Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ИЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ БАССЕЙНОВ ВЫДЕРЖКИ

Изобретение относится к технологии обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к технологии обработки жидких радиоактивных отходов с целью их фиксации в устойчивой среде и может быть использовано для отверждения иловых отложений при выводе из эксплуатации бассейнов выдержки твэлов и твердых радиоактивных отходов, образующихся при работе ядерного реактора.

Известен способ кондиционирования донных отложений, содержащих радионуклиды [RU 2572080, МПК G21F 9/00, опубл. 27.12.2015], выбранный в качестве аналога. По указанному способу донные отложения, содержащие радионуклиды, смешивают с матричным материалом при непосредственном заполнении контейнера с последующей подачей суспензии оксида магния при следующем соотношении компонентов, мас.%: KH₂PO₄ : H₂O : Fe(NO₃) : донное отложение : (MgO:H₂O) = 3:0,6:0,04:1,5:2,4. В качестве замедлителя используют Fe(NO₃)⋅9H₂O в соотношении дигидрофосфат калия замедлитель 25:1. После заполнения контейнера проводят вибрационное воздействие на смесь до выравнивания температуры по объему контейнера.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- сложность контроля температуры по объему закрытого контейнера, содержащего радиоактивные отходы;

- гомогенизация содержимого контейнера вибрационным воздействием крайне не эффективна, поскольку смесь донных отложений с матричным материалом указанного состава обладает высокой вязкостью. Это увеличивает время кондиционирования радиоактивных отходов.

Известен способ кондиционирования жидких радиоактивных отходов [RU 2516235, МПК G21F 9/16, опубл. 20.05.2014], выбранный в качестве аналога. По указанному способу жидкие радиоактивные отходы цементируют с использованием электромагнитной обработки в вихревом слое с ферромагнитными телами вращения. В качестве ферромагнитных тел вращения используют мелкодисперсные или нанодисперсные порошки оксидов железа размером соответственно 30-50 мкм и 30-80 нм, которые вносят в исходные жидкие радиоактивные отходы в количестве не менее 5% (мас.). Затем радиоактивные отходы последовательно подвергают электромагнитной обработке в вихревом слое и смешиванию с портландцементом при раствороцементном в отношении не менее 0,6, после чего отверждают продукт обработки.

Указанный способ имеет недостатки:

- использование мелкодисперсных или нанодисперсных порошков оксидов железа недопустимо при кондиционировании жидких радиоактивных отходов вследствие их повышенной коррозионной способности (Рекомендации по установлению критериев приемлемости кондиционированных радиоактивных отходов для их хранения и захоронения РД-023-02);

- необходимость использования электромагнитной обработки для смешивания радиоактивных отходов с портландцементом приводит к увеличению времени ведения процесса и снижению производительности вследствие увеличения вязкости смеси по мере перемешивания;

Известен способ цементирования жидких радиоактивных отходов [RU 2218618, МПК G21F 9/16, опубл. 10.12.2003], выбранный в качестве прототипа. По указанному способу порции компонентов цементного компаунда дозируют в контейнер, установленный на тележке, и перемешивают с помощью установленной в контейнере мешалки, которая приводится во вращательное движение электроприводом при стыковке контейнера с загрузочным узлом. В контейнер после его стыковки с загрузочным узлом устанавливают датчики нижнего и верхнего уровней, длины которых соответствуют в зависимости от солесодержания жидких радиоактивных отходов объему жидких радиоактивных отходов и объему цементного компаунда. С помощью датчика нижнего уровня регистрируют достижение заданного значения объема жидких радиоактивных отходов в контейнере. После этого прекращают подачу в контейнер жидких радиоактивных отходов и начинают подачу цемента и перемешивание цементного компаунда. С помощью датчика верхнего уровня регистрируют достижение заданного значения объема цементного компаунда, после чего прекращают подачу в контейнер цемента. Время работы мешалки задают и автоматически контролируют с помощью таймера. По окончанию перемешивания цементного компаунда датчики верхнего и нижнего уровней погружают в контейнер.

