×
23.02.2019
219.016.c7a3

МАТЕРИАЛ-СТАБИЛИЗАТОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к составам и способам получения материала-стабилизатора, используемого в атомной энергетике для фиксации отработанного ядерного топлива и отверждения жидких и твердых радиоактивных отходов атомных электрических станций. Материал-стабилизатор включает магнийфосфатное связующее и порошковую часть. Порошковая часть включает оксид алюминия (AlO), оксид магния (MgO) и боросодержащий компонент (БК). Материал-стабилизатор имеет состав, мас.%: магнийфосфатное связующее - 56-66; порошковая часть - 44-34; состав порошковой части: AlO - 78-90; MgO - 22-10; БК (в пересчете на бор) - 0-1; состав магнийфосфатного связующего: PO - 30-40; MgO - 7-8,5; HO - остальное. Способ получения материала-стабилизатора включает смешение порошковой части со связующим при температуре не выше 25°С с получением текучей смеси с вязкостью 300-1000 сСт с последующим отверждением материала-стабилизатора. Смесь используют для фиксации отработавшего ядерного топлива или для других целей в течение «времени жизни» смеси в жидком состоянии. Изобретение позволяет увеличить «время жизни» в жидком состоянии, повысить механическую прочность и снизить кислотность. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к составам и способам получения материала-стабилизатора, используемого в атомной энергетике для фиксации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и отверждения жидких и твердых радиоактивных отходов. Фиксирование отработавшего ядерного топлива самоотверждающимся материалом-стабилизатором позволяет обеспечить жесткую фиксацию ядерного топлива и предохраняет образование просыпей делящегося материала при его перевозке и хранении. Из вяжущих веществ наибольший интерес для использования в качестве материала-стабилизатора представляют фосфатные цементы. Фосфатные цементы хорошо растворимы в кислотах, что существенно упрощает переработку ОЯТ после его выдержки.

Известны фосфатные цементы, твердеющие при комнатной температуре, которые нашли применение в качестве зубных цементов и огнеупорных бетонов, состоящие из жидкости затворения (связующего) и порошковой части (С.Л.Голынко-Вольфсон, М.М.Сычев, Л.Г.Судакас, Л.Н.Скобко. Химические основы технологии и применение фосфатных связок и покрытий. - Изд-во «Химия», 1968, 188 с.; П.П.Будников, Л.В.Хорошавин. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках. - «Металлургия», М., 1971; В.А.Копейкин, А.П.Петрова, И.Л.Рашкован. Материалы на основе металлофосфатов. - Изд-во «Химия», М., 1976, 200 с.; М.М.Сычев. Неорганические клеи. - «Химия», 1986, 157 с.; US 2937101 А, 17.05.1960; SU 420585 A, 26.05.1972). Жидкостью затворения являются раствор фосфорной кислоты, алюмофосфатное связующее, а также растворы фосфатов различных металлов. Порошковая часть таких цементов представляет собой оксид цинка, магнезит, глинозем, обожженный дунит, хромит и различные добавки. Недостатками фосфатных зубных цементов и огнеупорных бетонов являются малое «время жизни» в жидком состоянии и исключительно высокая вязкость смеси.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу-стабилизатору является цинкофосфатный цемент (консервант) (RU 2271588 С2, 12.04.2004), состоящий из алюмофосфатного связующего и порошка на основе оксида цинка с добавками оксидов различных металлов. Отношение массовых долей порошка к алюмофосфатной связке равно 1:2. Недостатками предложенного материала являются низкое значение рН в затвердевшем состоянии, малое «время жизни» в жидком состоянии и медленное нарастание прочности при затвердевании.

Целью предлагаемого изобретения является создание материала-стабилизатора для фиксирования отработавшего ядерного топлива и отверждение жидких и твердых радиоактивных отходов, лишенного перечисленных недостатков. Поставленная цель решается предлагаемым материалом-стабилизатором, включающим магнийфосфатное связующее и порошковую часть, состоящую из оксида алюминия (Al2O3), оксида магния (MgO) и боросодержащего компонента (БК).

Материал-стабилизатор имеет состав, мас.%:

магнийфосфатное связующее 56-66;
порошковая часть 44-34;

состав порошковой части:

Al2O3 78-90;
MgO 22-10;
БК (в пересчете на В) 0-1;

состав магнийфосфатного связующего:

P2O5 30-40;
MgO 7-8,5;
H2O остальное

Увеличение содержания в смеси магнийфосфатного связующего более 66% значительно снижает механическую прочность материала-стабилизатора. Увеличение содержания в смеси порошковой части более 44% приводит к существенному уменьшению времени жизни смеси в жидком состоянии. В соответствии с требованиями к материалу-стабилизатору время жизни его в жидком состоянии должно быть не менее одного часа. В течении этого времени необходимо осуществить заливку жидким материалом-стабилизатором ОЯТ и подготовить оборудование для проведения последующих операций.

