способ отверждения радиоактивных отходов

Формула изобретения

Способ отверждения радиоактивных отходов, включающий смешение с вяжущим, формование изделий с последующим их отверждением, отличающийся тем, что отходы перед смешением подвергают предварительной термовлажностной обработке при температуре 120 - 200^oС в герметичной камере, а отверждение изделий проводят в условиях термовлажностной обработки при температуре, не превышающей температуру обработки отходов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды на предприятиях атомной промышленности и может быть использовано при утилизации отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества.

Известен способ отверждения отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, путем смешения с металлургическим гранулированием шлаком или шлакопортландцементом при водовяжущем отношении 0,2 - 0,6 с удельной поверхностью вяжущего 2800-4000^o см²/г при температуре отверждаемого отхода 20-90^oC. (А.с. СССР 880149. Способ отверждения отходов/ К.П.Захарова, Т. Т.Жикол, Н.В.Алимова и др. - Заявл. 02.06.80, N 2935068/18-25, МКИ G 21 F 9/04, опубл. в БИ N 16, 1982 ).

Недостатками данного способа являются значительное (до 30%) вымывание радионуклидов из блоков при контакте с водой, низкая морозостойкость и снижение прочности при наличии органических примесей, солей, тонкодисперсных шламов.

Наиболее близким является способ отверждения радиоактивных отходов, включающий смешение с вяжущим и специальными добавками в виде глинистых материалов (вермикулит, бентонит и др.), сланцев, формование блоков и последующее их отверждение, (А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 130-136) - Прототип.

Недостатками указанного способа являются низкие физико-механические свойства при наличии органических примесей, солей, тонкодисперсных частиц, вредно влияющих на свойства изделий.

Изобретение направлено на создание экологически чистой технологии переработки отходов, содержащих радиоактивные изотопы и другие токсичные вещества, и получение конечного продукта с высокой прочностью.

Поставленная задача достигается тем, что в способе отверждения радиоактивных отходов, включающем смешение с вяжущим, формование блоков и последующее их отверждение, отходы перед смешением подвергают предварительной термовлажностной обработке при температуре 120-200^oC в герметичной камере, отверждение блоков проводят в условиях термовлажностной обработки при температуре, не превышающей температуру обработки отходов.

Заявленное решение отличается от прототипа тем, что радиоактивные отходы перед смешением подвергают предварительной термовлажностной обработке при температуре 120-200^oC в герметичной камере, отверждение блоков проводят в условиях термовлажностной обработки при температуре, не превышающей температуру обработки отходов. Предварительная термовлажностная обработка отходов обеспечивает разрушение коагуляционных структур отхода, стабилизацию органических составляющих и полную стерилизацию (уничтожение микроорганизмов). В результате изменяются физико-химические свойства отхода, улучшается водоотделение (в процессах фильтрации или сушки), происходит уменьшение объема отхода на 20-50%, а также первичный гидротермальный синтез силикатов и алюмосиликатов металлов, в том числе радионуклидов. Дальнейшие свойства отходов во многом определяются их предварительной тепловой обработкой, и последующая термовлажностная обработка блоков при тепловых режимах, не превышающих режимы предварительной обработки отходов, не приводит к дальнейшим деформационным структурным изменениям в цементном камне, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

При изучении литературных источников аналогичного технического решения не обнаружено и влияние предварительной термовлажностной обработки отходов при температуре 120-200^oC и термовлажностной обработки отформованных блоков при температуре, не превышающей температуру обработки отходов, на достижение результатов неизвестно и спрогнозировать было невозможно. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

Отверждению подвергали концентрат жидких радиоактивных отходов с повышенным содержанием органических компонентов (до 30%). Отходы предварительно подвергали термовлажностной обработке при температурах от 120 до 200^oC в герметичной камере в течение 6 часов. Термообработанные отходы смешивали с цементом при водоцементном отношении 0,4 с последующим формованием бетонных блоков. После выдержки при температуре 20^oC в течение 3 часов, блоки подвергали термовлажностной обработке при различных тепловых режимах. Сравнительные характеристики полученных бетонных изделий по предлагаемому способу и способу по прототипу представлены в таблице.

Как видно из таблицы, наиболее прочные изделия были получены по предлагаемому способу при предварительной термообработке отходов при температуре, указанной в экспериментах N2, N3 и N4. Изделия, полученные по прототипу, имели прочностные показатели, не удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к отвержденным отходам, для их последующего захоронения (эксперимент N 1). При термовлажностной обработке блоков при режимах, превышающих по температуре режимы предварительной обработки самого отхода, происходит резкое снижение прочности (эксперимент N 5 - отрицательный пример).

Снижение температуры предварительной термовлажностной обработки отхода ниже 120^oC также приводит к снижению прочностных показателей бетонных изделий (эксперимент N 6 - отрицательный пример). Вместе с тем, превышение температуры предварительной термовлажностной обработки отхода выше 200^oC с экономической и технической точки зрения не оправдано, так как при несущественном повышении прочности изделий происходит резкое увеличение требований к оборудованию для его проведения.

Предлагаемое решение позволяет исключить попадание радионуклидов в окружающую среду при переработке радиоактивных отходов и обеспечивает получение изделий с физико-механическими свойствами, обеспечивающими их безопасное захоронение.