Недостатки этого способа:

- ограниченность в использовании, поскольку цементирование проводится только для заведомо гомогенных по своему составу жидких радиоактивных отходов;

- необходимость установки в каждый контейнер датчиков нижнего и верхнего уровня приводит к увеличению времени ведения процесса и к перерасходу материалов.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности известных способов, сокращение времени кондиционирования радиоактивных отходов в виде иловых отложений и расширение области применения.

Предложенный способ включает дозирование порций компонентов цементного компаунда в контейнер, установленный на тележке, перемешивание цементного компаунда с помощью установленной в контейнере мешалки, которая приводится во вращательное движение электроприводом, регистрацию достижения заданного значения объема жидких радиоактивных отходов и цементного компаунда в контейнере, контроль времени работы мешалки с помощью таймера. Согласно изобретению жидкие радиоактивные отходы в виде иловых отложений бассейнов выдержки подают на вибрационные решетки различного размера и проводят фракционирование с целью отделения от твердых радиоактивных отходов. Полученную фракцию с помощью шнековой мешалки перемешивают и гомогенизируют до получения однородной смеси, которую затем через дозатор направляют в цикличный гравитационный смеситель, снабженный устройством измерения массы. Поочередно к гомогенизированным иловым отложениям добавляют цемент, клиноптилолит и по необходимости воду в таком количестве, чтобы пульпоцементное и водоцементное отношение составляли 0,7 и 0,3 соответственно. Загруженные в цикличный гравитационный смеситель компоненты перемешивают. Полученную гомогенную смесь дозированно и непрерывно подают в контейнеры, расположенные на конвейере. Контейнеры с кондиционированными иловыми отложениями направляют на захоронение.

Технический результат достигают за счет того, что радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки, образующиеся при выводе их из эксплуатации, отделяют от твердых отходов, накапливающихся при работе ядерного реактора, вибрационным методом. Для увеличения степени сепарации радиоактивных отходов используют систему подвижных вибрационных решеток различного размера, двигающихся в разных направлениях. Отделенные от твердых отходов иловые отложения непрерывно под собственным весом направляются в нижнюю часть загрузочного бункера на шнековую мешалку, где дробятся и перемешиваются до получения однородной смеси. Полученную смесь направляют в работающий цикличный гравитационный смеситель через дозатор, с помощью которого определяют количество подаваемых иловых отложений. Одновременно в работающий цикличный гравитационный смеситель подают компоненты компаунда заданной массы, которую контролируют путем измерения брутто веса используемой установки. Гомогенность смеси обеспечивают путем интенсивного перемешивания компонентов под действием центробежной силы и силы тяжести. Полученную гомогенную смесь направляют на участок контейнеризации, где непрерывно и в автоматическом режиме заполняют контейнеры или одновременно несколько контейнеров, установленных на конвейере. После отверждения и приведения к необходимой кондиции иловых отложений бассейнов выдержки контейнеры вместе с содержимым направляют на захоронение.

На фиг. 1 представлена схема кондиционирования иловых отложений бассейнов выдержки.

Радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1, находящиеся в контейнере временного размещения 2, поданы на систему подвижных решеток 3 различного размера, которые приводятся в движения с помощью вибраторов 4. Под системой подвижных решеток 3 расположен приемочный бункер, нижняя часть которого соединена со шнековой мешалкой 5, размещенной в подающей трубе 6. Один из концов подающей трубы 6 выведен над горловиной цикличного гравитационного смесителя 7, установленного на устройство измерения массы 8. Также над горловиной цикличного гравитационного смесителя 7 размещены трубы 9, соединенные с приемочными бункерами 10, для подачи цемента и клиноптилолита. Внутри каждой трубы 9, установлены шнековые дозаторы 11. Приемочные бункеры 10 снабжены металлическими лезвиями 12 для растаривания мешков с цементом и клиноптилолитом. Вблизи труб 9 закреплен патрубок 13 для подачи воды в цикличный гравитационный смеситель 7. Напротив цикличного гравитационного смесителя 7 расположен контейнер 14 для приема кондиционированных иловых отложений бассейнов выдержки. Перемещение контейнера 14 осуществляется по конвейеру 15.

