CS260183B1 - Spflsob solidiřikácie kvapalných radioaktívnych látok - Google Patents

Abstract

Podstatou riešenia je, že sa upraví pH kvapalných rádloaktívnych odpadov· z jádrových elektrární a z prepracovatelských závodov na hodnotu pH = 5 až 8 a pósobí sa na ne polyelektrolytom alebo zmesou látok vytvárajúcich polyelektrolyt za miešania. V ďalšej fáze sa pridajú sípolureaktanty zložlek rádloaktívnych látok za miešania a na získaný medziprodukt sa pósobí sofami viacmocných katiónov a/alebo opačné nabitými polyelektrolytmi za tvorby gélu. Gél sa podrobí tvarovaniu, sušeniu a výpalu pri postupnom zvyšovaní teploty do 1400 °C.

Description

Vynález sa týká spůsobu solidifikácie kvapalných rádioaktívnych odpadov z prevádzky jádrových elektrární a z prepracovatefských závodov gólovým procesom, pri ktorom v géloch sa viažu zložky rádioaktivnych látok s přidávanými spolureaktantami a ktoré pri sušení a výpale do teplůt 1400 °C vytvárajú spolu fázy vo vodě nerozpustné.

V súčasnosti kvapalné rádioaktívne látky podrobujú sa solidlfikácii vo viacerých stupňoch a různým sposobom. V prvom stupni kvapalné rádioaktívne látky sa zahusťujú a připadne sa sušia. Koncentráty alebo výsušky sa ďalej spracovávajú fixáciou v organických polyméroch, bitúmenoch a betónoch. Všetky spůsoby solidifikácie vychádzajúce z koncentrátov a výsuškov nie sú dostatočne spofahlivé, nezabezpečujú dlhodobú bariéru proti rozptylu rádioaktívnych látok v prostředí. Preto koncentráty a výsušky rádioaktívnych látok sa ďalej spracovávajú.

Druhý stupeň spracovanie výsuškov rádioaktívnych látok spočívá v ich kalcinácii a fixácii různým spůsobom. Kalcináty sa miešajú s dalšími zložkami — spolureaktantami a takto získaný systém sa podrobuje vysokoteplotným reakciám. Produktami týchto reakci! sú keramiky, sklokeramiky, sklá a cementy.

Uvedený spůsob solidifikácie prebiehajúci vo viacerých stupňoch je velmi náročný z hladiska procesov, homogenit systémov a zabezpeč enia istůt proti rozptylu rádioaktívnych látok v prostředí. Požadovaný priebeh vysokoteplotných reakcii tvorby skiel a hlavně keramik je podmienený vysokým stupňom homogenity systémov, ktorý sa íažko dosahuje miešaním práškových látok, ked granulometria kalcinátov je prakticky neznáma.

Vážným bezpečnostným problémom je prašnosť vznikajúca hlavně pri kalcinácii, ktorá je riešitelná len technicky velmi náročným spůsobom.

