ES2313644T3 - Procedimiento de evacuacion de residuos. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la producción de un monolito estable, comprendiendo dicho procedimiento la encapsulación de materiales residuales en dicho monolito mediante la formación de un enlace químico en el monolito, en el que dichos materiales residuales comprenden materiales de aluminosilicato.
Description
Procedimiento de evacuación de residuos.
La presente invención se refiere al tratamiento
y almacenamiento de materiales residuales por encapsulación. Más
específicamente, se refiere a la encapsulación de materiales
residuales nucleares y al uso de dichos materiales residuales en la
producción de materiales monolíticos estables.
Se ha probado que la encapsulación es un
procedimiento especialmente preferido para la evacuación de
determinados materiales peligrosos; específicamente, proporciona un
procedimiento adecuado para la conversión de estos materiales en
una forma estable y segura que permite su almacenamiento a largo
plazo y/o su evacuación final. La técnica se aplica de forma
particular en la industria nuclear, en la que la naturaleza
radiactiva y altamente tóxica de los materiales implicados, y las
prolongadas escalas de tiempo a lo largo de las que se mantiene la
toxicidad, son las principales consideraciones cuando se diseñan
procedimientos de evacuación seguros.
En el documento
WO-A-03/056571, el presente
solicitante ha revelado el uso de materiales de relleno cementosos
para la encapsulación de residuos en partículas de tamaño fino y
proporciona detalles de un procedimiento para la encapsulación de
materiales en partículas finas que comprende el tratamiento de estos
materiales con, al menos, un relleno inorgánico hidráulico
microfino.
El uso de rellanado por inyección con base de
cemento en la industria de la construcción es muy conocido en la
técnica anterior. Así, el documento
EP-A-412913 enseña el uso de un
relleno con base de cemento Portland en la consolidación de
estructuras de hormigón afectadas por grietas delgadas, que
proporciona un procedimiento de bajo coste de rellenado de fisuras
y cavidades superficiales, y más profundas, en tales estructuras,
que incluyen las de tipo de edificios, puentes y presas. De forma
similar, el documento ZA-A-9209810
se refiere a una composición de relleno que se puede extender y
bombear que se incorpora a materiales cementosos y/o puzolánicos o
a un material equivalente, y a su aplicación en el sellado de
fisuras y grietas, reforzándolas, que proporciona rellenos en masa
en trabajos civiles y de minería, o en el revestimiento de
túneles.
También se han revelado en la técnica anterior,
composiciones endurecidas hidráulicas que comprenden partículas de
cemento Portland junto con partículas finas de sílice en forma
pirógena, que contienen sílice amorfa, que son el objeto del
documento EP-A-534385 y que se usan
en la producción de hormigón, mortero o relleno de cemento que
tienen un fluidez mejorada, mientras que el documento
GB-A-2187727 describe el gelificado
rápido de una composición de cemento hidráulico que comprende un
agente gelificante acrílico, un relleno fino y cemento Portland,
siendo esta composición tixotrópica y aplicándose de forma
particular en la formación de rellenos en masa para minería bajo
tierra y en el relleno de huecos y cavidades en la construcción o en
ingeniería civil. Una composición que es útil también en trabajos
de edificación y construcción en general, y como un material
aislante, comprende un relleno de partículas, fibras de celulosa y
un aglutinante cementoso, y se revela en el documento
GB-A-2117753.
Mientras que la mayoría de estas composiciones
de la técnica anterior requieren la adición de agua, el documento
EP-A-801124 se refiere a una mezcla
seca, usada para una preparación de relleno de cemento para
inyección en tierra fina, comprendiendo la mezcla rellenos que no
reaccionan con agua, cemento y defloculante; formando tras la
adición de agua una relleno de cemento fino, libre de aglomerado, y
que se inyecta fácilmente en tierra fina.