Способ осуществляется следующим образом.

Радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1, образующиеся при выводе их из эксплуатации или других объектов использования атомной энергии и находящиеся в контейнере временного размещения 2, подают на систему подвижных решеток 3. Контейнер временного размещения 2 перемещают с помощью крана, установленного в месте кондиционирования жидких радиоактивных отходов. Систему подвижных решеток 3, представляющую собой группу расположенных параллельно друг другу сеток с различным шагом и выполненную из материала, не вступающего в химическое взаимодействие с радиоактивными иловыми отложениями бассейнов выдержки 1, приводят в движение с помощью вибраторов 4. При этом обеспечивают движение подвижных решеток в различном направлении относительно друг друга. Отделяют радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1 от твердых радиоактивных отходов, содержащихся в них и накапливающихся при работе ядерного реактора.

Полученную фракцию радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1, которая под собственным весом перемещается в нижнюю часть приемочного бункера, перемешивают с помощью шнековой мешалки 5. При этом перемешивание проводят сначала в подающей трубе 6 без перемещения радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1 в цикличный гравитационный смеситель 7, тем самым гомогенизируют жидкие радиоактивные отходы до состояния однородной массы. Контроль состояния радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1 осуществляют визуально.

Гомогенизированные радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1 с помощью шнековой мешалки 5 проталкивают к концу подающей трубы 6 и под собственным весом направляют в цикличный гравитационный смеситель 7, установленный на устройство измерения массы 8, например, на тензодатчики или весы. Фиксируют массу радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1, находящихся в цикличном гравитационном смесителе 7.

В приемочные бункеры 10 подают мешки (или иную упаковку) с цементом и клиноптилолитом, где производят их растаривание путем вскрытия об металлические лезвия 12. Цемент и клиноптилолит под собственным весом перемещаются в нижнюю часть приемочных бункеров 10, где с помощью шнековых дозаторов 11 их проталкивают к выходному отверстию труб 9. Поочередно к гомогенизированным радиоактивным иловым отложениям бассейнов выдержки 1, размещенным внутри цикличного гравитационного смесителя 7, добавляют цемент и клиноптилолит. Содержание подаваемых добавок контролируют с помощью устройства измерения массы 8. По необходимости в цикличный гравитационный смеситель 7 по патрубку 13 добавляют воду, количество которой также контролируют с помощью устройства измерения массы 8. Цемент, клиноптилолит и воду подают до момента, пока пульпоцементное и водоцементное отношение не составит 0,7 и 0,3 соответственно.

Загруженные в цикличный гравитационный смеситель 7 компоненты перемешивают до получения однородной массы. Полученную гомогенную смесь дозированно и непрерывно подают в контейнер 14 для приема кондиционированных иловых отложений бассейнов выдержки, расположенный напротив цикличного гравитационного смесителя 7. После заполнений контейнера 14 его по конвейеру 15 направляют в место постоянного или временного размещения для последующего захоронения. Пустой контейнер 14, передвигаемый по конвейеру 15, также заполняют кондиционированными иловыми отложениями бассейнов выдержки. Процесс повторяют до полного опорожнения цикличного гравитационного смесителя 7

Пример осуществления изобретения приведен ниже.

При выводе из эксплуатации уран-графитового реактора выбирали один из бассейнов выдержки, в котором ранее размещались облученные конструкционные элементы указанного реактора, а также отработавшие твэлы и/или сборки. Бассейн выдержки опорожняли, образующиеся при этом радиоактивные иловые отложения 1 помещали в контейнеры временного размещения 2 объем до 200 л.