Tažkosti pri solidifikácii kvapalných rádioaktívnych látok z prevádzky jádrových elektrární a z prepracovatefských závodov sa odstraňujú spůsobom podfa vynálezu, ktorého podstatou je, že kvapalné rádioaktívne látky sa zmiešajú s polyelektrolytom alebo so zmesou látok vytvárajúcich polyelektrolyt a v dalšom sa pridajú spolureaktanty zložiek rádioaktívnych látok za miešania, získaný kvapalný medziprodukt sa mieša so sofami viacmocných katlónov a/alebo s opačné nabitými polyelektrolytmi za tvorby gélu, pričom takto získaný gél sa podrobí sušeniu a výpalu pri postupnom zvyšovaní teploty od 1400 °C. Polyelektrolyty, zabezpečujúce tvorbu gélu, sú vybrané zo skupiny látok ako sú algináty, pektíny, škroby a pridávajú sa do kvapalných rádioaktívnych látok za miešania, připadne po úpravě pH na hodnotu v rozmedzí 5—8. Ďalej sa do tejto kvapaliny pridávajú spolureaktanty, ktoré pri vysokoteplotných reakciách so zložkami rádioaktívnych látok zabezpečujú tvorbu vo vodě nerozpustných fáz. Spolureaktanty sú látky ako kyselina fosforečná, oxidy fosforu, fosforečnany hlinité a amonné, oxidy, hydroxidy, oxyhydroxidy a oxychloridy hlinité; organické zlúčeniny dvoj- a trojmocných kovov; kyselina a oxid křemičitý, kremičitany dvojmocných a trojmocných kovov. Tieto reaktanty sa pridávajú v množstve 0,1 až 4 moly ekvivalentov na jeden mól ekvivalentov katiónov nachádzajúcich sa v kvapalných rádioaktívnych látkách. Kvapalina, obsahujúca rádioaktívne látky, polyelektrolyty a spolureaktanty, tvoří medziprodukt, ktorý v kontakte so sofami viacmocných katiónov a/alebo po zmiešani s opačné nabitými polyelektrolytmi mění sa na gély. Ak sa kvapalný medziprodukt kvapká do roztoku viacmocných soli ako je CaCh, Ca(NO3)2, Al(NOs)s alebo sa s týmiio sofami proporcionálně mieša, pri výtoku z dýzy získajú sa gélové gufočky.

Může sa postupovat aj tak, že kvapalný medziprodukt sa zmleša so sofami viacmocných prvkov a/alebo s opačné nabitými polyelektrolytmi za tvorby gélu a tento gél sa spracuje výtlačným lisováním na určité výtvorky, resp. valčeky. Gélové gufůčky alebo valčeky sa ďalej podrobia sušeniu a výpalu do teploty 1400 °C. Výsledkom je hutný keramický materiál v tvare gufoček alebo valčekov, ktorý vo vodě nie je rozpustný. Nerozpustnost materiálu zabezpečujú fázy vzniklé vysokoteplotnými reakciami medzi zložkami rádioaktívnych látok a přidávanými spolureaktantmi.

Vynálezom sa dosahuje pokrok v tom, že spůsob umožňuje solidifikovať i vefmi zriedené kvapalné rádioaktívne látky cez gély, v ktorých sú v intenzívnom kontakte zložky rádioaktívnych látok a spolureaktantov. V géloch sa dosahuje taký stupeň homogenity, ktarý nie je dosažitelný miešaním práškových látok. Homogenita reagujúcich zložiek a ich vzájemný kontakt zaručujú priebeh vysokoteplotných reakcii pri podstatné nižších teplotách ako pri miešaní práškových sústav. Ďalšou podstatnou výhodou spůsobu solidifikácie podfa vynálezu je to, že proces sušenia a výpalu je bezprašný. Očinkom polyelektrolytov vytvára sa pevný materiál už po vysušení a nedrobí sa ani dalším sušením a výpalom.

Najdůležitejšou vlastnosťou solidifikáciou získaného keramického materiálu je jeho hydrolytické odolnost. Stanovila sa následovně:

g frakcie materiálu 0,05 až 0,25 mm sa vyluhuje v 50 ml destilovanej vody pri teplote 25 °C za trepania 24 hod. Odparok výluhu v mg na 1 g materiálu udává hydrolytickú odolnost. Výsledky sú uvedené v tabuřke.

Následovně příklady solidifikácie kvapalných rádioaktívnych látok bližšie ilustrujú tento spůsob podfa vynálezu, ale jeho rozsah neobmedzujú.

