RU2187158C1 - Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов - Google Patents
Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187158C1 RU2187158C1 RU2000129241A RU2000129241A RU2187158C1 RU 2187158 C1 RU2187158 C1 RU 2187158C1 RU 2000129241 A RU2000129241 A RU 2000129241A RU 2000129241 A RU2000129241 A RU 2000129241A RU 2187158 C1 RU2187158 C1 RU 2187158C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- modifier
- radioactive
- melting
- waste
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 title claims 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 20
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 61
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 11
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract 2
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 abstract 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 5
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052781 Neptunium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000310 actinide oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 3
- 229910003439 heavy metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 2
- LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N neptunium atom Chemical compound [Np] LFNLGNPSGWYGGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052611 pyroxene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052695 Americium Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 R 2 3+ O 3 Chemical class 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- VLCLHFYFMCKBRP-UHFFFAOYSA-N tricalcium;diborate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] VLCLHFYFMCKBRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Способ включает операции концентрирования, измельчения отходов и смешения их с флюсующими добавками, в качестве которых используют модификатор, состоящий из смеси электропроводного магнита и диоксида кремния в интервале соотношений 0,67: 1,5 между ними. Далее смесь, содержащую 12,5-35% от общей массы радиоактивных или токсичных отходов, загружают в прозрачный для электромагнитного поля тигель и осуществляют операции индукционного плавления и гомогенизации при температуре 1250-1600oС посредством прямого индукционного нагрева. Во время плавления электросопротивление и температуру расплава стабилизируют путем изменения как доли самого модификатора, так и соотношения между магнитом и диоксидом кремния в модификаторе. При этом измерение электросопротивления расплава осуществляют при помощи показаний системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля. По достижении стационарности электросопротивления расплава определяют его гомогенизацию, после чего осуществляют охлаждение и удаление охлажденного расплава конечного продукта. Преимущества изобретения заключаются в том, что способ позволяет иммобилизовать тугоплавкие радиоактивные и токсичные отходы, конечный продукт представляет собой однородный монолитный материал, а время реализации способа сокращается в среднем в 3 раза.
Description
Заявляемый способ относится к области охраны окружающей среды, точнее к области переработки радиоактивных и токсичных отходов путем их фиксации в устойчивой твердой среде. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть использован для иммобилизации радиоактивных отходов (РАО), содержащих актиноиды (уран, плутоний, нептуний и т.д.), продукты деления ядерного топлива (редкоземельные элементы, оксиды циркония, стронция), а также золы от процесса сжигания РАО и токсичных отходов с повышенным содержанием оксидов алюминия и тяжелых металлов (более 35%).
Известен способ включения урана и редкоземельных элементов в стеклоподобную композицию при плавке стекла индукционным нагревом в холодном тигле, описанный в [1], включающий смешение оксидов радиоактивных отходов со стеклообразователем и флюсом в виде ортофосфорной кислоты или оксида кремния и бората кальция, создание начального стартового расплава, ввод в расплав радиоактивных и токсичных отходов вместе со стеклообразователем и флюсом, плавление, гомогенизацию и охлаждение расплава.
Недостатками известного способа являются:
низкое качество получаемого конечного продукта, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов и редкоземельных элементов (REE) в стеклоподобных композициях), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклокомпозиций при их использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
повышенная продолжительность процесса плавления, обусловленная проведением обязательной операции создания стартового расплава при повторном включении плавителя после вынужденной его остановки и застывания расплава в нем;
сложность управления при реализации способа из-за необходимости постоянного регулирования подводимой мощности высокочастотного поля к плавителю при реализации способа вследствие широкого изменения электросопротивления расплава.
низкое качество получаемого конечного продукта, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов и редкоземельных элементов (REE) в стеклоподобных композициях), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклокомпозиций при их использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
повышенная продолжительность процесса плавления, обусловленная проведением обязательной операции создания стартового расплава при повторном включении плавителя после вынужденной его остановки и застывания расплава в нем;
сложность управления при реализации способа из-за необходимости постоянного регулирования подводимой мощности высокочастотного поля к плавителю при реализации способа вследствие широкого изменения электросопротивления расплава.
