Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к области локализации жидких радиоактивных отходов и может быть использовано в атомной энергетике и на радиохимических производствах для отверждения радиоактивных растворов и пульп.

Известны различные композиции на основе цементов для отверждения жидких радиоактивных отходов, в состав которых входят прежде всего собственно вяжущее вещество (портландцемент, шлакопортландцемент, доменные шлаки) в количестве не менее 70% от массы сухой смеси, сорбционные добавки (обычно это природные глины, например, бентонит, вермикулит, каолин) - до 20%, необходимые для фиксации опасных компонентов отходов (радионуклидов), а также прочие модифицирующие добавки. Так, для отверждения радиоактивных концентратов отработавших дезактивирующих растворов АЭС используется сухая смесь, включающая портландцемент, каустический магнезит (строительную окись магния) и вермикулит при следующем соотношении жидких отходов и компонентов смеси: 1:(0,7-0,9):(0,2-0,25):(0,2-0,25) [Патент РФ №2116681, опубликован 27.07.1998]. Данные композиции имеют общий недостаток, который связан с весьма невысокой степенью (до 15 мас.%) наполнения компаунда компонентами отходов, что не позволяет получать цементный компаунд, отвечающий существующим нормативным требованиям.

Наиболее близкой к предлагаемой является композиция на основе природных и искусственных алюмосиликатных материалов для отверждения жидких низко- и среднеактивных отходов с высокой концентрацией солей, содержащих радиоцезий [Патент РФ №2122754, опубликован 27.11.1998]. Композиция включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: доменный шлак - от 80 до 82, бентонит - от 12 до 16, каолин - от 2 до 6. Данная композиция смешивается с солевым раствором, содержащим нитрат натрия с концентрацией 360 г/л и гидроксид натрия с концентрацией 100 г/л, а также ¹³⁷Cs, при раствороцементном отношении, равном 0,4 мл/г. Недостатком данного способа является невысокая (~12,5 мас.%) степень включения отходов в цементную матрицу.

Технической задачей изобретения является повышение степени включения компонентов отходов в цементную матрицу при отверждении жидких отходов. Указанная задача достигается тем, что в состав цементного компаунда вводится волокнистый асбест в количестве 5-10% от общей массы сухой смеси, обладающий одновременно водопоглощающим и армирующим действием. За счет поглощения воды асбестом увеличивается объем жидких отходов, локализуемых в компаунде без последующего водоотделения, а армирующее действие волокон асбеста поддерживает на требуемом уровне его прочностные свойства. Добавка асбеста повышает густоту цементного компаунда, предотвращает его расслоение при включении отходов с компонентами различной плотности (гидроксидные пульпы и пульпы ионообменных смол) и тем самым обеспечивает наиболее равномерное распределение отходов в матричном материале.

Использование волокнистой добавки позволяет увеличить раствороцементное отношение в 1,8 раза (с 0,4 до 0,7 мл/г). В результате степень включения отходов повышается по сравнению с прототипом в 1,4 раза (до 17,5 мас.%) с сохранением нормируемых характеристик компаунда [ГОСТ Р 51883-2002 «Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования»]. Использование предлагаемой композиции позволяет достичь степени включения до 27 мас.%, при отверждении жидких отходов и пульп определенного состава.

Предлагаемая композиция для цементирования жидких отходов и пульп состоит из 79,0-89,8% портландцемента (либо доменного шлака), 5,0-10,0% бентонита, 0,2-1,0% суперпластификатора С-3 и 5,0-10,0% волокнистого асбеста. При отверждении жидких отходов и пульп в случае использования в составе композиции в качестве вяжущего вещества доменного шлака жидкая фаза должна содержать гидроксид натрия в концентрации 80-120 г/л.

Возможность осуществления заявляемого технического решения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В композицию из 159,4 г доменного шлака, 20 г бентонита, 20 г волокнистого асбеста и 0,6 г суперпластификатора С-3 вводили 140 мл раствора с концентрацией нитрата натрия 370 г/л и гидроксида натрия - 100 г/л. Раствороцементное отношение составило 0,70 мл/г, степень включения компонентов раствора - 17,2%, плотность компаунда - 1,75 г/см³, удельная прочность на сжатие - 165 кг/см².

Пример 2. В композицию из 159,4 г портландцемента марки 400, 20 г бентонита, 20 г волокнистого асбеста и 0,6 г суперпластификатора С-3 вводили 132 мл раствора с концентрацией нитрата натрия 820 г/л. Раствороцементное отношение составило 0,66 мл/г, степень включения нитрата натрия в компаунд - 27,3%, плотность компаунда - 1,86 г/см³, удельная прочность на сжатие - 155 кг/см².

Пример 3. В композицию из 159,4 г доменного шлака, 20 г бентонита, 20 г волокнистого асбеста и 0,6 г суперпластификатора С-3 вводили 212 мл пульпы, содержащей 65 г/л Fe(OH)₃, 410 г/л NaNO₃, 65 г/л Na₂SO₄, 70 г/л NaOH (общее содержание компонентов 610 г/л). Раствороцементное отношение составило 1,06 мл/г, степень включения компонентов пульпы в компаунд - 26,9%, плотность компаунда - 1,51 г/см³, удельная прочность на сжатие - 161 кг/см².

Таким образом, предлагаемая композиция позволяет значительно увеличить степень включения целевых компонентов в цементную матрицу (как на основе портландцемента, так и доменного шлака) при отверждении жидких отходов и пульп без введения дополнительных стадий переработки и существенного удорожания процесса с сохранением нормируемых характеристик компаунда на уровне требований существующих стандартов.

Результаты отверждения различных растворов и пульп при отверждении составами без асбеста и с содержанием асбеста до 10% представлены в таблице 1.

Применение асбеста позволяет увеличить раствороцементное отношение в 1,6-1,8 раза для портландцементных компаундов и в 1,3-1,8 раза для компаундов на основе доменного шлака. Степень включения при этом возрастает на 10-40% и достигает 27% от общей массы компаунда