способ обезвреживания радиоактивных отходов

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания радиоактивных отходов, включающий разжижение слежавшихся солевых осадков с последующим омоноличиванием солевых продуктов в связующие, отличающийся тем, что разжижение осадков проводят концентрированной серной кислотой; затем в полученный кислотно-солевой продукт порциями вводят радиоактивные ионообменные смолы до получения подвижной смеси, после чего проводят термическую обработку образовавшейся смеси в три стадии при температурах 100-150°С, 150-250°С и 250-350°С и атмосферном давлении в аппарате, в условиях свободного доступа воздуха в реакционную зону, при постоянном или периодическом перемешивании продукта в аппарате, а конечное омоноличивание полученного сухого продукта проводят вяжущими веществами фосфатного твердения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вяжущих веществ фосфатного твердения используют, например, природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при переработке (обезвреживании) радиоактивных отходов (РАО), образующихся в процессе эксплуатации атомных электрических станций (АЭС), а именно отработавших свой регламентный срок радиоактивных ионообменных смол (ИОС) и солевых плавов установок глубокого упаривания (УГУ).

Ионообменные технологии очистки воды, используемые на АЭС, являются одним из источников образования экологически опасных радиоактивных отходов, представляющих собой пульпы отработавших свой регламентный срок ИОС.

Ежегодно на АЭС с реакторами РБМК образуется до 60 м³ отработанных радиоактивных ИОС, а с реакторами ВВЭР - до 20 м³ [Государственная программа по обращению с РАО в СССР в 1991-1995 г.г. и на перспективу до 2005 г. Проект. - Отчет ВО ВНИПИЭТ. Том 2. «Развитие атомной энергетики и промышленности, современное состояние работ по обращению с РАО в СССР». Л., 1990]. По имеющимся оценкам, на территории России суммарный объем отработанных радиоактивных ИОС может достигать нескольких тысяч м³ [Федеральная целевая программа "Обращение с радиоактивными отходами и отработавшими ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 годы". Утверждена постановлением Правительства Российской Федерации от 23 октября 1995 г. № 1030].

Как правило, активность отработанных ИОС достигает значений 10^-1-10^-4 Ки/кг, таким образом, они относятся к категории среднеактивных РАО.

В настоящее время в России обращение с отработанными ИОС сводится к их временному хранению в нержавеющих емкостях жидких радиоактивных отходов (ЖРО) пристанционных хранилищ АЭС.

Также известно [Ю.К.Бабенко, А.П.Мельников, К.В.Драмарецкий. Проблемы обращения с радиоактивными отходами на НВАЭС. Тезисы доклада 4-ой международной научно-технической конференции. Обращение с радиоактивными отходами. М., 26-28 июня, 2001, с.6], что в процессе переработки кубовых остатков на установках глубокого упаривания на АЭС с ВВЭР накоплено значительное количество солевых плавов, представляющих собой сложную смесь солей металлов (в высших степенях их окисления) неорганических и органических кислот. По имеющейся информации, в настоящее время радиоактивные солевые плавы временно хранятся в стандартных 200-литровых металлических бочках (Балаковская АЭС) или в специальных нержавеющих баках-контейнерах (Нововоронежская АЭС).

Проблема обращения с радиоактивными ИОС и солевыми плавами обусловлена отсутствием на АЭС свободных объемов для их хранения и эффективных технологий обезвреживания таких отходов, что обостряет экологическую опасность в регионах размещения АЭС, связанную с возможностью выхода радионуклидов в окружающую среду.

Для обеспечения условий экологической безопасности при длительном хранении радиоактивных ИОС и солевых плавов необходимо проведение комплекса мероприятий (технологий) по их обезвреживанию. При этом основными условиями организации эффективной технологии обезвреживания таких отходов являются не только максимальное уменьшение их объема и качественное отверждение (омоноличивание, замоноличивание, иммобилизация) конечного продукта в твердой матрице, отвечающей требованию надежной изоляции РАО от внешней среды, но и простота используемых в технологии способов переработки и аппаратурного оформления технологического процесса. Немаловажным также является минимизация энергозатрат, стоимость и доступность используемых в цикле обезвреживания отходов реагентов и материалов.