Известен "Способ остекловывания радиоактивных и токсичных отходов в индукционной печи" [2], включающий загрузку стеклообразующей шихты (В2O3, SiO2, Al2О3) в индукционный плавитель с холодным тиглем, ввод в шихту ограниченного количества электропроводящего материала (магнетита), создание начального стартового расплава, ввод в расплав радиоактивных и токсичных отходов вместе со стеклообразующей шихтой, плавление, гомогенизацию и охлаждение расплава.
Недостатками известного способа являются:
низкое качество получаемого конечного продукта, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов и редкоземельных элементов в стеклоподобных композициях), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклокомпозиций при их использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
повышенная продолжительность процесса плавления, обусловленная проведением обязательной операции создания стартового расплава при вынужденной остановке плавителя и застывания расплава в нем, а также ограничением подводимой мощности в расплав из-за снижения его электросопротивления в процессе плавления;
сложность управления при реализации способа из-за необходимости постоянного регулирования выходных параметров генератора высокочастотного электромагнитного поля при реализации способа вследствие широкого изменения электросопротивления расплава.
низкое качество получаемого конечного продукта, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов и редкоземельных элементов в стеклоподобных композициях), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклокомпозиций при их использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
повышенная продолжительность процесса плавления, обусловленная проведением обязательной операции создания стартового расплава при вынужденной остановке плавителя и застывания расплава в нем, а также ограничением подводимой мощности в расплав из-за снижения его электросопротивления в процессе плавления;
сложность управления при реализации способа из-за необходимости постоянного регулирования выходных параметров генератора высокочастотного электромагнитного поля при реализации способа вследствие широкого изменения электросопротивления расплава.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и достигаемому эффекту является "Способ переработки радиоактивных отходов минераловатных теплоизоляционных материалов АЭС" [3], включающий сбор (концентрирование), измельчение радиоактивных отходов, смешение с флюсующими оксидными добавками в виде FeO в количестве 10-25% от массы отходов, плавление смеси при температуре до 1200oС.
Нагрев и плавление измельченной минеральной ваты, загрязненной радиоцезием, проводили методом косвенного индукционного нагрева в токопроводящем тигле (графитовый, металлический и др. ) в индукционной электропечи. После плавления и охлаждения расплава получен конечный стеклоподобный продукт с плотностью 3,0 г/см3.
Недостатками известного способа являются:
сужение области применения способа из-за ограниченности рабочей температуры процесса не более 1200oС, недостаточной для переработки радиоактивных отходов и токсичных зольных остатков с содержанием оксидов тяжелых металлов и алюминия типа R2 3+О3, R4+O2 и R2+O более 35 мас.% от общей массы отходов, а также отходов, не содержащих в своем составе стеклообразователей;
низкое качество получаемого конечного продукта для иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов, содержащих оксиды актиноидов и продуктов деления урана и плутония (REE, Zr, Am, Np, Sr, Cs), оксиды тяжелых металлов, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов, редкоземельных элементов и оксидов тяжелых металлов в стекломатрице), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклоподобного продукта при его использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
невозможность осуществления контроля над степенью проплавления отходов в ходе реализации способа из-за невозможности определения электросопротивления расплава при плавлении методом косвенного индукционного нагрева в токопроводящем тигле, экранирующего проникновение электромагнитного поля в расплав;
повышенная продолжительность реализации способа, обусловленная периодичной последовательностью выполнения его операций (установки электропроводного тигля, загрузки радиоактивных отходов и флюса, плавления, последующей длительной гомогенизации расплава без возможности контроля его качества, остывания расплава в тигле, эвакуации отработавшего и установки последующего тигля).
сужение области применения способа из-за ограниченности рабочей температуры процесса не более 1200oС, недостаточной для переработки радиоактивных отходов и токсичных зольных остатков с содержанием оксидов тяжелых металлов и алюминия типа R2 3+О3, R4+O2 и R2+O более 35 мас.% от общей массы отходов, а также отходов, не содержащих в своем составе стеклообразователей;
низкое качество получаемого конечного продукта для иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов, содержащих оксиды актиноидов и продуктов деления урана и плутония (REE, Zr, Am, Np, Sr, Cs), оксиды тяжелых металлов, связанного с образованием в нем гетерогенных фаз (из-за ограниченной растворимости оксидов актиноидов, редкоземельных элементов и оксидов тяжелых металлов в стекломатрице), следствием чего является ухудшение его радиационно-защитных свойств;
ненадежность стеклоподобного продукта при его использовании в качестве матрицы для иммобилизации долгоживущих радионуклидов из-за недостаточной химической устойчивости при контакте с водой;
невозможность осуществления контроля над степенью проплавления отходов в ходе реализации способа из-за невозможности определения электросопротивления расплава при плавлении методом косвенного индукционного нагрева в токопроводящем тигле, экранирующего проникновение электромагнитного поля в расплав;
повышенная продолжительность реализации способа, обусловленная периодичной последовательностью выполнения его операций (установки электропроводного тигля, загрузки радиоактивных отходов и флюса, плавления, последующей длительной гомогенизации расплава без возможности контроля его качества, остывания расплава в тигле, эвакуации отработавшего и установки последующего тигля).
