автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему:Высокотемпературное кондиционирование радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности

1\иц

Л - ¿1 Г* ' '-

/1- .'V - ^ - .-С6 К¿1,.-i. № МО Для служебного пользования

Отпргвшк МО "РАДОН" ; -.Москва, 7-ой Ростовский пер., д.2/14 На правах рукописи

ЛИФАНОВ Федор Анатольевич

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО УРОВНЕЙ АКТИВНОСТИ

05.17.02 - технология редких, рассеянных и радиоактивных

элементов

Диссертация

в виде научного доклада та соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2000

щп и щрш^шмш щр sa Фж

да^фмш-^ш^штешет^щ^ ЙШШКЮ®

да^штжщ^ ШМШ

АШШЙГ

Защш «ЙШ» ¥& жрн ад» Ж <Ш>Ж.Ш ш М1П

<Ё дашрзшй % адувш® щтшт «шеей шшм ® Щрчт

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В рамках обеспечения безопасности ядерной энергетики, эблема обращения с радиоактивными отходами (РАО) является одним из ос-вных факторов, сдерживающих ее развитие, и вызывает наибольшее общест-шое беспокойство. Если РАО высокого уровня активности (BAO) образуют-главным образом в процессах ядерного топливпого цикла (переработка отра-ганного ядерного топлива), то РАО низкого и среднего уровней активности CAO) - практически в любой области науки и промышленности. Ежегодно на )еработку и захоронение в МосШЮ "Радон", являющееся ответственным за шизадию РАО, не связанных с ядерным топливным циклом, которые обра-этся в Москве, Московской области и 9 других областях Центральной Рос-I, поступает около 2000 м3 жидких и до 3000 м3 твердых РАО суммарной ак-шостью около 5 ТБк. При эксплуатации АЭС на одном блоке ежегодно обра-:тся до 1000 м3 жидких РАО с общей активностью до 10 ТБк. На АЭС обра-этся также и твердые РАО, объем которых значительно возрастает при сня-I блоков АЭС с эксплуатации.

Все образующиеся РАО подлежат кондиционированию, которое включа-уменыыение их объема и перевод в твердую монолитную форму с после-ощим долговременным храпением или окончательным захоронением отвер-енных РАО. В качестве методов омоноличивания рассматриваются цементи-шние, бигумирование, включение в полимеры, керамизация, плавление / ос-ловывание. Наиболее надежными с экологической точки зрения являются гючение в керамику или стекло, таге как эти материалы обладают высокой «теской, термической и радиациогаюй стойкостью и обеспечивают макси-1ьное уменьшение объема РАО.

Особенностью НСАО является то, что доля радионуклидов в общей массе О за немногими исключениями не превышает 10"3-10'4 мас.%, поэтому тех-со-экономическая эффективность традиционного кондиционирования НСАО 1елика. В работе предложен альтернативный подход, предусматривающий деление радионуклидов из жидких НСАО с помощью селективных сорбен-и переводом основной массы солевого остатка в категорию нерадиоактив-< отходов со значительным уменьшением объема радиоактивной состав-эщей.

Актуальной задачей является утилизация вторичных РАО, например об-уюшихся в системах газоочистки установок по высокотемпературной обра-ке НСАО. Один из таких отходов - отработашшй катализатор каталитиче-го разложения оксидов азота, образующихся в процессе остекловывания ратсодержащих РАО. Радиоактивными могут стать и катализаторы, приме-мые при переработке тяжелых нефтяных остатков, например в процессе родесульфуризации, которые также нуждаются в кондиционировании.

Основные теоретические и экспериментальные результаты работы полу-ы в ходе выполнения совместных планов НИР Государственного комитета CP по использованию атомной энергии, Министерства атомной энергетики и

промышленности СССР и Министерства по атомной энергии РФ, Исполкол Моссовета, Правительства Москвы и Мое НПО "Радон" в 1980-1997 гг по и мам "Усовершенствование технологии и аппаратуры для остекловывания выс< косолевых отходов" (№ г.р. Х-34-385), "Разработка комплексной технологии оборудования для обезвреживания ГРО" (№ г.р. 13-01-04.89.0613Р) и темам г< довых координационных планов НИР Мое НПО "Радон" за 1980-1997 гг.

Цели и задачи работы. Целью работы являлась разработка технологи кондиционирования НС АО, поступающих на региональные предприятия си темы "Радон", образующихся на АЭС и при ликвидации последствий радиат ошшх аварий. В работе решались следующие задачи:

1. Разработка концепции и комплексной схемы переработки НСАО, пред; сматривающек плавление/остекловыванис консолидированных остатков.

2. Разработка технологии и оборудования для остекловывания жидких НСА( поступающих на региональные предприятия системы "Радон", и НСАО АЭ с использованием технологии электрет арки с джоулевым и высокочасто ным индукционным (ВЧИ) нагревом.

3. Разработка технологии и оборудования для сорбционного фракциониров; ния жидких НСАО с их разделением на радиоактивную и нерадиоакгивну составляющие.

4. Разработка технологии и оборудования для переработки жидких НСАО АЭ с ВВЭР с регенерацией борной кислоты.

5. Разработка технологии и оборудования для плавленияУоетекловывания тве] дых неорганических НСАО с использованием ИПХТ.

6. Проведение опытно-промышленных испытаний разработанных технолог! и их внедрение.

Научная новизна работы

1. Впервые разработана общая концепция переработки различных типов НСА с использованием стадии плавления консолидированных остатков НСАО.

2. Изучены закономерности поведения радионуклидов при плавлении/ осте: ловывании консолидировашшх остатков жидких НСАО и твердых НСАО электропечах с джоулевым и ВЧИ нагревом.

3. Изучены электротехнологические свойства расплавов с оксидами НСАО зависимости от вида и содержания НСАО и определены области составо пригодных для электроварки.

4. Изучены свойства плавленых/остеклованных НСАО, таких как стекла, с держащие оксиды жидких НСАО, и сгеклокристаллические и преимущес венно кристаллические материалы на основе оксидов твердых НСАО.

Практическая ценность работы

1. Разработаны и испытаны различные варианты конструкции плавителей (г рячих и холодных тиглей) для высокотемпературной переработки различив НСАО, в том числе жидких НСАО АЭС с ВВЭР и РБМК и твердых НСА типа зольного остатка печей сжигания.

2. Разработаны технология и оборудование для остекловывания жидю НСАО, поступающих на региональные предприятия системы "Радоп",

НСАО АЭС с использованием технологии электроварки с джоулевым и высокочастотным индукционным (ВЧИ) нагревом.

Разработаны технология и оборудование для фракционирования жидких НСАО путем сорбциотюго выделения радионуклидов с предварительным доокислением (озонированием) кубовых остатков и последующей раздельной переработкой радиоактивной и перадиоактивной составляющих. Выбраны оптимальные сорбенты для выделения б0Со и 134,137Cs. Разработаны технология и оборудование для переработки жидких НСАО АЭС с ВВЭР.

Разработаны технология и оборудование для плавления/остекловывания твердых НСАО с использованием метода ИПХТ. Спроектировал узел омо-поличивания зольного остатка печей сжигания на базе холодного тигля. Выбраны матричные материалы для иммобилизации жидких и твердых НСАО, удовлетворяющие экологическим требованиям.

Личный вклад автора. Диссертантом сформулирована общая концепция эеработки НСАО, разработаны анпаратурно-гехнологические схемы процес-з переработки НСАО, предложены основные аппараты, включая типы и кон-)уктивные особенности плавителей, обоснован выбор сорбентов для выделе-я радионуклидов и матричных материалов для их иммобилизации. Автор ютвовал в планировании и проведении лабораторных экспериментов, стен-вых и опытно-промышленных испытаниях технологических процессов и эрудования, обсуждении результатов экспериментов и испытаний и внедре-и технологических процессов.

Внедрение результатов работы. В МосНПО "Радон" спроектирована, лроена и пущена в опытную эксплуатацию опытно-промышленная установ-остекловывания жидких НСАО. Внедрение установок этого типа планирует-на Ленинградской, Кольской, Смоленской, Нововоронежской и Калининской >С, а также на территории хранилища НСАО в Фернолде, США (совместно с рмой "Foster Wheeler Environmental Corp.", США) и в Южной Корее (совме-ю с фирмой "Cogema", Франция).

Спроектирован и строится узел остекловывания зольного остатка камер-% печи сжигания горючих НСАО. Данный узел рассматривается как прототип I существующих установок сжигания АЭС и региональных спецкомбинатов ;темы "Радон". Совместно с фирмой "Nukem", Германия, предполагается здрение данного узла за рубежом на контрактной основе.

По заказу фирмы "Prometron Technics Corp." разработана технология ути-¡ации с использованием метода ИПХТ отработанного радиоактивного ката-¡атора гидродесульфуризации тяжелых нефтяных остатков, которая пригодна щя утилизации отработанного катализатора процесса каталитического раз-кения оксидов азота, используемого в системе газоочистки установок остек-!ывания НСАО, и внедрена на опытно-промышленной установке Мое НПО дон".

При участии фирмы "Nukem", Санкт-Петербургского технологического зтитута, ВНИИАЭС и Концерна «Росэнергоатом» на Кольской, Курской и

Ростовской АЭС внедряется процесс сорбционной очистки НСАО от радиону лидов.

Защищаемые положения

1. Общая концепция переработки НСАО АЭС и РАО, поступающих на реги нальные предприятия системы "Радон", с использованием стадии остекл вывания консолидированных остатков.

2. Технология остекловывания жидких НСАО с использованием джоулева ВЧИ нагрева.

3. Технология остекловывания твердых НСАО с использованием ВЧИ нагрев;

4. Технология комплексной переработки НСАО АЭС, включающая сорбцио ное отделение радионуклидов.

5. Свойства плавленых/остеклованных НСАО.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликова! 97 работ, включая 5 патентов и 14 авторских свидетельств на изобретения.

Материалы диссертационной работы были доложены на Международнь конференциях, симпозиумах и семинарах: по обращению с радиоактивны* отходами и охране окружающей среды 1СЕМ'93 (Прага, 1993), 1СЕМ'95 (Бе лин, 1995), 1СЕМ'97 (Сингапур, 1997), симпозиумах по обращению с низке высокоактивными, опасными отходами и восстановлению окружающей сре/ WM'95 (Тусон, США, 1995), WM'96 (Тусон, США, 1996), WM'97 (Тусон, СШ. 1997), WM'98 (Тусон, США), Международных симпозиумах Scientific Basis i Nuclear Waste Management - XVIII (Киото, Япония, 1994), XIX (Бостон, СШ,

1995), XX (Бостон, США, 1996), Конференции по безопасности ядерного то ливного цикла Global'95 (Версаль, Франция, 1995), Конференциях по обрат нию с ядерными и опасными отходами Spectrum '94 (Атланта, США, 199' Spectrum '96 (Сиэттл, США, 1996), Международных конференциях по ежи г нию и технологиям термической обработки (Саванна, США, 1996, Атлант США, 1997 и Солг Лэйк Сити, США, 1998), XV (Ленинград, СССР, 1989), X' (Мадрид, Испания, 1992) и XVIII (Сан Франциско, США, 1998) Междунаро ных Конгрессах по стеклу, а также ежегодных конференциях ядерного общее ва СССР и России (Нижний Новгород, 1991, Москва, 1992, Нижний Новгорс 1993), конференции "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, л реработка. Влияние на человека и окружающую среду" (Санкт-Петербу[

1996) и многих других.