В практике обезвреживания отработавших ресурс радиоактивных ИОС широкое применение нашли способы их включения в традиционные связующие: термопластичные (битум и др.); неорганические (цемент, гипс и др.); термореактивные (полиэфирные, карбамидные смолы и др.). В связующие первой группы сорбенты включают при повышенной температуре (180-240°С), а второй и третьей - при комнатной [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.115, 116, 126, 132, 136]. При этом известно, что для получения прочных монолитов при омоноличивании ИОС смолы перед их включением в связующие второй и третьей группы должны быть максимально обезвожены для устранения излишнего объема и способности ИОС к набуханию при их контакте с водой [Патент РФ № 2062517, опубл. 20.06.96, Бюл. № 17; Патент РФ № 2114471, опубл. 18.06.97, Бюл. № 18; А.С.Никифоров, В.В.Куличенко и М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.114, 115]. Глубокое обезвоживание ИОС, позволяющее существенно уменьшить их объем и исключить способность сорбентов к набуханию при контакте с водой, достигается при термической (температура 350-395°С) их обработке [Патент РФ № 2068208, опубл. 20.10.96, Бюл. № 29]. При этом ни один из рассмотренных выше способов обезвреживания ИОС не гарантирует сохранность целостности отвержденных конечных продуктов в результате воздействия на них микроорганизмов, находящихся в почве, что создает опасность выхода радионуклидов в окружающую среду.

Известен способ переработки радиоактивных ИОС с получением продуктов их переработки, устойчивых к воздействию всех видов микроорганизмов, что обеспечивает гарантированную сохранность отвержденных конечных продуктов при их захоронении. Сущность способа заключается в термической обработке ИОС (температура до 700°С) в среде азота в присутствии катализаторов в виде добавок галогеносодержащих и серосодержащих реагентов в количестве до 8% масс. от веса смолы. В качестве продуктов для захоронения получают технический углерод и смолообразный жидкий продукт [Патент РФ № 2156511, опубл. 20.09.2000, Бюл. № 26].

Недостатком способа является высокая температура обработки ИОС, сложность аппаратурного оформления технологического процесса, значительные количества продуктов переработки ИОС, проблема их конечного омоноличивания.

Также известен способ уменьшения массы отработанных радиоактивных ИОС, включающий обработку смолы в автоклаве 5-12 М раствором азотной кислоты при температуре 250°С и давлении 40 атм [Патент РФ № 2062517, опубл. 20.06.96, Бюл. № 17].

Недостатками данного способа являются сложность аппаратурного оформления технологического процесса из-за пожаровзрывоопасности азотной кислоты при ее нагревании в присутствии органических веществ и необходимость проведения процесса при высоком давлении, что значительно увеличивает металлоемкость оборудования и повышает прочностные требования к нему. Кроме того, реализация способа-прототипа требует предварительных технологических операций по разделению смеси перерабатываемых радиоактивных ИОС на катионит и анионит, сушки получаемых органических остатков и др.

В просмотренном патентно-информационном фонде не найдено технических решений по обезвреживанию солевых плавов УГУ, которые в застарелом состоянии представляют собой весьма прочные трудноразжижаемые монолиты. Можно предположить, что их обезвреживание может быть проведено по технологии обращения с солевыми слежавшимися осадками станционных хранилищ жидких радиоактивных отходов (ХЖО). Сущность технологии заключается в «раскачке» емкостей (растворении, разрыхлении или разжижении осадков водой с проведением барботажа) как в аварийной ситуации для передачи в резервные емкости, так и для направления солевых концентратов на отверждение традиционными связующими (битум, цемент и др.). [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.69, 70, 118, 130, 131]. При этом известно, что отверждение даже высокосолевых концентратов, вплоть до сухих солей, приводит к неизбежному увеличению объема конечного продукта. Известно, что степень включения солей в битум не превышает 40-50%, а степень наполнения солями цементной матрицы не превышает 10-20% [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.118, 130, 131].

Описанная технология обращения с солевыми слежавшимися (застарелыми) солевыми осадками станционных хранилищ ЖРО [А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.69, 70, 118, 130, 131] принята в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание универсального способа (технологии) обезвреживания станционных радиоактивных отходов, позволяющего:

- провести совместное обезвреживание радиоактивных солевых плавов и отработанных ИОС от глубокой их сушки и полного сжигания ИОС до иммобилизации образующегося сухого продукта в инертную матрицу в одном простейшем по конструкции аппарате (емкости);

- максимально возможно уменьшить объем и массу станционных РАО и конечного продукта, подлежащего длительному захоронению;

- снизить металлоемкость оборудования и энергетические затраты на проведение технологического процесса;