Предлагаемый способ решает техническую задачу по расширению области реализации способа, повышению качества получаемого конечного продукта и осуществлению контроля над его качеством в ходе реализации способа, снижению времени проведения технологического процесса.
Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что предлагаемый способ иммобилизации радиоактивных или токсичных отходов включает операции концентрирования и измельчения отходов, смешения с флюсующими добавками, содержащими оксиды металлов, загрузки смеси в плавитель, индукционного плавления, гомогенизации, охлаждения и удаления охлажденного расплава конечного продукта.
Согласно изобретению отличительными признаками является то, что в качестве флюсующих добавок используют модификатор, состоящий из смеси магнетита и диоксида кремния в интервале соотношений 0,67...1,5 между ними, а количество радиоактивных или токсичных отходов составляет 12,5...35% от общей массы, операции индукционного плавления и гомогенизации ведут при температуре 1250. . . 1600oС прямым индукционным нагревом с использованием тигля, прозрачного для электромагнитного поля, по показаниям системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля контролируют электросопротивление расплава, причем во время плавления стабилизируют электросопротивление и температуру расплава путем изменения как доли модификатора в расплаве, так и соотношения между магнетитом и диоксидом кремния в модификаторе, а завершение гомогенизации определяют при достижении стационарности электросопротивления расплава, после чего осуществляют операцию выпуска расплава.
Применение прямого индукционного нагрева и использование в качестве флюсующих оксидных добавок модификатора, состоящего из смеси электропроводного магнетита (FeO • Fe2O3) и диоксида кремния в смеси с радиоактивными и токсичными отходами в указанных соотношениях, позволяет сформировать электропроводный жидкотекучий расплав с рабочей температурой 1250-1600oС из отходов, состоящих из тугоплавких и неэлектропроводных оксидов, что расширяет область реализации способа.
Использование метода прямого индукционного нагрева расплава при реализации способа в тигле, прозрачном для электромагнитного поля, например холодный тигель, позволяет по контрольно-измерительным приборам генератора электромагнитного поля контролировать изменение электросопротивления расплава в ходе его плавления и гомогенизации. Гомогенизированный расплав, обладающий установившимся электросопротивлением при полном проплавлении и растворении исходных компонентов смеси радиоактивных или токсичных отходов и модификатора, является участком электрической цепи в индукционной системе, вследствие чего его электросопротивление сохраняется постоянным. Поэтому выход показаний приборов источника питания индуктора (индикатор напряжения нагрузочного контура, частота генератора, ток сетки лампы, ток лампы, напряжение на индукторе) на стационарный режим во время процесса гомогенизации свидетельствует об окончании процесса растворения и своевременности проведения выпуска расплава. Таким образом, использование прямого индукционного нагрева позволяет наблюдать за изменением электросопротивления расплава в ходе его плавления и гомогенизации, что обеспечивает проведение контроля над качеством включения радиоактивных отходов в матрицу в ходе реализации способа. Кроме того, проведение данной операции указывает на своевременность выпуска расплава, что сокращает время реализации способа. Указанная операция контроля электросопротивления расплава невозможна при реализации способа прототипа из-за экранирования расплава электропроводным тиглем.
Предлагаемый способ является непрерывным, т.к. в ходе реализации способа операция охлаждения расплава, за счет его выпуска из плавителя, проводится отдельно, в ходе выполнения операций плавления и гомогенизации расплава, что сокращает продолжительность процесса.
