Кондиционирование радиоактивных отходов с использованием энергии порошкообразных экзотермических смесей

• Автор: Варлакова, Галина Андреевна
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил

Содержание
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Основные виды радиоактивных отходов и способы их кондиционирования

1.1.1. Опыт обращения с зольным остатком от сжигания

твердых РАО.

1.1.1.1. Компактирование, цементирование и битумирование

зольного остатка

1.1.1.2. Высокотемпературные способы переработки

зольного остатка

1.1.2. Обращение с радиоактивно загрязненными грунтами.

1.1.3. Обращение с отработанными сорбентами.
1.2. Гпрение как технологический процесс
1.2.1. Общее понятие о процессах горения
1.2.2. Условия осуществления процессов горения
1.2.3. Типы окислителей и восстановителей.
1.2.4. Применение процесса горения для переработки РАО
1.3. Выводы по литературному обзору.
2. Термодинамический анализ процессов термохимического кондиционирования РАО.
2.1. Расчет составов тепловых основ.
2.2. Оптимизация составов реакционных смесей
2.2.1. Расчет оптимального состава для кондиционирования зольного
остатка, грунта, клиноптилолита
2.3. Выводы по главе 2
3. Экспериментальная часть
3.1. Основные методики, оборудован ие и методы исследовании.
3.2. Характеристики радиоактивных отходов зольного остатка, грунта, клиноптилолита
3.3. Краткая характеристика компонентов тепловой основы.
3.4. Исследование технологической безопасности реакционных смесей
3.5. Подготовка экзотермических реакционных смесей и синтез стеклоподобных материалов.
3.6. Исследование кондиционирования зольного остатка с использованием тепловой основы, содержащей сложный окислитель
3.7. Исследование кондиционирования РАО с использованием тепловой основы, содержащей окислитель КМп.
3.7.1. Измерение температуры и исследование уноса компонентов и радионуклидов во время процесса.
3.7.2. Исследование фгсзикохгшических свойств, состава и структуры образцов конечного продукта.
3.7.2.1. Свойства конечного продукта
3.7.2.2.Состав и структура конечных продуктов.
3.7.2.3. Устойчивость конечных продуктов к воздействию водного раствора.
3.8. Эксперимент на опытном стенде.
3.8.1. Конструкция опытного стенда.
3.8.2. Основные результаты экспериментов.Л
3.8.3. Изучение возможности хранениязахоронения стеклоподобных
конечных продуктов в приповерхностных хранилищах.
3.9. Выводы по главе 3
4. Разработка опытной установки для термохимического кондиционирования РАО.
4.1. Состав и конструктивное исполнение установки.
4.1.1. Параметры РАО и технические характеристики.
4.1.2. Состав установки.
4.1.2.1. Устройство узлов и систем установки
5. Выводы.
Список литературы


Радиоактивные отходы сродней и низкой активности образуются, практически, в любой области науки и промышленности. Пути образования и физико-химические характеристики РАО описаны в ряде книг [2,3,4,5]. РАО классифицируют по агрегатному состоянию, активности, характеру источников образования, составу и пр. Химический состав отходов весьма разнообразен. Они представляют широкий спектр элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. В связи с большим разнообразием РАО по агрегатному состоянию, по химическому составу, удельной активности в настоящее время применяются на практике и разрабатываются достаточно разнообразные способы кондиционирования и обращения с РАО. Предметом настоящих исследований являются твердые РАО среднего и низкого уровней активности, в частности, зольный остаток от сжигания радиоактивных отходов, грунт, отработанный неорганический сорбент. Основными способами кондиционирования твердых РАО являются [: компактирование, спекание и плавление, иммобилизация в матричные материалы. К материалам, используемым в качестве матрицы для радиоактивных отходов, предъявляют следующие основные требования [7,8]: монолитность, высокая химическая, радиационная, механическая, термическая стойкость. Образующийся после сжигания твердых отходов зольный остаток легкий и пылящий материал, который не пригоден в исходном виде для долговременного хранения и, тем более, окончательного захоронения без создания дополнительных инженерных барьеров между ним и окружающей средой. Принятые методы обращения с зольным остатком, в основном, аналогичны методам обращения с твердыми РАО: зольный остаток подвергают компактированию, когда есть необходимость в промежуточном хранении, спекают и плавят, включают в минеральные или битумную матрицы. Самым простым способом является затаривание зольного остатка в бочки объемом 0 л и заливка цементным раствором, после чего они отправляются на захоронение [3]. В -е и -е годы цементирование было самым распространенным способом фиксации золы в твердые матрицы. Во многих странах используют именно этот способ [9]. Наряду с цементированием, в настоящее время, уже разработаны или только ведутся исследования ? В последнее время все большее внимание уделяется включению зольного остатка в стекло [], стеклокристаллические материалы [,] или керамику [], т. Компактирование зольного остатка проводят, когда есть необходимость в промежуточном хранении отходов. Например, в Германии зольный остаток, образуемый от сжигания отходов АЭС, вместе со шлаками и нылыо с фильтров загружают в ставосьмидссяти литровые бочки и помешают в мобильную установку FAKIR, осуществляющую уплотнение зольного остатка под высоким давлением. Получаемые таблетки укладывают в контейнеры для дальнейшего хранения []. Цементирование является наиболее простым способом кондиционирования зольного остатка: неэнергоемким, не требующим высоких температур для получения конечного продукта, поэтому менее опасным с точки зрения экологии, так как в результате реализации способа образуется гораздо меньше вторичных отходов чем, скажем, при остекловывании. Кроме того, цементная матрица в отличие от битумной является негорючей. Однако наряду с этим цементирование имеет ряд недостатков: получаемый продукт, по сравнению с другими матрицами, уступает в химической, механической, термической стойкости при хранении, а органические компоненты (продукты жизнедеятельности животного и растительного мира и т. А также затвердевший продукт имеет многочисленные воздушные пространства, т. Традиционным способом в цемент можно включать - % но массе зольного остатка [3], поэтому цементирование, как правило, не приводит к снижению объема отходов, скорость выщелачивания радионуклидов (,Cs) из цементной матрицы составляет * - 3 г/см2 сут. На опытных и промышленных установках сжигания твердые РАО сжигают в двухкамерной печи при температуре 0-°С, затем образующийся зольный остаток выгружают с последующим его цементированием в контейнерах (барабанах) объемом 0-0 л [,-]. Многие фирмы используют этот способ до сих пор в качестве стандартной технологии.