Иммобилизация отработанных вакуумных масел, загрязненных радионуклидами

• Автор: Волкова, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.14, 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Озерск
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Введение
Перспективы развития ядерной энергетики тесно связаны с решением проблемы безопасного обращения с радиоактивными отходами (РАО).
Специфическую группу отходов составляют органические жидкие радиоактивные отходы (ОЖРО), представленные отработанными экстрагентами и разбавителями, маслами, сцинтилляционными и смазочно-охлаждающими жидкостями. Характерной особенностью указанной категории отходов является неэффективность, а в ряде случаев невозможность использования традиционных методов переработки, применяемых для водных систем.
Одним из опасных для окружающей среды объектов являются отработанные вакуумные масла. Так, на химико-металлургическом производстве для обеспечения работоспособности оборудования используются вакуумные масла различных марок. По мере накопления в них продуктов старения и радионуклидов (вследствие специфики производства) масла выводят из эксплуатации. К сожалению, на ядерных производствах не уделялось должного внимания вопросу обезвреживания данной категории отходов. В качестве временного решения проблемы использовалось контролируемое хранение на территории предприятия. Современные мировые тенденции, связанные с ужесточением в нормативноправовой сфере, потребовали пересмотра упомянутого подхода к ОЖРО и создания новых технологий их иммобилизации в твердые матрицы. Основная проблема, возникающая при прямой иммобилизации ОЖРО в твердые матрицы, связана с расслоением системы «отходы - матричный материал» в процессе отверждения и выделением органической составляющей в отдельную фазу. Для решения указанной проблемы специалистами ФГУП «ПО «Маяк» предложен двухстадийный способ иммобилизации ОЖРО: предварительное (перед
отверждением) связывание отходов пористым поглотителем и последующее отверждение насыщенного отходами поглотителя в твердую матрицу. При этом в качестве поглотителей предложено использование различных пористых материалов, как природных, так и синтетических, обладающих высокой поглощающей способностью по отношению к органическим отходам. Однако до начала наших исследований, не были установлены критерии выбора поглотителя, определяющие пригодность его применения, и, следовательно, не исследованы

свойства образующихся компаундов, идущих на иммобилизацию. Отсутствие этих научных данных препятствовало разработке приемлемой технологии иммобилизации ОЖРО на производстве, соответствующей нормативным требованиям.
Цель работы
Целью настоящей работы являлось изучение физико-химических и адсорбционных свойств пористых материалов, перспективных для использования в качестве поглотителей органических отходов, на примере реальных радиоактивных отходов химико-металлургического производства - отработанном вакуумном масле (далее масло).
Для достижения поставленной цели на разных этапах ее выполнения предстояло решить следующие задачи:
1. Провести инвентаризацию отработанных вакуумных масел, накопленных на химико-металлургическом производстве.
2. Изучить основные параметры адсорбционных свойств (объем микро- и мезопор, их размер и удельная поверхность) пористых материалов различной природы, перспективных для использования в качестве поглотителей.
3. Выявить закономерности влияния адсорбционных свойств материалов на их поглощающую способность по отношению к ОЖРО, на примере масла.
4. Провести исследования по отверждению поглотителей с адсорбированным маслом в матричный материал для выбора поглотителей, обеспечивающих наибольшую массовую долю отходов в компаунде.
5. Определить нормируемые показатели маслосодержащих компаундов (механическую прочность, скорость выщелачивания масла и радионуклидов, иммерсионную и радиационную стойкость).
6. Разработать принципиальную технологическую схему для проведения отверждения масла по двухстадийной технологии на ФГУП «ПО «Маяк».
Научная новизна работы:
1. Получены данные по изотермам адсорбции и десорбции паров бензола различными по природе пористыми материалами; рассчитаны основные параметры их адсорбционных свойств.

2. Выявлена линейная зависимость величины удельного поглощения масла материалом от его удельной поверхности. Установлены причины, обуславливающие процесс поглощения масла пористыми материалами.
3. Впервые установлено, что поиск материалов, перспективных для использования в качестве поглотителей масла, необходимо проводить среди мезопористых сорбентов. Критерием, определяющим пригодность пористого материала для его использования, может являться величина удельной поверхности.
4. Подобраны составы композиций, обеспечивающие получение маслосодержащих компаундов, удовлетворяющих нормативным требованиям,
предъявляемым к отвержденным РАО.
5. Впервые изучена химическая, иммерсионная и радиационная стойкость маслосодержащих образцов компаундов.
Практическая значимость:
В практическом отношении работа ориентирована на решение актуальной задачи химико-металлургического производства, связанной с иммобилизацией отработанных вакуумных масел, загрязненных изотопами урана и плутония. Исследования по указанной тематике выполнялись в течение нескольких лет в рамках научно-практических работ предприятия. Полученные в ходе исследований экспериментальные данные об эффективности использования материалов-
поглотителей для связывания вакуумного масла представляют практический
интерес как база для создания новой сорбционной технологии иммобилизации накопленных отработанных технических масел. Изучение свойств маслосодержащих цементных и полимерных компаундов (химической,
иммерсионной, радиационной устойчивости и механической прочности) во многом продиктовано нормативными требованиями к материалам, пригодным для использования в качестве матриц для захоронения.
На защиту выносятся:
1. Расчет основных параметров адсорбционных свойств различных по природе пористых материалов на основании анализа изотерм адсорбции и десорбции паров бензола: объема микропор, их размера и характеристической энергии адсорбции паров бензола; объема мезопор, их размера; удельной поверхности; предельной сорбционной емкости.

В реакцию с эпоксидными группами смолы, для ее отверждения, вступают амидные группы отвердителей. Приблизительный расход отвердителей обоих типов на смолу составляет 1:10. Несмотря на разную отверждающую способность ПЭПА и ТЭТА (у ПЭПА она выше), расход обоих отвердителей на смолу примерно одинаковый, т.к. согласно техническим условиям массовая доля собственно ПЭПА составляет лишь от 25 % до 35 % (остальное - «кубовый остаток»), а массовая доля ТЭТА составляет не менее 95 % [1.152].
Выводы по литературному обзору
Проведенный анализ литературных источников показал, что существует ряд различных способов обращения с ОЖРО, большинство из которых применимы для смешанных отходов, содержащих незначительную долю органических компонентов. При этом можно выделить три основных подхода: 1) деструкция органических соединений; 2) очистка ОЖРО и повторное использование регенерата; 3) иммобилизация без переработки в матрицы различного типа.
Преимущество первых двух вариантов представляется в снижении объема отходов до 1000 раз. Также имеется ряд серьезных недостатков, ограничивающих реализацию этих методов: создание эффективной системы газоочистки при термической деструкции, раздельный сбор ЖРО по составу и характеру радиоактивных загрязнений, тестирование очищенного дистиллята на соответствие физико-химическим характеристикам. Следует отметить, что общим недостатком первых двух подходов является необходимость иммобилизации вторичных отходов (золы, кубового остатка, концентрата), т.е. процесс является двустадийным.
Последний подход позволяет максимально упростить процесс иммобилизации ОЖРО. Однако главным недостатком кондиционирования ОЖРО методами отверждения является невысокое наполнение матрицы органическими компонентами, что приводит к многократному увеличению объема РАО, подлежащих конечному хранению или захоронению.
Поэтому нужно поставить работу по усовершенствованию старых и поиску новых технологий, которую мы и провели в настоящей диссертации.