Характерные недостатки для прямого индукционного нагрева, имеющие место при реализации предложенного способа в аналогах: проведение обязательной операции создания стартового расплава при вынужденной остановке плавителя и застывания расплава в нем, а также ограничения подводимой мощности в расплав из-за снижения его электросопротивления в процессе плавления, - устранены за счет постоянного использования в предлагаемом способе электропроводного ферромагнитного магнетита в составе модификатора. Изменение количества магнетита в модификаторе в указанном интервале соотношений с двухокисью кремния в ходе плавления и гомогенизации позволяет оперативно влиять на электросопротивление расплава в ходе работы при доле отходов в смеси в пределах 12,5.. . 35% от общей массы смеси. Создающийся диапазон изменения электросопротивления позволяет стабилизировать параметры генератора (напряжение на нагрузочном контуре, частоту генератора, ток сетки лампы), что упрощает регулирование выходных параметров генератора высокочастотного электромагнитного поля в ходе реализации способа по сравнению с аналогами.
Для обеспечения качества конечного продукта соотношение между магнетитом и диоксидом кремния в модификаторе изменяется в интервале соотношений 0,67.. . 1,5 между ними. Качество конечного продукта достигается за счет получения поликристаллического материала в виде ферросиликатной матрицы со следами стеклофазы. Ферросиликатная матрица представляет собой микрокристаллический агрегат продуктов изоморфного замещения минеральных фаз типа гранатов (R3 2+ R2 3+ (SiO4)3) и пироксенов (R2+ (Si2O6)), где большая часть R2+ и R3+ замещены на Fe и Fe3+.
В случае, если содержание РАО или токсичных отходов и модификатора будет находиться вне вышеуказанных интервалов, образование поликристаллической матрицы из минералов типа гранатов и пироксенов будет невозможным, вследствие чего получаемый конечный продукт будет худшего качества, чем в способе-прототипе.
Способ реализуют следующим образом.
Пример 1.
Радиоактивные отходы, содержащие урана 0,01 г/л, плутония 0,005 г/л, нептуния 0,03 г/л, редкоземельных элементов 0,8 г/л, никеля, хрома, молибдена, бария - с концентрацией каждого компонента 0,1 г/л, циркония 0,4 г/л, подвергают термическому концентрированию /выпаривают/ до остаточной влажности 10...16 мас.%, предотвращающей пылеобразование при их загрузке в плавитель.
Упаренные отходы подают на поверхность расплава модификатора, состоящего из смеси магнетита и диоксида кремния в соотношении 1,5:1 между ними и имеющего рабочую температуру 1480oС. Расплав образовали за счет нагрева в высокочастотном электромагнитном поле ферромагнитного, электропроводного магнетита, содержащегося в модификаторе. В ходе растворения тугоплавкой составляющей отходов в первоначальном расплаве его температура возросла до 1560oС и электросопротивление изменилось, о чем свидетельствовали показания системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля (индикатор напряжения нагрузочного контура генератора 0,4, частота генератора 1,73 МГц, ток сетки лампы 1,5 А, ток лампы 6 А, анодное напряжение 6 кВ). Проводя загрузку отходов, довели их долю в смеси с модификатором до 35 мас. % от общей массы смеси за счет уменьшения доли модификатора в расплаве при постоянной подводимой мощности генератора электромагнитного поля. Это позволило стабилизировать электросопротивление расплава и поддерживать его температуру в диапазоне 1400...1600oС. Далее проводили совместную загрузку отходов и модификатора в плавитель с сохранением 35 мас.% отходов от общей массы смеси и далее с изменением соотношения между магнетитом и диоксидом кремния до 1:1,3 для стабилизации электросопротивления расплава и его температуры.
По мере накопления расплава в плавителе окончание процесса гомогенизации определили по стационарному значению показаний системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля (индикатор напряжения нагрузочного контура генератора 0,35, частота генератора 1,82 МГц, ток сетки лампы 1,1 А, ток лампы 6,5 А, анодное напряжение 5,5 кВ).
Произвели выпуск гомогенизированного расплава в приемный контейнер, а загрузку и плавление смеси отходов и модификатора продолжали в непрерывном режиме. Расплав с иммобилизированными в нем радиоактивными отходами охладили до образования монолитного поликристаллического продукта.
Пример 2.
