Альтернативні зв’язуючі для іммобілізації рідких органічних радіоактивних відходів

Abstract

Під час експлуатації або при знятті з експлуатації енергоблоків АЕС утворюються рідкі органічні радіоактивні відходи, поводження з якими вимагає брати до уваги їхню природу і притаманні їм специфічні властивості. Більшість органічних відходів несумісні з навколишнім середовищем, тому варіант “розведення та скидання” не може бути застосовано до рідких органічних радіоактивних відходів. Крім іммобілізації радіонуклідів, органічні компоненти відходів повинні бути зруйновані або переведені в стабільну нетоксичну форму. Розглянуто і систематизовано технологічні особливості іммобілізації рідких органічних радіоактивних відходів (РОРВ) у геополімерну матрицю, яка може становити основу упаковки радіоактивних відходів та відповідати вимогам радіаційної безпеки для розміщення у сховищах для захоронення. Запропоновано застосування відповідних компонентів для покращення ефективності синтезу композиційних матеріалів з іммобілізованими РОРВ залежно від використаного технологічного регламенту та виду сировини. Розглянуто особливості механізму синтезу геополімерів в залежності від кількості CaO у сировині. Розглянуто переваги і недоліки різних способів кондиціонування РОРВ геополімерними зв’язуючими – пряме цементування, цементування емульсії та цементування насиченого маслом адсорбента. Для синтезу геополімерів з різними механізмами утворення застосовано метакаолін, золу виносу Дарницької ТЕС та шлак Маріупольського металургійного комбінату. Синтезовано зразки з безпосереднім введенням масла у геополімер, а також з застосуванням попередньої емульгації і неорганічних адсорбентів. Отримано компаунди з межею міцності на стиск більше 10 МПа, що відповідає вимогам для захоронення радіоактивних відходів у приповерхневих сховищах. Найбільшу міцність мають зразки на основі матеріалу з високим вмістом СаО – шлак з додаванням метакаоліну.

During the operation or decommissioning of NPP units, liquid organic radioactive waste (LORW) is generated, the management of which requires taking into account their nature and their specific properties. Most organic waste is incompatible with the environment, so the “dilution and disposal” option cannot be applied to liquid organic radioactive waste. Technological features of immobilization of liquid organic radioactive waste (LORW) into a geopolymer matrix, which can form the basis of radioactive waste packaging, and meet the requirements for placement in storage facilities for disposal are considered and systematized. Several ways to condition LORW with geopolymer binders are used in the work. This is the so-called direct method, when the oil is introduced into the geopolymer before it hardens; the method by which the oil is previously converted into an emulsion by means of surfactants, which is then mixed into the geopolymer, and the method of pre-saturation of solid adsorbents with oil. The use of appropriate components to improve the efficiency of synthesis of composite materials with immobilized LORW depending on the used technological regulations and the type of raw materials is proposed. The peculiarities of the mechanism of geopolymer synthesis depending on the amount of CaO in the raw material are considered. The advantages and disadvantages of several methods of conditioning RORV with geopolymer binders are considered. Metakaolin, ash from the Darnytsya TPP and slag from the Mariupol Metallurgical Plant were used for the synthesis of geopolymers with different formation mechanisms. Samples with direct introduction of oil into the geopolymer, as well as with the use of preemulsification and inorganic adsorbents were synthesized. Сompounds with a compressive strength of more than 10 MPa are obtained. Samples based on a material with a high content of CaO – slag with the addition of metakaolin have the greatest strength