- перевести РАО и конечный продукт их переработки в пожаровзрывобезопасное состояние;

- повысить радиационную и пожарную безопасность при проведении термической стадии обезвреживания РАО;

- обеспечить возможность иммобилизации биологически стойкого сухого остатка от переработки РАО в твердой матрице (геоцементный камень), обеспечивающей надежное длительное хранение конечного продукта;

- снизить расход реагентов и уменьшить токсичность газовых выбросов от переработки;

- регенерировать серную кислоту для ее повторного использования в цикле обезвреживания станционных РАО;

- снизить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона при обезвреживании РАО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе переработки радиоактивных слежавшихся солевых осадков, включающем их разжижение с последующей иммобилизацией солевых концентратов в инертную матрицу, предлагается разжижение плавов проводить концентрированной серной кислотой до получения подвижного, транспортабельного продукта; затем в полученный кислотно-солевой продукт порциями при перемешивании вводить радиоактивные ИОС до получения подвижной смеси, которую, после прекращения газовыделений, подвергать термической обработке при температурах 100-150°С (стадия глубокого обезвоживания солей и ИОС и разрушения функционально активных ионообменных групп ИОС), 150-250°С (стадия термохимической деструкции высокомолекулярной основы ИОС до углерода), 250-350°С (стадия сжигания углерода).

Предлагается, также процесс термохимической обработки солевого плава и ИОС проводить при атмосферном давлении в аппарате, в условиях свободного доступа кислорода (воздуха) в реакционную зону, при постоянном или периодическом перемешивании продукта в аппарате.

Кроме того, предлагается процесс термохимической обработки солевого плава и ИОС заканчивать после прекращения газовыделений и достижения постоянного веса образовавшегося сухого продукта.

Конечное омоноличивание полученного сухого остатка или смеси сухого остатка с вяжущими веществами фосфатного твердения (природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов) предлагается проводить фосфорной кислотой или жидкостями затворения на ее основе.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в нем заложен принцип «радиоактивное обезвреживается в радиоактивном». А именно предлагается обезвреживание радиоактивных ИОС проводить в радиоактивном солевом плаве, разжиженном концентрированной серной кислотой, а иммобилизацию образующегося радиоактивного сухого остатка от переработки плава и ИОС проводить фосфорной кислотой с использованием в качестве основы охранной матрицы природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов.

Экспериментально установлено, что застарелые (более 4-летнего хранения в лабораторных бюксах, при комнатной температуре) солевые плавы, по химическому составу имитирующие плавы, получаемые на УГУ Нововоронежской АЭС, эффективнее всего разжижаются концентрированной серной кислотой с образованием подвижного транспортабельного продукта, представляющего собой смесь солей в избытке серной кислоты. При этом разжиженный серной кислотой плав обладает весьма сильными окислительно-каталитическими свойствами.

Положительным моментом использования в качестве разжижающей жидкости серной кислоты является и то, что концентрированная H₂SO₄ обладает довольно сильными окислительными свойствами, особенно при нагревании. Серная кислота обычно восстанавливается до бесцветной двуокиси серы (SO₂), которая, в свою очередь, при достаточно высокой температуре, но не более 400°С, в присутствии катализаторов взаимодействует с кислородом по сильно экзотермической реакции - 1 с образованием дымящей на воздухе трехокиси серы (SO ₃). Трехокись серы, в свою очередь, характеризуется сильными окислительными свойствами:

Заметное разложение SO₃ при нагревании (по реакции, обратной ее образованию) наступает лишь при температурах выше 400°С [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 1. Изд. Химия, Москва, 1965, с.314]. Кроме того, известно [Н.Л.Глинка. Общая химия. Том 1. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.384], что серная кислота активно поглощает пары воды. Способностью поглощать воду объясняется и обугливание органических веществ, особенно относящихся к классу углеводородов (клетчатка, сахар и др.), при действии на них концентрированной серной кислоты. В состав углеводородов водород и кислород входят в таком же отношении, в каком они находятся в воде. Серная кислота отнимает от углеводородов водород и кислород, которые образуют воду, а углерод выделяется в виде угля. Горячая серная кислота, являясь энергичным окислителем, окисляет уголь до СО₂, а серу - до SO₂.