Золу от процесса сжигания токсичных отходов с повышенным содержанием оксидов тяжелых металлов, мас.%: V2O5 - 5, Cr2O3 - 2, NiO - 3, Co - 3, FexOy 8 и Al2О3 - 56, а также SiO2 - 9, СаО - 5, MgО - 3, K2О - 4, Na2O - 2 подвергают измельчению до крупности частиц менее 3 мм и увлажняют до влажности 10...16 мас.%, предотвращающей пылеобразование при их загрузке в плавитель.
Измельченные отходы подают на поверхность расплава модификатора, состоящего из смеси магнетита и диоксида кремния в соотношении 1,5:1 между ними, и имеющего рабочую температуру 1460oС. Расплав образовали за счет нагрева в высокочастотном электромагнитном поле ферромагнитного, электропроводного магнетита, содержащегося в модификаторе. В ходе растворения тугоплавкой составляющей отходов в первоначальном расплаве его температура возросла до 1550oС и электросопротивление изменилось, о чем свидетельствовали показания системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля (индикатор напряжения нагрузочного контура генератора 0,355, частота генератора 1,73 МГц, ток сетки лампы 1,1 А, ток лампы 6,6 А, анодное напряжение 5,5 кВ). Проводя загрузку отходов, довели их долю до 35 мас.% от общей массы смеси за счет уменьшения доли модификатора при постоянной подводимой мощности генератора электромагнитного поля. Это позволило стабилизировать электросопротивление расплава и поддерживать его температуру в диапазоне 1400.. . 1600oС. Далее продолжали совместную загрузку отходов и модификатора в плавитель с сохранением 35 мас.% отходов от общей массы смеси при одновременном изменении соотношения между магнетитом и диоксидом кремния до 1:1,2 для стабилизации электросопротивления расплава и его температуры.
По мере накопления расплава в плавителе окончание процесса гомогенизации определили по стационарному значению показаний системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля (индикатор напряжения нагрузочного контура генератора 0,4, частота генератора 1,79 МГц, ток сетки лампы 0,95 А, ток лампы 7 А, анодное напряжение 7 кВ). Произвели выпуск гомогенизированного расплава в приемный контейнер, а загрузку и плавление смеси отходов и модификатора продолжали в непрерывном режиме. Расплав с растворенными в нем токсичными отходами охладили до образования монолитного поликристаллического продукта.
При доле отходов в расплаве более 35% и соотношении в модификаторе между магнетитом и диоксидом кремния более 1,5: 1 количество диоксида кремния, вводимого в расплав, снижается до величины менее 26%, что не позволяет обеспечить качество конечного продукта.
При доле отходов в расплаве более 35% и соотношении в модификаторе между магнетитом и диоксидом кремния менее 1:1,5 количество оксидов железа, вводимого в расплав, снижается до величины менее 26%, что недостаточно для поддержания требуемого диапазона электросопротивления и стабилизации температуры расплава.
При доле отходов в расплаве менее 12,5% и соотношении в модификаторе между магнетитом и диоксидом кремния более 1:1,5 количество диоксида кремния в расплаве превышает 53%, что приводит к значительному увеличению электросопротивления и избыточному увеличению подводимой к расплаву мощности электромагнитного поля.
При доле отходов в расплаве менее 12,5% и соотношения в модификаторе между магнетитом и диоксидом кремния более 1,5:1 количество оксидов железа в расплаве избыточно и составляет более 53%, что приводит к значительному уменьшению электросопротивления и избыточному увеличению рабочей температуры расплава.
В результате было установлено, что:
способ позволяет иммобилизивать тугоплавкие радиоактивные и токсичные отходы (с содержанием в них до 100 мас.% R2O3) при температуре плавления 1250...1600oС;
конечный продукт представляет собой однородный монолитный материал с пористостью менее 3%, плотность 3,5... 4,2 г/см3, который имеет низкую скорость выщелачивания 10-7...10-8 г/см2 сут;
стационарные значения показаний системы контрольно-измерительных приборов (постоянство электрического сопротивления расплава) указывает на завершение растворения компонентов смеси РАО или токсичных отходов (своевременность выпуска расплава) и позволяет осуществлять контроль над качеством иммобилизации радиоактивных отходов в матрицу в ходе реализации способа;
время реализации заявленного способа сократилось в среднем в 3 раза.