Así, el uso de estos materiales de relleno
cementosos en ingeniería civil principalmente, es muy conocido, y
su uso en el tratamiento de residuos en partículas de tamaño fino en
la industria nuclear es el objeto del documento
WO-A-031056571. Posteriormente, en
el documento WO-A-04/06268 se revela
que se podrían utilizar materiales cementosos curados, de forma
ventajosa, para la encapsulación a largo plazo de uranio y elementos
de fuel Magnox, así como de un residuo de elementos de fuel y otras
formas de fuel nucleares, proporcionado por ello un producto que
permanece estable y monolítico durante varios cientos de años. Por
lo tanto, se proporciona un procedimiento de tratamiento que
permite una eficiencia, conveniencia y seguridad mayores en el
manejo, y que tiene el consiguiente efecto beneficioso tanto en
términos de consideraciones ambientales como de coste, por lo que
satisface una necesidad sentida hace tiempo en la industria nuclear,
en la que el manejo residual de materiales recibe siempre la mayor
atención en el funcionamiento global, para asegurar siempre unos
estándares de seguridad superiores.
Sin embargo, aunque el procedimiento
WO-A-04/06268 es generalmente
satisfactorio para tratar materiales del tipo descrito, a menudo,
se encuentran dificultades cuando el metal uranio se encapsula en
materiales cementosos, debido que la corrosión del metal ocurre a
una velocidad muy rápida en los materiales cementosos estándar. En
la Solicitud de Patente Británica nº 0408113.9, se revela un
procedimiento para la encapsulación del metal uranio que comprende
el tratamiento del metal con un encapsulante, que comprende un
material cementoso y el curado del material cementoso,
comprendiendo adicionalmente el procedimiento el suministro de
medios para minimizar la corrosión del metal. Normalmente, el
suministro de medios para minimizar la corrosión, comprende el
suministro de una fuente de oxígeno en la matriz de cemento, o la
minimización del contenido de agua de la matriz.
El documento
US-A-4859367 revela un procedimiento
para eliminar colas de minería, que contienen, frecuentemente,
cantidades significativas de residuos salinos, comprendiendo el
procedimiento la adición del material residual a un aglutinante
mineral de alumino-silicato activado por alcali, de
forma que la mezcla resultante se une a una matriz geopolimérica y,
cuando se endurece, forma un sólido monolítico duro.
Todos los procedimientos de la técnica anterior,
sin embargo, se basan en el suministro de un material cementoso que
se usa en la producción de un monolito en el que se encapsula el
material residual. Así, el material residual está físicamente
limitado por la matriz proporcionada por el material cementoso y,
aunque los monolitos producidos muestren, generalmente, una
estabilidad excelente, la extensión en la que el material residual
esta unido de forma segura en la matriz está limitada por el grado
de impedimento físico que proporcione la matriz cementosa.
Claramente, la estabilidad de un monolito, y su
capacidad para retener materiales residuales en un periodo de
tiempo largo, y para evitar su fuga al ambiente, se podrían aumentar
en el caso de que las fuerzas que provocan la retención de estos
materiales fueran fuerzas químicas, en lugar de puramente físicas.
Así, la presente invención está encaminada a proporcionar
procedimientos para la encapsulación de materiales residuales, en
los que los materiales residuales se mantienen de forma más segura
en monolitos mediante enlaces químicos que aseguran que los
materiales residuales estén integrados con, y formen parte de, los
monolitos.
De este modo, según un primer aspecto de la
presente invención, se proporciona un procedimiento para la
producción de un monolito estable, comprendiendo dicho
procedimiento la encapsulación de materiales residuales en dicho
monolito mediante la formación de un enlace químico en el monolito,
en el que dichos materiales residuales comprenden materiales de
aluminosilicato.