Также известно о каталитическом влиянии металлов в высших степенях их окисления (железо, медь и др. в серной кислоте), ускоряющем кинетику процесса термохимической деструкции ИОС. Известно, что при окислительной термообработке ИОС на эффективность их разложения влияют катализаторы в виде металлов в высших степенях их окисления, например Fe⁺³ [Патент США № 4737315, 1986 г.; Journal of Radij analytical Chemistry, 1983, v.78, N 2, p.295-305]. При реализации предлагаемого способа катализаторами, ускоряющими реакцию термохимической деструкции ИОС и органических кислот, являются катионы металлов (железа, меди и др.) в высших степенях их окисления, входящие в состав обезвреживаемого солевого плава.

Немаловажным является и то, что Н₂SO₄ не дефицитна и в два раза дешевле азотной кислоты. Концентрированная (выше 75%) серная кислота не действует на железо. Это позволяет хранить и перевозить ее к местам переработки радиоактивных отходов в стальных цистернах (емкостях) [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 1. Изд. Химия, Москва, 1965, с.314].

Отмеченные выше свойства серной кислоты и экспериментальные данные, полученные при отработке предлагаемого способа, показали, что после разжижения солевого плава серной кислотой и смешивания полученного продукта с ИОС постадийная термическая обработка приводит:

- на первой стадии (при температурах 100-150°С) не только к глубокому обезвоживанию ИОС и деструкции их функционально активных групп, но и интенсивному термохимическому разложению солей основных кислот, входящих в состав плава (борной, азотной, щавелевой, уксусной и др.), до паров воды, летучих боратов, азота и углерода, в то время как H₂SO₄ не летуча (температура кипения H₂SO₄ 336,5°С [В.И.Перельман. Справочник химика. Госхимиздат, Москва, 1955, стр.68-69]) и расходуется только на протекание химических реакций с функциональными группами ИОС без разрушения их органической основы и солевыми компонентами плава с образованием пожаровзрывобезопасных, безводных сульфатов и оксидов металлов.

Критерием завершения первой стадии процесса является прекращение парогазовыделений из реакционной зоны аппарата;

- на второй стадии обработки РАО (при температурах 150-250°С) органическая основа смол подвергается интенсивному термохимическому окислительному воздействию серной кислоты и образующейся в процессе термообработки трехокиси серы в присутствии катализаторов, содержащихся в разжиженном серной кислотой плаве и в отработанных ИОС, с образованием биологически стойкого к воздействию всех видов микроорганизмов «аморфного» технического углерода [Патент РФ № 2156511, опубл. 20.09.2000, Бюл. № 26].

Критерием завершения процесса полной деструктуризации органической основы ИОС до углерода является отсутствие в газовых выбросах дымящейся на воздухе трехокиси серы;

- на третьей стадии обработки РАО при температурах 250-350°С образовавшийся на второй стадии углерод, в условиях свободного доступа кислорода воздуха в реакционную зону, полностью сгорает по реакции - 2 до двуокиси углерода (СО₂):

.

При этом конечным продуктом переработки РАО на третьей стадии является смесь нерастворимых в воде оксидов металлов (железа, меди, хрома, никеля) в высшей степени их окисления и сульфатов.

Известно [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 3. Изд. Химия, Москва, 1970, с.167], что осторожное накаливание безводного сульфата трехвалентного железа ведет к его распаду по реакции - 3 с образованием гематита (Fe₂ O₃)

.

Также известно [Н.Л.Глинка. Общая химии. Том 1. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.439], что при невысоких температурах уголь (в нашем случае технический углерод) сгорает до СО₂, а окись углерода (СО), даже при недостатке кислорода, почти не образуется. Иначе обстоит дело при повышении температур до 400°С и выше, при которых начинает протекать реакция между углем и образовавшимся диоксидом углерода по реакции - 4

Положительным является и то, что основные реакции, протекающие в реакционной зоне аппарата (реакции 1 и 2), протекают с выделением тепла, что существенно снижает внешнее энергопотребление на проведение процесса обезвреживания РАО.

При реализации предлагаемого способа на третьей стадии обезвреживания (стадия сжигания углерода) температура обработки не превышает 350°С, что обеспечивает в условиях свободного доступа кислорода воздуха в реакционную зону аппарата полное сгорание технического углерода до СО₂. При этом экспериментально установлено, что углерод, образующийся на второй стадии термообработки ИОС, эффективно сгорает до двуокиси углерода уже при температурах 250-300°С. Верхний же температурный предел (350°С) в предлагаемом способе обосновывается температурой разложения самой серной кислоты. Известно, что концентрированная серная кислота (98,3%) разлагается при температурах выше 336,5°С [В.И.Перельман. Краткий справочник химика. Изд. Химической литературы. Москва, 1955, с.68-69] с образованием SO₃ и H ₂O, что при реализации предлагаемого способа гарантирует полное разложение серной кислоты в случае ее избыточного содержания в реакционной зоне аппарата и соответственно в конечном продукте переработки ИОС.