способ позволяет иммобилизивать тугоплавкие радиоактивные и токсичные отходы (с содержанием в них до 100 мас.% R2O3) при температуре плавления 1250...1600oС;
конечный продукт представляет собой однородный монолитный материал с пористостью менее 3%, плотность 3,5... 4,2 г/см3, который имеет низкую скорость выщелачивания 10-7...10-8 г/см2 сут;
стационарные значения показаний системы контрольно-измерительных приборов (постоянство электрического сопротивления расплава) указывает на завершение растворения компонентов смеси РАО или токсичных отходов (своевременность выпуска расплава) и позволяет осуществлять контроль над качеством иммобилизации радиоактивных отходов в матрицу в ходе реализации способа;
время реализации заявленного способа сократилось в среднем в 3 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Матюнин Ю. И. , Демин А.В., Смелова Т.В. Поведение урана и редкоземельных элементов в стеклах, синтезированных в холодном тигле. - Атомная энергия, т.83, вып. 5, 1997, стр. 330-336.
1. Матюнин Ю. И. , Демин А.В., Смелова Т.В. Поведение урана и редкоземельных элементов в стеклах, синтезированных в холодном тигле. - Атомная энергия, т.83, вып. 5, 1997, стр. 330-336.
2. Патент РФ 2065214, МКИ 5: G 21 F 9/16, БИ 22, 1996.
3. Патент РФ 2217460, МКИ 5: G 21 F 9/28, 9/32, БИ 7, 1999.
Claims (1)
- Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов, включающий операции концентрирования и измельчения отходов, смешение с флюсующими добавками, содержащими оксиды металлов, загрузки смеси в плавитель, индукционного плавления, гомогенизации, охлаждения и удаления охлажденного расплава конечного продукта, отличающийся тем, что в качестве флюсующих добавок используют модификатор, состоящий из смеси магнетита и диоксида кремния в интервале соотношений 0,67:1,5 между ними, а количество радиоактивных или токсичных отходов составляет 12,5-35% от общей массы, процесс индукционного плавления и гомогенизации ведут при температуре 1250-1600oС прямым индукционным нагревом с использованием тигля, прозрачного для электромагнитного поля, а по показаниям системы контрольно-измерительных приборов генератора электромагнитного поля контролируют электросопротивление расплава, причем во время плавления стабилизируют электросопротивление и температуру расплава путем изменения как доли модификатора в расплаве, так и соотношения между магнетитом и диоксидом кремния в модификаторе, а завершение операции гомогенизации определяют при достижении стационарности электросопротивления расплава, после чего осуществляют операцию выпуска расплава.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129241A RU2187158C1 (ru) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000129241A RU2187158C1 (ru) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2187158C1 true RU2187158C1 (ru) | 2002-08-10 |
Family
ID=20242430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000129241A RU2187158C1 (ru) | 2000-11-23 | 2000-11-23 | Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2187158C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2264671C1 (ru) * | 2004-02-06 | 2005-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ переработки урансодержащей золы |
| RU2481659C2 (ru) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Способ комплексной переработки твердых радиоактивных отходов методом плавления в электрической печи постоянного тока |
| RU2736879C2 (ru) * | 2018-02-22 | 2020-11-23 | Александр Эдуардович Катков | Способ переработки твердых радиоактивных отходов теплоизоляционных материалов |
| RU2775511C2 (ru) * | 2020-08-03 | 2022-07-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ иммобилизации твердых отходов пирохимической переработки отработанного ядерного топлива |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4632778A (en) * | 1982-04-30 | 1986-12-30 | Imatran Voima Oy | Procedure for ceramizing radioactive wastes |
| RU2008733C1 (ru) * | 1991-11-25 | 1994-02-28 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Способ иммобилизации радиоактивных отходов в неорганические матричные материалы |
| GB2302201A (en) * | 1995-06-07 | 1997-01-08 | Korea Atomic Energy Res | Method for converting high level radioactive waste into glass using fly ash |