El procedimiento de la invención por el que se
proporciona un monolito en el que el material residual está
integrado con el medio de encapsulación del monolito, asegurando de
esta forma que el material residual esté firmemente unido en el
material del monolito, siendo las probabilidades de escape de
material residual que ocurren a lo largo del tiempo,
significativamente inferiores que en los casos en los que este
material se retiene en el monolito solamente mediante fuerzas
físicas. Preferentemente, el monolito que se forma comprende un
monolito geopolímero.
De esta forma, un segundo aspecto de la
invención proporciona un procedimiento para eliminar y almacenar
materiales residuales, comprendiendo dicho procedimiento la
producción de un monolito estable según el primer aspecto de la
invención.
Los materiales residuales que son
particularmente adecuados para el tratamiento de esta forma incluyen
aquellos materiales que se podrían usar en la formación de
monolitos cementosos. En este contexto, se podría hacer una mención
particular a distintos precursores geopolímeros, más particularmente
a materiales de intercambio iónico, más específicamente a
materiales de aluminosilicato. Un ejemplo especialmente preferido de
un material de este tipo es clinoptilolita.
El uso de materiales de intercambio iónico para
el tratamiento de materiales radioactivos se ha descrito
anteriormente en la literatura. Así, por ejemplo, el documento
EP-B-456382 revela un procedimiento
para la remoción de cationes de radioisótopo a partir de un
ambiente acuoso que incluye la etapa de entrada de contacto del
ambiente acuoso que contienen los cationes de radioisótopo con un
material de intercambio iónico que comprende una clinoptilolita
modificada. La presente invención puede proporcionar, ahora, un
procedimiento para el almacenamiento seguro y la evacuación de la
clinoptilolita después de la etapa de contacto con el ambiente
acuoso que contiene los cationes de radioisótopo.
De esta forma, una aplicación preferida del
procedimiento del segundo aspecto de la invención es el tratamiento
de materiales residuales radiactivos. Específicamente, se considera
un procedimiento para la encapsulación de materiales residuales
radiactivos, comprendiendo dicho procedimiento la producción de un
monolito estable mediante procedimientos de formación de enlace
químico en el monolito.
Preferentemente, dicho material residual
radiactivo está comprendido en un material de intercambio iónico,
comprendiendo dicho material de intercambio iónico un material de
aluminosilicato. Lo más preferible es que dicho material de
intercambio iónico comprenda clinoptilolita.
Normalmente, el material residual radiactivo
está originalmente comprendido en un medio líquido y se remueve de
dicho medio líquido por tratamiento de dicho medio líquido con dicho
material de intercambio iónico. Generalmente, dicho medio líquido
comprende un ambiente acuoso. Así, una forma de realización
particularmente preferida de la presente invención considera un
procedimiento para la remoción de los materiales residuales
radiactivos de un medio líquido, comprendiendo dicho procedimiento
la realización, por orden, de las etapas de:
- (a)
- tratamiento de dicho medio líquido con un material de intercambio iónico; y
- (b)
- tratamiento de dicho material de intercambio iónico según el procedimiento del segundo aspecto de la invención.
La presente invención proporciona, por tanto,
procedimientos mejorados para la evacuación y almacenamiento a
largo plazo de materiales residuales radiactivos.
En la forma de realización más preferida de la
presente invención, el material residual encapsulado en un monolito
comprende un precursor geopolímero, particularmente un material de
intercambio iónico, más preferentemente un material de intercambio
iónico de aluminosilicato. En estos casos, un material aglutinante
cementoso monolítico se genera, más convenientemente, por
tratamiento del precursor geopolímero con un iniciador de curado
adecuado que, en el caso de un precursor de un material de
intercambio iónico, comprende, normalmente, un silicato,
preferentemente un silicato de un metal alcalino, tal como silicato
sódico. Preferentemente, en tales situaciones, el material de
intercambio iónico se trata con una disolución alcalina de dicho
silicato. Más preferiblemente, el material de intercambio iónico
entra en contacto con una disolución acuosa de silicato sódico e
hidróxido sódico. El uso de un iniciador de curado en el
procedimiento considerado por el primer aspecto de la presente
invención, induce la formación de un enlace químico en el monolito,
incrementando por ello la eficiencia del procedimiento de
encapsulación.