280183

Příklad 1

Solidifikácíi sa podrobil modelový roztok kvapí’lného rádioaktívneho odpadu o pH = - 11,2, obsahujúci 1,02 mólov katiónov alkalických kovov, 0,64 mólov bóru a ďalšie organické a anorganické látky v 1 kg kvapalných rádioaktívnych látok. Kyselinou octovou sa upravilo pH kvapaliny na hodnotu 7,2. Do tejto kvapaliny sa přidával za miesani-a alginát sodný v množstve 1,2 % hmot. V ďalšom sa do kvapaliny primiešali spoluroaktanty zložiek kvapalných rádioaktívnych látok — fosforečnan hlinitý á koloidný roztok oxidu křemičitého. Z uvedených zložiek sa získal kvapalný medziiprodukt o viskozitě 18 mPa. s a nasledujúceho zloženia (vyjádřené v hmot. dielochj:

kvapalný rádioaktívny odpad 1000 kyselina octová 30 alginát sodný 12 fosforečnan hlinitý AIPCh 100 koloidný SiO2 (30 % hmot. SiCb) 25

Kvapalný medziprodukt sa nechá vytékat z dýzy tak, aby sa tvořili kvapky, ktoré po dopade do 2 %-ného roztoku Ca(NO3)2 sa menia okamžité .na gélové gulóčky. Získané gélové gufóčky sa odfiltrujú a sušia sa 1 hod. pri 80 °C a 1 hod. pri 110 °C. Pri ďalšom sušení, resp. výpale teplota sa zvyšuje rýchlosťou 3 °C . min^-1 do teploty 550 °C a ďalej rýchlosťou 5 °C . min^-1 do teploty 900 °C. Pri tejto teplote sa zahrieva izotermicky 1 hodinu.

Uvedeným postupom získali sa pevné, vo vodě nerozpustné keramické gulóčky o priemere 2,5 mm. Vlastnosti sú uvedené v tabuíke.

Příklad 2

Zloženie a postup sú rovnaké ako v příklade 1, změněná je len teplota výpalu na 700 stupňov C. Vlastnosti sú uvedené v tab. 1. Příklad 3

Zloženie a postup sú rovnaké ako v příklade 1, změněná je len teplota výpalu na 1100 °C. Vlastnosti sú uvedené v tabufke.

Příklad 4

Zloženie okrem jednej zložky a postup sú rovnaké ako v příklade 1, změněné je množstvo fosforečnanu hlinitého na 120 hmot. dielov. Vlastnosti sú uvedené v tabulke.

Příklad 5

Zloženie okrem jednej zložky a postup sú rovnaké ako v příklade 1, zmenoné ie množstvo fosforečnanu hlinitého' na 150 hmot. dielov. Vlastnosti sú uvedené v tabufke.

Příklad 6

Zloženie okrem jednej zložky n postup sú rovnaké ako v příklade 1. V ďalšom medziproduktu sa mieša s dusičnanom vápenatým v pomere:

kvapalný medziprodukt 1000 dusičnan vápenatý 2,5

Dusičnan vápenatý sa používá vo formě roztoku a mieša sa s medziproduktom v procese tvorby kvapiek, ktoré sa následné me: nia na géiové gufóčky. Ďalšie spracovanie gólových, gufóček je rovnaké ako v příklade 1. Vlastnosti sú uvedené v tabufke.

Příklad 7

Zloženie a postup přípravy medziproduktu sú rovnaké ako v příklade 1. V ďalšom medziproduktu sa mieša s uhličitanom vápenatým v hmot. pomere:

kvapainý medziprodukt 1000 uhličitan vápenatý 6

Zroiešanie týchto látok sa uskutočňuje v nádobě, kde sa tvoří gél, ktorý sa v ďalšom tvaruje výtlačným lisom na valčeky o priemere 5 mm a dížke 7 mm. Spracovanie týchto výtvorkov je rovnaké ako gufóčky v příklade 1. Vlastnosti sú uvedené v tabufke.