Объем и структура работы. Работа представлена в виде научного до лада, состоящего из 5 глав, выводов и списка литературы общим объемом 48 с

1. ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НСАО

1.1. НСАО, поступающие на региональные предприятия систем "Радон" и образующиеся на АЭС

На региональные предприятия по переработке и захоронению РАО и ступают жидкие и твердые неорганические и органические РАО, а также ш таллические РАО - отработанные источники ионизирующих излучений и j

оактивпо-загрязненные металлические изделия. Металлические отходы едставляют собой особый тип РАО, для которых существуют специальные тоды кондиционирования, и далее опи не рассматриваются, кроме металли-ских примесей в зольном остатке печей сжигания.

Неорганические жидкие НСАО (табл.1) представлены водными раство-ми и суспензиями (пульпами) с концентрацией солей <100- 600 кг/м3. В жид-х РАО, поступающих в Мое НПО "Радон", преобладает нитрат натрия (60-80 от массы солей - здесь и далее мас.%). Состав НСАО АЭС с РБМК подобен лаву ш1стотуциональш.1х РАО. В них также преобладает нитрат натрия и в цсствсшш метших количествах присутствуют соли жесткости, железа, тьфаты и хлориды. В НСАО АЭС с ВВЭР в значительных количествах при-гствует тетрагидроксоборат натрия (табл.1).

Неорганические твердые НСАО представлены широким спектром мате-алов, составы которых даны в табл.2. Все твердые РАО нуждаются в конди-онировании.

Зольный остаток образуется в печах сжигания при высокотемпературной эаботке твердых и жидких горючих РАО. В упаковки попадают также раз-шые неорганические материалы и металл, что отражается на составе зольно-остатка.

Во всех РАО присутствуют С-у-излучающие радионуклиды продуктов тения (^г, 134-шСз, №Се, 1ЙЕц и др.) и коррозии (51Сг, 54Мп, 60Со (р ), а также а-излучатели (210Ро, 226Яа, 235-238и,247Ыр, 238'239Ри, 241Ат, 242Ст). В дких отходах значительно преобладают р-у-излучатели, особенно радионук-ды цезия (табл.1). В зольном остатке удельная активность по а-излучателям,

238 239

;ди которых резко преобладают и и Ри, может быть того же порядка или ке выше, чем по р-7-излучателям. Однако, массовое содержание радионук-юв составляет не более 10"2-10~3 мас.% и они не оказывают влияния на мак-свойства конечного продукта, за немногими исключениями, когда содержа-з 238и в зольном остатке может достигать ~2 мас.%.

1.2. Основные принципы и общая концепции обращения с НСАО

Основные принципы обращения с НСАО следующие: максимальпое уменьшение объема РАО; максимальная простота и безопасность переработки РАО; иммобилизация консолидированных остатков в твердых монолитных матричных материалах с высокой химической устойчивостью; минимальное количество добавок, низкая стоимость процесса кондиционирования и иммобилизационных материалов;

надежность и безопасность при удалении кондиционированных РАО в приповерхностные хранилища по мультибарьерной схеме.

Распространенные в настоящее время методы цементирования и битуми-ания не обеспечивают необходимых уменьшения объема НСАО и химиче-й устойчивости конечного продукта. Битумирование не удовлетворяет

Таблиц*

Характеристика неорганических жидких НС АО _

Характеристика НСАО МСП* АЭС с РБМК** АЭС с ВВЭР**

Суммарная концентрация солей, кг/м3 300-640 348.0 350-501

Концентрация растворимых солей, кг/м3 110-320 317.5 350-50«

Концентрация нерастворимых веществ, кг/м3 40-470 30.5 <5

П. п. п. при 900 °С, мас.% 40-50 60.9 42

Плотность, кг/м3 1,2-1,4 1,2-1,5 1,2-1,5

рН 7,0-12,0 12-13 11,5

Химический состав (в пересчете на сухой остаток, мас.%) Na+ 15,0-28,0 25,1 38,0

NH/ 0-1,5 - -

Ca2+ 1,0-10,0 0,2 -

W+ 0-0,5 од -

Fe3+ 0,2-3,5 0,8 -

Al3+ 0-0,3 - -

B02 0-0,9 - i7,0

Si02 0-5,0 - -

СГ 2,0-10,0 1,4 -

N0j~ 25,0-62,0 60,2 26,0

OH" 0,05-2,0 0,7 6,0

co32" 0,5-4,0 2,4 13,0

so/" 0,5-15,0 1,5 -

органические вещества 0-0,2 6,4 -

Основные фазы по данным рентгенофазово-го анализа NaN03, NaCl, Na2S04 CaMg(C03>2 NaN03 NaCl, Na2S04 Na2C03aq NaNO; NaB(OH NaOH

Радионуклид-ный состав, Бк/м3 Cs-137 1040* 4.1-109 1.9-10'

Cs-134 lO'-lO* 8.5-108 1.010

Sr-90 104-10b - -

Со-60 104-10* 5.3-107 4.510

альфа-излучатели I04-106 - 10b

Доля радионуклидов, % от общей активности Cs-137 75-85 82.0 64

Cs-134 10-20 17,0 34

Sr-90 <1 - -

Co-60 1-2 1.0 <1

альфа-излучатели 1-2 - -

Остальное 1-2. - <1

* Московская станция переработки РАО, **РАО Курской АЭС, ***РАО Тв ской (Калининской) АЭС, прочерк - меньше предела определения

Таблица 2

Составы неорганических твердых РАО

>актеристи- Загряз- Неоргани- Зольный Футеров- Тепло- Фильт-

ненная почва ческие ио- нообмен- пики остаток печей сжигания ка и корпуса изоляция ромате-риалы

вЮг 58-79 47-68 14-38 6-62 30-90 50-75

тю2 <1 <1 <1-4 0-1.5 <1 <1

Ъх02 «1 - 0-41 «1 <1

А1203 4-20 10-27 4-18 5-35 3-15 5-10

Сг203 - - 1-3 10-30 - -

5> РеОв* 1-8 <1 3-33 <1-14 1-25 <1-4

сО МпО - <1-2 - - -

(О МвО 1-3 <1 3-7 0-71 5-15 2-6

СаО 3-6 3-10 8-20 <1-3 20-40 4-10

СО Иа20 <1-2 3-17 2-8 <1 <1-4 10-15

К20 1-4 <1-2 3-9 <1 <1 1-3

Н20 1-5 9-21 1-5 - 1-10 -

р2о5 <1 «1 2-22 - <1 «1

С02 2-7 <1-2 1-9 «1 <1-3 -

БОз <1 <1 <1-2 - 1-3 «1

1Р-У юМоь 10*-10ш юЧо' 104-108 юМо* 103-106

А юМо6 10к-10ш Ю^Ю6 юМо* 102-10ь 103-106

б и в ю ^г юМо5 ю3-ю6 юМо" 103-10; 10-Ю4 103-105

<ю3 юМо" 105-108 <1-10 102-104

и <103 <103 105-10& - - -

<10 <1 106-10' - - -

ючает и металлическое железо (п=0).

:е и требованиям пожарной безопасности при получении и хранении би-ю-солевого компаунда. Процесс включения НСАО в керамику является •остадяйным и сопровождается пылением при помоле и перемещении су-шмпонентов или протечками при работе с влажными материалами или свя-: применением давления при холодном или горячем прессовании. Поэтому, ственным технологическим процессом, удовлетворяющим большинству численных требований, является плавление / осгекловывание. Коэффици-'меньшения объема РАО при их остекловыватгя в среднем около 5. Из 1 м3 сих РАО с концентрацией солей около 300 кг/м3 образуется примерно 0,2 »нечного продукта, что в 4-6 раз меньше, чем при бигумировании, и в 10-20 леныпе, чем при цементировании РАО. Скорости выщелачивания радио-идов из остеклованных РАО на 1-3 порядка меньше, чем из битумпо-зого компаунда и на 2-4 порядка ниже, чем из цементированных образцов, лоблоки обладают и более высокой механической прочностью (табл.3).

Таблица!

Сравнение свойств остеклованных, цементированных и битумированных РАО

Свойства Стеклоблок Битумно-солевой компаунд РАО-цементн блок

Содержание оксидов РАО в продукте, мас.% до 40 (жидкие), до 100 (твердые и смешанные) 10-20 5-10

Коэффициент уменьшения объема РАО 4-6 (жидкие), до 8 (твердые), до 10 (смешан.) 1-1,5 0,7-0,9

Прочность на сжатие, МПа 60-110 - 7-20

Скорость ШС8 Ю-'-Ю"6 ю'-ю-4 юМо3

выщелачивания, ю^-ю-' Ю-'-Ю" 10^-10^

г/(см2сут)* шРи 10~6-10-* КГМО'* 10^-10"4

"Методика МАГАТЭ (ИСО 6961-82, Вела, 1984), при комнатной температуре чере 28 суток контакта с дистшшировашюй водой1.

Схема переработки высокосолевых жидких РАО включает:

• упаривание жидких НСАО до концентрации солей 1000-1100 кг/м3;

• приготовление стеклошихты из концентрата НСАО со стеклообразующим добавками в ииде пасты с влажностью 20-25 мас.%;

• получение стекломассы при минимально возможной температуре (обычн не выше 1200 °С), ее гомогенизацию, розлив в контейнеры или бидоны;

• отжиг стеклоблоков и размещение их в хранилище;

• очистку отходящих газов с регенерацией азотной кислоты или каталитич( ским разложением оксидов азота до азота и кислорода.

Для высокосолевых борсодержащих жидких РАО схема видоизменяется с

добавлением ряда операций следующим образом:

• предподготовка жидких НСАО - удаление взвесей и нефтепродуктов,

• кристаллизация последовательно или одновременно тетрабората и гидр< карбоната натрия при обработке раствора углекислым газом;

• снижение общего солесодержания при конверсии солевого состава раствор за счет восстановления нитрат-ионов оксидом углерода;

• дестабилизация раствора по отношению к ионам переходных металлов пр окислении органических комплексов;

• удаление радионуклидов 60Со и 134,!37Сз с помощью селективных сорбентов.