С помощью штатного грузоподъемного механизма, находящегося в центральном зале, контейнеры временного размещения 2 поднимали, и содержимое подавали на систему подвижных решеток 3, представляющую собой группу расположенных друг относительно друга сеток в количестве двух штук с шагом от 1 до 5 см. В качестве материала сеток использовали высоколегированную сталь марки 02Х8Н22С6 (ЭП794). Систему подвижных решеток приводили в движение с помощью двух вибраторов 4 марки Wacker Neuson AR 26/3/400, установленных таким образом, чтобы обеспечить движение сеток параллельно друг другу в противоположном направлении. Выбранные вибраторы обеспечивали движение сеток с частотой до 3000 виб/мин. Подаваемые радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1 отделяли от твердых радиоактивных отходов, например, от демонтированных частей термопар, технологических каналов и фрагментов облученного графита.

Очищенные от твердых радиоактивных отходов радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1, которые под собственным весом перемещались в нижнюю часть приемочного бункера, перемешивали с помощью шнековой мешалки 5, расположенной в подающей трубе 6. Частоту вращения шнековой мешалки 5 выбирали от 60 до 150 об/мин. При этом перемешивание проводили сначала в подающей трубе 6 без перемещения радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1 в цикличный гравитационный смеситель 7 с целью гомогенизации жидких радиоактивных отходов до состояния однородной массы. Процесс осуществляли в течение 3 минут при частоте вращения шнека 100 об/мин и объеме радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1 не более 200 л.

Гомогенизированные радиоактивные иловые отложения бассейнов выдержки 1 с помощью шнековой мешалки 5 проталкивали к концу подающей трубы 6 и под собственным весом направляли в цикличный гравитационный смеситель 7 марки БсГ-1800 объемом 1,8 м³. Используемый цикличный гравитационный смеситель 7 был установлен на устройстве измерения массы 8, которое представляло собой платформенные весы марки ВСП-20000А. После размещения радиоактивных иловых отложений бассейнов выдержки 1 в барабане бетонного гравитационного смесителя 7 фиксировали их массу с помощью устройства измерения массы 8.

Мешки, содержащие цемент и клиноптилолит, подавали в приемочные бункеры 10, где производили их растаривание путем вскрытия об металлические лезвия 12. Цемент и клиноптилолит под собственным весом перемещались в нижнюю часть приемочных бункеров 10, где с помощью шнековых дозаторов 11 их проталкивали к выходному отверстию труб 9. Дозированно и поочередно к радиоактивным иловым отложениям бассейнов выдержки 1, размещенным внутри цикличного гравитационного смесителя 7, добавляли цемент, клиноптилолит и воду. С помощью устройства измерения массы 8 контролировали концентрацию подаваемых компонентов компаунда. Заполнение барабана цикличного гравитационного смесителя 7 проводили до момента, пока массовое отношение компонентов не составило: гомогенизированные радиоактивные иловые отложения : цемент : клиноптилолит : вода = 1:1,7:0,17:0,5. При этом пульпоцементное и водоцементное отношение достигало 0,7 и 0,3 соответственно.

Загруженные в цикличный гравитационный смеситель 7 компоненты перемешивали с частотой 20 об/мин в течение 10 минут до получения однородной массы. После перемешивания барабан цикличного гравитационного смесителя 7 останавливали, а полученную гомогенную смесь дозированно и непрерывно подавали в контейнер 14 для приема кондиционированных иловых отложений бассейнов выдержки. Процесс осуществляли непрерывно до момента полного опорожнения барабана цикличного гравитационного смесителя 7. При этом заполняли до 9 контейнеров 14 объемом 200 л при полной загрузке барабана и одном цикле перемещивания. После заполнений контейнера 14 его по конвейеру 15 направляли в место постоянного или временного размещения для последующего захоронения.

Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность известных способов за счет перемешивания компонентов компаунда не в отдельном контейнере, а в специальном устройстве, объем которого много больше, чем объем отдельного контейнера. Время кондиционирования радиоактивных отходов в виде иловых отложений сокращается за счет возможности непрерывного заполнения контейнеров. Область применения расширяется за счет возможности отделения радиоактивных иловых отложений от твердых радиоактивных и прочих технологических отходов реакторного производства.