Способ захоронения радиойода

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт радиоэкологических проблем Национальной академии наук Беларуси (ИРЭП НАНБ)(73) Патентообладатель Институт радиоэкологических проблем Национальной академии наук Беларуси (ИРЭП НАНБ)(57) Способ захоронения радиойода фиксацией в устойчивой твердой фазе, отличающийся тем, что радиойод переводят из отходов реакцией обмена в , проводят остекловывание жидких радиоактивных отходов, при котором вводят радиойод в формев стекломассу при 1000-1100 С. Изобретение относится к охране окружающей среды - радиоэкологии, а именно к способам обработки радиоактивных отходов фиксацией в устойчивой среде, в частности улавливание радиоактивного йода с целью его захоронения. Изобретение может быть использовано при разгерметизации твэлов на АЭС и предприятиях ядерно-промышленного комплекса. Известны способы удаления радиоактивных примесей из жидкостей с целью последующего обезвреживания и захоронения, основанные на процессах разделения, происходящих при испарении жидкостей, на совместном осаждении радиоактивного и нерадиоактивного изотопа на процессах ионного обмена и др 1. Очистка газообразных смесей от радиоактивности производится на фильтрах различных типов, основанных на явлениях адсорбции, абсорбции, седиментации и др. После насыщения фильтров радиоактивностью последние направляют на захоронение 2. Известен способ улавливания йода из отходящих газов промывкой высококонцентрированной (20-22 М) НО 3 (йодокс процесс), имеющий определенное преимущество по сравнению с другими методами промывки улавливание с высокими коэффициентами очистки от йода (104-105) всех летучих соединений, включая органические йодпроизводные, которые осуществляются путем их окисления в единственную нелетучую форму (йодат) с последующим образованием концентрированных йодсодержащих отходов (твердой 38) для удаления и долговременного хранения 3. Недостатком этого способа является то,что высококонцентрированная НО 3 является корродирующим агентом по отношению к нержавеющей стали, поэтому необходимы конструкционные материалы с более высокой коррозионной стойкостью, например цирконий. Из-за высоких затрат использования циркония удаление и долговременное хранение концентрированных йодсодержащих отходов от йодокс-процесса является в настоящее время еще проблематичным. Известные сухие способы улавливания йода, которые предполагают применение йодных ловушек, содержащих нитрат серебра, и различных сорбентов йода активированных углей, в т.ч. пропитанных различными веществами, цеолитов в -форме, носителей катализаторов на основе кремневой кислоты, пропитанных нитратом серебра 3. Молекулярные сита в -форме являются эффективными для улавливания как элементарного йода, так и органических йодсодержащих соединений. Однако, высокое содержание серебра в цеолите обусловливает высокую его стоимость. Способы улавливания йода с помощью йодных ловушек имеют следующие 3947 1 недостатки органические йодсодержащие соединения не улавливаются этой системой очистки, присутствие окислов азота значительно снижает эффективность улавливания йода, необходимая операция регенерации ловушки дает жидкие радиоактивные отходы, а удержанный ловушкой радиойод представляет отходы в форме,непригодной для удаления и долговременного хранения. Известные методы отверждения радиоактивных отходов с целью удаления и захоронения включают 1) кальцинацию концентрированных радиоактивных отходов (РАО) - отверждение методом прокаливания либо 2) кальцинацию с последующим включением РАО в стекломассу - остекловывание. Процесс кальцинации РАО в виде азотнокислых растворов протекает в три стадии 1) удаление из отходов воды и отгонка НО 3 при 130-170 С,2) разложение остающихся нитратов при 400-500 С, 3) прокаливание при 700 С или спекание с получением тугоплавкого продукта. Полученные в процессе кальцинации порошки - кальцинаты рассматривают как конечный продукт, предназначенный на захоронение. При остекловывании процесс на этом не заканчивается,т.к. кальцинаты представляют собой промежуточный продукт, который вводят в стекло. Процесс получения кальцинатов проще, а температура проведения ниже, чем при остекловывании. Но с учетом растворимости кальцинатов к их хранилищам предъявляют повышенные требования в отношении изоляции от грунтовых вод, что приводит к удорожанию хранилищ. В виду летучести радиойода ввести его в стекломассу при остекловывании жидких радиоактивных отходов невозможно. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ захоронения радиойода фиксацией в устойчивой твердой среде, заключающийся в том, что йодсодержащие отходы, образующиеся при проведении йодокс-процесса, включают в бетон в виде йодата бария, который можно использовать в качестве наполнителя бетона из портландцемента. Предполагается, что то количество йода, которое выделится в сутки при переработке облученного топлива быстрых реакторов мощностью 5 т/сут можно включить в 9,4910-3 м 3 бетона, если в бетоне будет содержаться 9,05 мас.