• утилизация отработанных сорбентов и остаточного раствора методом осте: ловывания.

Обращение с твердыми НСАО должно включать:

• предварительную подготовку (сортировку, включая магнитную сепараци и/или измельчение);

1 Здесь и далее химическая устойчивость стеклоподобных материалов по отношению к воде оценивали по см рост и выщелачивания компонентов по данной методике МАГАТЭ.

приготовление шихты (смешение РАО с флюсующими добавками); плавление/остекяовывание, гомогенизацию расплава и розлив его в контейнеры;

отжиг стеклоблоков и размещение их в хранилище;

очистку отходящих газов от радионуклидов и токсичных компонентов.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОС-ЕКЛОВЫВАНИЯ ЖИДКИХ НСАО, ПОСТУПАЮЩИХ НА СПЕЦ-ОМБИНАТЫ СИСТЕМЫ "РАДОН", И РАО АЭС С РБМК И ВВЭР

2.1. Разработка технологической схемы остекловывания жидких РАО

В соответствии с принципами обращения с НСАО, изложенными в главе , автором предложена комплексная схема переработки жидких НСАО. Так как идкие РАО, поступающие на спецкомбинаты системы "Радон", в частности в [ос НПО "Радон", и образующиеся на АЭС с РБМК близки по химическому и 1дионуклидному составу, для их кондиционирования может быть использова-1 одна принципиальная блок-схема процесса (рис.1).

Согласно данной схеме, ЖРО концентрируют, концентрат остекловыва-т, а отходящие газы обрабатывают с возвращением вторичных РАО на остек-)вывание и регенерацией азотной кислоты.

атмосферу

надоочистку

Улавливание аэрозолей

—СИ

Сбор конденсата

образующие

Стекл (¡образующие добавки

Хранилище ЖРО

Промежуточное хранение

Суши и концентрирование жидких НСАО

Приготовление шипы

Унос

Отжиг :теклоблоков

Стекло ¡леки

Роапив в контейнеры (бочки)

Спило-'

блоки к

Остекло-вывание

Очистка отходящих газов

Очищенный газ в атмосферу

Отходящие газы

геклоблоки в хранилище Аютная кислота для

внутризаводских нужд

Аютная кислота

Очистка аготной кислоты

гсунок 1. Блок-схема процесса остекловывания жидких НСАО

2.1.1. Выбор аппаратурно-технологтеского оформления процесса

Основными аппаратами, используемыми в технологии остекловываниз являются выпарной аппарат, дозатор шихты и плавитель, а также аппараты сис темы газоочистки.

В качестве аппарата для концентрирования жидких РАО был выбран рс торный пленочный испаритель, хорошо зарекомендовавший себя в ходе эксплуатации установки битумировапия Мое НПО "Радон", где он проработа без капитального ремонта почти 20 лет2. Выбор дозатора шихты определяете ее консистенцией и основывается на опыте использования соответствугощи устройств в стекольной и керамической промышленности с учетом необхода мости герметизации и дезактивации. Выбор оптимальных типа и конструкци плавителя является наиболее важным моментом при разработке аппаратурнс технологической схемы процесса остекловывания, определяя, в частности, выбор аппаратов системы газоочистки.

Для определения оптимальной аппаратурно-технологической схемы прс цесса остекловывания на основании проведенных лабораторных экспериме) тов3 и имеющегося технологического опыта в 1980-1983 гг был создан эксп< римешалъный стенд на базе роторного испарителя с производительностью л 50 л/ч, на котором проводились испытания различных типов плавителей и ai паратов системы очистки отходящих газов от радионуклидов и аэрозолей. Ср< да типов плавителей, применяющихся в стекольной промышленности, пота циально пригодными для остекловывания РАО являются лишь плавители глубинным характером нагрева расплава (электрические печи прямого джоул< ва нагрева, индукционные плавители типа "холодный тигель"), которые позв< ляют проводить процесс остекловывания под слоем захоложенной шихты да снижения потерь радионуклидов при испарении, а также различные плавител косвенного нагрева (индукционные типа "горячий тигель", микроволновые ДР-)-

Основные требования к плавигелям для переработки НСАО:

• высокая удельная производительность;

• возможность эксплуатации при высоких (более 1300 °С) температурах;

• легкость и короткое время запуска и выхода на рабочий режим;

• длительный срок службы;

• высокая надежность при эксплуатации;

• малые габариты и возможность удаления в случае выхода из строя;

Предварительные испытания показали, что применение металлическт плавителей с джоулевым нагревом4 и индукционно-обогреваемыми стенка\ неэффективно из-за низкой термической и коррозионной стойкости металлич ских конструкционных материалов и электродов. Поэтому, в дальнейшей раб те рассматривали только главным образом керамический плавитель джоуле) нагрева (КПДН) и индукционный плавитель с холодным тиглем (ИПХТ), хо-

2 Соболев И.А. Дисс....докг. техн. наук. СПбГТИ, 1992.

3 Стефановский C.B. Автореф. Дисс... докт. xilm. наук. СПбГТИ, 1992.

"ЛифановФ.А. Автореф. Дисс....кацд. техн. наук. СПбГТИ, 1994.

¡которые другие плавители также могут быть использованы для специальных :лей.

2.1.2. Стендовые испытания КПДН

Был спроектирован и построен двухзонный (зона варки 0,28 м2, зона вы-1ботки 0.04 м2) КПДН (рис.2). В первой модификации плавителя дно, стены и :регородка между зонами варки и выработки были выполнены из хромо-помо-циркониевого огнеупора, который ноказал низкую коррозионную ус-1Йчивосгь. В усовершенствованном плавителе под был изготовлен из бадде-:1по-корундового огнеупора "Бакор-33", а стены, перегородка и свод - из вы-жоглиноземного огнеупора (A.c.СССР №1089076), который продемонстриро-л очень высокую устойчивость к щелочноалюмоборосиликатному расплаву, шв стекла осуществляли через трубку из керамики на основе диоксида олова, [irxiy подавали в плавигель шнековым питателем. Использовалась "мокрая" [стема газоочистки (барботер, каллеотбойник, фильтр тонкой очистки). В ка-:стве матричного материала для кондиционирования HCAO было выбрано екло на боросиликатной основе, получаемое при использовании в качестве еклообразующих добавок концентрата минерала датолита CaBSi04(0H) и арцевого песка (более 99 мас.% SiCh) при массовом соотношении соли 2АО: даголитовый концентрат: кварцевый песок = 40:30:30. Стекломасса, по-чешгая из шихты данного состава, имеет при температуре варки (1150-:00°С) вязкость 4-6 Пас и удельное электросопротивление 0,025-0,035 Ом-м, а орость выщелачивания радионуклидов цезия из стекла при комнатной темпе-

В ходе стендовых экспериментов (табл.4) было показано, что, во избежа-е пыления при транспортировке и пылеуноса при загрузке шихты в плавить, она должна иметь влажность (луш) в пределах 10-25%. При этом, шихта [стрее проваривается и производительность процесса повышается на 10-20% сравнению с сухой шихтой ^ш^/о). Однако, влажная шихта из солей РАО, голитового концентрата и кварцевого песка нестабильна - она быстро рас-

туре - (2-4)-10"6 г/(см2-сут).

Рисунок 2. Конструкция КПДН

1- Теплоизоляция, 2-Огнеупорная футеровка, 3 - Молибденовые электроды, 4- Перегородка между зонами варки и выработки, 5- Газоход, 6- Патрубок загрузки шихты, 7- Сливное устройство, 8 - Контейнеры, 9 - Печь отжига.

слаивается с выделением избыточной воды. Для предотвращения этого бы разработан способ приготовления шихты, предусматривающий концентриров; ние жидких РАО до солесодержания 1000-1100 кг/м3 и смешение концентрат со стеклообразующими добавками, в которых от 50 до 100 % кварцевого neci заменено на суглинок. Такая шихта с влажностью 20-25% не пылит, равноме] но растекается по поверхности расплава в плавителе, обеспечивая равномернс покрытие его слоем, абсорбирующим летучие компоненты РАО, обладает пл; стаческими тиксотропными свойствами, не расслаивается и может храниться закрытых емкостях длительное время и транспортироваться по трубопровода на значительное расстояние (A.c. СССР №1335004). Вместо суглинка в шихт может быть использована глина, например бентонит. В этом случае 20-30' кварцевого песка в шихте заменяют на бентонит. Вязкость и удельное электр( сопротивление стекломассы изменяются незначительно, а скорости выщелаш вания щелочных ионов, в том числе цезия, из стекол несколько снижаютс благодаря увеличению содержания AI2O3, повышающего химическую устойч] вость стекол (A.c. СССР №1482459).

Предложенный способ позволяет раздели ib процессы подготовки PAvj приготовлешга шихты и остекловывания в пространстве и во времени, дел; возможным выполнение их независимо друг от друга, что повышает надо ность и безопасность технологии остекловывания.

Таблица

Результаты экспериментов на стенде с КПДН__

Параметры Сухая Загрузка в Загрузи

загрузка виде пасты виде шл

Площадь поверхности расплава, м2 0.28 0.28 0.28

Концентрация солей в жидких РАО, кг/м3 - 1000 350

Влажность шихты, мас.% 1-2 20-25 35-4С

Производительность по РАО, 10"3, м3/ч 36* 36 36

Производительность по стеклу, кг/ч 11 15 7

Удельная производительность по стеклу, кг/(м2-ч) 40 54 25

Температура варки стекла, "С 1170+20 1180+20 1180±

Температура отходящих газов, иС 250 200 150

Удельные энергозатраты, кВт-ч/кг 3.2±0.2 2.3+0.1 5.0±0

Унос из пла- твердой фазы 5.0±0.5 0.7+0.3 3.2+0

вителя, % *uSr 1.5 0.5 0.6

8.5 0.6 1.7

S альфа-излучателей 1.5 <0.1 -0.1

В203 7.1 1.0 2.5

*расчет

По результатам стендовых испытаний была спроектирована и построена штная установка на базе КПДН полупромышленного масштаба с удельной роизводительностью по стеклу до 50 кг/(м2-п). Зоны варки и выработки (1500 м х 400 мм и 600 мм х 200 мм, соответственно) были разледсны водоохлаж-1емой перегородкой из жаропрочной стали ЭЖ-1. Слив стекломассы происходи с уровня 150 мм через вертикальное отверстие, просверленное в блоке из токсид-оловяшгой керамики. На этой установке были проведены эксперимек-й по остекловыванию НСАО, поступающих в Мое НПО "Радон", РАО Кур-:ой АЭС с РБМК и Калининской АЭС с ВВЭР (табл.5), впервые продемонст-фовавпше такую возможность. Особенностью переработки борсодержащих \0 АЭС с ВВЭР являлась необходимость поддержания температуры в смеси-ле шихты и на линии шихтоподачи выше 50 °С, чтобы избежать кристаллиза-т тетрагидроксобората натрия.

