В.Л.СОЗЫКИНА Научные руководители - А.И. МАЛЫШЕВ, к.биол.н., профессор, А.В. РЯКОВ, инженер-исследователь
advertisement
В.Л.СОЗЫКИНА Научные руководители - А.И. МАЛЫШЕВ, к.биол.н., профессор, А.В. РЯКОВ, инженер-исследователь Озерский технологический институт (филиал) МИФИ Центральная заводская лаборатория ФГУП «МАЯК» ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИГОДНОСТИ ЖЕЛЕЗОФОСФАТНЫХ ЦЕМЕНТОВ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ АЛЬФА-АКТИВНЫХ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ Рассмотрена возможность использования железофосфатных цементов для иммобилизации альфа-активных твердых отходов В настоящее время интенсивно изучаются ортофосфорные соединения как потенциальные матрицы для создания первого иммобилизационного барьера при захоронении радиоактивных отходов конверсии плутония и производства MOX-топлива. Целью настоящей работы является исследование технологии синтеза железофосфатного цемента (ЖФЦ) с включением имитаторов ТРО, а также гидролитической устойчивости и механической прочности полученных образцов ЖФЦ. Имитатор отходов выбирался таким образом, чтобы химический состав элементов в нём был близким к составу прокаленных концентратов от переработки вод спецканализации завода 20. Результаты экспериментов могут быть суммированы следующим образом: – У образцов с имитаторами отходов, прокалённых при 600 С средняя температура синтеза составила 73 С. Время текучести пасты (129) мин. Максимальная плотность (2,31 г/см3) наблюдается у образца с соотношением отходов и FeOx 1:1. – Для образцов с имитаторами отходов, прокалённых при 1050 С, наблюдается снижение температура реакции со 100 С до 88 С, средняя температура синтеза составила 94 С. Плотность образцов увеличивается от 1,7 до 2,5 г/см3 с уменьшением содержания отходов в шихте. – Образцы с непрокалёнными имитаторами отходов показали, что при уменьшении доли отходов в шихте температура реакции снижается с 82 ºС до 62 ºС, средняя температура синтеза составила 76 С Плотность образцов не зависит от состава шихты и имеет значение (1,98 0,53) г/см3. – В опытах на влияние концентрации кислоты было выявлено, что 60 %-ная кислота приводит к увеличению времени текучести и времени твердения для всех смесей, а 65 %-ная – эффективна только для смесей с прокалкой при 1050 ºС и без прокалки, а отходы, прокаленные при 600 ºС, реагируют также как с 70 %-ной кислотой. Зависимость плотности образцов от концентрации кислоты не наблюдается. – Изготовление образцов с использованием охлаждения не увеличивает периоды твердения. Практически все образцы имеют рыхлую рассыпчатую структуру (большая часть смеси не прореагировала). Плотность образцов значительно снизилась (на 0,3 – 1,0 г/см3). – Исследование образцов на прочность показало, что наиболее оптимальным составом является соотношение отходов FeOx 1:1. Плотность образцов - (2,0±0,5) г/см3, время текучести 60 - 240 мин, время твердения 24 - 96 ч, прочность 67 - 141 кг/см2. Из изготовленных образцов лишь 15 % имеют удовлетворительные параметры. – При изготовлении образцов с использованием вторичного синтеза обнаружено, что образцы с 60 % и 70 %-ными кислотами получились плотными, на поверхности есть неглубокие поры размером от 0,1 до 1,5 мм, а также микротрещины. В этих опытах добились одновременного снижения температуры реакции и увеличения периода текучести. – Скорость выщелачивания фосфора в воду из образцов, синтезированных в одну стадию, к концу третьей недели составила соответственно 1,7·10-4 и 2,5·10-4 г/(см2сут). У образцов, в две стадии, она составила соответственно 6,0·10-5 и 1,4·10-5 г/(см2сут), что почти на порядок меньше. Следовательно, улучшение механических свойств образцов за счет двустадийного синтеза существенно снизило химическую стойкость. Таким образом, данные исследований позволяют заключить, что для формирования прочных железофосфатных матриц необходимо знать примерный состав отходов, так как фосфорная кислота способна бурно реагировать с оксидами железа (II), стронция, бария, кальция и марганца. Концентраты и осадки, содержащие влагу, перед включением в ЖФЦ необходимо прокаливать. Для каждого вида отходов потребуется подбирать своё оптимальное соотношение компонентов (FexOy, H 3PO4), так чтобы матрица имела приемлемую механическую и химическую стойкость при максимальном содержании ТРО. Принимая во внимание простоту технологии и отсутствие вторичных РАО, железофосфатные цементы являются перспективным материалом для иммобилизации твердых измельченных альфа-активных отходов.