йода, около 75 в виде 129. Недостатком захоронения радиоактивного йода в бетон является то, что в процессе долговременного хранения йодат восстанавливается в воздухе под действием облучения до свободного йода. Кроме того, бетон при попадании влаги, следов щелочей подвергается выщелачиванию, что не обеспечивает надежного удержания 129. Ввиду разрушения бетонных блоков под действием химических реагентов высокоактивные отходы в бетон захоронить нельзя. Задачей настоящего изобретения является улучшение экологической безопасности и охраны окружающей среды путем повышения эффективности удержания радиойода, а также исключение попадания его в окружающую среду при обезвреживании радиоактивных отходов (РАО). Поставленная задача достигается тем, что при обезвреживании РАО радиойод захоранивают фиксацией в устойчивой твердой среде. Отличительной особенностью изобретения является то, что радиойод при захоронении фиксируют в стекле. При этом радиойод переводят из отходов реакцией обмена в(йодистый калий), затем проводят остекловывание ЖРО, при котором вводят радиойод в формев стекломассу при 1000-1100 С. Причем радиойод попадает на захоронение в стеклянные блоки вместе с другими продуктам деления. Включение радиойода с высокоактивными отходами в стекло возможно по двухстадийной схеме, а также по непрерывной схеме остекловывания в электропечи. Пример 1. Высокоактивный исходный раствор поступает на концентрирование в выпарный аппарат, где упаривается настолько, чтобы не было выпадения осадков. Упариванию, как методу уменьшения объема подлежащих хранению растворов, могут подвергаться как азотнокислые растворы (например, водная фаза после экстрактора, содержащая основную массу продуктов деления), так и щелочные растворы после нейтрализации. При упаривании кислых растворов подвергают регенерации и возвращают в цикл. Упаренный раствор далее направляется для удаления оставшейся НО 3, разложения нитратов и сплавления окислов металлов при прокаливании. При двухстадийной схеме остекловывания исходный высокоактивный раствор после упаривания в выпарном аппарате подается в камеру сушки с кипящим слоем мембранным насосом-дозатором через пневматическую форсунку. Распыление жидкости производится воздухом, нагретым до 500-600 С, который служит и теплоносителем. Воздушный поток с паром вместе с сухим порошком направляется в бункер, в верхней части которого установлен металлокерамический фильтр для очистки потока от твердых частиц, аэрозолей и газов в системе, состоящей из барботера и фильтров из стекловолокна. Порошок из бункера пневматическим питателем подается в керамический тигель, в котором осуществляется плавка. Обогревается тигель высокочастотной установкой. Температура кальцинации 350 С, температура плавки 1000 -1100 С. При плавке образуется стекломасса, включающая 502 О 5, 2025 окислов щелочных металлов и 25-30 типа МеО и Ме 2 О 3. С узла подготовки раствора (после растворения твэлов) радиойод отдувают и сорбируют на колонне, наполненной алюмогелем, который пропитывают либо АО 3, либо . Такая пропитка обусловлена тем, что если наблюдается проскок 2, то сорбция йода с использованием АО 3 неэффективна. Наиболее выгодной реакцией в этом случае является изотопный обмен 129 с . По насыщению колонны радиойодом ее снимают, йод переводят путем обмена в форму . Затем раствор упаривают, высушивают и подают в стекломассу при 1000-1100 С. После окончания плавки заполненный тигель отправляют на долговременное захоронение. Во избежание расстековывания при хранении предусмотрено охлаждение стекломассы воздухом. Температура в центре тигля при хранении не должна превышать 700 С. 2 3947 1 Пример 2. По непрерывной схеме остекловывания в электропечи исходный раствор, смешанный с ортофосфорной кислотой - стеклообразующим компонентом, подается в печь через трубчатые питатели. При подаче флюсованных отходов на поверхности радиоактивного стекла происходит сушка, кальцинация и остекловывание. При 1000-1100 С в стекломассу подают радиойод в формеотдельно от других РАО. По мере наработки стекломассы и образования фосфатного стекла стекломассу сливают в емкость и направляют на захоронение. Выбор формыобусловлен сравнительной устойчивостью его и совместимостью со стекломассой, что влияет на качество стеклянных блоков. Оптимальный режим температур 1000-1100 С вводав стекломассу обусловлен тем, что при температуре ниже 1000 С не достигается гомогенности распределения йода в расплаве стекла. Повышение температуры свыше 1100 С нецелесообразно ввиду летучестии соответственно, при этом не обеспечивается полнота удержания радиойода. Использование предлагаемого способа обеспечивает более полное включение 129 в стекломассу, эффективное улавливание и исключение его попадания в окружающую среду. Наиболее важная характеристика метода отверждения, определяющая надежность процесса захоронения, является стойкость полученных отвержденных блоков с включенными радиоактивными веществами. Остеклованные отходы характеризуются высокой стойкостью к выщелачиванию химическими реагентами. Источники информации 1. Радиоактивный йод в прлеме радиационной безопасности / Под ред. проф. Л.И. Ильина - М. Атомиздат,1972. - С.272, 17. 2. Несмеянов А.И. Радиохимия. - М. Химия, 1972. - С.125. 3. Столер С., Ричардс Р. Переработка ядерного горючего. М. Атомиздат, 1964. С.318 4. Полуэктова Г.Б. Современное состояние проблемы обработки и удаления высокоактивных отходов. М., 1976. - С.12. 5. Орлова Э.К. Очистка отходящих газов при переработке облученного топлива. - М. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.