Tabulka

Závislost bydrolitickej odolnosti. HO (vyjadrenej v mg sušiny výluhu na 1 g keramiky solidifikovanej kvapalnej rádioaktívnej látky) od teploty výpalu a od poměru ni—Π2/Π3, kde ni — látkové množstvo ekvivalentov spolureaktantu A1PO4

U2 — látkové množstvo ekvivalentov spolureaktantu SiOz = 0,25

Π3 — látkové množstvo ekvivalentov katiónov přítomných v 1000 g kvapalného rádioaktívneho odpadu = 2,94

Příklad ni—Π2 HO t ns (nig.g¹) °C

1	0,92	25,0	700
2	0,92	5,2	900
3	0,92	4,6	1100
4	1,10	3,1	900
5	1,34	2,9	900
6	0,92	5,0	900
7	0,92	5,3	900
	PREDMET	VYNALEZU

1. Sposob solidifikácie kvapalných rádio-

Claims (9)

1. Sposob solidifikácie kvapalných rádioaktívnych odpadov z prevádzky jádrových elektrární a z prepracovatelských závoďov gólovým procesom vyznačený tým, že kvapalné radioaktivně látky sa zmiešajň s polyelektrolytom alebo so zmesou látok vytvárajúcich polyelektrolyt a v ďalšorn sa pridajú spolureaktanty zložiek rádioaktívnych látok za miešania, získaný kvapalný medziprodukt sa mieša so sofami viacmocných katiónov a/alebo s opačné nabitými polyelektrolytmi za tvorby gelu, pričom takto získaný gél sa podrobí sušeníu a výpalu pri postupnom zvyšovaní teploty do 1400 ^r,C.

2. Sposob podlá bodu 1 vyznačený tým, že polyelektrolyt alebo polyelektrolyty sú vybrané zo skupiny látok zahrnujúcej algináty, pektíny a škroby.

3. Sposob pod! bodov. 1 a 2 vyznačený tým, že spolureaktanty zložiek rádioaktívnych látok sú vybrané zo skupiny látok zahrnujúcej kyseliny fosforečné, oxidy fosforu, fosforečnany hlinité a amónne, oxidy, hydroxidy, oxyhydroxidy a oxychloridy hlinité, organické zlúčeniny dvoj- a trojmocných kovov, kyselinu a oxid křemičitý a kremičitany dvojmocných a trojmocných kovov v takovom látkovom množstve so zložkami. rádioaktívnych látok a ich prímesaini, aby sa pri výpale spolu tvořili fázíy vo vodě nerozpustné.

4. Sposob podlá bodov 1 až 3 vyznačený tým, že látkové množstvo spolureaktantov je 0,1 až 4 mólcv ekvivalentov na jeden mól ekvivalentov katiónov nachádzaiúcich sa v kvapalných rádioaktívnych odpadoch.

5. Sposob podlá bodov 1 a 4 vyznačený tým, že pil kvapalných rádioaktívnych odpadov před zmiešaníin s polyelektrolytmi sa upraví na hodnotu v rozmedzí 5 až 8.

6. Sposob pódia bodov 1 až 5 vyznačený tým, že získaný gél před sušením obsahuje až 93 °/o hmot. vody.

7. Sposob podlá bodov 1 až 6 vyznačený tým, že získaný kvapalný medziprodukt sa vnáša vo formě kvapiek do roztokov solí viacmocných katiónov a vytvořené gufočky gelu sa podrobia sušeniu a vypalovaniu.

8. Sposob podlá bodov 1 až 7 vyznačený tým, že získaný kvapalný medziprodukt sa proporcionálně zmiešava so sofami viacraocuých katiónov a/alebo s opačné nabitými elektrolytmi v procese tvorby kvapiek, a následné vzniklé gólové gufočky sa podrobia sušeniu a vypalovaniu.

9· Spósob podfa bodov 1 až 8 vyznačený tým, že získaný kvapalný medziprodukt sa proporcionálně zmiešava so sofami viacmocných katiónov a/alebo s opačné nabitými polyelektrolytmi a vytvořený gél sa tvaruje výtlačným lisováním a výtvorky sa podrobia sušeniu a výpalu.