Después del tratamiento del material de
intercambio iónico con un silicato, la mezcla resultante se deja
curar para formar un producto monolítico. Normalmente, se deja que
el curado tenga lugar durante 12-48 horas,
obteniéndose generalmente resultados satisfactorios en 24 horas.
Aunque no es necesario para obtener un curado satisfactorio, se
prefiere que la mezcla se caliente durante el procedimiento de
curado, ya que esto proporciona una velocidad de curado más rápida.
Aunque cualquiera de las temperaturas entre temperatura ambiente y
varios cientos de grados Celsius (por ejemplo, 800ºC) es adecuada
para este propósito, normalmente se utilizan temperaturas de hasta
100ºC, obteniéndose resultados óptimos a temperaturas en la región
de los 80ºC.
Los procedimientos de la invención, cuando se
aplican para el tratamiento de materiales de intercambio iónico de
aluminosilicato, resultan en la formación de redes de geopolímero de
aluminosilicato amorfo tridimensionales, proporcionándose por ello
productos monolíticos con una excelente estabilidad a largo plazo y
una alta capacidad para cargar residuos.
Los procedimientos de la invención tienen
aplicaciones potenciales para una amplia gama de requerimientos de
tratamientos de residuos. Más particularmente, los lechos de
intercambio iónico usados se podrían tratar por inyección de una
disolución de silicato inorgánico con el fin de proporcionar un
producto monolítico estable. El procedimiento de tratamiento obvia,
por tanto, el requerimiento de rotura para abrir el cartucho u otro
contenedor en el que esté localizado el lecho de intercambio iónico
antes del tratamiento de encapsulación. El producto resultante es
inorgánico y, por tanto, es ambientalmente más aceptable que la
mayoría de los residuos poliméricos orgánicos. Además, el
procedimiento de tratamiento supera las dificultades que están
asociadas con el tratamiento de residuos en partículas finas, tales
como muchos materiales de intercambio iónico, que usan rellenos de
cemento, que frecuentemente segregan en tales circunstancias.
Haciendo referencia específicamente al
tratamiento de materiales de intercambio iónico en tambor y,
particularmente a clinoptilolita, el procedimiento de la técnica
anterior requiere que el material se mezcle con una mezcla de
cemento Portland normal (OPC) y Blast Furnace Slag (BFS). Sin
embargo, como consecuencia del remolino que se forma durante el
mezclado, y del volumen del relleno de cemento añadido, el volumen
del lecho de residuos en un tambor está limitado, normalmente, a
aproximadamente un 70% de su capacidad; de esta forma, por ejemplo,
un tambor de 500 litros se rellena, generalmente, sólo hasta
aproximadamente 350 litros. Mediante la aplicación de los
procedimientos de la presente invención, sin embargo, una disolución
alcalina de una sal silicato se podría inyectar a presión en el
tambor, permitiendo por ello que el tambor se rellene hasta cerca de
su capacidad, con la consecuencia de que se podrían obtener
monolitos con mayor capacidad de carga de residuos mediante la
aplicación de los procedimientos de la presente invención.
La presente invención considera también la
incorporación de precursores geopolímeros, tales como materiales de
intercambio iónico, en una amplia gama de materiales residuales, y
el tratamiento de las mezclas resultantes con disoluciones de
iniciadores de curado, tales como silicatos, con el fin de producir
monolitos geopolímeros de alta estabilidad e integridad.