| RU2096844C1 (ru) * | 1996-07-29 | 1997-11-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Способ изоляции и химической иммобилизации твердых радиоактивных отходов |
| RU2127460C1 (ru) * | 1997-07-02 | 1999-03-10 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Способ переработки радиоактивных отходов минераловатных теплоизоляционных материалов аэс |
-
2000
- 2000-11-23 RU RU2000129241A patent/RU2187158C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4632778A (en) * | 1982-04-30 | 1986-12-30 | Imatran Voima Oy | Procedure for ceramizing radioactive wastes |
| RU2008733C1 (ru) * | 1991-11-25 | 1994-02-28 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Способ иммобилизации радиоактивных отходов в неорганические матричные материалы |
| GB2302201A (en) * | 1995-06-07 | 1997-01-08 | Korea Atomic Energy Res | Method for converting high level radioactive waste into glass using fly ash |
| RU2096844C1 (ru) * | 1996-07-29 | 1997-11-20 | Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики | Способ изоляции и химической иммобилизации твердых радиоактивных отходов |
| RU2127460C1 (ru) * | 1997-07-02 | 1999-03-10 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Способ переработки радиоактивных отходов минераловатных теплоизоляционных материалов аэс |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2264671C1 (ru) * | 2004-02-06 | 2005-11-20 | Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" | Способ переработки урансодержащей золы |
| RU2481659C2 (ru) * | 2011-03-22 | 2013-05-10 | Юрий Иванович Сорокин | Способ комплексной переработки твердых радиоактивных отходов методом плавления в электрической печи постоянного тока |
| RU2736879C2 (ru) * | 2018-02-22 | 2020-11-23 | Александр Эдуардович Катков | Способ переработки твердых радиоактивных отходов теплоизоляционных материалов |
| RU2775511C2 (ru) * | 2020-08-03 | 2022-07-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ иммобилизации твердых отходов пирохимической переработки отработанного ядерного топлива |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4514329A (en) | Process for vitrifying liquid radioactive waste | |
| Yu et al. | Crystallization behavior, quantitation of Ce3+/Ce4+ and chemical stability analysis of multiple alkaline earths borosilicate glasses for immobilizing simulated tetravalent actinides | |
| JP5232327B2 (ja) | 放射性廃棄物の合成岩石形態でのパッケージ化方法 | |
| KR101865353B1 (ko) | 방사성 희토류 폐기물 유리화 방법 | |
| RU2187158C1 (ru) | Способ иммобилизации радиоактивных и токсичных отходов | |
| JPH09171096A (ja) | 放射性廃棄物の処理方法およびその処理装置 | |
| Riley et al. | Glass waste form options for rare-earth fission products from electrochemical reprocessing | |
| KR102067563B1 (ko) | 방사성 용액의 취급 방법 | |
| KR101524588B1 (ko) | 저방사성 폐수지를 유리화하기 위한 유리조성물 및 이를 이용한 저방사성 폐수지의 유리화 방법 | |
| CN106277886A (zh) | 一种粉煤灰熔融资源化利用的方法 | |
| RU2192053C1 (ru) | Оксидный материал ловушки расплава активной зоны ядерного реактора | |
| CN102610288B (zh) | 一种用于放射性核素污染砂土的固化处理方法 | |
| JP2001027694A (ja) | 放射性濃縮廃物質の固化体及び該固化体の製造方法 | |
| US20230139928A1 (en) | Method for dehalogenation and vitrification of radioactive metal halide wastes | |
| JP4129237B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化処理用ガラス | |
| CN118479728A (zh) | 一种提高CeO2在硼硅酸盐玻璃固化体中包容量的方法 | |
| Mészáros et al. | Melting of Fe and Gd oxide loaded geopolymers with nuclear fuel for ex-vessel core catcher systems | |
| US11587693B2 (en) | Solidifying method of hydroxides of radionuclides | |
| CN109721242B (zh) | 一种用于固化易挥发核素Tc/Re的低熔点玻璃及其制备、使用方法 | |
| USH1013H (en) | Process for the immobilization and volume reduction of low level radioactive wastes from thorium and uranium processing | |
| Remizov et al. | EVACUABLE SMALL-SIZED DIRECT JOULE-HEATED MELTER DESIGNED BY MAYAK PA TO IMMOBILIZE LRW FROM SNF REPROCESSING INTO BOROSILICATE GLASS DEVELOPED AND TESTED AS PART OF A NEW HLW VITRIFICATION COMPLEX | |
| Priebe et al. | Application of microwave energy to post-calcination treatment of high-level nuclear wastes | |
| US6395954B2 (en) | Advanced vitrification system frit | |
| JP4115591B2 (ja) | 溶融スラグの品質管理方法および装置 | |
| Stefanovsky et al. | The effect of synthesis conditions on the phase composition and structure of thorium bearing murataite ceramics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |