[go: up one dir, main page]

RU2452050C1 - Method for processing solid mixed radioactive wastes - Google Patents

Method for processing solid mixed radioactive wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2452050C1
RU2452050C1 RU2011106438/07A RU2011106438A RU2452050C1 RU 2452050 C1 RU2452050 C1 RU 2452050C1 RU 2011106438/07 A RU2011106438/07 A RU 2011106438/07A RU 2011106438 A RU2011106438 A RU 2011106438A RU 2452050 C1 RU2452050 C1 RU 2452050C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radioactive
radioactive waste
solid
organic
salt
Prior art date
Application number
RU2011106438/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Карпович Андрианов (RU)
Анатолий Карпович Андрианов
Виктор Васильевич Кривобоков (RU)
Виктор Васильевич Кривобоков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority to RU2011106438/07A priority Critical patent/RU2452050C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2452050C1 publication Critical patent/RU2452050C1/en

Links

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: ecology.
SUBSTANCE: method for processing solid mixed radioactive wastes includes their thermal destruction in a chemically active environment in a heated device. Thermal destruction of solid mixed radioactive wastes of organic origin is carried out in the medium of radioactive salt fusion cakes and sediments previously fluidised with high-boiling mineral acids in process of heating from 20 to 350°C in four stages, by means of sequential increase and maintenance of medium temperature in the device in the ranges from 20 to 60°C, from 100 to 150°C, from 150 to 250°C, from 250 to 350°C, under atmospheric pressure, in conditions of free access of air into the reaction zone as the product is mixed in the device, and the produced dry product is solidified.
EFFECT: invention makes it possible to possibly reduce volume and weight of solid radioactive wastes to the maximum, to simplify technology and design of the equipment, to reduce toxicity and quantity of hazardous gas emissions into environment.
3 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при переработке (обезвреживании) твердых смешанных радиоактивных отходов, образующихся в процессе эксплуатации атомных электрических станций (АЭС).The invention relates to the field of environmental protection and can be used in the processing (disposal) of solid mixed radioactive waste generated during the operation of nuclear power plants (NPPs).

На АЭС в результате производственной деятельности неизбежно образуется и накапливается большое количество твердых радиоактивных отходов (ТРО) среднего и низкого уровня активности, которые обычно подразделяют на горючие (сжигаемые) и негорючие (несжигаемые) отходы [В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. Москва, Атомиздат, 1979, с.248-249, 252].A large amount of medium and low level solid radioactive waste (SRW) is inevitably generated and accumulated at a nuclear power plant as a result of production activities, which are usually divided into combustible (combusted) and non-combustible (non-combustible) waste [V.P.Shvedov, V.M.Sedov and other nuclear technology. Moscow, Atomizdat, 1979, p. 248-249, 252].

К твердым несжигаемым РАО относятся металлические фрагменты и узлы технологического оборудования, строительный мусор, фильтры вентиляционных систем, шламы и солевые осадки емкостей-хранилищ ЖРО, плавы установок глубокого упаривания (УГУ) кубовых остатков и др. Количество твердых солевых отходов (слежавшиеся осадки и плавы УГУ) составляет от 10 до 30% от общего объема образующихся на АЭС ЖРО.Solid non-combustible radioactive waste includes metal fragments and components of technological equipment, construction waste, filters of ventilation systems, sludge and salt sludge from LRW storage tanks, melts of deep evaporation plants (UGU) of bottoms, etc. The amount of solid salt waste (packed sediments and UGU melt ) is from 10 to 30% of the total volume generated at the NPP LRW.

Сжигаемыми отходами являются отходы органического происхождения, которые условно подразделяют на две крупные группы - целлюлозные (бумага, картон, ветошь, древесина, вата и др.) и полимерные (полиэтилен, пластикат, отработавшие свой регламентный срок ионообменные смолы и др.) материалы. Объем твердых сжигаемых радиоактивных отходов (РАО) составляет 40-60% от общей массы образующихся на АЭС радиоактивных отходов [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. Самара, Самарский дом печати, 2000, с.137, 207].Organic waste, which is conventionally divided into two large groups - cellulose (paper, cardboard, rags, wood, cotton wool, etc.) and polymeric (polyethylene, plastic compound, ion-exchange resins, which have worked out their routine life) are materials that are burned. The volume of solid combustible radioactive waste (RW) is 40-60% of the total mass of radioactive waste generated at nuclear power plants [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. Samara, Samara Printing House, 2000, p.137, 207].

Насущной проблемой обращения с РАО на АЭС, требующей принятия действенных решений, является проблема, связанная с высокой степенью заполнения станционных хранилищ радиоактивными отходами и отсутствием на большинстве АЭС действующих установок (участков, цехов) по обезвреживанию РАО непосредственно на территории АЭС. Это существенно обостряет экологическую опасность в регионах расположения АЭС, обусловленную возможностью выхода радионуклидов в окружающую среду [Ю.П.Корчагин. Снижение поступлений радиоактивных отходов и технологии их переработки. Тезисы доклада 4-й международной научно-технической конференции. Обращение с радиоактивными отходами. М., 26-28 июня, 2001, с.13]. Перевозка же станционных РАО на специализированные предприятия по их обезвреживанию сопряжена с экологическим риском, связанным с возможностью радиационного загрязнения окружающей среды в случае дорожно-транспортных аварий и диверсий.An urgent problem of radioactive waste management at nuclear power plants, requiring effective decisions, is the problem associated with the high degree of filling of the station storage with radioactive waste and the absence at the majority of nuclear power plants of existing plants (sites, workshops) for the disposal of radioactive waste directly on the territory of the nuclear power plant. This significantly aggravates the environmental hazard in the regions where the nuclear power plant is located, due to the possibility of radionuclide release into the environment [Yu.P. Korchagin. Reducing the receipt of radioactive waste and technology for their processing. Abstracts of the 4th international scientific and technical conference. Radioactive waste management. M., June 26-28, 2001, p.13]. Transportation of station radioactive waste to specialized enterprises for their disposal is associated with environmental risk associated with the possibility of radiation pollution in the event of road traffic accidents and sabotage.

В настоящее время ни одна из стран не обладает эффективными технологиями, позволяющими полностью решить проблему обращения с радиоактивными отходами, образующимися на АЭС. В большинстве стран РАО просто сортируются и складируются на территории АЭС в ожидании решения этой проблемы, поэтому и сейчас обращение с радиоактивными отходами является одним из приоритетнейших направлений исследований в странах с развитой ядерной энергетикой [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. Самара, Самарский дом печати, 2000, с.3].Currently, none of the countries has effective technologies to completely solve the problem of handling radioactive waste generated at nuclear power plants. In most countries, radioactive waste is simply sorted and stored on the territory of a nuclear power plant in anticipation of a solution to this problem, which is why radioactive waste management is still one of the research priorities in countries with developed nuclear energy [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. Samara, Samara Printing House, 2000, p.3].

Известно, что для обеспечения условий экологической безопасности при длительном хранении и захоронении РАО необходимо проведение комплекса мероприятий (технологий) по их обезвреживанию. При этом основными условиями организации эффективных технологий обезвреживания РАО являются не только обеспечение требований максимального уменьшения их объема и качественного отверждения (омоноличивание, замоноличивание, иммобилизация) конечного продукта в твердой матрице, отвечающей требованию надежной изоляции РАО от внешней среды, но и простота используемых в технологии способов и аппаратурного оформления технологического процесса переработки РАО. Немаловажным также является минимизация энергозатрат, стоимость и доступность реагентов и материалов, используемых в технологии обезвреживания радиоактивных отходов.It is known that to ensure environmental safety during long-term storage and disposal of radioactive waste, a set of measures (technologies) for their disposal should be carried out. At the same time, the main conditions for organizing effective RW disposal technologies are not only ensuring the requirements for maximum reduction of their volume and quality curing (monolithic, monolithic, immobilization) of the final product in a solid matrix that meets the requirement of reliable RW isolation from the external environment, but also the simplicity of the methods used in the technology and hardware design of the RW reprocessing process. It is also important to minimize energy costs, cost and availability of reagents and materials used in the technology of disposal of radioactive waste.

В технологии переработки несжигаемых ТРО особое место занимает проблема извлечения твердофазных слежавшихся солевых осадков из станционных емкостей-хранилищ концентратов ЖРО как в аварийной ситуации для их передачи в резервные емкости, так и для направления солевых концентратов отходов на отверждение. В настоящее время все применяемые на практике способы извлечения солевых осадков из емкостей-хранилищ ЖРО основаны на использовании механических, гидромеханических и пневмо-пульсационных устройств и узлов, которые работают в коррозионно агрессивной радиоактивной среде, что создает определенные трудности при обслуживании и ремонте этого оборудования [Л.С.Рагинский, А.А.Резник и др. Пути решения проблемы извлечения РАО из емкостей-хранилищ ЖРО АЭС. Тезисы доклада 4-й международной научно-технической конференции. Обращение с радиоактивными отходами. М., 26-28 июня, 2001, с.24, 25 и А.С.Никифоров, В.В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М., Энергоатомиздат, 1985, с.69-70].In the technology for processing non-combustible SRW, a special place is occupied by the problem of extracting solid-phase caked salt sediments from station storage tanks of LRW concentrates both in an emergency situation for their transfer to reserve tanks and for sending saline waste concentrates for solidification. Currently, all practical methods for the extraction of salt sediments from LRW storage tanks are based on the use of mechanical, hydromechanical, and pulsating devices and units that operate in a corrosive radioactive environment, which creates certain difficulties in the maintenance and repair of this equipment [L .S. Raginsky, A. A. Reznik and others. Ways of solving the problem of RW extraction from storage tanks of LRW nuclear power plants. Abstracts of the 4th international scientific and technical conference. Radioactive waste management. M., June 26-28, 2001, p.24, 25 and A.S. Nikiforov, V.V. Kulichenko, M.I. Zhikharev. Neutralization of liquid radioactive waste. M., Energoatomizdat, 1985, p.69-70].

В настоящее время в практике обезвреживания смешанных твердых сжигаемых органических отходов (целлюлозных и полимерных) широкое распространение получили термические способы. К термическим способам в первую очередь относятся методы их огневого и плазменного сжигания в специальных печах при температурах 800-4000°С. Эти способы позволяют перевести органические радиоактивные отходы в биологически- и пожаробезопасное состояние, при этом объем отходов может быть уменьшен в 10-50 раз [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. Самара, Самарский дом печати, 2000, с.164-170, 204-206 и В.П.Шведов, В.М.Седов и др. Ядерная технология. Москва, Атомиздат, 1979, с.252-256].Currently, in the practice of neutralizing mixed solid combustible organic waste (cellulosic and polymeric) thermal methods are widely used. Thermal methods primarily include methods of their fire and plasma combustion in special furnaces at temperatures of 800-4000 ° C. These methods make it possible to transfer organic radioactive waste into a biologically and fireproof state, while the volume of waste can be reduced by 10-50 times [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. Samara, Samara Press House, 2000, p.164-170, 204-206 and V.P. Shvedov, V. M. Sedov and others. Nuclear technology. Moscow, Atomizdat, 1979, p. 252-256].

Основными недостатками способов огневого и плазменного сжигания органических РАО являются высокие температуры проведения процесса, значительная металлоемкость оборудования, сложное аппаратурно-технологическое оформление процесса и др., что ведет к существенному увеличению энергетических и капитальных затрат.The main disadvantages of the methods of fire and plasma burning of organic RW are the high temperatures of the process, the significant metal consumption of the equipment, the complex hardware and technological design of the process, etc., which leads to a significant increase in energy and capital costs.

В этой связи весьма актуален поиск простых эффективных способов обезвреживания смешанных органических РАО, которые осуществлялись бы при более низких температурах.In this regard, the search for simple effective methods for the disposal of mixed organic radioactive waste, which would be carried out at lower temperatures, is highly relevant.

Одним из таких способов является низкотемпературный пиролиз твердых органических отходов в расплавах гидрооксидов и солей щелочных металлов, который разрабатывается в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. Самара, Самарский дом печати, 2000, с.206-209 и Ю.В.Островский, В.А.Матюха. Термическая деструкция твердых органических отходов расплавами щелочей. Известия академии промышленной экологии. №2, М., Издание Академии промышленной экологии, 1999, с.60-67]. Данный способ по технической сущности наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.One of such methods is low-temperature pyrolysis of solid organic waste in molten hydroxides and alkali metal salts, which is currently being developed both in our country and abroad [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. Samara, Samara Press House, 2000, p.206-209 and Yu.V. Ostrovsky, V.A. Matyukha. Thermal destruction of solid organic waste with alkali melts. News of the Academy of Industrial Ecology. No. 2, M., Edition of the Academy of Industrial Ecology, 1999, S. 60-67]. This method by technical nature is closest to the claimed and selected as a prototype.

Сущность способа - прототипа заключается в том, что пиролиз твердых радиоактивных отходов органического происхождения проводят в химически активной среде, представляющей собой расплав щелочей, при температуре 400-450°С. В результате пиролиза образуются пиролизный газ с высокой теплотворной способностью и твердые частицы радиоактивных аэрозолей.The essence of the prototype method is that the pyrolysis of solid radioactive waste of organic origin is carried out in a chemically active medium, which is a molten alkali, at a temperature of 400-450 ° C. As a result of pyrolysis, pyrolysis gas with a high calorific value and solid particles of radioactive aerosols are formed.

Несмотря на свои неоспоримые достоинства (простота конструкции и компактность оборудования, относительно низкие температуры плавления щелочей и проведения самого процесса и др.) способ-прототип имеет существенные недостатки.Despite its indisputable advantages (simplicity of design and compact equipment, relatively low melting temperatures of alkalis and the process itself, etc.), the prototype method has significant drawbacks.

При пиролизе твердых органических радиоактивных отходов в расплавах щелочей в газовую фазу попадают твердые частицы щелочей, кислые газы и продукты пиролиза органического происхождения, что значительно усложняет систему пыле - газоочистки, требующей глубокого извлечения твердых частиц аэрозолей и нейтрализации «кислых» газов с последующим окислением органических веществ до безвредных СО2 и Н2О каталитическим методом [Ю.В.Чечеткин, А.Ф.Грачев. Обращение с радиоактивными отходами. Самара, Самарский дом печати, 2000, с.208]. Кроме того, способ-прототип не предусматривает решение проблем обезвреживания радиоактивных солевых осадков и плавов, обращения с образующимися вторичными РАО и отработанными радиоактивными расплавами щелочей.During the pyrolysis of solid organic radioactive wastes in alkali melts, solid particles of alkalis, acid gases and products of pyrolysis of organic origin get into the gas phase, which significantly complicates the dust-gas cleaning system, which requires deep extraction of aerosol solid particles and neutralization of “acid” gases with subsequent oxidation of organic substances to harmless СО 2 and Н 2 О by the catalytic method [Yu.V. Chechetkin, A.F. Grachev. Radioactive waste management. Samara, Samara Printing House, 2000, p.208]. In addition, the prototype method does not provide a solution to the problems of the neutralization of radioactive salt sediments and floats, the treatment of the resulting secondary radioactive waste and spent radioactive alkali melts.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание универсального способа (комплексной технологии) обезвреживания образующихся на АЭС смешанных твердых радиоактивных отходов, позволяющего:The task to which the invention is directed is the creation of a universal method (integrated technology) for the disposal of mixed solid radioactive waste generated at nuclear power plants, which allows:

- провести размыв (разжижение) солевых слежавшихся осадков хранилищ ЖРО и застарелых плавов УГУ и их гидравлическую откачку из хранилищ с использованием в качестве разжижающей жидкости концентрированных высококипящих минеральных кислот;- to carry out the washing out (liquefaction) of salt packed sediments of LRW storage facilities and the old-time UFU melts and their hydraulic pumping from storage using concentrated high-boiling mineral acids as a fluidizing liquid;

- провести совместное обезвреживание разжиженных кислотой солевых концентратов (слежавшиеся осадки и плавы) и смешанных органических углеродосодержащих отходов в одном простейшем по конструкции аппарате (ванне, емкости);- to carry out a joint neutralization of acid-diluted salt concentrates (packed sediments and floats) and mixed organic carbon-containing wastes in one simplest apparatus (bath, tank);

- максимально возможно уменьшить объем и массу радиоактивных отходов и конечного продукта, подлежащего длительному хранению;- as much as possible to reduce the volume and mass of radioactive waste and the final product subject to long-term storage;

- снизить металлоемкость оборудования и энергетические затраты на проведение технологического процесса;- reduce the metal consumption of equipment and energy costs for the process;

- перевести конечный продукт переработки РАО в пожаро-взрывобезопасное состояние;- transfer the final product of RW processing into a fire and explosion safe state;

- обеспечить возможность иммобилизации биологически стойкого сухого остатка от переработки РАО в твердой матрице (геоцементный камень), обеспечивающей надежное длительное хранение и захоронение конечного продукта;- to provide the possibility of immobilization of biologically stable solids from the processing of radioactive waste in a solid matrix (geo-cement stone), which provides reliable long-term storage and burial of the final product;

- снизить финансовые затраты на реагенты;- reduce the financial costs of reagents;

- уменьшить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона при обезвреживании РАО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.- to reduce the technogenic impact of harmful substances on the environment of the region during the disposal of radioactive waste and improve the environmental situation during the long-term storage of final radioactive products.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе переработки твердых смешанных радиоактивных отходов, включающем их термическую деструкцию в химически активной среде (пиролиз) в обогреваемом аппарате (ванне), предлагается термическую деструкцию смешанных твердых радиоактивных отходов органического происхождения проводить в среде предварительно разжиженных высококипящими минеральными кислотами радиоактивных солевых осадков и плавов при разогреве от 20 до 350°С.To solve the problem and achieve the technical result in a method for processing solid mixed radioactive waste, including their thermal destruction in a chemically active medium (pyrolysis) in a heated apparatus (bath), it is proposed that thermal destruction of mixed solid radioactive waste of organic origin be carried out in a medium pre-liquefied with high boiling point mineral acids of radioactive salt sediments and floats when heated from 20 to 350 ° C.

Предлагается также в процессе обезвреживания разогрев и обработку РАО проводить в четыре стадии, последовательно поднимая и выдерживая температуру среды в аппарате в диапазонах от 20 до 60°С, от 100 до 150°С, от 150 до 250°С, от 250 до 350°С.It is also proposed that in the process of neutralization, heating and RW treatment be carried out in four stages, successively raising and maintaining the temperature of the medium in the apparatus in the ranges from 20 to 60 ° C, from 100 to 150 ° C, from 150 to 250 ° C, from 250 to 350 ° FROM.

Предлагается также процесс обезвреживания РАО проводить при атмосферном давлении, в условиях свободного доступа кислорода (воздуха) в реакционную зону аппарата при перемешивании продукта в аппарате.It is also proposed that the RW neutralization process be carried out at atmospheric pressure, under conditions of free access of oxygen (air) to the reaction zone of the apparatus with stirring of the product in the apparatus.

Кроме того, предлагается получаемый в результате обезвреживания РАО сухой продукт омоноличивать, используя вяжущие вещества фосфатного твердения, природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов.In addition, it is proposed that the dry product obtained as a result of RW neutralization be monitored using phosphate hardening binders, natural minerals or industrial wastes containing metal oxides.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в нем заложен принцип «радиоактивное обезвреживается в радиоактивном». А именно предлагается термическую деструкцию (пиролиз) твердых смешанных радиоактивных органических отходов проводить в химически активной среде, представляющей собой разжиженные избытком высококипящих минеральных кислот радиоактивные солевые осадки и плавы. В процессе обезвреживания постепенно разогревать среду, в которую помещаются твердые радиоактивные отходы органического происхождения, в диапазоне от 20 до 350°С, а полученный сухой продукт переработки омоноличивать, например, фосфорной кислотой или жидкостями затворения на ее основе с использованием в качестве охранной матрицы природных минералов или отходов промышленных предприятий, содержащих оксиды металлов.The essence of the proposed method lies in the fact that it incorporates the principle of "radioactive neutralized in radioactive". Namely, it is proposed that the thermal destruction (pyrolysis) of solid mixed radioactive organic waste be carried out in a chemically active medium, which is radioactive salt sediments and melts diluted with an excess of high boiling mineral acids. During the neutralization process, gradually warm up the medium in which solid radioactive waste of organic origin is placed in the range from 20 to 350 ° C, and homologate the resulting dry processing product, for example, with phosphoric acid or mixing liquids based on it using natural minerals as a protective matrix or industrial waste containing metal oxides.

Предлагаемый способ позволяет, в зависимости от состава (типа) накопленных на АЭС РАО, их количества, степени заполнения станционных хранилищ отходами и др., проводить обезвреживание РАО по гибкой (универсальной) технологии, обеспечивающей возможность переработки РАО как индивидуально, так и комплексно (последовательно, совместно) с получением конечных продуктов, представляющих собой твердые монолиты (геоцементные камни), пригодные к экологически безопасному длительному их хранению.The proposed method allows, depending on the composition (type) of the RW accumulated at the NPP, their quantity, the degree of filling station storages with waste, etc., to carry out the disposal of RW using a flexible (universal) technology that enables the processing of RW both individually and comprehensively (sequentially , together) with the receipt of final products, which are solid monoliths (geo-cement stones), suitable for environmentally safe long-term storage.

Экспериментально установлено, что застарелые солевые осадки и плавы эффективно разжижаются концентрированными высококипящими минеральными кислотами, в частности ортофосфорной, серной кислотами и их смесями с образованием подвижного транспортабельного продукта, представляющего собой насыщенную смесь солей металлов минеральных и органических кислот в избытке высококипящих минеральных кислот.It has been experimentally established that long-standing salt deposits and melts are effectively diluted with concentrated high boiling mineral acids, in particular phosphoric, sulfuric acids and their mixtures, with the formation of a mobile transportable product, which is a saturated mixture of metal salts of mineral and organic acids in excess of high boiling mineral acids.

При реализации предлагаемого способа необходимость использования конкретной кислоты или смеси кислот определяется многими факторами, основным из которых является количество и количественное соотношение (солевой осадок: отходы органического происхождения) перерабатываемых ТРО.When implementing the proposed method, the need to use a specific acid or mixture of acids is determined by many factors, the main of which is the quantity and quantitative ratio (salt sediment: organic waste) of processed SRW.

Так, если в состав перерабатываемых ТРО входят в основном солевые осадки и плавы, то их разжижение и обезвреживание целесообразно проводить с использованием фосфорной кислоты или фосфорной с добавкой серной кислоты.So, if the composition of the SRW processed includes mainly salt sediments and floats, it is advisable to liquefy and neutralize them using phosphoric acid or phosphoric acid with the addition of sulfuric acid.

Выбор фосфорной кислоты в этом случае предпочтителен тем, что число трудно растворимых и нерастворимых фосфатов металлов, которые образуются при обработке солевых осадков и плавов, в воде значительно превышает число нерастворимых сульфатов [В.И.Перельман. Справочник химика. Госхимиздат, Москва, 1955, стр.55-86]. При конечной иммобилизации продуктов переработки ТРО это дает возможность повысить водостойкость омоноличенных продуктов и, следовательно, снизить вымываемость (выщелачиваемость) радионуклидов из них при длительном хранении.The choice of phosphoric acid in this case is preferable in that the number of hardly soluble and insoluble metal phosphates that are formed during the processing of salt deposits and floats in water significantly exceeds the number of insoluble sulfates [V.I. Perelman. Handbook of a chemist. Goskhimizdat, Moscow, 1955, pp. 55-86]. With the final immobilization of SRW processing products, this makes it possible to increase the water resistance of monolithic products and, therefore, reduce the leachability (leachability) of radionuclides from them during long-term storage.

При обезвреживании ТРО, состоящих в основном из отходов органического происхождения, необходимо в качестве химически активной среды использовать разжиженные серной кислотой солевые осадки и плавы.When neutralizing solid radioactive waste, consisting mainly of organic waste, it is necessary to use salt sediments and smelts diluted with sulfuric acid as a chemically active medium.

Выбор серной кислоты для разжижения солевых осадков и плавов и последующего обезвреживания в них радиоактивных отходов органического происхождения предпочтителен тем, что при взаимодействии концентрированной H2SO4 с органическими материалами возможно протекание ряда химических процессов, обеспечивающих дополнительные возможности повышения эффективности переработки ТРО. Сама концентрированная серная кислота обладает сильными окислительными свойствами, особенно при нагревании [Б.В. Некрасов. Основы общей химии. Том 1. Изд. Химия. Москва, 1965, с.314]. 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 (SO3). Трехокись серы, в свою очередь, также характеризуется сильными окислительными свойствамиThe choice of sulfuric acid to dilute salt sediments and floats and subsequent neutralization of radioactive waste of organic origin in them is preferable in that, in the interaction of concentrated H 2 SO 4 with organic materials, a number of chemical processes can occur that provide additional opportunities to increase the efficiency of SRW processing. Concentrated sulfuric acid itself has strong oxidizing properties, especially when heated [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry. Volume 1. Ed. Chemistry. Moscow, 1965, p. 314]. Sulfuric acid is usually reduced to colorless sulfur dioxide (SO 2 ), which, in turn, at a sufficiently high temperature, but not more than 400 ° C in the presence of catalysts, interacts with oxygen by a highly exothermic reaction - 1 with the formation of sulfur trioxide fuming in air ( SO 3 ). Sulfur trioxide, in turn, is also characterized by strong oxidizing properties.

Figure 00000001
Figure 00000001

Заметное разложение SO3 при нагревании (по реакции, обратной ее образованию) наступает лишь при температурах выше 400°С.A noticeable decomposition of SO 3 upon heating (by reaction opposite to its formation) occurs only at temperatures above 400 ° C.

Также серная кислота активно поглощает пары воды [Н.Л.Глинка. Общая химия. Том 1. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.384]. Способностью поглощать воду объясняется 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, даже холодная, отнимает от углеводородов водород и кислород, которые образуют воду, а углерод выделяется в виде угля. Горячая же серная кислота, являясь энергичным окислителем, окисляет образующийся углерод, по реакции (2), до летучих продуктов - СО2, SO3 и Н2ОSulfuric acid also actively absorbs water vapor [N.L. Glinka. General chemistry. Volume 1. Ed. Chemistry, Leningrad Branch, 1976, p. 384]. The ability to absorb water is explained by carbonization of organic substances, especially those belonging to the class of hydrocarbons (fiber, sugar, etc.), under the action of concentrated sulfuric acid on them. The composition of hydrocarbons, hydrogen and oxygen are in the same ratio as they are in water. Sulfuric acid, even cold, takes away hydrogen and oxygen from hydrocarbons, which form water, and carbon is released in the form of coal. Hot sulfuric acid, being an energetic oxidizing agent, oxidizes the formed carbon, according to reaction (2), to volatile products - СО 2 , SO 3 and Н 2 О

Figure 00000002
Figure 00000002

Кроме этого при нагревании «аморфного» углерода на воздухе он энергично взаимодействует с кислородом по реакции (3) [Б.В.Некрасов. Основы общей химии. Том 1. Изд. Химия. Москва, 1965, с.6]In addition, when "amorphous" carbon is heated in air, it interacts vigorously with oxygen by reaction (3) [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry. Volume 1. Ed. Chemistry. Moscow, 1965, p.6]

Figure 00000003
Figure 00000003

Основным компонентом сжигаемых органических отходов, относящихся к классу целлюлозных материалов, является клетчатка. Из нее построены ткани растений. Вата, фильтровальная бумага - наиболее чистые формы клетчатки (до 96%). Главные составные части древесины - клетчатка (преобладает) и лигнин. Целлюлоза и клетчатка на холоду растворяются в концентрированной серной кислоте (с частичной деструкцией) [А.А.Петров и др.. Органическая химия. Изд. «Высшая школа», Москва, 1973, с.302], образуя вязкий раствор [Н.Л.Глинка. Общая химия. Том 1. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1976, с.490].The main component of combustible organic waste belonging to the class of cellulosic materials is fiber. Plant tissue is built from it. Cotton wool, filter paper - the most pure forms of fiber (up to 96%). The main components of wood are fiber (prevails) and lignin. Cellulose and fiber in the cold are dissolved in concentrated sulfuric acid (with partial destruction) [A.A. Petrov et al. Organic chemistry. Ed. Higher School, Moscow, 1973, p.302], forming a viscous solution [N.L. Glinka. General chemistry. Volume 1. Ed. Chemistry, Leningrad Branch, 1976, p. 490].

Полимерные материалы, входящие в состав сжигаемых ТРО, являются органическими химическими соединениями с высокой молекулярной массой, макромолекулы которых построены (состоят) из большого числа повторяющихся углеводородных группировок (звеньев) одного или разных мономеров, соединенных между собой химическими связями [А.И.Артеменко. Органическая химия. Изд. «Просвещение», Москва, 2001, с.333-334, 353]. По основным физико-химическим свойствам (термическая и химическая стойкость) полимерные материалы весьма близки. Известно, что при нагревании полимерные материалы размягчаются, при температурах 110-170°С переходят в жидкообразное (вязкотекучее) состояние, а при температурах выше 300°С их огромные молекулы разрушаются [А.И.Артеменко. Органическая химия. Изд. «Просвещение», Москва, 2001, с.343-345 и А.Ф.Николаев. Технология пластических масс. Изд. «Химия», Ленинградское отделение, 1977, с.29]. Разрушение (деструкция) полимерных материалов интенсифицируется в окислительной среде в присутствии катализаторов (тяжелых металлов в высших степенях их окисления).The polymeric materials that make up the burnt SRW are high molecular weight organic chemical compounds whose macromolecules are constructed (consist) of a large number of repeating hydrocarbon groups (units) of one or different monomers interconnected by chemical bonds [A.I. Artemenko. Organic chemistry. Ed. "Enlightenment", Moscow, 2001, p.333-334, 353]. The main physical and chemical properties (thermal and chemical resistance) of polymeric materials are very close. It is known that when heated, polymeric materials soften, at temperatures of 110-170 ° C they turn into a liquid-like (viscous) state, and at temperatures above 300 ° C their huge molecules are destroyed [A.I. Artemenko. Organic chemistry. Ed. "Enlightenment", Moscow, 2001, p. 343-345 and A.F. Nikolayev. Technology of plastics. Ed. “Chemistry”, Leningrad Branch, 1977, p.29]. The destruction (destruction) of polymeric materials is intensified in an oxidizing environment in the presence of catalysts (heavy metals in higher degrees of oxidation).

Известно о каталитическом влиянии металлов в высших степенях их окисления, например Fe+3, ускоряющем кинетику процесса термохимической деструкции органических веществ [Патент США №4737315, 1986 г., G21F 9/08 и Journal of Radijanalytical Chemistry, 1983, v.78, №2, p.295-305]. При реализации предлагаемого способа катализаторами, ускоряющими реакцию термохимической деструкции целлюлозных и полимерных ТРО, являются катионы металлов (Fe+3, Cu+2 и др.), входящих в состав радиоактивных солевых концентратов (солевые осадки и плавы).It is known about the catalytic effect of metals in higher degrees of oxidation, for example, Fe +3 , accelerating the kinetics of the process of thermochemical destruction of organic substances [US Patent No. 4737315, 1986, G21F 9/08 and Journal of Radijanalytical Chemistry, 1983, v.78, No. 2, p. 295-305]. When implementing the proposed method, the catalysts that accelerate the reaction of thermochemical destruction of cellulosic and polymer SRW are metal cations (Fe +3 , Cu +2 , etc.) that are part of radioactive salt concentrates (salt precipitation and floats).

Немаловажным является и то, что H2SO4 не дефицитна и используется в технологическом цикле действующих и проектируемых АЭС с ВВЭР для регенерации Н-катионитовых фильтров системы очистки конденсата второго контура. Концентрированная (выше 75%) серная кислота не действует на железо, что 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].It is also important that H 2 SO 4 is not scarce and is used in the technological cycle of operating and designed NPPs with VVER for the regeneration of H-cation exchange filters of the secondary condensate purification system. Concentrated (above 75%) sulfuric acid does not act on iron, which allows it to be stored and transported to places of radioactive waste processing in steel tanks (tanks) [B.V. Nekrasov, Fundamentals of General Chemistry. Volume 1. Ed. Chemistry, Moscow, 1965, p. 314].

Известно [патент РФ №2336584, G21F 9/04, опубл. 20.10.2008, бюл. №29], что в процессе термообработки солевых концентратов, содержащих избыток Н3РO4, при температурах 100-150°С происходит не только чисто физический процесс термической отгонки воды, низкокипящих минеральных и органических кислот, например азотной и уксусной (температура кипения водных растворов HNO3 не более 122°С [Б.В.Некрасов. Основы общей химии, т.1, изд. Химия, Москва, 1965, стр.420]; уксусной кислоты - 118,1°С [В.И.Перельман. Спровочник химика. Госхимиздат, Москва, 1955, стр.154-155]), но и термохимическое разложение солей основных кислот, входящих в состав ЖРО (борной, азотной, щавелевой) - до летучих боратов, окислов азота и углерода, в то время как Н3РO4 не летуча (температура кипения Н3РO4 - 213°С [В.И.Перельман. Справочник химика. Госхимиздат, Москва, 1955, стр.66-68]) и расходуется только на протекание химических реакций с солевыми компонентами ЖРО с образованием пожаро-взрывобезопасных, безводных [Р.Рипан, И.Четяну. Неорганическая химия, том 1, изд. Мир, Москва, 1971, с.86] фосфатов.It is known [RF patent No. 2336584, G21F 9/04, publ. 10/20/2008, bull. No. 29] that during the heat treatment of salt concentrates containing an excess of H 3 PO 4 at temperatures of 100-150 ° C, not only the purely physical process of thermal distillation of water, low boiling mineral and organic acids, such as nitric and acetic (the boiling point of aqueous solutions) occurs HNO 3 no more than 122 ° С [B.V. Nekrasov. Fundamentals of general chemistry, vol. 1, published by Chemistry, Moscow, 1965, p. 420]; acetic acid - 118.1 ° С [V.I. Perelman. Chemist’s provocateur, Goskhimizdat, Moscow, 1955, pp. 154-155]), but also the thermochemical decomposition of salts of the basic acids that make up G PO (boric, nitric, oxalic) - to volatile borates, nitrogen oxides and carbon, while Н 3 РО 4 is not volatile (boiling point Н 3 РО 4 - 213 ° С [V.I. Perelman. Chemical chemist reference book. Goskhimizdat Moscow, 1955, p.66-68]) and is spent only on chemical reactions with the salt components of LRW with the formation of fire-explosion-proof, anhydrous [R. Ripan, I. Chetyanu. Inorganic Chemistry, Volume 1, Ed. Mir, Moscow, 1971, p.86] phosphates.

Аналогичные результаты по трансформации (изменению) состава и свойств солевых концентратов были получены авторами при отработке предлагаемого способа с применением в качестве разжижающей жидкости концентрированной серной кислоты (температура кипения H2SO4 - 336,5°С). При этом конечный продукт термообработки солевых смесей в сернокислой среде представлял собой квазигомогенную, транспортабельную смесь кристаллических солей (в основном сульфатов) в избытке H2SO4.Similar results on the transformation (change) in the composition and properties of salt concentrates were obtained by the authors during the development of the proposed method using concentrated sulfuric acid as a fluidizing liquid (boiling point of H 2 SO 4 - 336.5 ° C). At the same time, the final product of heat treatment of salt mixtures in a sulfuric acid medium was a quasi-homogeneous, transportable mixture of crystalline salts (mainly sulfates) in excess of H 2 SO 4 .

Отмеченная выше информация о физико-химических свойствах серной и фосфорной кислот, солевых концентратов на их основе, известные сведения о термохимической стойкости органических материалов в агрессивных кислых средах и экспериментальные данные, полученные при отработке предлагаемого способа, свидетельствуют о том, что обработка смешанных сжигаемых ТРО в разжиженном серной кислотой или смесью серной и фосфорной кислот солевом продукте в температурном диапазоне от 20 до 350°С приводит к полной деструкции (разрушению) ТРО с образованием газообразных продуктов и зольного сухого остатка. При этом состав и количество зольного остатка зависит от состава используемого солевого концентрата, минеральных добавок (стабилизаторов) используемых при производстве полимерных материалов.The above information on the physicochemical properties of sulfuric and phosphoric acids, salt concentrates based on them, the known information on the thermochemical resistance of organic materials in aggressive acidic environments and the experimental data obtained during the development of the proposed method indicate that the treatment of mixed combusted SRW in A salt product diluted with sulfuric acid or with a mixture of sulfuric and phosphoric acids in the temperature range from 20 to 350 ° C leads to complete destruction (destruction) of SRW with the formation gaseous products and ash solids. The composition and amount of ash residue depends on the composition of the used salt concentrate, mineral additives (stabilizers) used in the production of polymeric materials.

Экспериментально установлено, что процесс термохимической деструкции ТРО органического происхождения в среде предварительно разжиженных высококипящими минеральными кислотами солевых плавов и осадков протекает постадийно с образованием в аппарате промежуточных продуктов.It has been experimentally established that the process of thermochemical destruction of SRW of organic origin in the medium of salt fluids and sediments previously diluted with high boiling mineral acids proceeds in stages with the formation of intermediate products in the apparatus.

На начальной стадии при температурах 20-60°С происходит интенсивное растворение целлюлозных материалов, входящих в состав смешанных ТРО. Процесс проходит с саморазогревом и вспениванием продукта в аппарате. В связи с этим целесообразно вводить измельченную смесь ТРО в аппарат небольшими порциями при постоянном перемешивании. После завершения ввода ТРО и прекращения паро- газовыделений из реакционной зоны аппарата нагрев увеличивают. В температурном диапазоне 100-150°С проводят вторую стадию обработки отходов. В этом температурном диапазоне обработки происходит не только глубокое обезвоживание минеральных солей, но и термохимическая трансформация солей основных кислот, входящих в состав солевых концентратов (борной, азотной, щавелевой, уксусной и др.), до паров воды, летучих боратов, азота и углерода с образованием в аппарате смеси обезвоженных минеральных солей (сульфатов и фосфатов) с углеводородными компонентами отходов. О завершения стадии процесса свидетельствует прекращение парогазовыделений из реакционной зоны аппарата.At the initial stage, at temperatures of 20-60 ° C, intense dissolution of the cellulosic materials that make up the mixed SRW occurs. The process takes place with self-heating and foaming of the product in the apparatus. In this regard, it is advisable to introduce the ground SRW mixture into the apparatus in small portions with constant stirring. After completion of SRW input and termination of steam and gas evolution from the reaction zone of the apparatus, the heating is increased. In the temperature range of 100-150 ° C, the second stage of waste treatment is carried out. In this temperature range of processing, not only deep dehydration of mineral salts occurs, but also the thermochemical transformation of salts of the main acids that make up salt concentrates (boric, nitric, oxalic, acetic, etc.) to water vapor, volatile borates, nitrogen, and carbon with the formation in the apparatus of a mixture of dehydrated mineral salts (sulfates and phosphates) with hydrocarbon components of the waste. The completion of the process stage is indicated by the termination of steam and gas emissions from the reaction zone of the apparatus.

При дальнейшем увеличении температуры в аппарате и продолжении обработки РАО в температурном диапазоне 150-250°С органическая основа отходов подвергается интенсивному термическому, химическому, каталитическому, окислительному воздействию серной кислоты и образующейся трехокиси серы с образованием в аппарате порошкообразной смеси биологически стойкого к воздействию всех видов микроорганизмов «аморфного» технического углерода [патент РФ №2156511, МПК6 G21F 9/28, 9/28, опубл. 20.09.2000. Бюл. №26] и обезвоженных солей высококипящих минеральных кислот и оксидов металлов. Критерием завершения процесса полной деструкции смешанных ТРО до углерода является отсутствие в газовых выбросах дымящейся на воздухе трехокиси серы.With a further increase in the temperature in the apparatus and continued treatment of radioactive waste in the temperature range of 150-250 ° C, the organic waste base is subjected to intense thermal, chemical, catalytic, oxidative effects of sulfuric acid and the resulting sulfur trioxide with the formation in the apparatus of a powdery mixture biologically resistant to all types of microorganisms "Amorphous" carbon black [RF patent No. 2156511, IPC 6 G21F 9/28, 9/28, publ. 09/20/2000. Bull. No. 26] and dehydrated salts of high boiling mineral acids and metal oxides. The criterion for completing the process of complete destruction of mixed SRW to carbon is the absence of sulfur trioxide fuming in the air from gas emissions.

При увеличении температуры и продолжении процесса обезвреживания ТРО в диапазоне температур 250-350°С образовавшийся углерод в условиях свободного доступа кислорода воздуха в реакционную зону аппарата полностью сгорает по реакции (3) до двуокиси углерода. При этом в аппарате остается зольный остаток, представляющий собой обезвоженную смесь солей высококипящих минеральных кислот с оксидами металлов. Критерием завершения процесса глубокой термохимической деструкции органических ТРО являются прекращение газовыделений из реакционной зоны аппарата и постоянство веса конечного продукта.With increasing temperature and continuing the process of neutralization of solid radioactive waste in the temperature range of 250-350 ° C, the formed carbon under conditions of free access of atmospheric oxygen to the reaction zone of the apparatus completely burns by reaction (3) to carbon dioxide. At the same time, an ash residue remains in the apparatus, which is a dehydrated mixture of salts of high boiling mineral acids with metal oxides. The criterion for completing the process of deep thermochemical destruction of organic SRW is the cessation of gas evolution from the reaction zone of the apparatus and the constancy of the weight of the final product.

При реализации предлагаемого способа положительным является и то, что основные реакции, протекающие в реакционной зоне аппарата, экзотермичные, а «аморфный» углерод, образующийся на завершающем этапе обезвреживания сжигаемых ТРО, сам является топливом, что позволяет существенно снизить внешнее энергопотребление на проведение процесса.When implementing the proposed method, it is also positive that the main reactions that occur in the reaction zone of the apparatus are exothermic, and the “amorphous” carbon formed at the final stage of neutralization of the burned solid waste is fuel itself, which can significantly reduce the external energy consumption for the process.

При реализации предлагаемой технологии на практике основные химико-технологические параметры, такие как необходимое количество кислот для разжижения солевых продуктов, температурный режим проведения процесса, последовательность (очередность, стадийность) переработки ТРО и др., определяются в каждом конкретном случае индивидуально и зависят от типа перерабатываемых отходов, их количества и количественного соотношения, степени заполнения станционных хранилищ отходами и др.When implementing the proposed technology in practice, the main chemical-technological parameters, such as the required amount of acids to dilute salt products, the temperature regime of the process, the sequence (sequence, stage-by-stage) of SRW processing, etc., are determined individually in each case and depend on the type of processed waste, their quantity and quantitative ratio, the degree of filling station storages with waste, etc.

После обезвреживания смешанных ТРО органического происхождения по предлагаемому способу получаемый сухой зольный остаток омоноличивают. Для этого может быть использована фосфорная кислота или жидкости 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], которые позволяют из конечных продуктов обезвреживания ТРО получать твердые матрицы, подобные по свойствам геоцементным камням. Целесообразность омоноличивания сухого конечного продукта в геоцементный камень обуславливается тем, что такая матрица химически, термически, радиационно и биологически более стойка в сравнении с обычным цементом или битумом, применяемыми при иммобилизации солевых концентратов радиоактивных отходов. По своей природе геоцементный камень близок к горным породам, в которых предполагается размещать могильники длительного захоронения радиоактивных отходов.After the disposal of mixed SRW of organic origin by the proposed method, the resulting dry ash residue is monolithic. For this, phosphoric acid or mixing liquids based on it can be used [S.L. Golynko-Wolfson, M. M. Sychev, L. G. Sudakas and others. Chemical fundamentals of the technology and application of phosphate bonds and coatings. Chemistry, Leningrad Branch, 1968], which allow one to obtain solid matrices similar to the properties of geo-cement stones from the final products of the disposal of SRW. The feasibility of monolishing the dry final product into a geo-cement stone is determined by the fact that such a matrix is chemically, thermally, radiation and biologically more stable in comparison with ordinary cement or bitumen used in the immobilization of salt concentrates of radioactive waste. By its nature, geocement stone is close to rocks in which it is planned to place repositories for the long-term disposal of radioactive waste.

При проведении экспериментов по обоснованию предлагаемой технологии обезвреживания ТРО использовали:When conducting experiments to justify the proposed technology for the disposal of SRW used:

- концентрированную серную кислоту марки «хч» по ГОСТ 4204-77;- concentrated sulfuric acid brand "hch" according to GOST 4204-77;

- 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 так же (в меньшем количестве) соли металлов органических кислот (щавелевой, уксусной и этилендиаминтетрауксусной);- salt floats by chemical composition simulating the melts obtained at the Novovoronezh NPP USU. The main salt components of the melt are nitrates and borates (base) of sodium, copper, iron, nickel and chromium in the higher degrees of oxidation, as well as (in a smaller amount) metal salts of organic acids (oxalic, acetic and ethylenediaminetetraacetic);

- сухие солевые смеси, по химическому составу имитирующие солевые концентраты, образующиеся в результате упаривания кубовых остатков, поступающих на отверждение на Ленинградской АЭС. Основными солевыми компонентами смесей являются нитраты и хлориды (основа) натрия, меди, железа, никеля, хрома, марганца и кобальта в высших степенях их окисления, а также (в меньшем количестве) соли металлов органической щавелевой кислоты;- dry salt mixtures, in chemical composition simulating salt concentrates formed as a result of evaporation of vat residues coming for curing at the Leningrad NPP. The main salt components of the mixtures are nitrates and chlorides (base) of sodium, copper, iron, nickel, chromium, manganese and cobalt in the higher degrees of oxidation, as well as (in a smaller amount) metal salts of organic oxalic acid;

- целлюлозные бытовые материалы (фильтровальная бумага, ветошь, вата, древесина и др.);- cellulose household materials (filter paper, rags, cotton wool, wood, etc.);

- половой пластикат (мягкий ПВХ) и полиэтиленовую пленку;- floor plastic compound (soft PVC) and plastic film;

- отработанную в системе очистки теплоносителя 2-го контура транспортной ЯЭУ с водо-водяным реактором смесь сорбентов катионита КУ-2-8 чС с анионитом АВ-17-8 чС в объемном соотношении набухших сорбентов 1:1.- a mixture of KU-2-8 hC cation exchanger sorbents with AV-17-8 hS anion exchanger in a 1: 1 volumetric ratio of swollen sorbents worked out in the purification system of the 2nd coolant of the transport nuclear power plant with a water-water reactor.

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.When the stage of phosphate homologation of the final dry product into an inert matrix was worked out, the natural magnetite powder of the Khibiny ore basin and technical phosphoric acid according to TU 2142-002-00209450-96 were used.

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.The experiments were carried out in an open quartz crucible under conditions of free access of air to the reaction zone with periodic (1 time in 15 minutes) stirring of the product in a crucible with a quartz stirrer.

Примеры осуществления предлагаемого способа.Examples of the proposed method.

Пример 1.Example 1

1,0 см3 солевого плава (вес 0,98 г), помещенного в кварцевый тигель, разжижают в 3,0 см3 концентрированной H2SO4, после чего в разжиженный холодный продукт (20°С) небольшими порциями вводят при перемешивании 0,5 грамм (2,5 см после уплотнения) измельченной смеси органических материалов (ветошь 0,08 грамм, фильтровальная бумага 0,07 грамм, древесные опилки 0,05 грамм, пластикат 0,16 грамм, полиэтилен бытовой 0,14 грамм) и проводят процесс обезвреживания в диапазоне температур 20-60°С. После прекращения парогазовыделений и растворения (разжижения) целлюлозных материалов включают нагрев и при достижении температуры в реакционной зоне 100°С небольшими порциями вводят в продукт воздушно-сухую смесь ИОС. Суммарно введено 5,0 см3 (3,0 грамма) ИОС. Дальнейшую термохимическую обработку (пиролиз) органических материалов проводят постадийно при температурах 100-150°С и 200-250°С до прекращения выделения из реакционной зоны белых паров SO3. Сжигание образовавшегося при этом аморфного углерода проводят при температурах 250-350°С до образования зольного остатка, имеющего постоянный вес.1.0 cm 3 of salt melt (weight 0.98 g), placed in a quartz crucible, is diluted in 3.0 cm 3 with concentrated H 2 SO 4 , after which it is introduced into the liquefied cold product (20 ° C) in small portions with stirring 0 , 5 grams (2.5 cm after compaction) of a crushed mixture of organic materials (rags 0.08 grams, filter paper 0.07 grams, sawdust 0.05 grams, plastic 0.16 grams, household polyethylene 0.14 grams) and carry out the neutralization process in the temperature range of 20-60 ° C. After the vapor and gas evolution ceases and the cellulose materials are dissolved (liquefied), heating is turned on and, when the temperature in the reaction zone reaches 100 ° C, air-dry IOS mixture is introduced in small portions into the product. A total of 5.0 cm 3 (3.0 grams) of IOS was introduced. Further thermochemical processing (pyrolysis) of organic materials is carried out in stages at temperatures of 100-150 ° C and 200-250 ° C until the evolution of white SO 3 vapor from the reaction zone ceases. The combustion of the amorphous carbon formed in this process is carried out at temperatures of 250-350 ° C until an ash residue having a constant weight is formed.

Основные результаты примера:The main results of the example:

- объем конечного продукта - 1,0 см3;- the volume of the final product is 1.0 cm 3 ;

- вес конечного продукта - 0,79 грамм;- the weight of the final product is 0.79 grams;

- уменьшение объема - в 8,5 раза;- decrease in volume - 8.5 times;

- уменьшение веса - в 5,7 раза.- weight reduction - 5.7 times.

Пример 2.Example 2

1,0 см3 солевого плава (вес 1,01 грамм), помещенного в кварцевый тигель, разжижают в 5,0 см3 концентрированной H2SO4, после чего в образовавшийся холодный продукт (20°С) небольшими порциями вводят при перемешивании 1,0 грамм (5,0 см3 после уплотнения) измельченной смеси органических материалов (ветошь 0,2 грамма, фильтровальная бумага 0,2 грамма, древесные опилки 0,1 грамма, пластикат 0,25 грамма, полиэтилен бытовой 0,25 грамма) и проводят процесс обезвреживания в диапазоне температур 20-60°С. После прекращения парогазовыделений и растворения (разжижения) целлюлозных материалов включают нагрев и при температуре в реакционной зоне 100-150°С проводят термическую обработку продукта до образования в ванне жидкой «квазигомогенной» смеси углеводородов, обезвоженных солей минеральных кислот, оксидов металлов и углерода в избытке H2SO4. Далее в образовавшуюся смесь небольшими порциями вводят влажную смесь ИОС. Суммарно введено 10 см3 (6,0 грамм) ИОС. После прекращения выделения из реакционной зоны паров воды дальнейшую термохимическую обработку (пиролиз) органических материалов проводят при температуре 150-250°С до прекращения выделения из реакционной зоны белых паров SO3. Сжигание образовавшегося при этом аморфного углерода проводят при температурах 250-350°С до образования зольного остатка, имеющего постоянный вес. Основные результаты примера:1.0 cm 3 of salt melt (weight 1.01 grams) placed in a quartz crucible is liquefied in 5.0 cm 3 of concentrated H 2 SO 4 , after which it is introduced into the resulting cold product (20 ° С) in small portions with stirring 1 , 0 grams (5.0 cm 3 after compaction) of a crushed mixture of organic materials (rags of 0.2 grams, filter paper 0.2 grams, sawdust 0.1 grams, plastic 0.25 grams, household polyethylene 0.25 grams) and carry out the neutralization process in the temperature range of 20-60 ° C. After the vapor and gas evolution ceases and the cellulose materials are dissolved (liquefied), the heating is turned on and the product is heated at a temperature in the reaction zone of 100-150 ° C until a liquid “quasi-homogeneous” mixture of hydrocarbons, dehydrated salts of mineral acids, metal oxides and carbon in excess of H are formed in the bath 2 SO 4 . Next, a wet mixture of IOS is introduced in small portions into the resulting mixture. A total of 10 cm 3 (6.0 grams) of IOS was introduced. After the cessation of the release of water vapor from the reaction zone, further thermochemical processing (pyrolysis) of the organic materials is carried out at a temperature of 150-250 ° C until the cessation of the release of white SO 3 vapor from the reaction zone. The combustion of the amorphous carbon formed in this process is carried out at temperatures of 250-350 ° C until an ash residue having a constant weight is formed. The main results of the example:

- объем конечного продукта - 1,0 см;- the volume of the final product is 1.0 cm;

- вес конечного продукта - 0,8 грамм;- the weight of the final product is 0.8 grams;

- уменьшение объема - в 16 раз;- decrease in volume - 16 times;

- уменьшение веса - в 10 раз.- weight reduction - 10 times.

Полученный продукт (зольный остаток) 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 холодного фосфатного твердения и проведения его дополнительной термообработки в температурном режиме 20→250→20°С представляет собой прочный водостойкий геоцементный монолит объемом около 1,5 см3.The resulting product (ash residue) is mixed in a cylindrical form with natural magnetite in a volume ratio of 1: 0.5 and the mixture is cured using concentrated phosphoric acid as the mixing liquid. The final product after completion of the cold phosphate hardening process and its additional heat treatment at a temperature of 20 → 250 → 20 ° C is a durable water-resistant geo-cement monolith with a volume of about 1.5 cm 3 .

