×
13.01.2017
217.015.9222

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области охраны окружающей среды, направлено на сохранение природных ресурсов и защиту среды обитания человека, изобретение может быть использовано для локализации радиоактивных отходов, в частности донных отложений, загрязненных радионуклидами. Способ переработки радиоактивных донных отложений включает их смешение с веществом, обеспечивающим их заключение в керамическую матрицу, и выдержку до окончания схватывания. При этом смешение компонентов производится одновременно при непосредственном заполнении контейнера матричными материалами и донными отложениями в виде суспензий. В качестве вещества, обеспечивающего заключение донных отложений в форму керамической матрицы, используют такие связующие, как вода, дигидрофосфат калия, оксид магния, фосфоросодержащий модификатор, при следующем соотношении компонентов, мас.%: донное отложение 2,5; KHPO 3; НO 2; MgO 1; фосфоросодержащий модификатор 0,0425. В способе возможно использование воды, предварительно охлажденной до 8-10°C. Техническим результатом является повышение экологической безопасности хранения радиоактивных донных отложений за счет повышения эффективности процесса перемешивания отходов, оптимизации времени их отверждения и снижения скорости выщелачивания радионуклидов из матрицы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, направлено на сохранение природных ресурсов и защиту среды обитания человека, изобретение может быть использовано для локализации радиоактивных отходов, в частности донных отложений, загрязненных радионуклидами.

Известен способ переработки жидких отходов, содержащих радионуклиды, заключающийся в их окислительной обработке путем озонирования в присутствии катализатора (Патент РФ 2122753, кл. G21F 9/06, опубл. 1998 г.). Озонирование отходов проводят при температуре 30-80°C и pH раствора 10-13. Разделяют образующийся радиоактивный шлам и жидкую фазу. Обрабатывают жидкую фазу осадителями для дополнительного выделения радионуклидов с последующим снижением pH до значения 8-9. Повторно отделяют образовавшийся радиоактивный шлам и проводят доочистку жидкой фазы на селективных сорбентах. Далее отверждают полученные шламы и отработанные сорбенты и направляют очищенные от радионуклидов растворы на отверждение и хранение как химические отходы. Недостатками известного способа является его трудоемкость и многостадийность.

Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, а именно включение радиоактивных отходов в керамическую матрицу (Патент РФ 2086019, кл. G21F 9/16, опубл. 1997 г.). Способ включает смешение жидких радиоактивных отходов с материалом, образующим керамику, восстановителем нитрат-ионов, в качестве которого используют карбамид, и минерализатором, в качестве которого используют кремнефторид аммония. В качестве компонентов для образования керамики используют бентонит, смесь трепела и гидроокиси алюминия, а также суглинок. Содержание карбамида должно быть выше стехиометрического значения более чем на 80%. Смесь обезвоживают до остаточной влажности не более 10 мас.% при температуре 100°C, затем нагревают при температуре 100-180° в течение 6-8 часов и выдерживают при 180-190°C не менее 4 часов. Производят обжиг не менее часа при 900°C и охлаждают. В процессе отверждения не выделяются радионуклиды, полученный керамический продукт имеет низкую пористость, следствием чего является его стойкость к выщелачиванию радионуклидов.

Недостатком известного способа является длительность процесса, необходимость перемешивания радиоактивных отходов с компонентами для образования керамики при нагревании, что делает его нетехнологичным.

Известен способ отверждения жидких радиоактивных отходов (Патент РФ 2197763, опубл. 27.01.2003, G21F 9/16), который включает многократную пропитку пористого керамического материала раствором радиоактивных отходов с промежуточным вентилированием и сушкой материала воздухом или перегретым паром. Затем керамический материал обрабатывают раствором осадителей и проводят высокотемпературную обработку при 1350-1500°C. Керамический материал для отверждения жидких радиоактивных отходов выполняют в виде колец Рашига, цилиндров или шаров из тонкодисперсных оксидов с размером частиц не более 20 мкм.