Увеличение содержания Al2О3 в порошковой части более 90% приводит к существенному повышению вязкости смеси, что затрудняет его использование для фиксирования ОЯТ. Увеличение содержания MgO в порошковой части более 22% значительно снижает время жизни смеси в жидком состоянии.

Концентрация P2O5 в связующем в пределах 30-40% соответствует области максимальной растворимости MgO в фосфорной кислоте. Уменьшение или увеличение концентрации P2O5 по сравнению с предельными значениями приводит к снижению концентрации MgO в связующем и, следовательно, к уменьшению механической прочности материала-стабилизатора. Связующее имеет значение рН 0,8-1,5 и вязкость 70-150 сСт.

В качестве оксида алюминия используют глинозем с удельной поверхностью 50-150 м2/г и размером гранул менее 0,1 мм. Глинозем не только выполняет роль наполнителя, но также за счет хемосорбции фосфатов на поверхности первичных частиц способствует созданию в системе пересыщения по цементирующей фазе, в качестве которой выступает гидрат двухзамещенного фосфата магния MgHPO4·3H2O.

В качестве оксида магния используют плавленый магнезит с размером гранул менее 0,1 мм. Можно использовать также порошок магнезитовый каустический, дунит и другое магнийсодержащее сырье, которое предварительно отжигают при температуре выше 1500°С для снижения реакционной способности оксида магния.

Способ получения материала-стабилизатора включает смешение порошковой части со связующим с образованием текучей суспензии с вязкостью 300-400 сСт. С увеличением времени вязкость смеси возрастает до 1000 сСт и она теряет текучесть, схватывается. Время от начала затворения до момента схватывания соответствует времени жизни смеси в жидком состоянии (времени схватывания). В течение этого времени жидкий материал-стабилизатор с вязкостью 300-1000 сСт должен быть подан на фиксацию ОЯТ. Далее в материале-стабилизаторе, потерявшем текучесть, протекают процессы твердения, характеризующиеся увеличением механической прочности.

Процесс твердения материала-стабилизатора проводят при температуре 15-100°С и относительной влажности 70-100%. Увеличение температуры более 100°С приводит к значительным механическим напряжениям в материале из-за различных температурных коэффициентов расширения жидкой и твердой фаз смеси. Понижение температуры ниже 15°С связано со значительными затратами на охлаждение смеси. При относительной влажности менее 70% значительно нарушается однородность поверхностного и внутреннего слоев материала.

При смешении порошковой части со связующим происходит химическое взаимодействие оксида магния с фосфорной кислотой, присутствующей в связующем, сопровождающееся концентрированным выделением тепла. Скорость химической реакции, а следовательно, время жизни смеси в жидком состоянии очень сильно зависят от температуры. Для того чтобы избежать разогрева смеси, необходимо организовать отвод тепла таким образом, чтобы температура материала-стабилизатора в жидком состоянии не превышала 25°С. В качестве порошковой части используют механическую смесь порошков оксида алюминия, оксида магния и бор-содержащего компонента. Возможно раздельное смешение порошкообразных компонентов. Сначала смешивают со связующим оксид алюминия, а затем добавляют механическую смесь оксида магния и боросодержащего компонента. Для уменьшения разогрева смеси связующее перед введением порошковой части охлаждают до температуры 5-18°С.

Пример 1. Для приготовления материала-стабилизатора в качестве оксида алюминия использовали глинозем молотый марки Г-00 с размером гранул менее 0,1 мм, выпускаемый ОАО «СУ АЛ», филиал «УА3-СУ АЛ», г. Каменск-Уральский, Свердловской области. Глинозем имел удельную поверхность 90±5 м/г, определенную по низкотемпературной адсорбции азота. В качестве оксида магния применяли периклаз плавленый, пылевидная фракция марки ППП-85 с размером гранул менее 0,1 мм, выпускаемый ОАО «Огнеупоры», г.Богданович, Свердловской области. Магнийфосфатное связующее готовили с использованием порошка магнезитового каустического марки ПМК-87, ГОСТ 1216-87, производитель ОАО «Комбинат Магнезит», г.Сатка, Челябинской области и термической ортофосфорной кислоты 70% концентрации, марки Б, ГОСТ 10678-76. Связующее получали путем растворения при 80-100°С магнезитового порошка в растворе ортофосфорной кислоты 45,7-55% концентрации. В связующем концентрацию магния определяли трилонометрическим методом, а фосфат-ионы с предварительным осаждением в виде фосфоромолибдата аммония в азотной кислоте (Г.Шарло. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соединений. Т.2, Изд-во «Химия», М., 1969 г). Оптимальный состав материала-стабилизатора, мас.%:

