Полифункциональные пористые стеклокристаллические материалы на основе ценосфер энергетических зол для иммобилизации радиоактивных отходов

• Автор: Зыкова, Ирина Дементьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1 Неорганические матрицы для концентрирования и локализации

жидких радиоактивных отходов

1.2 Стеклокристаллические материалы состав, свойства ГЗЦеносферы летучих зол от сжигания энергетических углей

морфология, состав, физикохимические свойства, применение

1.4 Пористые неорганические материалы.

1.4.1 Тины пористой структуры

1.4.2 Пористые неорганические материалы на основе микросфер порошковые и блочные

1.4.3 Пористые неорганические материалы на основе синтетических микросфср

1.5 Пористые неорганические материалы на основе ценосфер
энергетических зол
1.6 Влияние структуры и состава пористого материала на его
теплофизические и аэродинамические свойства
1.7 Смачивание и капиллярная пропитка пористых материалов
1.8 Химическая устойчивость силикатных стекол и
стеклокристаллических материалов по отношению к кислотам
1.9 Выводы из литературного обзора и постановка задач
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть
2.1 Исходные вещества, материалы и реактивы
2.2 Методика получения ценосфер стабилизированного состава
2.3 Методики получения пористого стеклокристаллического
материала на основе ценосфер
2.3.1 Получение блочного пористого стеклокристаллического
материала без связующего компонента
2.3.2 Получение блочного пористого стеклокристаллического
материала с силикатным связующим
2.4 Химическое модифицирование ценосфер и пористых материалов
на их основе
2.4.1 Травление реагентами на основе НР
2.4.2 Травление соляной кислотой
2.4.3 Методика определения кислотостойкости пористых матриц
2.5 Методика выполнения гидравлических испытаний блоков
2.6 Определения коэффициента теплопроводности
2.7 Определение времени сушки пористого материала
2.8 Физикохимические методы исследования
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение
3.1 Выделение и изучение ценосфер стабилизированного состава
3.1.1 Получение узких фракций ценосфер стабилизированного состава из летучих зол различных источников
3.1.2 Изучение морфологии и состава ценосфер стабилизированного состава по данным РЭМ, рентгенофазового, химического и нейтронноактивационного анализов
3.1.2.1 Морфология ценосфер различных типов
3.1.2.2 Химический, минеральнофазовый и микроэлементный состав продуктов разделения ценосфер
3.2 Пористые микросферические стекла на основе ценосфер
3.3 Получение пористых матриц на основе ценосфер
стабилизированного состава и определение их физикохимических параметров
3.3.1 Блочные пористые матрицы с силикатной связкой
3.3.2 Блочные пористые матрицы без связующего материала
3.3.3 Порошковый микросферический сорбент АМФценосферы
3.4 Физикохимические свойства пористого стеклокристаллического материала блочного типа на основе ценосфер стабилизированного
состава
3.4.1 Кислотостойкость пористых матриц с силикатным связующим.
3.4.2 Кислотостойкость пористых матриц без связующего
3.4.3 Проницаемость пористого материала без связующего
3.4.4 Изучение скорости удаления влаги из пористого материала
3.5 Применение пористого стеклокристаллического материала на основе
ценосфер для иммобилизации радиоактивных отходов
3.5.1 Применение пористых матриц
3.5.2 Применение микросферического сорбента АМФценосферы ГЛАВА 4. Разработка технологических основ получения ценосфер
стабилизированного состава и пористых матриц на их основе пилотный уровень
4.1 Разработка аппаратурнотехнологической схемы разделения
концентрата ценосфер в укрупненном масштабе
4.2 Разработка технологического регламента на получение пористых матриц с силикатным связующим и наработка пилотной партии
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Макрокомпонентный состав продуктов трехстадийного
разделения ценосфер Новосибирской ТЭЦ5
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Содержание токсичных элементов в немагнитных
ценосферах летучей золы Новосибирской ТЭЦ5
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Технологический регламент на получение пилотных
партий пористых матриц с силикатным связующим
ВВЕДЕНИЕ


Суммарное содержание оксидов отходов в стеклах обычно находится в пределах масс При этом большинство радионуклидов растворяются в структуре стекла 4. В промышленных масштабах в качестве консервирующей матрицы в западных странах используется боросиликатное стекло. В России на ФГУП ПО Маяк внедрен технологический процесс иммобилизации СбБг фракции вместе с ВАО военного происхождения в алюмофосфатное стекло 5. Несмотря на то, что изолирующие свойства стеклоподобной матрицы признаны надежными, продолжается поиск новых матриц, более устойчивых к внешним и внутренним воздействиям. Учитывая длительные периоды времени, в течение которых будет сохраняться опасность захороненных отходов миллионы лет, и сложность в прогнозировании геохимических условий и поведения метастабильных стеклоподобных композиций при захоронении, ведется поиск новых составов стекол с улучшенными характеристиками модифицированное боросиликатное стекло, алюмофосфатное, свинцовожелезофосфатное 6. Установки по остекловыванию ЖРО за все время их эксплуатации переработали ничтожное количество менее от общего объема переработанных ЖРО 8,5млн. Поэтому для надежного захоронения больших объемов ЖРО необходимы разработка и получение новых материалов, которые не требовали бы высоких материальных и энергетических затрат и удовлетворяли бы всем требованиям, предъявляемым к матрицам при долговременном захоронении. В США и Европе для иммобилизации низко и среднеактивных отходов с успехом были применены цементные матрицы 7. Хотя сами фазы цементной матрицы, включающие радионуклиды, довольно устойчивы например, циркон, апатит 8, на сегодняшний день цемент не рассматривается в качестве матрицы, подходящей для иммобилизации ВАО, в связи с большой водопроницаемостью и, следовательно, относительно низкой устойчивостью к выщелачиванию. Для этого жидкие радиоактивные концентраты подвергают глубокому упариванию и кальцинации с целью термического разложения компонентов отходов, подверженных радиолизу например, нитратов, с последующим спеканием или горячим прессованием кальцинированных продуктов с различными добавками 9. В последние годы в мире ведется разработка новых, более приемлемых с точки зрения безопасности способов отверждения РАО в керамической и стеклокристаллической форме. Разрабатываются керамические матрицы, обладающие по сравнению со стеклами повышенной химической, термической устойчивостью и механической прочностью керамика типа Синрок ,, фосфатная, монацитовая керамика и др И, наконец, ведется поиск возможности удешевить процесс отверждения ВАО, что можно достичь, в том числе, при использовании доступных и дешевых природных или искусственных неорганических материалов. В последнее время появился целый ряд работ, целью которых является получение материалов типа природных минералов, которые были бы более стабильны при захоронении в геологические формации, чем стекла, на силикатной и другой основе. Более стабильные материалы по сравнению с фосфатной керамикой получены при добавлении к отходам окислов кремния, кальция, алюминия и стронция с последующим прокаливанием кальцината при температуре С суперкальцинат. Такая обработка может позволить получить аналоги минералов, связывающих отдельные радионуклиды в прочные соединения, например, поллуцит для цезия СвАОб . Процесс получения матрициммобилизаторов обычно сводится к приготовлению шихты, содержащей в своем составе компоненты радиоактивных отходов, с последующей термообработкой, а в случае керамики прессованием. ВАО и обработка насыщенного отходами пористого материала с получением, в зависимости от добавок и способа обработки, стекла или керамики. В этом случае становится возможным создать несколько защитных барьеров изоляции РАО уже внутри матрицы и перенести на нее основную ответственность за обеспечение безопасности системы долговременного захоронения. Хорошо освоенные методы пропитки позволяют равномерно распределять РАО в теле пористой матрицы, а последующая кальцинация насыщенного материала обеспечивает локализацию радионуклидов и других солевых компонентов в объеме матрицы.