La invención se ilustrará ahora, sin limitación
de su alcance, en referencia a los siguientes ejemplos
específicos:
Se obtuvo un monolito geopolímero por
tratamiento de un material de intercambio iónico que comprendía
clinoptilolita (50 g) con una disolución acuosa que contenía
silicato sódico (composición del 8,9% de óxido de sodio, 27,3% de
sílice y 63,8% de agua; 30 g); hidróxido sódico (7 g) y agua
destilada (10 ml). Después de la adición de la disolución del
material, la mezcla resultante se dejó curar durante 19 horas a 80ºC
para proporcionar un producto sólido, duro, de alta integridad y
estabilidad.
Se obtuvo un monolito geopolímero por
tratamiento de un material de intercambio iónico que comprendía
clinoptilolita (50 g) con una disolución acuosa que contenía
silicato sódico (composición del 8,9% de óxido de sodio, 27,3% de
sílice y 63,8% de agua; 30 g), hidróxido sódico (10 g) y agua
destilada (10 ml). Después de la adición de la disolución del
material, la mezcla resultante se dejó curar durante 19 horas a 80ºC
para proporcionar, de nuevo, un producto sólido, duro, de alta
integridad y estabilidad.
Claims (20)
1. Un procedimiento para la producción de un
monolito estable, comprendiendo dicho procedimiento la encapsulación
de materiales residuales en dicho monolito mediante la formación de
un enlace químico en el monolito, en el que dichos materiales
residuales comprenden materiales de aluminosilicato.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el que dicho monolito comprende un monolito geopolímero.
3. Un procedimiento para la evacuación y
almacenamiento de materiales residuales, comprendiendo dicho
procedimiento la producción de un monolito estable según el
procedimiento reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, en el que
dichos materiales residuales comprenden materiales de
aluminosilicato.
4. Un procedimiento según la reivindicación 1,
2, ó 3, en el que dichos materiales residuales son capaces de
formarse en monolitos cementosos.
5. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos materiales residuales
comprenden precursores geopolímeros.
6. Un procedimiento como el reivindicado en
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos
materiales de aluminosilicato comprenden materiales de intercambio
iónico.
7. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dichos materiales de
aluminosilicato comprenden clinoptilolita.
8. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dichos materiales residuales
comprenden materiales residuales radiactivos.
9. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el que dichos materiales residuales radiactivos están
comprendidos originalmente en un medio líquido y se remueven de
dicho medio líquido por tratamiento de dicho medio líquido con
dichos materiales de aluminosilicato.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que dicho medio líquido comprende un ambiente acuoso.
11. Un procedimiento para la remoción de
materiales residuales radiactivos de un medio líquido, comprendiendo
dicho procedimiento la realización, por orden, de las etapas
de:
- (a)
- tratamiento de dicho medio líquido con un material de intercambio iónico; y
- (b)
- tratamiento de dicho material de intercambio iónico según el procedimiento de la reivindicación 6.
12. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 11, que comprende el tratamiento de un
precursor geopolímero con un iniciador de curado.
13. Un procedimiento según la reivindicación 12,
en el que dicho precursor geopolímero comprende un material de
intercambio iónico.
14. Un procedimiento según la reivindicación 12
ó 13, en el que dicho iniciador de curado comprende un silicato.
15. Un procedimiento según la reivindicación 13
ó 14, en el que dicho material de intercambio iónico se trata con
una disolución alcalina de un silicato.
16. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 15, en el que el precursor geopolímero se
deja curar para formar un producto monolítico.
17. Un procedimiento según la reivindicación 16,
en el que se deja que el curado tenga lugar durante
12-48 horas.
18. Un procedimiento según la reivindicación 16
o 17, en el que la mezcla se calienta durante el procedimiento de
curado.
19. Un procedimiento según la reivindicación 18,
en el que se utiliza una temperatura entre temperatura ambiente y
800ºC.
20. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la clinoptilolita se trata
con una disolución acuosa que contiene silicato sódico, hidróxido
sódico y agua destilada y la mezcla resultante se deja curar
durante 19 horas a 80ºC para proporcionar un producto sólido, duro,
de alta integridad y estabilidad.
Applications Claiming Priority (2)
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