Критерием завершения процесса на третьей стадии является прекращение газовыделений из реакционной зоны и постоянство веса конечного продукта.

При реализации предлагаемого способа основными газовыми выбросами являются:

- на первой стадии - пары воды, азот в свободном состоянии, возможно, низкокипящие спирты, амины и незначительное количество трехокиси серы [Н.Л.Глинка. Общая химия. М 1976, стр.448 и О.И.Мартынова. Водоподготовка, процессы и аппараты. Атомиздат. Москва, 1977, с.120-121]. Известно, что при полном сгорании любых органических веществ в присутствии кислорода воздуха входящие в их состав углерод и водород целиком превращаются в диоксид углерода и воду, а азот обычно выделяется в свободном состоянии. На этом основан количественный анализ органических веществ [Л.Н.Глинка. Общая химия. Химия. М., 1976, стр.448];

- на второй стадии - газовые сбросы в основном состоят из дымящей трехокиси серы, образующейся в процессе термохимической деструкции органической основы ИОС до углерода в сернокислой среде;

- на третьей стадии - образовавшийся технический углерод сгорает с образованием двуокиси углерода [Н.Л.Глинка. Общая химия. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.439].

Образующуюся в процессе реализации заявляемого способа экологически вредную SO₃ предлагается использовать повторно в технологическом цикле переработки станционных ТРО в виде регенерированной серной кислоты.

Сухой остаток, получаемый после переработки ИОС в сернокислом солевом плаве по предлагаемому способу (при содержании в нем оксидов металлов более 50% вес.) или смесь сухого остатка (при содержании в нем оксидов металлов менее 50% вес.), с вяжущими веществами фосфатного твердения (природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов), предлагается омоноличивать фосфорной кислотой или жидкостями затворения на ее основе [С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас и др. Химические основы технологии и применения фосфатных связок и покрытий. Химия, Ленинградское отделение, 1968] с получением геоцементного камня (монолита) или гранул на его основе. Целесообразность омоноличивания сухого конечного продукта, образующегося при реализации предлагаемого способа, в геоцементный камень обуславливается тем, что такая матрица химически, термически, радиационно и биологически более стойка в сравнении с обычным цементом или битумом. По своей природе геоцементный камень близок к горным породам, в которых предполагается размещать могильники длительного захоронения радиоактивных отходов.

Проблема надежной иммобилизации образующегося по предлагаемому способу продукта переработки ИОС и солевых плавов, относящихся к категории среднеактивных РАО, связана с тем, что в результате существенного уменьшения объема и веса конечного продукта он может перейти в категорию высокоактивных отходов (ВАО). С целью улучшения условий теплоотвода при хранении таких РАО целесообразно после их омоноличивания дополнительно включать продукт в металлические легкоплавкие матрицы, так называемые витрометы [А.С.Никифоров., В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.107].

Примеры осуществления заявляемого способа.

При проведении экспериментов в обоснование предлагаемого способа использовали:

- застарелые (более 4-летнего хранения в лабораторных бюксах, при комнатной температуре) солевые плавы, по химическому составу имитирующие плавы, получаемые на УГУ Нововоронежской АЭС. Основными солевыми компонентами плавов являются нитраты и бораты (основа) натрия, меди, железа, никеля и хрома в высших степенях их окисления, а также (в меньшем количестве) соли металлов органических кислот (щавелевой, уксусной и этилендиаминтетрауксусной);

- концентрированную серную кислоту марки «хч» по ГОСТ 4204-77;

- смесь отработанных в системе очистки теплоносителя 2-го контура транспортной ЯЭУ с водо-водяным реактором сорбентов катионита КУ-2-8-ч.с. с анионитом АВ-17-8-ч.с. в объемном соотношении набухших сорбентов 1:1 и влажностью 50-65 (влажные ИОС - эксперимент 1) и 5-10 (воздушно-сухие ИОС - эксперимент 2) % масс. [О.И.Мартынова. Водоподготовка, процессы и аппараты. Атомиздат. Москва, 1977, с.123]. Определяющими примесными компонентами в отработанных ИОС являлись карбонаты, сульфаты и хлориды железа, меди, никеля и натрия.