Разработанная аппаратурно-технологическая схема может быть примене-I для остекловывания различных типов жидких РАО, включая НСАО АЭС, и

Таблица 5

Параметры процесса остекловывания НСАО в укрупненном КПДН

Параметры НСАО

Мое НПО "Радон" Курской АЭС с РБМК Калининской АЭС с ВВЭР

[лощадь поверхности плавителя, м2 0.72 0.72 0.72

'онцентрация солей в жидких РАО, г/м3 365 348 375

онцентрация солей после роторного спарителя, кг/м3 -1000 -1000 -1000

лажность шихты, мас.% 22 22 23

роизводительность по жидким РАО, X3, м3/ч 50+10 30±5 50±7

'роизводительность по стеклу, кг/ч 35±5 22+2 30±5

дельная производительность по стек-кг/(м2-ч) 50+7 40±5 50+7

емпература варки стекла, иС 1160+20 1150+25 1130+20

гмпература отходящих газов, иС 170 150 150

дельные энергозатраты, кВт-ч/кг стек-1 2.9+0.2 3.2+0.2 3.4±0.2

нос из пла- твердой фазы 2.8+0.1 0.9+0.1 1.2+0.1

гтеля, % 90Sr 0.8±0.2 1.4+0.2 1.8+0.5

L».UVCs 7.7+3.3 2.9+0.2 3.5±0.5

X альфа-излучателей -0.2 -0.1 -0.1

В203 0.65+0.12 0.4±0.1 0.7+0.2

рассматривается в настоящее время как базовая для внедрения на Ленинградской АЭС. Достоинствами КПДН являются его эффективность при остекловы-вании шламов вследствие большой поверхности испарения, низкий унос легколетучих компонентов, в частности радионуклидов цезия и низкие удельные энергозатраты. Однако ряд недостатков, присущих КПДН (относительно мальн срок службы из-за коррозии огнеупоров и электродов, низкая удельная производительность, большие габариты, затрудняющие его удаление при выходе и: строя и др.), вызвали необходимость рассмотрения альтернативных вариантог плавителей.

2.1.3. Предварительные испытания ИПХТ

Для оценки пригодности ИПХТ для остекловывания жидких НСАО был! проведены стендовые испытания тиглей различных конструкций, размеров геометрии и производительности. При этом были отработаны способы создапш стартового расплава, конструкции и способы работы сливных устройств, спо собы контроля и управления процессом ИПХТ, включая предотвращение и по давление вспенивания расплава, и управление загрузкой и разгрузкой тигля.

На стенде применялись серийно выпускаемые высокочастотные ге нераторы, работающие при стандартной частоте 1,76 МГц: ВЧИ-11-60/1,76 I ВЧГ-8-160/1,76 с колебательными мощностями 60 и 160 кВт соответственно Тигли, конструктивные параметры которых определяли экспериментально снабжались индукторами и монтировались в технологических защитных бок сах, оборудованных системой вытяжной вентиляции и фильтров. Конструкци! одного из тиглей, который показал свою эффективность в ходе стендовых ис питаний и в дальнейшем был взят за основу при проектировании промышлен ного образца, показана на рис.3.

Рисунок 3. Холодный тигель для ос текловывания жидких РАО

1- Индуктор, 2- Водяной коллектор, 3 Сливное устройство, 4- Расплав, 5 Крышка, 6- Люк для введения старто вого материала, 7,9 - Технологически патрубки, 8 - Смотровое окно, 9 Гарнисаж, 10 - Газоход, 11 - Патрубо для загрузки шихты, 12 -Трубки гарниссажем, 13 - Патрубки для ввод и вывода охлаждающей воды.

В ходе стендовых испытаний, наряду с известными способами создали стартового расплава, такими как введение в шихту электропроводящего мате риала (порошка металла или кусков графита), разогрев от внешнего источник (газовой горелки, плазмотрона, СВЧ генератора), были разработаны новые дис танционные способы. Согласно одному из них (Патент РФ №2009426), в ис ходную шихту вводят неохлаждаемый проводящий контур, который нагреваю

5 поле индуктора до образования расплава вокруг контура. Нагрев последнего фодолжагот до его разрыва с возникновением на концах контура элекгриче-жой дуги и поддерживают горение дуги до полного сгорания или расплавления сонтура.

Другой разработанный способ (Патент РФ №2065214) основан на исполь-ювании водной пасты закиси-окиси железа. Пасту, содержащую 40-85 мас.% ;Сз04 загружают на поверхность исходной стеклообразующей шихты в плави-геле в количестве, обеспечивающем покрытие части поверхности шихты кон-{снтричсским пятном с диаметром 0,5-0,7 внутреннего диаметра тигля. Старто-1ЫЙ расплав формируется за время от 15 до 50 мин., что в 1,2-2,5 раза быстрее, [ем при использовании традиционных методик.

Методом ИПХТ были получены различтге материалы, потенциально григодные в качестве форм для РАО: стекла на силикатной, боросиликатной, опомоборосиликатной, свинцовосиликатной, алюмофосфатной основе, стекло-гристаллические и минералоподобные материалы на основе силикатов (базаль-таюдобные, высококремнеземные), титанатов, титаносиликатов и композици-игные материалы типа стеклогранул в металлической матрице. Основные па-(аметры ИПХТ приведены в табл.6.

Таблица 6

Параметры процесса ИПХТ при остекловывании имитированных РАО и свой-

ства полученных продуктов.

Параметры и свойства Бороси- ггикатное стекло Алюмосиликатное стек ло Гитано-силикатна я стеклокерамика Титанат-ная керамика (Synroc-C)* Зольный остаток печи сжигания

'емпература процесса, С 1200-1300 1300-1500 1400-1500 1400-1600 1400-1500

Лассовая скорость вы-гуска расплава, кг/ч 10-20 7-13 9-14 8-13 10-20

Сдельная производи-ельность, юг/(м2 ч) 100-150 80-110 70-90 100-130 100-130

Сдельные энергозатраты, :Втч/кг 5-8 6-9 7-11 6-8 7-10

Зодержание оксидов 'АО, мас.% 30-40 35-45 15-25 10-20** 80-100

1отери цезия, % 3-8 3-10 4-8 6-10 3-6

Скорость выщелачивания ¡езия, г/(см2 • сут) -10^ ~10"6 1о-6-ю-у ~10"6

1рочность на сжатие, Ша 70-100 60-80 80-110 70-90 70-100

коэффициент уменьшена объема 3-5 3-5 3-5 - 5-10 (50500)***

состав Synroc-C взят из [Ringwood et.al. Radioactive Waste Forms for the Future, 1988. P.233-34], **оксиды имитированных BAO, *** с учетом органической составляющей твердых го-ючих НСАО.

В процессе ИПХТ при наличии в шихте компонентов, разлагающихся пр1 высоких температурах, возможно вспенивание расплава. Для предотвращение выброса расплава из тигля разработан специальный способ (Пат РФ №2035073), предусматривающий регистрацию образования пены по уменьшению частоты тока в индукторе и подавление ценообразования путем уменьшения электрической мощности генератора на 10-20% с последующей выдержкой до момента восстановления первоначальной частоты тока и плавным повышением ее до первоначального значения.

Наглядно преимущества плавителя типа холодный тигель по сравнению с КПДН продемонстрированы в табл.7.

Таблица 1

Сравнение КПДН и ИПХТ при остекловывании НС АО_

Характеристики КПДН ИПХТ

Конструкционный материал Керамика Сталь, медь

Контакт конструкционных материалов с Есть Нет

пяспнавлм

Электроды в контакте с расплавом Есть Нет

Производительность по стеклу, кг/ч 25 25

Площадь поверхности расплава, м2 0,4 0,15

Удельная производительность, кг/(м2 ч) 50 167

Габаритные размеры, мм х мм х мм 3000x1500x2000 590x300x655

Масса с остаточным расплавом, кг 5000-7000 80-200

Срок службы, ч -3000 -10000

Максимальная рабочая температура, иС 1300-1400 -2500-3000

Удельные энергозатраты, кВт ч/кг 2,5-3,5 5-7

Потери, шСз <8 <8

% <1 <1

альфа-излучатели «1 «1

Из табл.7 следует, что при одинаковой среднемассовой скорости выпуске расплава (25 кг/ч), удельная производительность ИПХТ по стеклу более, чем I 3 раза превышает таковую для КПДН. ИПХТ имеет значительно больший ресурс работы, меньшие габариты и массу, что облегчает его удаление в случае выхода из строя. В холодном тигле могут быть достигнуты практически любые рабочие температуры (они лимитируются расходом охлаждающей воды), позволяющие получать тугоплавкие химически-, термически- и радиационно-стойкие материалы, обеспечивающие безопасное и надежное долговременное хранение отвержденных РАО. Остальные показатели работы плавителей сравнимы.

В дальнейшем холодный тигель был выбран в качестве базового аппарат; при разработке аппаратурно-технологической схемы процесса остекловыванш кубовых остатков АЭС и НС АО спецкомбинатов.

2.2. Выбор, расчет и испытания ИПХТ для остекловывания НСАО

Из различных типов плавителей, описанных в литературе и испытанных [а стенде Мое НПО "Радон", большинству требований, перечисленных в разде-:е 2.1.1, удовлетворяет только плавитель типа "холодный тигель", который меет небольшие габариты при высокой удельной производительности, спосо-ен работать при высоких температурах (до -3000 °С) длительное время, благо-;аря образованию защитного слоя (гарнисажа) между расплавом и холодными генками плавителя, может быть выведен на рабочий режим менее, чем за 1 ас, и, в случае выхода из строя, легко удаляется, гак как масса плавителя при дельной производительности 100 кг/(м2-ч) со стеклом не превышает 500 кг хля сравнения масса КПДН не менее 5 т).

Метод прямого ВЧ гарнмсажного плавления (ИПХТ) основан на разогре-

3 электропроводного материала ВЧ электромагнитным полем, генерируемым

4 генератором, которое проникает в расплав либо через стенку тигля про-зачную для данной длины волны, либо через зазоры в стенке тигля. Поэтому элодный тигель, как правило, выполняется из набора трубок из немагнитного еталла (медь, алюминий, немагнитная сталь), внутри которых пропускают ох-шдающую воду. Для плавления оксидных материалов необходимы частоты в яапазоне от 0.4 до 30 МГц, из которых разрешенными с точки зрения радио-эмех являются 0,44; 1,76; 5,28; 13,56 и 27,12 МГц. Выбор конструкции холод-эго тагля определяется конкретными требованиями технологического процес-I (является ли процесс периодическим или непрерывным), способом выпуска 1сплава (боковой, донный, опрокидыванием), электротехнологическими свой-вами расплава (изменяются ли они или нет, т.е. постоянен ли состав расплава) др.. Тепловые и электрические расчеты выполняются по известной методике5, >торую модифицируют применительно к конкретному случаю. Такой же под->д был использован и автором.