Недостатком известного способа является переработка только жидких отходов и высокая температура (более 1300°C), что требует сложного оборудования при работе с радиоактивными веществами.

Известен способ стабилизации отходов посредством образования керамики с химически связанными фосфатами (Патент US 5830815, опубл. 03.11.1998 г., С04В 35/63), выбранный в качестве прототипа. Указанный способ включает подачу раствора, содержащего одновалентный щелочной металл, смешивание указанного раствора с порошком оксида, для получения связующего, при взаимодействии связующего в виде суспензии с сыпучим материалом (радиоактивный отход), и последующее формирование керамической матрицы.

Недостатком является невозможность однородного смешения компонентов, особенно при отверждении больших объемов (бочки 60 и 200 л), быстрое схватывание материала, что приводит к получению пористой керамики, а следовательно, к повышению скорости выщелачивания радионуклидов.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа переработки радиоактивных донных отложений с целью получения керамических матриц, обеспечивающих экологически безопасное хранение таких отходов, а также выбор компонентов, их соотношений, порядка смешения, что обеспечивает повышение эффективности процесса перемешивания, снижение стоимости и замедление времени отверждения, снижение скорости выщелачивания радионуклидов из матрицы.

Поставленная задача решается тем, что способ переработки радиоактивных донных отложений, включающий их смешение с веществом, обеспечивающим их заключение в керамическую матрицу (калий-магний-фосфатную матрицу), и выдержку до окончания схватывания, но в отличие от прототипа смешение компонентов производится одновременно при непосредственном заполнении контейнера матричными материалами и донными отложениями в виде суспензий, причем в качестве вещества, обеспечивающего заключение донных отложений в форму керамической матрицы, используют такие связующие, как вода, дигидрофосфат калия, оксид магния, фосфоросодержащий модификатор, при следующем соотношении компонентов: донное отложение:KH2PO4:H2O:MgO:фосфоросодержащий модификатор = 2,5:3:2:1:0,0425.

В качестве добавки, улучшающей прочность МКФ-матрицы, вводится фосфоросодержащий модификатор - фосфопаг ПГМГ, который является биоцидным препаратом и улучшает биологическую стойкость.

В бочку через смешивающее устройство компоненты добавляются одновременно: KH2PO4 в виде водной суспензии, наполнитель (донное отложение) в виде суспензии и технический оксид магния (ПМК-83) в виде водной суспензии. Бочка подвергается внешнему вибрационному воздействию для повышения однородности смеси и равномерности заполнения. Для стабилизации суспензий в жидком виде на время их смешения, вода для приготовления суспензий предварительно охлаждается до 8-10°C. Охлаждение позволяет замедлить начало процесса отверждения без использования дополнительных реагентов-замедлителей.

Следует также отметить, что отвержденные образцы калий-магний-фосфатной керамики в процессе выдержки продолжают набирать прочность, что связано с медленными процессами перекристаллизации образовавшегося KMgPO4·6H2O.

Пример осуществления изобретения приведен ниже.

Пустой контейнер устанавливается на вибрационный стол, находящийся под инжекторным устройством. Перед смешением готовят суспензию, дигидрофосат калия-вода-замедлитель, оксид магния-вода в одной емкости и донное отложение с влажностью 37-43%, что обеспечивает его текучесть. Для приготовления суспензий проводят предварительное охлаждение воды до 8-10°C путем пропускания воды через охладитель. По мере опорожнения емкостей с суспензиями технологический процесс останавливается и происходит их заполнение свежей порцией суспензии (в емкость добавляется необходимое количество реагента и заливается требуемое количество охлажденной воды при постоянном перемешивании для недопущения осаждения реагента). Емкости имеют такой объем, что суспензия не успевает нагреться до температуры окружающей среды до ее израсходования. Приготовленные суспензии подают с массовыми скоростями, пропорциональными соотношению компонентов компаунда, в инжекторное устройство, обеспечивающее равномерное смешение компонентов.