магнийфосфатное связующее 61;
порошковая часть 39;

состав порошковой части:

глинозем молотый; марки Г-00 84,8;
периклаз плавленый ППП-85 14,5;
оксид бора (в пересчете на бор) 0,8;

состав магнийфосфатного связующего:

P2O3 33,1;
MgO 8;
H2O остальное

Объемы одновременно затворяемой массы были небольшие: на 25 мл магнийфосфатного связующего, имеющего плотность 1,46 г/см3, добавляли в виде механической смеси расчетное количество порошковой части. Смешение проводили в водяном термостате, охладив предварительно связующее до 16°С, при непрерывном перемешивании. За счет протекания химической реакции температура смеси возрастала и ее поддерживали в пределах 19-20°С в течение всего времени смешения. Через 30 минут жидкую смесь заливали в цилиндрические полихлорвиниловые трубки диаметром 1 см и высотой 1,2 см, заклеенные с одной стороны клейкой лентой и выдерживали до затвердевания. Затем заклеивали вторую торцевую часть трубки клейкой лентой и помещали образцы на выдержку при комнатной температуре в герметически закрытый сосуд. Через определенные промежутки времени затвердевший материал-стабилизатор в виде цилиндриков извлекали и определяли механическую прочность на сжатие (Pm) по ГОСТ 24409-80 с использованием гидравлического пресса РПГ-10 с цифровым измерителем силы ИСЦ-1.

В оставшейся части жидкой пробы контролировали наличие и время схватывания (Тсх). За время схватывания принимали время от начала затворения до момента схватывания. Наличие схватывания фиксировали в тот момент, когда поверхность раздела пробы, помещенная в вертикальное положение, не изменяла своей формы в течение 30 сек.

Для определения вязкости композиции в жидком состоянии объем затворяемой пробы увеличивали в четыре раза. Вязкость смеси определяли с использованием вискозиметра В3-246, ГОСТ 9075-75.

Кислотность материала-стабилизатора в затвердевшем состоянии оценивали по значению рН водной вытяжки. Для этого образцы измельчали, навеску измельченной пробы в количестве 10 г заливали 30 мл обессоленной воды, выдерживали в течение суток с перемешиванием и определяли значение рН.

При смешении порошковой части со связующим указанного выше состава образуется однородная текучая суспензия, обладающая вязкостью 350 сСт. С увеличением времени выдержки вязкость смеси возрастает и, наконец, она теряет текучесть схватывания. «Время жизни» материала-стабилизатора в жидком состоянии составила 1,6 часа. Механическая прочность на сжатие затвердевшего материала-стабилизатора после одних суток выдержки при комнатной температуре оказалась равной 110±15 кг/см2, а значение рН водной вытяжки - 5,5, что близко к нейтральной среде.

Примеры 2-8. В табл.1 показано влияние температуры на «время жизни» материала-стабилизатора в жидком состоянии (Тсх), имеющего состав и методику приготовления, как в примере 1. Затворение проводили в водяном термостате при различной температуре охлаждающей воды.

Таблица 1
Влияние температуры на «время жизни» материала-стабилизатора в жидком состоянии
Номер примера Температура, °С Тсх, ч
2 14 2,7
3 19 1,6
4 23 1,2
5 27 0,8
6 33 0,5
7 39 0,4
8 49 0,1

При температуре смеси 14°С «время жизни» составляет 2,7 ч. С увеличением температуры «время жизни» значительно уменьшается и при 49°С составляет 0,1 часа. Для обеспечения Тсх порядка одного часа температура смеси в жидком состоянии не должна превышать 25°С.

Пример 9. Состав фосфатного цемента, мас.%:

связующее 67
порошковая часть 33

состав порошковой части:

глинозем молотый Г-ОО 89
периклаз плавленый ППП-85 11

Состав магнийфосфатного связующего и методика получения, как в примере 1. Время схватывания такой композиции составило 3,5 часа. Однако прочность суточного цемента была на пределе чувствительности метода определения и составила 7±2 кг/см2, что явно недостаточно для использования его в качестве материала-стабилизатора.

Примеры 10-14. В табл.2 приведены основные свойства материала-стабилизатора в жидком и твердом состоянии (время схватывания (Тсх), механическая прочность после одних суток выдержки (Рm) и значение рН водной выдержки) в зависимости от содержания MgO в порошковой части. Состав связующего и методика получения, как в примере 1. Из таблицы следует, что меняя состав материала-стабилизатора, можно изменять его свойства в широких пределах.

