Введение к работе
&
Актуальность проблемы
Современное развитие ядерной энергетики невозможно без создания новых технологий обращения с радиоактивными отходами Образование жидких радиоактивных отходов высокого уровня активности происходит в результате промышленной реализации ядерного топливного цикла (ЯТЦ). включающего в себя растворение и экстракционную переработку облученного топлива АЭС
Чрезвычайная опасность жидких высокоактивных отходов (ВАО) требует их изоляции от окружающей среды, исключающей воздействие на человека и биосферу Поэтому разработка и внедрение технологий обращения с ВАО является необходимым аспектом деятельности радиохимических предприятий.
Наиболее разработанным и прошедшим фазу промышленного внедрения способом локализации ВАО является процесс остекловывания радиоактивных отходов, позволяющий сконцентрировать радиоактивные элементы в относительно небольшом объеме в стеклоподобной матрице, обладающей высокой термической, механической, радиационной и химической стойкостью. Дальнейшее обращение с технологическими упаковками остеклованных отходов включает в себя безопасное хранение с последующим перемещением в подземные могильники для окончательного захоронения, где основным барьером уже будет являться геологическая среда.
В настоящее время широко применяют два типа стекол - боросиликатное и фосфатное. Фосфатное стекло используют при отверждении жидких ВАО в России на ПО «Маяк», боросиликатное стекло - в других странах с развитой радиохимической промышленностью (Франция, Великобритания, США, Япония).
Выбор фосфатного стекла при реализации процесса остекловывания в печах прямого электрического нагрева был обусловлен рядом причин, среди которых главными являются сложный состав отходов, высокая растворимость их компонентов в фосфатном расплаве, а также возможность организации жидкой дозировки стеклообразующих реагентов. В то же время, фосфатное стекло обладает существенными недостатками. Прежде всего, это узкая область стеклообразования и высокая склонность к кристаллизации, в результате которой снижается химическая стойкость стекла. Промышленную эксплуатацию комплекса остекловывания на ПО «Маяк» осложняет высокая чувствительность фосфатного стекла к изменению состава отходов. Одним из путей улучшения качества фосфатного стекла может быть введение в его состав оксида бора.
Актуальность данной работы определяется необходимостью разработки новой
матрицы для остекловывания алюминийсодержащих жидких ВАО, превосходящей
фосфатную по ряду физико-химических свойств, и создания, соответственно, новой
технологии остекловывания в печах прямого электрического нагрева. Внедрение
разрабатываемой технологии обеспечит стабильность и экономичность
технологического процесса остекловывания ВАО, увеличение степени включения алюминийсодержащих радиоактивных отходов іхиною—4уЫ,6 раза по сравнению с фосфатным, более высокое качество конечного вродлтггЛАИИОНАЛьНАя ,
Цель работы
Разработка технологии остекловывания жидких высокоактивных отходов в новую борофосфатную матрицу в печи прямого электрическою нагрева
Основные задачи работы
-
Исследование кристаллизации лабораторных и производственных составов натрийалюминийфосфатного стекла, предназначенных для запуска электропечей типа ЭП-500, в сравнении с натрийалюминийборофосфатными составами
-
Поиск путей снижения кристаллизационной способности расплавов
-
Сравнительное исследование основных свойств фосфатных и борофосфатных стекол, содержащих имитатор ВАО, и создание математических моделей типа состав-свойство.
4. Разработка технологии подготовки жидких ВАО к процессу варки борофосфатного стекла.
-
Разработка способа флюсования жидких ВЛО борорганическими реагентами
-
Стендовые испытания процесса варки борофосфатного стекла и оптимизация основных технологических параметров процесса.
Научная новизна работы
-
Исследованы кристаллизация и фазообразование для лабораторных и предназначенных для запуска печей остекловывания ВАО составов фосфатных стекол в сравнении с борофосфатными.
-
Установлено, что оптимизация состава натрийалюмофосфатного стекла, используемого для иммобилизации ВАО, по минимуму кристаллизационной способности может идти только в направлении увеличения числа компонентов.
-
Исследованы основные свойства борофосфатных стекол, содержащих имитатор высокоактивных отходов - температура стеклообразования, вязкость, химическая стойкость, кристаллизационная способность. Впервые получены адекватные математические модели, описывающие поведение стекол и расплавов в широком диапазоне изменения концентраций основных компонентов
-
Впервые разработан ряд промышленно осуществимых способов приготовления водного борофосфатного стеклообразующего раствора, содержащего жидкие высокоактивные отходы, с высокой концентрацией стеклообразующего компонента - оксида бора.
-
Исследованы основные свойства боратов многоатомных спиртов и впервые разработана технология их применения в качестве флюса при остекловывании жидких высокоактивных отходов.
-
Исследован процесс иммобилизации имитатора жидких ВАО в борофосфатное стекло в опытной печи прямого электрического нагрева
Практическая ценность работы
-
Разработан способ предупреждения кристаллизации расплава в процессе запуска электропечи типа ЭП-500.
-
Оптимизирован состав борофосфатного стекла применительно к процессу остекловывания жидких ВАО в печи прямого электрического нагрева
-
Отработана технология приютовления щелочною натрийборатною флюса и на его основе борофосфатного раствора.
-
Отработана технолоіия флюсования фосфатною раствора борагами многоатомных спиртов
-
Провелены стендовые испытания технологии иммобилизации жидких ВЛО в борофосфатное стекло на установке с печью прямого электрического нагрева.
На защиту выносятся следующие положения
-
Факторы, влияющие на кристаллизацию используемою для старта электропечей натрийалюмофосфатного расплава при его охлаждении
-
Обоснование практической необходимости увеличения количества стеклообразугощих компонентов в натрийалюмофосфатном расплаве, в том числе путем введения оксида бора.
-
Маїематические модели типа состав-свойство для сравнения и прогнозирования свойств фосфатных и борофосфатных стекол, предназначенных для иммобилизации жидких В АО завода РТ-1.
-
Технология подготовки жидких ВАО к иммобилизации в борофосфатное стекло.
-
Технология флюсования стеклообразующего раствора боратами многоатомных спиртов.
6. Технологический процесс электроварки борофосфатного стекла в печи прямого
электрического нагрева.
Апробация работы и публикации
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Третьей Российской конференции по радиохимии "'Радиохимия-2000", Санкт-Петербург, 28 ноября - 1 декабря 2000; на Четвертой Российской конференции по радиохимии "Радиохимия-2003", Озерск, 20-25 октября 2003. Результаты работы изложены в 4 статьях, в 9 отчетах о НИР. По материалам работы получено 3 патента. Основные технические и технологические решения апробированы на стендовых установках и рекомендованы к внедрению в процесс остекловывания жидких ВАО.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 101 источника, содержит 148 страниц машинописного текста, 69 рисунков, 51 таблицу