При отработке стадии фосфатного омоноличивания конечного сухого продукта в инертную матрицу использовали порошок природного магнетита Хибинского рудного бассейна и техническую фосфорную кислоту по ТУ 2142-002-00209450-96.

Эксперименты проводили в открытом кварцевом тигле в условиях свободного доступа воздуха в реакционную зону при периодическом (1 раз в 15 минут) перемешивании продукта в тигле кварцевой мешалкой.

Пример 1. 1,0 см³ застарелого плава (вес 1,05 г) разжижают в тигле 1,0 см³ концентрированной H₂SO₄, Затем в разжиженный холодный плав небольшими порциями вводят при перемешивании 10 см³ влажных ИОС весом 10,2 г. После прекращения парогазовыделений полученную смесь нагревают и в диапазоне 100-150°С проводят первую стадию ее термической обработки. Через 0,5 часа, после прекращения парогазовыделений, температуру нагрева увеличивают и в диапазоне 150-250°С в течение 1,0 часа проводят вторую стадию термической обработки продукта. После прекращения выделения из продукта белых паров SO₃ температуру увеличивают и в диапазоне 250-350°С проводят третью стадию термохимической обработки продукта. Процесс переработки РАО заканчивают при отсутствии газовыделений из реакционной зоны и достижении постоянного веса конечного продукта.

Основные результаты примера:

- объем конечного продукта 1,4 см³;

- вес конечного продукта 0,92 г;

- уменьшение объема в 7,9 раз;

- уменьшение веса в 12.2 раза.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что сухой продукт, полученный в примере 2, смешивают с 5 см³ концентрированной H₂SO₄ и после нагрева смеси до 100°С порциями (по 1 см³ ) вводят в нее при перемешивании воздушно-сухую смесь ИОС (10,0 см или 6,0 г) до образования подвижного продукта.

После прекращения парогазовыделений дальнейшую обработку продукта в тигле проводят в условиях, аналогичных примеру 1. Процесс переработки РАО заканчивают при отсутствии газовыделений из реакционной зоны и достижении постоянного веса конечного продукта, представляющего собой мелкодисперсный порошок серого цвета.

Суммарно (пример 1 и 2) переработано 1,0 см³ (вес 1,05 г) солевого плава и 20,0 см³ (около 16 г) влажных и сухих ИОС.

Основные результаты примера:

- объем конечного продукта 1,5 см³;

- вес конечного продукта 0,94 г;

- уменьшение объема в 14 раз;

- уменьшение веса в 18,1 раза.

Полученный продукт смешивают в цилиндрической форме с природным магнетитом в объемном соотношении 1:0,5 и отверждают смесь, используя в качестве жидкости затворения концентрированную фосфорную кислоту. Конечный продукт после завершения процесса фосфатного твердения представляет собой прочный геоцементный монолит объемом около 1,5 см³.

Предлагаемый способ переработки радиоактивных солевых плавав и ИОС в сравнении с прототипом обладает существенными преимуществами: упрощает технологию обезвреживания РАО за счет возможности проведения всего цикла их переработки, от глубокой сушки и сжигания ИОС до иммобилизации (омоноличивания) образующегося сухого продукта в инертную матрицу (геоцементный камень), в одном обогреваемом аппарате (емкости); снижает металлоемкость оборудования и энергетические затраты на проведение технологического процесса; максимально уменьшает объем и массу сухого остатка и конечного продукта, подлежащего длительному захоронению; повышает радиационную и пожарную безопасность при проведении процесса обезвреживания РАО; снижает расход реагентов и уменьшает токсичность газовых выбросов от переработки; позволяет регенерировать серную кислоту для ее повторного использования в цикле обезвреживания РАО, снижает техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона и улучшает экологическую обстановку при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.

В целом, внедрение предлагаемого способа в практику обезвреживания радиоактивных РАО на АЭС с ВВЭР позволит полностью сжечь радиоактивные ИОС до сухих солей и оксидов, трансформировать радиоактивные пожаровзрывоопасные солевые плавы в пожаровзрывобезопасное состояние, в десятки раз уменьшить объем и вес образующихся продуктов переработки и обеспечить их надежное длительное захоронение, снизить воздействие вредных веществ на окружающую среду регионов при обезвреживании РАО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных продуктов.