Приготовленный раствор из инжекторного устройства вытекает в контейнер для захоронения. Контроль их загрузки осуществляется по показаниям тензодатчиков. Температура процесса контролируется при помощи тепловизора после заполнения контейнера проводится вибрационное воздействие, которое прекращается при разнице температур по высоте контейнера в пределах 5-6°С. При этом температура смеси может достигать 50-80°C.

Количество компонентов смеси для приготовления керамики в расчете на бочки 200 л представлено в таблице 1. Количество донных отложений в пересчете на воздушно-сухую массу составляет 20%.

Результаты микроскопического исследования шлифов, полученных из отвержденных в калий-магний-фосфатную керамику донных отложений, свидетельствуют о появлении новообразованных кристаллических фаз на поверхности матрицы, контактировавшей с водой (рисунок 1).

При микроскопическом исследовании шлифа калий-магний-фосфатной керамики с включенными донными отложениями на участке, близком к поверхности образца, видно, что в поре, имеющей выход на поверхность образца, наблюдается рост кристаллов, постепенно заполняющих пору.

Процессы формирования новообразований происходили в основном за счет внутренних процессов перекристаллизации, так как вода над образцами была дистиллированная. Среди процессов, происходящих при длительной выдержке калий-магний-фосфатной керамики, возможно образование кристаллогидратов, в частности формирование более крупных кристаллов KMgPO4·6H2O.

Таким образом, в процессе длительного нахождения под водой отвержденной калий-магний-фосфатной керамики с включенными радиоактивными отходами на ее поверхности и в поверхностных порах материала довольно интенсивно происходили процессы образования новых кристаллических фаз. Эти процессы приводят к упрочнению и снижению пористости матрицы. Добавление в матрицу фосфоросодержащего модификатора приводит к улучшению прочностных характеристик (таблица 2) и улучшению абиотических свойств матрицы. В целом происходящие техногенные процессы подобны процессам формирования более стабильных новообразованных кристаллических фаз в геологической среде, что подтверждают данные по скорости выщелачивания радионуклидов из образцов донных отложений, отвержденных в калий-магний-фосфатную керамику (таблица 3). Полученные результаты свидетельствуют о том, что скорости выщелачивания радионуклидов после длительного пребывания в воде остались такими же низкими, как и в начале экспериментов. Не произошло заметного разрушения или хотя бы частичного растворения керамики.

Вышеизложенное подтверждает задачу настоящего изобретения - получение керамических матриц, обеспечивающих экологически безопасное хранение радиоактивных донных отложений.


СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 578.
20.02.2013
№216.012.28bf

Блок трансформаторной развязки

Изобретение относится к области схемотехники. Техническим результатом является передача сигналов с меньшей длительностью. Блок трансформаторной развязки содержит генератор импульсов 5, первый трансформатор 14, первый резистор 6 и второй резистор 30, первый диод 22, трансформаторы 15, 16, 17,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475951
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bb1

Способ запуска пиротехнических устройств и устройство для его осуществления

При запуске пиротехнических устройств объекта передают сигнал от полесоздающего устройства, размещенного вне объекта, через полевоспринимающее устройство на объекте на электровоспламенители пиротехнических устройств. Пиротехнические устройства размещают на объекте в виде ракетного поезда, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476712
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c11

Выбрасывающее устройство

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к выбрасывающему устройству, и может быть использовано для группового выброса нескольких объектов с различными скоростями. Выбрасывающее устройство содержит ресивер, источник газа высокого давления с системой запуска и клапаны. Источник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476808
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c85

Устройство сопряжения системы управления с объектом управления

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и передачи данных, а именно к взаимному преобразованию интерфейсов обмена информацией. Техническим результатом является увеличение надежности и достоверности приема и передачи цифровой информации, а также расширение функциональных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476924
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c97

Способ получения радионуклида рений-188 без носителя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476942
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cba

Электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на заданный угол с фиксацией в крайних положениях. Электродвигатель содержит явнополюсный статор с обмоткой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476977
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2dc6

Способ сборки огнестойкой конструкции

Предназначено для использования в технологиях изготовления огнестойких сборочных систем для хранения, транспортировки токсичных, огне- и взрывоопасных материалов, может быть использовано для предотвращения несанкционированного воздействия экологически опасных материалов на окружающую среду....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477249
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2eeb

Способ изготовления прострельной мишени рентгеновской трубки и прострельная мишень рентгеновской трубки (варианты)

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использована при разработке импульсных рентгеновских трубок, предназначенных для облучения медицинских или промышленных объектов. Технический результат - уменьшение механических напряжений в материале мишени. Способ изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477542
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.3018

Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества световодов с непрозрачной защитной оболочкой и одним недоступным торцом ввода-вывода излучения. Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения заключается в введении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477847
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.3431

Устройство для формирования кольцевой кумулятивной струи

Изобретение относится к области кумулятивных зарядов. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, металлическую облицовку и формирователь, установленные соосно заряду взрывчатого вещества, выполненные с возможностью обеспечения косого соударения облицовки с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478904
Дата охранного документа: 10.04.2013
Показаны записи 11-20 из 442.
20.02.2013
№216.012.28bf

Блок трансформаторной развязки

Изобретение относится к области схемотехники. Техническим результатом является передача сигналов с меньшей длительностью. Блок трансформаторной развязки содержит генератор импульсов 5, первый трансформатор 14, первый резистор 6 и второй резистор 30, первый диод 22, трансформаторы 15, 16, 17,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475951
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bb1

Способ запуска пиротехнических устройств и устройство для его осуществления

При запуске пиротехнических устройств объекта передают сигнал от полесоздающего устройства, размещенного вне объекта, через полевоспринимающее устройство на объекте на электровоспламенители пиротехнических устройств. Пиротехнические устройства размещают на объекте в виде ракетного поезда, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476712
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c11

Выбрасывающее устройство

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к выбрасывающему устройству, и может быть использовано для группового выброса нескольких объектов с различными скоростями. Выбрасывающее устройство содержит ресивер, источник газа высокого давления с системой запуска и клапаны. Источник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476808
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c85

Устройство сопряжения системы управления с объектом управления

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и передачи данных, а именно к взаимному преобразованию интерфейсов обмена информацией. Техническим результатом является увеличение надежности и достоверности приема и передачи цифровой информации, а также расширение функциональных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476924
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c97

Способ получения радионуклида рений-188 без носителя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде. Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476942
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2cba

Электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам исполнительных механизмов, и может быть использовано для поворота исполнительного механизма на заданный угол с фиксацией в крайних положениях. Электродвигатель содержит явнополюсный статор с обмоткой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476977
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2dc6

Способ сборки огнестойкой конструкции

Предназначено для использования в технологиях изготовления огнестойких сборочных систем для хранения, транспортировки токсичных, огне- и взрывоопасных материалов, может быть использовано для предотвращения несанкционированного воздействия экологически опасных материалов на окружающую среду....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477249
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.03.2013
№216.012.2eeb

Способ изготовления прострельной мишени рентгеновской трубки и прострельная мишень рентгеновской трубки (варианты)

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использована при разработке импульсных рентгеновских трубок, предназначенных для облучения медицинских или промышленных объектов. Технический результат - уменьшение механических напряжений в материале мишени. Способ изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477542
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.3018

Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества световодов с непрозрачной защитной оболочкой и одним недоступным торцом ввода-вывода излучения. Способ тестирования световодов с недоступным торцом ввода-вывода излучения заключается в введении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477847
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.3431

Устройство для формирования кольцевой кумулятивной струи

Изобретение относится к области кумулятивных зарядов. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, устройство инициирования, металлическую облицовку и формирователь, установленные соосно заряду взрывчатого вещества, выполненные с возможностью обеспечения косого соударения облицовки с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478904
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД