Цементирование твердых радиоактивных отходов методом пропитки высокопроникающими растворами

• Автор: Горбунова, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Способы кондиционирования твердых радиоактивных отходов

1.2. Теоретические основы движения потока в неподвижном зернистом слое

1.2.1. Влияние свойств пропитываемого материача на процесс пропитки

1.2.2. Влияние свойств проникающего раствора на процесс пропитки.

и. Высокопроникающие цементные растворы.

1.3.1. Свойства цементных растворов

1.3.2. Добавки, улучшающие свойства цементных растворов и компаундов

1.3.3. Свойства цементных компаундов.

1.4. Выводы по литературному обзору. Выбор направлений исследований
Глава 2. ЭКХПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Характеристики исходных материалов.
2.1.1. Зольный остаток от сжигания радиоактивных отходов.
2.1.2. Вяжущий материал, добавки, цементные растворы.
2.2. Методика исследования, характеристика оборудования.
2.2.1. Лабораторная установка
2.2.2. Расист гидравлического сопротивления слоя зольного остатка
2.2.3. Определение давления подачи цементного раствора.
2.2.4. Определение проникающей способности массопсрсноса растворов
2.2.5. Изучение свойств цементных компаундов.
2.2.6. Аналитические методики физикохимических исследований.
2.3. Параметры технологического процесса цементирования твердых
радиоактивных отходов методом пропитки.
2.3.1. Давление подачи цементного раствора на пропитку.
2.3.2. Проникающая способность цементных растворов. Диапазон водоцементных отношений в растворе.
2.3.3. Критерий качества пропитки
2.3.4. Модифицирование цементных растворов полимерной добавкой.
2.3.5. Выводы

2.4. Свойства цементных компаундов, полученных пропиткой
2.4.1. Регламентированные свойства цементных компаундов.
2.4.2. Формирование цементной матрицы
2.4.3. Взаимодействие цементной матрицы с частицами зольного остатка
2.4.4. Выводы
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
3.1. Опытнопромышленное цементирование методом пропитки
различных видов твердых радиоактивных отходов.
3.1.1. Цементирование пропиткой зольного остатка.
3.1.2. IЦементирование пропиткой смешанных сыпучих отходов.
3.1.3. Цементирование пропиткой крупных фрагментированных отходов в отсскс приповерхностного хранилища.
3.2. Экономическая оценка метода пропитки по сравнению с традиционным цементированием твердых радиоактивных отходов
ВЫВОДЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При битумировании ТРО отходы механически перемешивают с текучим битумом при температуре 0-0°С, при этом существуют трудности //, связанные с необходимостью разжижения битума до истинно-жидкого состояния с вязкостью ньютоновской жидкости с помощью различных добавок, как правило, снижающих качество битумной связки, а также с необходимостью сортировки ТРО перед перемешиванием во избежание повреждений перемешивающего оборудования. Конечным продуктом является компаунд с наполнением но ТРО не более % по массе /4/. Низкая механическая прочность, низкая термическая, радиационная стойкость и устойчивость к действию микроорганизмов, характерные для конечною продукта, более высокая стоимость матричного материала по сравнению с цементом делают эту технологию малоперспективной. В настоящее время процесс битумирования считают устаревшим /4/, так как он не соответствует требованиям пожарной, радиационной и экологической безопасности. Технологии остекловывания и плазменного плавления РАО превосходят цементирование по качеству получаемого продукта. Гак, скорость выщелачивания радионуклидов из стеклоблока составляет Ю'МО'6 г/(см2 сут), прочность компаунда на сжатие достигает до 0 МПа, компаунд обладает высокой радиационной стойкостью //. Получение таких регламентированных // характеристик в сочетании с высокими эксплуатационными затратами ориентирует технологию остекловывания, главным образом, на кондиционирование высокоактивных РАО (ВАО), причем прежде всего- жидких отходов /4, , /. РАО представляется весьма значительным именно для ЖРО /, /. Остекловывание ТРО (зол, шлаков, грунтов) возможно в среднечастотных индукционных плавителях на базе «холодного тигля» // и СВЧ-устройствах с микроволновым обогревом /, , /. РАО. Зольный остаток более чем на % состоит из стеклообразующих оксидов, благодаря чему его можно перевести в стойкий гомогенный материал, нагрев до температуры -°С //. В России остекловывание и других ТРО на базе «холодного тигля» // осуществлено пока только в демонстрационном образце /4/ и ггредусматривает обязательную предварительную сортировку отходов. ТРО рассеивают в классификаторе на мелкую (<5 мм) и крупную фракции. Мелкую фракцию (составляющую, например, для до % масс. При таких условиях ведения процесса снижение объема происходит незначительно. Плазменное плавление ТРО /, , , , / позволяет получить высокостабильную кондиционированную форму отходов. Основное достоинство плазмохимической переработки РАО - возможность совместной переработки различных видов РАО и получения стеклоподобной матрицы, обладающей исключительной химической и радиационной устойчивостью /, /. Однако процесс рекомендуется вести после предварительной сортировки, так как существуют ограничения по химическому составу перерабатываемых отходов: недопустимы крупные фрагменты ТРО (негорючие металлические и керамические включения) в количестве более % от общей массы, а так же изделия из ПВХ и резины более 1-5% по массе в целях предотвращения образования хлор- и серосодержащих агрессивных коррозионных агентов //. Особенностью кондиционирования зольного остатка () с помощью экзотермических реакций с металлизированными порошками /, / является проведение процесса омоноличивания без внешнего подвода энергии. Источником энергии служкг реакция, проходящая между компонентами смеси. Достигаемой в результате реакции температуры оказывается достаточно для плавления зольного остатка. Для проведения реакции используют системы на основе силикокальция с РезО. РЬ4, КМл. Однако присутствующие в зольном остатке крупные металлические включения (около % по массе представлено частицами размером более мм) приводят к неравномерному нагреву , поэтому способ требует сортировки, тщательного предварительного измельчения и перемешивания реагентов, сопровождающихся пылением мелкой фракции радиоактивной золы. ТРО, позволяющее с минимальными затратами и без предварительных стадий сортировки и измельчения получить компаунд, удовлетворяющий регламентированным требованиям. Однако традиционное цементирование приводит к увеличению объема конечного компаунда по сравнению с исходным объемом огходов в 1,5-2,5 раза. Существуют технологии цементирования, основанные на заполнении цементным раствором пустот между фрагментами ТРО, однако такие методы применимы только для отходов с большими полостями и требуют дополнительного вибрирования из-за недостаточной проникающей способности цементных растворов.