Предлагаемый способ переработки ТРО в сравнении с прототипом обладает существенными преимуществами:The proposed method of processing SRW in comparison with the prototype has significant advantages:

- упрощает технологию обезвреживания ТРО за счет возможности проведения всего цикла их переработки, от глубокой термохимической деструкции сжигаемых органических отходов и сушки конечного продукта до иммобилизации (омоноличивания) сухого продукта в инертную матрицу (геоцементный камень), в одном обогреваемом аппарате (емкости);- simplifies the technology for the disposal of SRW due to the possibility of conducting the entire cycle of their processing, from deep thermochemical destruction of the combusted organic waste and drying of the final product to immobilization (monolithic) of the dry product in an inert matrix (geo-cement stone), in one heated apparatus (capacity);

- снижает металлоемкость оборудования и энергетические затраты на проведение технологического процесса;- reduces the metal consumption of equipment and energy costs for the process;

- максимально уменьшает объем и массу сухого остатка и конечного продукта, подлежащего длительному захоронению;- minimizes the volume and mass of solids and the final product subject to long-term disposal;

- повышает радиационную и пожарную безопасность при проведении процесса обезвреживания ТРО;- increases radiation and fire safety during the process of disposal of SRW;

- снижает расход реагентов и уменьшает токсичность газовых выбросов от переработки;- reduces the consumption of reagents and reduces the toxicity of gas emissions from processing;

- позволяет регенерировать серную кислоту для ее повторного использования в цикле обезвреживания ТРО;- allows you to regenerate sulfuric acid for its reuse in the cycle of disposal of SRW;

- снижает техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду региона и улучшает экологические условия при длительном хранении конечных радиоактивных продуктов.- reduces the technogenic impact of harmful substances on the environment of the region and improves environmental conditions during long-term storage of final radioactive products.

В целом, внедрение предлагаемого способа в практику обезвреживания радиоактивных ТРО на АЭС с ВВЭР позволит полностью «сжечь» радиоактивные органические отходы, трансформировать радиоактивные пожаро- и взрывоопасные солевые плавы и осадки в пожаро- и взрывобезопасное 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 ТРО и улучшить экологическую обстановку при длительном хранении конечных продуктов.In general, the introduction of the proposed method into the practice of the disposal of radioactive SRW at WWER nuclear power plants will completely “burn” the radioactive organic waste, transform the radioactive fire and explosive salt melt and precipitation into a fire and explosion safe state, and reduce the volume and weight of the resulting products tens of times processing and ensure their reliable long-term disposal, reduce the impact of harmful substances on the environment of the regions during the disposal of SRW and improve the environmental situation for a long time m storage of final products.

Claims (3)

1. Способ переработки твердых смешанных радиоактивных отходов, включающий их термическую деструкцию в химически активной среде в обогреваемом аппарате, отличающийся тем, что термическую деструкцию твердых смешанных радиоактивных отходов органического происхождения проводят в среде предварительно разжиженных высококипящими минеральными кислотами радиоактивных солевых плавов и осадков при разогреве от 20 до 350°С в четыре стадии путем последовательного подъема и выдержки температуры среды в аппарате в диапазонах от 20 до 60°С, от 100 до 150°С, от 150 до 250°С, от 250 до 350°С, при атмосферном давлении, в условиях свободного доступа воздуха в реакционную зону при перемешивании продукта в аппарате, а полученный сухой продукт омоноличивают.1. A method of processing solid mixed radioactive waste, including their thermal destruction in a chemically active medium in a heated apparatus, characterized in that the thermal destruction of solid mixed radioactive waste of organic origin is carried out in a medium preliminarily liquefied with high boiling mineral acids, radioactive salt melts and precipitation when heated from 20 to 350 ° C in four stages by successively raising and maintaining the temperature of the medium in the apparatus in the ranges from 20 to 60 ° C, from 100 to 150 ° C, from 150 to 250 ° C, from 250 to 350 ° C, at atmospheric pressure, under conditions of free access of air to the reaction zone with stirring of the product in the apparatus, and the resulting dry product is monopolized. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что омоноличивание полученного сухого продукта производят вяжущими веществами фосфатного твердения.2. The method according to claim 1, characterized in that the homologation of the obtained dry product is carried out with phosphate hardening binders. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве вяжущих веществ фосфатного твердения используют, например, природные минералы или отходы промышленных предприятий, содержащие оксиды металлов. 3. The method according to claim 2, characterized in that, as phosphate hardening binders, for example, natural minerals or industrial wastes containing metal oxides are used.
RU2011106438/07A 2011-02-21 2011-02-21 Method for processing solid mixed radioactive wastes RU2452050C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106438/07A RU2452050C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for processing solid mixed radioactive wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106438/07A RU2452050C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for processing solid mixed radioactive wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2452050C1 true RU2452050C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106438/07A RU2452050C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for processing solid mixed radioactive wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2452050C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686056C1 (en) * 2018-10-08 2019-04-24 Юрий Петрович Благодаров Decontamination method of organic radioactive wastes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640702A (en) * 1992-03-17 1997-06-17 Shultz; Clifford G. Method of and system for treating mixed radioactive and hazardous wastes
US5745861A (en) * 1996-03-11 1998-04-28 Molten Metal Technology, Inc. Method for treating mixed radioactive waste
RU2172787C1 (en) * 2000-03-31 2001-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии Method of pyrometallurgical processing of wastes, depleted materials and used up articles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640702A (en) * 1992-03-17 1997-06-17 Shultz; Clifford G. Method of and system for treating mixed radioactive and hazardous wastes
US5745861A (en) * 1996-03-11 1998-04-28 Molten Metal Technology, Inc. Method for treating mixed radioactive waste
RU2172787C1 (en) * 2000-03-31 2001-08-27 Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии Method of pyrometallurgical processing of wastes, depleted materials and used up articles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ОСТРОВСКИЙ Ю.В. и др. Термическая деструкция твердых отходов расплавов щелочей. Известия академии промышленной экологии, №2, Издание «Академия промышленной экологии», 1999, с.60-67. ЧЕЧЕТКИН Ю.В. и др. Обращение с радиоактивными отходами. - Самара: Самарский дом печати, 2000, с.206-209. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686056C1 (en) * 2018-10-08 2019-04-24 Юрий Петрович Благодаров Decontamination method of organic radioactive wastes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Treatment and disposal of spent radioactive ion-exchange resins produced in the nuclear industry
Ismagilov et al. Fluidized bed catalytic combustion
Gloyna et al. Supercritical water oxidation: an engineering update
Mayilswamy et al. Sludge-derived biochar: Physicochemical characteristics for environmental remediation
CN107152684B (en) Waste incineration method
Yu et al. Pyrolysis/combustion potential and heavy metal risk of oily sludge and derived products in industrial scale
US5630785A (en) Process for the treatment of waste products
Burns Solidification of low-and intermediate-level wastes
Kamler et al. Supercritical water gasification of municipal sludge: a novel approach to waste treatment and energy recovery
CN102268274B (en) Method for converting municipal sludge into gas, liquid and solid fuels and fully enclosed equipment system
Shaw et al. Destruction of toxic organic materials using super-critical water oxidation: current state of the technology
CN108238706A (en) Oily sludge substep pyrolysis treatment systems and technique
RU2452050C1 (en) Method for processing solid mixed radioactive wastes
RU2412495C1 (en) Method of processing radioactive ion-exchange resins
CN109179940A (en) Greasy filth annealing device and its processing method
Oda et al. Microwave remediation of hazardous waste: a review
McClaine et al. Hydrogen transmission/storage with metal hydride-organic slurry and advanced chemical hydride/hydrogen for PEMFC vehicles
RU2408100C1 (en) Radioactive waste processing method
CN110718315A (en) Waste resin environment-friendly pyrolysis treatment device and treatment method thereof
RU2472699C1 (en) Method of decontaminating toxic industrial wastes
RU2686056C1 (en) Decontamination method of organic radioactive wastes
Stefanovsky et al. RADON Operational Experience in High-Temperature Treatment of Radioactive Wastes
CN216662824U (en) Heating device for refining oil sludge
CN206771366U (en) Incinerator apptss
RU2461902C1 (en) Method to decontaminate radioactive organic wastes