Совершенствование технологии и оборудования для высокотемпературной переработки твердых радиоактивных отходов

• Автор: Чернорот, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.16.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 211 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Аналитический обзор процессов и установок переработки

твердых радиоактивных отходов.

1.1. Общие принципы обращения с радиоактивными отходами.

1.2. Состояние проблемы переработки металлических

радиоактивных отходов МРО.

1.3. Анализ составов дезактивирующих шлаков, используемых при

переплавке МРО.

1.4. Существующие технологические приемы и оборудование для

переплавки МРО.

1.5. Существующие технологии высокотемпературной переработки
твердых радиоактивных отходов ТРО низкого и среднего уровня активности.
2. Концептуальные решения технологического процесса
переработки ТРО и постановка задачи.
2.1. Концептуальные решения переработки МРО.
2.2. Создание модели плавильного агрегата.
2.3. Концептуальные решения ТГРО переработки.
3. Экспериментальнометодическая часть, конструктивно
технологические исследования и расчеты.
3.1. Использование газлифтов в металлургии и принципиатьная возможность их использования для переработки ТРО.
3.2. Постановка задачи.
3.3. Создание действующего макета.
3.4. Изучение физикохимических свойств трехкомпонентной
шлаковой системы и выбор оптимального состава синтетического шлака.
3.5. Исследования и выбор материалов для футеровки плавильного
агрегата.
3.6. Конструктивнотехнологические исследования и расчеты
газлифтного печного комплекса.
3.6.1. Общие положения.
3.6.2. Выбор методики гидродинамического расчета газлифтного модуля и определение зависимостей производительности по шлаковому расплаву от изменений различных параметров.
3.6.3. Исследования и расчет тепловых потерь кессонированной футеровкой
3.6.4. Создание модели для расчета показателей плавления нержавеющей стали циркулирующим шлаком.
3.7. Исследования и принципы подбора матриц для включения
вторичных РАО при переплавке ТРО.
4. Создание макетного образца оборудования для конструкторских и проектнотехнологических разработок.
4.1. Конструкторские решения по созданию газлифтной плавильной
установки.
4.2. Технологические решения переработки горючих и минеральных
радиоактивных отходов.
4.3. Фракционирование по степени остаточной радиоактивности
5. Техникоэкономические показатели н экологическая 9 эффективность
Литература


Состав радиоактивных «загрязнений» зависит от типа ядерной энергетической установки, условий ее эксплуатации и наличия аварийных ситуаций. Сг, Мп и др. Короткоживущие радионуклиды Ре, Со, 5,Сг практически полностью распадаются в течение первого года выдержки ядерной энергетической установки в остановленном состоянии. Радиоактивность отложений на поверхностях первых контуров, охлаждаемых водой под давлением и кипящей водой, обусловленная активированными продуктами коррозии, может составлять '2 - '1 Ки/м2. Радиоактивность поверхностей парового и конденсатно-питательного тракта, как правило, значительно ниже [8]. Ю* -НО' Ки/кг. Помимо активированных продуктов коррозии в составе радиоактивных отложений нельзя исключать также продукты деления топлива: 4Сз, 7Сб, 6Яи, 4Се, 5г, попадающие в теплоноситель вследствие нарушений герметичности активной зоны или же в результате аварийных ситуаций. Таблица 1. Из таблицы следует, что после непродолжительной выдержки элементов оборудования, конструкций и изделий остаточная радиоактивность будет регламентирована наличием радионуклидов 6(>Со, 5г, ,Сз находящихся на поверхности металлов в основном в виде оксидных отложений. КИПиА. Такие виды промышленных отходов (так называемый амортизационный лом) даже не имеющие радиоактивного загрязнения, создают при утилизации определенные трудности технологического и экономического плана. В индустрии переработки вторичных ресурсов эти трудности преодолеваются за счет организации глубокой разделки изделий с последующей сортировкой полученных составляющих. Осуществляется этот процесс на узкоспециализированных производствах. Разделка изделий практически всегда ведется с использованием ручного труда, что при обращении с радиоактивно «загрязненными» изделиями требует специальных условий с минимальным использованием ручного труда. Одним из основных приемов утилизации оборудования является его дезактивация. Для дезактивации оборудования в настоящее время используют различные методы [9]. В основе их лежит один и тот же эффект - снятие тонкого загрязненного поверхностного слоя. После дезактивации оборудования химическими методами остаются отработанные растворы, которые необходимо перерабатывать и захоранивать. Следует отмстить, что жидкостная дезактивация при всей изученности этого процесса не дает должной очистки оборудования от загрязненности радионуклидами, в особой мере при переработке конструкций сложной геометрической формы, а также при отдельных формах коррозионных повреждений. Кроме того, жидкостная дезактивация поверхности не влияет на уровень наведенной активности. Одним из способов утилизации МРО является их переплав [6]. При переплаве решается задача не только компактирования металлических радиоактивных отходов, но и глубокой очистки получаемых металлических слитков от радионуклидов, находящихся не только на поверхности, но и в объеме переплавляемого металла. При этом возможна очистка не только от продуктов деления, но и от продуктов активации. Термодинамический анализ условий рафинирования металла при плавке, проведенный ЦНИИ «Прометей», г. Санкт-Петербург, свидетельствует, что за счет кислорода атмосферы будет происходить окисление нуклидов, находящихся в расплаве, а также возможно их испарение[]. Образование оксидов происходит на межфазной границе шлак-металл или непосредственно в расплаве стали. Поведение марганца в расплаве железа хорошо изучено. Марганец будет в основном переходить в шлак и частично испаряться. Элементарный рутений не будет окисляться и испаряться и будет оставаться в металле. Диоксид рутения будет частично переходить в шлак и частично испаряться. Наиболее прочный оксид образует церий, который характеризуется высокой активностью к кислороду и имеет тенденцию к полному окислению и переходу в шлак [,,]. Таблица 1. Данные таблицы показывают, что для эффективного рафинирования металла от оксидных форм радионуклидов при плавке необходимо использовать специальные составы шлаков с большим средством к кислороду по отношению к радионуклидам.