водой до заданного водовяжущего отношения с последующим формованием смеси в блок и выдержкой до Отверждения, О т л и;. ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности и безопасности процесса путем исключения пылящих стадий переработки щелочного ме affna, предотвращения выделения взрывоопасных газообразных продуктов и снижения температуры процесса окисления, в качестве окислителя используют золу-унос тепловых электро" станций, взаимодействующую со щелочным металлом при температуре, выше температуры смешения, причем золуунос берут не менее чем в полутора-. кратном избытке от необходимого на окисление.