Таблица 2
Свойства материала-стабилизатора
Номер примера Содержание порошковой части, % Содержание MgO в порошковой части, % Тсх, Ч Pm, кг/см2 рН
10 38,0 11 2,3 45 4,8
11 38,6 13 1,8 80 5,0
12 39,2 15 1,6 110 5,5
13 39,7 16,7 1,3 130 6,3
14 40,2 18,4 1,06 135 7,2

Таким образом, предложенный состав и способ получения материала-стабилизатора позволяет существенно повысить «время жизни» в жидком состоянии, механическую прочность в твердом состоянии и уменьшить кислотность.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 10.
20.07.2014
№216.012.ddda

Термостойкий нейтронозащитный материал

Изобретение относится к материалам с нейтронопоглощающими свойствами для защиты от нейтронного излучения. Предложен термостойкий нейтронозащитный материал, состоящий из магнийфосфатного связующего (24-33 мас.%) и порошковой части (76-67 мас.%), при этом порошковая часть содержит гидрид титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522580
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.09.2014
№216.012.f0e3

Нейтронно-активационный способ контроля выгорания отвс реакторов на тепловых нейтронах и устройство для его реализации

Заявленное изобретение относится к средствам измерения глубины выгорания отработавших тепловыделяющих сборок реакторов на тепловых нейтронах. На дно бассейна выдержки под водой устанавливают диагностический контейнер. В стенке корпуса выполнена кольцеобразная полость с жидким индикаторным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527489
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.10.2014
№216.012.ff61

Способ сорбционной очистки алкогольсодержащих напитков

Изобретение относится к сорбционной очистке алкогольсодержащих напитков. Способ предусматривает прохождение напитка через картридж с размещенным в нем гранулированным фосфатом циркония со скоростью 10-60 дм/ч из расчета на 1 дм гранулированного фосфата циркония до достижения pH 3,5-4,8....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531233
Дата охранного документа: 20.10.2014
01.03.2019
№219.016.cdc7

Связующее и профильный стеклопластик на его основе

Изобретение относится к связующему для нагревостойких профильных стеклопластиков электротехнического назначения. Связующее содержит, вес.ч.: ненасыщенный полиэфиримид 45-55; стирол 35-45; диметакриловый эфир триэтиленгликоля и/или 2-оксиэтилметакрилат 5-10; радикальный инициатор 1-4, ингибитор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002418018
Дата охранного документа: 10.05.2011
11.03.2019
№219.016.d96f

Космическая головная часть ракеты-носителя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании и создании космической головной части. Космическая головная часть ракеты-носителя содержит обтекатель, космический аппарат, состоящий из, по крайней мере одного отсека, на поверхности которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002355607
Дата охранного документа: 20.05.2009
11.03.2019
№219.016.dac1

Система теплозащиты космического аппарата

Изобретение относится к конструкции теплозащиты космического аппарата, выводимого ракетой-носителем в космическое пространство. Система теплозащиты космического аппарата содержит экранно-вакуумную тепловую изоляцию (ЭВТИ). Для ЭВТИ предусмотрено устройство обеспечения ее прочностных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002360849
Дата охранного документа: 10.07.2009
21.03.2019
№219.016.ebfd

Способ очистки от радионуклидов водной технологической среды атомных производств

Изобретение относится к сорбционной технологии очистки от радионуклидов, прежде всего радионуклидов цезия, водной технологической среды атомных производств. Способ включает в себя фильтрацию воды через насыпную загрузку гранулированного ферроцианидсодержащего сорбента, сорбент содержит 0,2-2...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399974
Дата охранного документа: 20.09.2010
10.04.2019
№219.016.fff4

Способ получения концентрата радионуклида молибден-99

Изобретение относится к области химической технологии производства радиоактивных изотопов медицинского назначения. Молибден-99 в течение последних 30 лет является наиболее используемым в радиоизотопной диагностике радионуклидом. Сущность изобретения: в качестве сорбента для выделения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002288516
Дата охранного документа: 27.11.2006
10.04.2019
№219.017.00a1

Электроизоляционный нагревостойкий пропиточный компаунд и способ его получения

Изобретение относится к области получения электроизоляционных нагревостойких пропиточных компаундов с улучшенными физико-механическими характеристиками. Техническая задача - получение низковязкого, экологически- и пожаробезопасного компаунда с повышенной нагревостойкостью. Предложен компаунд,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002294345
Дата охранного документа: 27.02.2007
18.05.2019
№219.017.574a

Способ изготовления пропитанных лент для изоляции электрических машин

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления пропитанных слюдосодержащих лент, при котором слюдинитовую бумагу склеивают с подложкой из стеклоткани с последующей пропиткой полотна заготовки пропитывающим составом в виде полиэфиримидного компаунда с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002357312
Дата охранного документа: 27.05.2009
+ добавить свой РИД