Основные достоинства преимущества холодного тигля по сравнению со ;еми другими типами плавителей: более высокая удельная производительность благодаря активному гидродинамическому режиму за счет перемешивания расплава вихревыми токами, обеспечивающая малые габариты и вес плавителя;

отсутствие внутренних (контактирующих с расплавом) огнеупоров и электродов, что делает его эксплуатацию более надежной;

наличие защитного слоя (гарниссажа) между расплавом и водоохлаждаемы-ми стенками тигля, позволяющего избежать их коррозии или расплавления и создающего возможность достижения высоких рабочих температур, а также большого ресурса и высокой надежности его работы.

При выборе частоты и мощности ВЧ генератора руководствовались сле-ющими соображениями. В России серийно выпускаются генераторы с частой 1,76 МГц мощностью 60 и 160 кВт и с частотой 5,28 МГц и мощностью 60 '»т. Учитывая, что расчетная производительность по расплаву одного тигля

етров Ю.Б., Ратшосов Д.Г. Холодные тигли. М.: Металлургия, 1972.

должна быть порядка 25 кг/ч, при ранее определенных удельных энергозатр тах на остекловывание жидких РАО около 5-6 кВт-ч/кг, необходима полезн мощность 125-150 кВт и для промышленного использования был выбран reí ратор с колебательной мощностью 160 кВт. Глубина проникновения 6 onpeí ляется по известной формуле:

5 = 5,03-102 (p/(j.f)°5, (1)

где: р - удельное элеюрическое сопротивление, Ом-м, р - относительная м; нитная проницаемость (для немагнитного материала ц=1), f - частота тока, Гц

При р=0,03 Ом-м (для расплава боросиликатного стекла), |х=1 и f= 1,76-1 Гц, 6 к 6,56 см и при 8 < d/2 (d - внутренний диаметр тигля), d > ~13 см.

В слое толщиной 5 выделяется 86,5% энергии электромагнитного поля.

Было показано, что индукционный нагрев наиболее эффективен п DI/5V2 > 2,5 или DT > 3,56 (DT - внутренний диаметр тигля, м). Учитывая вы{ жение (1), минимальная частота fmin для нагрева материала определяется как

ÍU^O-IOV/H-D,, (2)

Внутренний диаметр тигля должен быть Г)->0,3 м, что вызвано несбхо; мостью размещения на крышке тигля технологических патрубков для пода шихты, отвода отходящих газов, установки термопары, оптического икромет и смотрового окна. При р = 0,03 Ом-м (для боросиликатного стекла на оснс жидких НСАО), р.=1 и Dx=0,3 м, f^ > 1 МГц. Следовательно, может быть i пользован ВЧ генератор, работающий при частоте 1,76 МГц. Такой генерат ВЧГ-8-160/1,76 с колебательной мощностью 160 кВт выпускается СПбО ВНИИТВЧ.

При проведении теплового расчета холодного тигля исходили из бала! тепловой мощности, представляемого в виде:

Рр=Рш+Рй + Рд+Ри + Рк-Рн (3)

где: Рр - мощность, выделяемая в расплаве, Рш - мощность, передаваемая расплава к шихте, Рб и Рд - мощность тепловых потерь через стенки и дно, F мощность излучения с поверхности расплава, Рк - мощность тепловых потер конвективными потоками над расплавом, Р„ - мощность, подводимая к шиз при догорании органики.

Исходя из литературных данных, тепловой к.п.д. ИПХТ был принят =0,2. Тогда суммарные потери Pns = 4РШ. В жидких НСАО содержанием ор нических примесей можно пренебречь и Рн=0. Следовательно, Рр=5Рш.

Тепловой баланс шихты с солями жидких НСАО при допущении, что i мощность от зеркала расплава идет на изменение теплосодержания шихты, < ределяется как:

Рш = Мш(Нгюр-Н298), (4)

где Mm - массовая скорость плавления: шихты, кг/с; Нтеор-Н298 - теоретиче« необходимые затраты энергии на плавление данной шихты, равные энтальг расплава, кДж/кг.

Для того, чтобы рассчитать Рш> необходимо детально знать механизм ( зико-химических процессов и значения теплоты всех химических реакцш

шихте, подаваемой на остекловывание. Ввиду многокомпонентного и непостоянного состава НСАО и чрезвычайно сложного состава шихт, точно рассчитать данную величину весьма трудно. Поэтому, был сделан ряд допущений и упрощений:

1) содержание воды в шихте принимается равным 20%;

2) соли НСАО представлены только нитратом натрия NaNOs;

3) кварцевый песок и суглинок состоят только из Si02;

4) содержание воды и карбонат-ионов в датолитовом концентрате не учитывается и считается, что до температуры плавления 1150 К он не претерпевает

фазовых превращений;

5) NaN03 взаимодействует с SÍO2 при 800 К с образованием Na2Siz05, который не претерпевает фазовых переходов до плавления при 1150 К;

6) выше 1150 К в расплаве дисиликата натрия и датолита происходит растворение Si02.

Исходя из вышеперечисленных допущений, Рш= 24 кВт и Рр= 120 кВт. Активная мощность, подводимая к индуктору, составляет -150 кВт, т.к. по литературным данным5 в расплаве выделяется около 80% от подведенной мощности (в случае тигля из стали Х18Н10Т). Следовательно, выбор ВЧ генератора ВЧГ 8-160/1,76 с колебательной мощностью 160 кВт оправдан.

Была построена математическая модель процессов в холодном тигле и в результате компьютерных расчетов определены оптимальные конструктивные параметры печи ИПХТ.

Уточнение основных параметров конструкции холодного тигля, исходя из параметров ВЧ генератора, дало:

• мощность, подводимая к индуктору - 128 кВт;

• эффективный диаметр холодного -пиля - не менее 0,23 м; по указанным выше технологическим причинам принят 0,44 м;

• величина зазора между тиглем и индуктором - 0,02 м;

• наружный диаметр индуктора - ~0,5 м;

• площадь зеркала расплава - 0,15 м2;

• объем разовой порции слива расплава - 0,025 м3 (соответствует объему контейнера для хранения).

Вид спроектированного холодного тигля промышленного масштаба показан на рис.3. Результаты его стендовых испытаний при получении боросили-катного стекол, содержащих около 30 мас.% оксидов жидких НСАО на основе нитрата натрия, представлены в табл. 8.

Из табл.8 видно, что разработанный холодный тигель пригоден как для переработки нитратно-натриевых отходов спецкомбинатов системы "Радон" и НСАО АЭС с РБМК, так и натриево-нитратпо-боратных РАО АЭС с ВВЭР.

2.3. Разработка и испытания системы газоочистки для установки ос-текловывания жидких НСАО

Предварительные эксперименты по остекловывашпо жидких НСАО на

Таблица 8

Результаты стендовых испытаний холодного тигля_

Параметры Отходы Мое НПО "Радон" и РБМК Отходы ВВЭР

Температура процесса, иС 1200-1300 1150-1200

Массовая скорость загрузки шихты, кг/ч 17,6 15,2

Массовая скорость слива расплава, кг/ч 11,5 9,25

Удельная производительность, кг/(м2 ч) 1,13 0,91

Удельные энергозатраты, кВт ч/кг 10,7 12,5

Унос 137С5 из плавителя, % 8 2-3

Коэффициент уменьшения объема РАО 1,9* 2,5*

Объемная скорость отходящих газов, м*1ч 55 50

Скорость выщелачивания |37Сз, г/(см2- сут) 5 10"6 3 10^

на 28-е сутки контакта с водой

* без учета воды, удаляемой при концентрировании жидких РАО

стендах показали, что проблема очистки отходящих газов установок остекло-вывания сводится, в основном, к решению двух задач:

• очистка газов от радиоактивных аэрозолей (5-15 Бк/дм3);

• очистка от оксидов азота (до 70 г/м3).

Предложена следующая схема системы газоочистки. Механическая очистка газов от радиоактивных аэрозолей и пыли осуществляется в фильтрах грубой (ФГО) и тонкой (ФТО) очистки. ФГО представляет собой рукавный фильтр с импульсной регенерацией. В качестве фильтрующего материала используете высокотемпературный полимерный тканый ворсованный материал на основе полиоксидиазола. Уловленная в фильтре пыль шлюзовым питателем подается I плавитель. ФТО снаряжен волокнистыми матами из ультратонкого (0,85 мкм стекловолокна. Эффективность работы ФГО составляет 97-99,9% и до 99,5% пс аэрозолям и пыли, соответственно. Общая эффективность блока механическое очистки отходящих газов от аэрозолей и пыли составляет 99,4-99,98% и 9599,9% соответственно. Технические характеристики аппаратов системы газо очистаи представлены в табл.9.

Газы, охлажденные в кожухотрубчатом теплообменнике, поступают ] узел абсорбции. Разработаны два варианта очистки от оксидов азота: рекупера тивный и восстановительный.

Первый вариант предусматривает получение азотной кислоты в широко» диапазоне концентраций (10-25%) в трех последовательных насадочных абсор берах, работающих в противотоке газа и орошающей жидкости с насадкой - ке рамическими кольцами Рашига. Удельная активность полученной азотной ки слоты не превышает 200 Бк/дм3. Кислоту предложено использовать для дезак тивации ионообменных колонн на АЭС. В блоке абсорбции поглощается 90 98%Ж)Х.

Таблица 9

Характеристика аппаратов системы газоочистки установки остекловывания _жидких НСАО_

Объемная скорость отходящих газов, м3/ч до 100 и

Температура газов, на входе в систему газоочистки до 200 Ё

С на выходе из системы газоочистки менее 50 н а S? _ о g

Концентрация на входе в систему газоочистки до 15

аэрозолей, Бк/дм j на выходе из системы газоочистки менее 0,015 О о s 5

Концентрация на входе в систему газоочистки до 2000 « »

пыли; мг/м3 па выходе из системы газоочистки менее 0,2 Е и

Концентрация N0» г/м на входе в систему газоочистки до 70 о К

на выходе из системы газоочистки менее 0,05 О

Площадь фильтрации, м2 2,7

Количество фильтрующих рукавов, шт. 9

Длина фильтрующего рукава, м 1 н

Диаметр фильтрующего рукава, м од о к

Выходная концентрация аэрозолей, мг/м3 5 5

Температура, °С до 200 о

Ресурс работы рукавов, мес. 6 >ч Б- л

Система давление сжатого воздуха, ати 6

регенерации расход сжатого воздуха, м3/ч 10

потребляемая мощность, Вт 200 К ©

Габариты, мм 1400x600x600

Масса, кг 200

Площадь фильтрации, м2 2,6 « о

Количество фильтрующих рукавов, шт. 1

Длина фильтрующего рукава, м 1 тьтр ТОН] очистки

Диаметр фильтрующего рукава, м 0,64

Ресурс работы, мес. 6

Габаритные размеры, мм 800x800x1800 в ©

Масса, кг 200

Плотность орошения, м3/(м2 ч) 8

Количество колонн, шт. 3 1 i

Выходная концентрация Г\'0Х, мг/м3 2000

Габариты, мм 350x350x1700 ^ о из о

Масса колонны с насадкой, кг 75

Количество рабочих секций, шт. 3

Количество секций охлаждения, шт. 3 §

Газовая нагрузка, и3/(м2 ч) 10000 <L) Он V р

Выходная концентрация N0» мг/м менее 50 К ^

Ресурс работы катализатора, мес. 12 р и а а

Габаритные размеры, мм 1200x540x540 Й

Масса реактора с катализатором, кг 150

Санитарная очистка газов от остаточных оксидов азота производится путем восстановления Ж)х аммиаком в каталитическом реакторе на алюмована-диевом катализаторе при температуре 250-300 °С. Эффективность очистки - ш гшже 90-95%. ,

Второй способ очистки газов от оксидов азота предусматривает прямо« восстановление МОх в плавителе путем добавления в стеклопшхту восстановителя - карбамида в стехиометрическом соотношении с последующим восстановлением остатков Ж)х в каталитическом реакторе газами, образовавшимися при термодеструкции карбамида (М1з, Н2, СО). Восстановление ЫОх в реакторе протекает при более низкой температуре (200 °С) и не требует использования I процессе аммиака. Общая эффективность очистки газов от оксидов азота в обоих вариантах не ниже 99,9%. Концентрации Ж)х, N113 и удельная активност1 аэрозолей в сбросных газах составляют 4-10 мг/м3, 20-60 мг/м3 и не более 1,! 10~2 Бк/дм3, соответственно.

В результате работы системы газоочистки образуются вторичные отходы подлежащие утилизации (табл.10).

ПГ-- _ г? ч '

1аилица и

Характеристика вторичных отходов, образующихся в системе газоочистки

установки остекловывания жидких НСАО

Отходы Выход, кг/год Возможный способ утилизации

Фильтрующие рукава из ФГО 4 Сжигание, цементирование

Фильтрующий материал из ФТО 4 Остекловывание, цементирование

Отработанный катализатор 100 Остекловывание

Конденсат после каталитического реактора (10) Не требуется. Объемная активность ниже ДКб

2.4. Установка остекловывания жидких НСАО

В результате проведенных теоретических, расчетных и эксперименталь ных работ автором была предложена аппаратурно-технологическая схема уста новки остекловывания жидких НСАО, изображенная на рис.4.

Порцию жидких НСАО или кубового остатка АЭС с концентрацией 200 600 кг/м из емкости для временного хранения (1) перекачивают в емкость (2) Отходы концентрируют в роторном испарителе (3) путем рециркуляции до те: пор пока концентрация солей не достигнет 1000-1100 кг/м3. Отогнанная вод; направляется на очистку. Концентрат перекачивают из емкости (2) в смесител. шихты, где из РАО и стеклообразующих добавок готовят пастообразную шихт; с влажностью 20-25 мас.%. Состав шихты (без учета воды), мас.%: 35-45 сол] НСАО, 25-30 датолитовый концентрат, 20-30 кварцевый песок, 5-10 бентонит.

Шихта дозируется через вихревой аппарат механоактивации (ВА-100 конструкции НИИЭмальхиммаш, Полтава) в плавитель (12). В установке смон тированы 3 плавителя. Стекломассу отжигают в туннельной печи (13). Отходя щие газы направляются в систему газоочистки, описанную в предыдущем раз деле, где очищаются от радиоактивных аэрозолей, пыли и оксидов азота.

ранилйще HNO, На досчистку

суиок 4. Технологическая схема установки остекловывания жидких НСАО на

зе ИПХТ

емкость для временного хранения жидких НСАО, 2- емкость для концентрата, 3-горный испаритель, 4,15 - фильтры тонкой очистки, 5,17 - теплообменники, 6,19 -¡ервуары, 7- бункера стеклообразутощих добавок, 8- шнековый питатель, 9- смесись шихты, 10- аппарат механоактивации пшхты, 11- дозатор шихты, 12- холодные -ли, 13- печь отжига, 14- фильтр грубой очистки, 16 - насосы, 18- абсорбционные тонны, 20 - подогреватель, 21 - каталитический реактор.

новные технические характеристики установки даны в табл.11.

Таблица 11

Основные характеристики установки остекловывания жидких НСАО_

становленная мощность, кВт 1000

1бочая частота ВЧ генераторов, МГц 1,76

олебательная мощность одного генератора, кВт 160

эличество генераторов 3

эличество роторных испарителей 2

эличество холодных тиглей 3

роизводительность по жидким РАО, дм7ч до 200

эоизводительность по стеклу, кг/ч до 75

эоизводителыюсть одного тигля, кг/ч 20-30

цельные энергозатраты, кВт ч/кг 5-7

2.5. Разработка системы автоматизированного управления устанот кой остскловывания

В составе установки около 150 управляемых аппаратов. Большое числ органов у крапления и показывающих приборов делает практически невозмо» ным ручное управление.

Для решения выше указанных проблем разработана и в настоящее врем внедряется гибкая двухуровневая система автоматизированного управлени: представленная на рис.5.

Рисунок 5. Структурная схема системы управления установкой остекловывани РАО

Организовано несколько режимов управления технологическим процессом:

• ручное управление с клавиатуры персонального компьютера или манипул? тором "мышь" с экрана монитора, сопровождаемое "советчиком оператор; технолога" и блокировкой неправильных действий оператора;

• автоматизированное управление от ВУУ с возможностью передачи управл< ния оператору на любом этапе технологического процесса.

В функции ВУУ входит прием сигналов от датчиков (200 аналоговых 250 дискретных), их обработка, контроль и регулирование технологических ш раметров. С помощью локальных систем НУУ производится контроль и рел лирование технологических параметров независимо от оператора, который ш лучает информацию об их нормальном или аварийном состоянии. Локальны системы контроля и регулирования обеспечивают не только контроль технолс гических параметров, но и анализ изменения их во времени и сопоставлен* связанных параметров.

Верхний уровень управления осуществляет супервизорный режим управления, заключающийся в контроле нижнего уровня, отображении оперативной информации на мониторе (мнемосхема, текущие значения технологических параметров, текстовая информация) в режиме реального времени, формирование базы данных (тексты "совспшка оператора-технолога", справочная информация, протокол ведения технологического процесса).

На ВУУ производится анализ правильности действий оператора-технолога и выдается негативная реакция на неправильные действия при ручном управлении процессом. Технические решения и принципы организации системы управления, позволяют:

• исключить неверные действия оператора, уменьшить вероятность аварийных ситуаций и вывода из строя дорогостоящего оборудования;

• проводить процесс в строгом соответствии с технологическим режимом, в том числе в момент старта;

• освободить оператора от постоянного и напряженного контроля за режимами ВЧГ и неизбежных в ручном режиме перерегулировок в следствие инерционности регулируемых параметров.

Данная установка, оснащенная системой автоматизированного управления, рассматривается в качестве базовой для внедрения на АЭС для переработки кубовых остатков и на спецкомбинатах системы "Радон". Головной образец пущен в опытную эксплуатацию в Мое НПО "Радон".

3. ПЕРЕРАБОТКА КУБОВЫХ ОСТАТКОВ АЭС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА СЕЛЕКТИВНОЙ СОРБЦИИ

Традиционными методами переработки кубовых остатков АЭС являются цементирование, битумирование или глубокое упаривание6. Перспективным является метод остекловывания. С целью значительного уменьшения объема отходов, направляемых на остекловывание, целесообразно применение метода селективной сорбции радионуклидов, позволяющего уменьшить объем отходов в десятки, сотни и даже тысячи раз.

Основными носителями активности в кубовых остатках являются радионуклиды цезия и кобальта (табл.1), а также марганца. Для промышленной реализации технологии очистки кубовых остатков необходимо:

• получить на выходе из системы очистки солевой раствор с концентрацией основных радионуклидов ^"Со, П4,П7Ся) на уровне ДК6, т.е. нерадиоактивный. Коэффициенты очистки по Ся и Со должны составлять соответствешю 104 и 102;

• ресурс сорбентов должен составлять не менее 100-200 колоночных объемов.

Оптимизация для конкретного типа жидких РАО проводится по трем параметрам: необходимая степень очистки, максимальный коэффициент умень-

6 Радиохимическая переработка ядерного тошшва АЭС. М: Энергоатомиздат, 1983.

шения объема РАО и минимальные эксплуатационные расходы при переработке отработавшего сорбента, обусловленные мощностью дозы от него.

Лабораторные исследования сорбции радионуклидов из кубовых остатков АЭС на различных промышленно выпускаемых сорбентах (табл. 12) показали низкую эффективность очистки, связанную главным образом с фиксацией кобальта и других переходных металлов в комплексах с щавелевой кислотой, ЭДТА и различными ПАВ. Для ее повышения предложено подвергать РАО предварительной обработке, включающей стадию окисления с целью разрушения органических комплексов кобальта и марганца и других органических примесей и отделение образующегося осадка. Из табл.12 видно, что после предварительной обработки эффективность очистки и ресурс работы сорбентов значительно повышаются.

По результатам проведенных лабораторных и стендовых испытаний разработана схема переработки кубовых остатков АЭС (рис.6). Кубовый остаток в

Таблица 12

Результата экспериментов по сорбционной очистке кубовых остатков АЭС (сорбенты БЖА, НЖС, КСоРсСЙ-РАН 3 последовательно соединенных ко___ лонки)____

РАО АЭС Объем колонки, мл Объемная активность Бк/дм3 Объем, при котором превышается ДКьКО* Число КО* до замены 1 колонки Схема очистки

Балаковская 400 1,6 10й Превышения не было 37,5 1,2-НЖА, 3-НЖС

Калининская 400 1,8 Ю7 <6 47,5 То же

Хмельницкая 400 4,8 Юб 4,2-20 Замены не было 1,2-НЖА, 3-KCoFeCN -PAN

Хмельницкая 400 3,7 10" 2,5-17,5 То же То же

Ленинградская 400 8,9 10" 30,8-40 II -"-

Курская 8 2,1 10' 40-60 II п

Курская** 8 2,1 10' Превышения не было при пропускании 200 КО Очистку обеспечивает 1 колонка

Калининская** 8 8,5 10й Превышения не было при пропускании 180 КО Очистку обеспечивают 1 и 2 колонки II

Кольская 400 5,6 10' 42,5-65 Без замены II

Кольская 400 1,3 10' ДКб не превышено при пропускании 46 КО То же II

*колоночный объем, **после предварительной обработки

шде пульпы или раствора фильтруют для отделения взвесей. Раствор направ-шется на очистку. К нему добавляют раствор, полученный при промывке осад-са. Осадок направляют на остекловывание. Раствор подвергают предваригель-юй обработке, включающей окислительную деструкцию органических ком-шексов и отделение образовавшегося при этом осадка, который также остекло-¡ываюг (Пат. РФ №2000615). Обработанный раствор направляют в узел селек-гивной сорбции, где на сорбентах типа НЖЛ (НЖС) и KCoFeCN-PAN отделяют )адиоцезий. Замена селективных сорбентов осуществляется после пропускания ге менее 200 КО очищаемого раствора. Отработанный сорбент поступает на фанение.

После селективной сорбции объемная активность очшценпого раствора го основным радионуклидам (Cs,Co) не превышает значений ДКб по нормам ЗСП-72/87. Очищенный раствор может быть упарен до солесодержания 600500 кг/дм3 и остеклован.

В случае обработки кубовых остатков АЭС с ВВЭР перед стадией сорб-щи радионуклидов из кубового остатка или после нее целесообразно выделить зорпую кислоту. Это достигается обработкой борсодержащего раствора диок-:идом углерода с выделением малорастворимого тетрабората натрия: 4NaB02 + С02 = Ыа-ВгОт^ + Na2C03

Разработана и запатентована (Пат. РФ №2066493) комплексная алпара-:урно-технологическая схема процесса очистки кубовых остатков АЭС как с ¡ыделением, так и без выделения боратов, планируемая для использования на Сурской, Калининской и Кольской АЭС и в НПО "Звездочка" (г. Северо-[винск).

1. ОСТЕКЛОВЫВАНИЕ ТВЕРДЫХ РАО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИПХТ

Твердые РАО характеризуются широкими вариациями химическо-о, минералогического и гарнулометрического состава. Из отходов, поступаю-цих на спецкомбинаты, и отходов АЭС большинство так или иначе могут быть гереработаны с использованием метода остекловывалия (загрязненная стек-шнная и керамическая посуда, почва, зольный остаток печей сжигания, отрабо--анные неорганические сорбенты, фильтроматериалы, теплоизолирующие ма-ериалы и др.).

4.1. Остекловывание зольного остатка (шлака) печей сжигания

4.1.1. Лабораторные исследования шлаковых форм РАО. í настоящее время все большее распространение на АЭС и спецкомбинатах юлучают установки сжигания твердых РАО. В результате сжигания РАО раз-гичного состава и морфологии образуется зольный остаток (шлак), состоящий [з собственно золы, образующейся при сжигании горючих РАО, неорганиче-:ких примесей и углеродистого остатка (недожога). Химический состав шлака 'становки сжигания на базе печи камерного типа, эксплуатируемой в МосНПО

Рисунок 6. Принципиальная технологическая схема переработки кубовых о< татков АЭС

"Радон", является типичным для печей такого типа и находится в предела (мас.%): 2-8 Na20, 3-9 К20, 8-20 СаО, 3-7 MgO, 4-18 А1203, 3-33 FeOn, <1-МпО, 1-3 Сг203, 14-38 Si02> <1-4 Ti02, 2-22 Р205, 2-14 потери при прокалив; нии. Минералогический состав шлака сложен и непостоянен. В нем присутс в уют кварц, силикаты и алюмосиликаты, шпинели, магнетит и зачастую знач! тельная доля металлической составляющей, прежде всего железа и его инте] металлидов. Отмечается большое содержание гидроксилапатита и продукте его взаимодействия с силикатами при высоких температурах - силикофосфатс кальция. Лабораторные исследования показали, что при плавлении шлака pai плав образуется как правило при температурах выше 1400 °С и даже при эта температурах имеет высокую вязкость и неоднороден. Поэтому были выполж ны исследования по подбору флюсующих добавок. В качестве таковых бы

гредложены силикаты натрия (2-4)8102, боросиликатная фритта, а для

опаков с большим содержанием фосфатов также фторид кальция. Результаты габораторпых экспериментов суммированы в табл.13.

Таблица 13

Свойства шлакосодержащих стеклоподобных материалов_

Свойства Флюс

Ка20 2В203 На20 28Ю2 Ыа20 тог БСФ* ДБС** СаВ2

Содержание шлака, 1ас.% 80-95 60-80 50-80 50-80 70-85 70-85

вязкость при 1300 "С, 1а с 3,0-6,0 4,5-8,5 5,0-10,0 4,0-8,0 6,0-10,0 1,02,3***

'дельное электросо-[ротивление при 1300 С, Омм 0,0250,050 0,03-0,06 0,04-0,07 0,0350,075 0,04-0.10 0,0150,025 ***

Ьютпость, г/см3 2,5-2,7 2,5-2,7 2,5-2,6 2,5-2,7 2,6-2,8 2,8-3,0

Грочность на сжатие, Ша 50-80 70-90 80-100 75-90 80-100 80-110

Скорость ыщелачива- ия, '(см2сут) шСз 10-6-10"/ Ю^-Ю"' Ю-'-Ю"" 10"'-10-8 10 '-Ю"*

-Ю"6 -10"* ~10"8 10 7-10'8 кг'-ю-8 ¿10"8

ПК, Ал, РЗЭ <108 <10"8 <10* <10"8 <10"8 <10"8

БСФ- боросиликатная фритта, ДБС - доломит-бентонитовая смесь в соотношешот :1, ***при 1350 °С.

В качестве флюсов могут быть использованы техническая бура, жидкое гекло, бой боросиликапгого стекла с установки остекловывания жидких РАО, меющий средний состав (мас.%): 20 Ка20, 15 СаО, 5 М§Д 4 А1203, 6 В20з, 5 еО+МпО+Сг2Оз+ТЮ2, 45 БЮг и природные доломит и бентонит. Продукты меют высокую химическую устойчивость. Опи являются частично закристал-изованными и в них присутствуют фазы типа апатита, способные аккумулиро-1ть актиниды, присутствующие в шлаках. Материалы, полученные с натрий-аликатным флюсом, после отжига являются стеклокристаллическими и имеют дталлоподобную структуру с набором кристаллических фаз типа нефелина, гйцита, капьсилита и пироксенов.

АЛ.2. Разработка конструщии холодного тигля для остекловывания шлаков.

Так как шлаки печей сжигания могут содержать значительную долю ме-шлической составляющей, технология остекловывания таких отходов имеет ад особенностей. Может быть предусмотрено или предварительное отделение еталлической составляющей или наличие ряда конструктивных особенностей тавителя.

Магнитные металлические включения отделяются электромагнитной се парадней, но могут присутствовать и немагнитные включения, которые отсор тировываются вручную. Учитывая трудоемкость и радиационную опасност такой операции, предпочтительнее предусмотреть возможность донного слив накопившегося металла с полным опорожнением тигля. Расчет самого холодно го тигля проводился по обычной методике. Основные параметры тигля приве дены в табл. 14.

Таблица 1

Основные характеристики плавителя холодный тигель для остеюювывания

шлака

Диаметр тигля, м 0,35

Высота тигля, м 0,70

Площадь поверхности расплава, м2 0,1

Материал тигля сталь 12X18H10T

Диаметр трубок, образующих тигель, мм 12

Толщина стенок трубок, мм 1

Способ слива расплава Боковой, с уровня

Уровень, с которого производится слив расплава, м 0,2

Режим работы Периодический

Диаметр сливной трубки, мм 76

Нижняя часть тигля герметизируется конусообразным водоохлаждаемы откидным днищем. Снаружи тигель герметизируется специальными электрс изоляционными замазками на основе кварцевого песка по стеклоткани. См расплава осуществляется с помощью герметичной тепловой водоохлаждаемо пробки. Струя герметизируется внутри трубки из стали 12Х18Н10Т и попада< в приемный контейнер. Тигель снабжен крыппсой с необходимыми технолоп ческими отверстиями (рис.7).

4.1.3. Аппаратурно-технологическая схема и опытная установка.

При разработке аппаратурно-технологической схемы учитывали, т важной особенностью является полидисперсный характер шлака, содержаще! крупноразмерные включения, которые могут вызвать закупорку загрузочно) патрубка тигля, выброс расплава из тигля или нарушение однородности сте] лоблока. Для предотвращения этого в технологической схеме предусмагривае ся классификация шлака на вибротранспортере, в результате которой мелк: фракция (<10 мм) загружается вместе с флюсом в плавитель и образует ра плав, а крупная (>10 мм) выгружается непосредственно в приемные контейн ры и заливается расплавом из плавителя с образованием монолитного блока.

Опытная установка остекловывания ниака печи сжигания показана ] рис. 8, а ее основные технические характеристики представлены в табл. 15.

Определение основных свойств (табл. 16), фазового состава и структур остеклованных шлаков с опытной установки показало, что они близки

Рисунок 7. Конструкция холодного тигля для остекловывалия твердых РАО

1 - газоход, 2 - технологический патрубок, 3 - загрузочный патрубок, 4 -трубчатая стенка, 5 - индуктор, 6 - металл, накапливающийся на дне тигля, 7 - водоохлаждаемый затвор, 8 - крышка, 9 - защитная обмазка, 10 - шихта, 11 -расплав, 12 - сливной затвор, 13 -сливная трубка, 14 - водяной коллектор, 15 - откидное дно.

1- Узел золоудаления печи сжигания, 2- Вибротранспортер-классификатор, 3- Вибратор, 4- Электромагнит, 5- Сепаратор, б- Поднимающаяся шторка, 7- Приемный патрубок, 8- Спиральный транспортер-смеситель, 9- Технологический бокс, 10- Приемный бокс, И- Контейнер, 12- Шибер, 13- Датчик уровня стекломассы, 14- Привод транспортера, 15- Электронагреватель, 16- Холодный тигель, 17- ВЧ генератор, 18-Нагрузочньш блок, 19- Бункер стеклообразующих добавок, 20,22- Дозаторы, 21- Бункер магнетитовой пасты, 23- Кассета фильтров, 24- Печь отжига.

Таблица 15

Характеристика установки остекловывания шлаков_

Колебательная мощность генератора, кВт 160

Полезная мощность, кВт 128-135

Рабочая частота генератора, МГц 1,76

Максимальный коэффициент использования мощности ВЧ генератора при остекловывании, % 80-84

Площадь поверхности расплава в тигле, м од

Сила анодного тока, 1а, А 16-19

Напряжение на аноде, Иа, кВ 6-7

Положение регулятора мощности, деления (отн. ед.) 19

Температура процесса, °С 1300-1600

Массовая скорость загрузки шлака, кг/ч 13-20

Среднемассовая скорость выпуска расплава, кг/ч 15-30

Удельная производительность по расплаву, кг/(м2-ч) 150-300

Удельные энергозатраты, кВт-ч/кг 4,5-7,5

Унос радионуклидов из плавителя, % от загруженного 134,1 Сэ 2,0-4,5

<0,1

а-излучатели <0,01

Допустимая вязкость расплава, Па-с 2-6

Допустимое удельное электросопротивление, Ом-м 0,02-0,05

Таблица 16

Основные свойства остеклованного шлака

Свойства Флкл;

Боросили-катный Натриево-силикатный (жидкое стекло) Доломито-бентонитовый

Содержание шлака (в пересчете на оксиды) в конечном продукте, мас.% 50-60 60-80 85-90

Плотность, г/см3 2,6-2,7 (3,1) 2,5-2,6 (3,0) 2,6-2,7 (3,2)

Скорость выщелачивания на 28-е сут. контакта с водой ■ Се -ю-Мо-" Ю^-Ю"' М'-Ю*

-10"° <10'8

Сг,Мп,Ре,Со,№ <10"8 <10"8 <10"8

РЗЭ, актиниды <10"8 <10"8 <10'8

134>137С& (после 7-обл. до дозы 105 Гр) -ЮМО'7

Прочность на сжатие, МПа 50-80 70-110 80-100

Коэффициент уменьшения объема шлака 3-5 4-6 5-8

эответствующим параметрам остеклованных шлаков, полученных в лабора-эрных условиях. Они характеризуются высокой химической устойчивостью, рисутствием апатитоподобпых кристаллических фаз, способных инкорпори-овать акттшды и редкие земли, и хорошей радиационной стойкостью. Объем стеклованного шлака в 4-6 раз меньше объема исходного шлака. Объем стек-облока в 3-5 раз меньше объема шлако-битумного и в 10-20 раз меньше объе-а шлако-цементного блока при одинаковой суммарной инкорпорированной ктавности. Механическая прочность стеклоблоков в 6-10 раз выше, чем шла-э-цементных.

4.2. Остекловывание отработанных катализаторов разложения оста-вчных оксидов азота в системе газоочистки установки остекловывания идких НСАО и радиоактивно-загрязненных катализаторов процесса гид-оочистки при нефтепереработке

Для разложения остаточных оксидов азота в системе газоочистки уста-овки остекловывания используется катализатор с носителем из оксида алюми-ия, импрегнированный оксидом ванадия. После выработки ресурса катализа-)р стаповигся радиоаБсгивным и подлежит утилизации.

В процессах гидрообработки при переработке нефти также используются ггализаторы с носителем 7-А1гОз. Активным веществом является молибден ни вольфрам. Кобальт и никель служат в качестве промоторов. Обычно шьфрамовые катализаторы промотируют N1, молибденовые - № или Со.

Было проведены исследования по остеюговыванию двух образцов отрабо-1нных катализаторов (А и В в табл.17).

Таблица 17

Химический состав отработанных катализаторов, мас.%_

Образец МоОз NiO V205 А120з С

А 4.2 4.0 19.6 62.6 26.45

В 11.6 2.6 6.4 73.6 17.48

Отработанный катализатор добавляли к шихте боросиликатного стекла, ¡лученной из имитированных жидких НСАО (40% в пересчете на соли), дато-гга (30%), кварцевого песка (20%) и бентонита (10%). В результате остекло-хвания в лабораторных условиях в силитовой печи на стенде ИПХТ были порчены боросиликатные сгекломатериалы, состоящие из стекломатрицы и ме-лловидных включений. Был проведен детальный анализ образцов стекломат-щ и металловидных включений, которые были найдены в шлаках, получен-.IX при плавлепии смесей отработанных катализаторов с боросиликатным носом.

Из анализа образцов методами электронной микроскопии и электрошю-ндового микроанализа па аналитическом комплексе "JSM-5300 + Link ISIS" :едует, что стекломатрица во всех случаях представляет собой типичное боро-

силикатное стекло, состоящее из БЮг, А1г03, СаО, М§0, РегОз, ИагО, К20 1 примесей сульфат- и хлорид-ионов. Состав и структура металловидных вклю чений являются весьма сложными. Они являются полифазными. Матричньп материал представлен нестехиометрическим сульфидом никеля или никель железо-сульфидным сплавом со значительным дефицитом сульфид-иона и со держит незначительное количество Мо, V, Яь Сумма компонентов по анализ; большинства проб значительно меньше 100%. Присутствует также углерод форме карбидов железа и никеля. В некоторых пробах углерод присутствует ! элементарной форме (сажи шш графита).

Металлическая фаза, отделившаяся при остекловывании отработанны: катализаторов А и В, наряду с типичными металлами (N1, Бе, Мо, V) содержи значительные количества сульфидной серы. Поскольку, катализаторы А и В об представляют собой смеси алюмосиликатного катализатора нефтелереработю и алюмованадиевого катализатора для производства серной кислоты, присутст вие сульфидной серы в продуктах их утилизации представляется вполне нор мальным.

При остскловывании кагаиизатиров в присутствии боросиликатной фрит ты (и доломитовой муки) некоторые их компоненты (БЮг, А120з) почти полно стью переходят в шлаковый (боросиликатный) расплав. При этом, он становш ся более тугоплавким, для обеспечения его гомогенизации требуется повыше ние температуры процесса и создаются условия для восстановления ряда дру гих компонентов катализаторов, таких как никель, железо, ванадий и молибден . В процессе остскловывания время пребывания расплава в тигле был много меньше времени, необходимого дня шшюго разделения металлической: аморфной фаз. Однако, с целью извлечения ценных компонентов из отходо (молибдена, вольфрама, ванадия) возможно увеличение времени выдержк расплава в тигле, в частности при периодическом режиме ИПХТ, с целью сепа рации металло-сульфидной фазы для ее последующей переработки. По данны! радиометрического анализа активность металло-сульфидных включений меш ше ДКб. В этом случае для обработки отработанного катализатора пригоде холодный тигель той же конструкции, что и при ИПХТ металлосодержащи шлаков.

4.3. Другие применения холодного тигля

Из прочих применений холодного тигля в переработке РАО были пре; ложены и прошли экспериментальную проверку прямое сжигание твердых гс рючих отходов на расплаве в холодном тигле и пиролиз твердых отходов шахтной печи с холодным тиглем (рис. 9).

На экспериментальной установке проведены исследования по сжигании пиролизу ионообменных смол и твердых отходов непостоянного состава морфологии. Основные результаты представлены в табл. 18.

Включение твердых остатков органических РАО в стекло не снижает хг мическую устойчивость стекла. Механическая прочность стекла также измеш ется незначительно. Потери цезия из плавителя не превышают значенш

Рисунок 9. Установка для высокотемпературной переработки твердых отходов с жидким шлакоудалением и узлом гомогенизации шлакового расплава

1- Узел загрузки, 2- Шахта, 3- Холодный тигель, 4- Приемные контейнеры с отвержденным шлаком.

I, шлак

Таблица 18

Параметры переработки твердых РАО на стендовой установке ИПХТ_

Параметры Несортиро-вагшые твер дые РАО Иошгообмепная смола

-Катишшт КУ 2-8 -Анионит АВ-17-8

кассовая доля остатка после прока- ивания РАО при 900 °С в течение 3 .,% 8 2 2

'рсднемассовая скорость загрузки зердых РАО, кг/ч 5 5 5

[сходный состав расплава в холодом тигле, мас.% 18,0 N320, 0,3 К20,12,0 СаО, 2,0 А1203,2,7 Ье203, 6,8 В203, 57,3 БЮг, 0,9 остальное

[отери радионуклидов, 0 ШС8 2,5 7,3 6,4

^Г 0,2 0,3 0,2

а-изл. ол 0,1 ОД

корость выщелачива-ия из продукта '(см2 сут) после вклю-ения неорганического ;татка РАО, мас.% 10 2 10"6 2 10"6 1 КГ"

15 2 10"6 210° 1 10*

20 4 10"6 610"6 2 10 й

25 6 10"4 1 Ю" 2 10"5

30 9 10"° 3 10° 3 Ю-6

рочность продукта на «атие, МПа, при содер-ании твердого остатка, ас.% - 65 65 65

20 60 60 65

30 57 63 65

характерных для обычного остекловывания в холодном тигле, несмотря на значительно больший объем парогазовой фазы, выделяющейся при разложении органики. Потери радионуклидов стронция и альфа-излучателей пренебрежимо малы.

5. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ НСАО

Проблемы обращения с РАО в основном решены с технической и политической точек зрения, но сдерживаются из-за необходимости дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат. Традиционный подход к оценке экономической эффективности, основанный на критерии минимума затрат, оставляет за рамками управленческих решений экономически более надежные, но более дорогостоящие по капитальным затратам технологии, такие как остекло-вывание. Необходимо осуществление перехода к ценообразованию с учетом ущерба окружающей среде, призванному стимулировать использование новых

__________Т> „Д.---„С___________Т>Л<Л------------------ .. Т1----...--------------

i1 w. 1VI пи. и ^¡(^j/v. иирсиц^пнл о х fiKS 1 алии мслашим о i xujidivu natu ~

нает создаваться.7

Высокотемпературное кондиционирование РАО с получением стеклоке-рамических плавленных материалов по результатам сравнительных натурных испытаний (цементированные, битумированные, остеклованные отходы) приводит к наименьшей потенциальной опасности - объему загрязненной радионуклидами до уровня ДКб питьевой воды при контакте с РАО. Цементная матрица уменьшает потенциальную опасность захоронения РАО по сравнению с неотвержденными жидкими РАО до 10 раз, битумные до 115 раз, а стеклопо-

тга(ЛПОП _ ^лпаа ттаи г» Oi ППП «лп^ /i,V/WilCWl UUJiW^/ riwivi IJ \J\J\J JJCAO .

При неоспоримом экологическом преимуществе по потенциальной опасности приведенный сравнительный анализ экономической эффективности рассматриваемых вариантов переработки жидких РАО методами битумирования и остекловывания, определенный путем оценки приведенных затрат за счет использования доступного минерального сырья и экономии объемов хранилищ для остеклованных РАО, определяет остекловывание как экономически эффективный процесс кондиционирования ЖРО. При годовом объеме переработки жидких РАО в 2000 м3 экономический эффект составит 300000 долларов США.

Относительно кондиционирования зольных остатков печей сжигания ТРО расчеты показывают, что приведенные затраты на переработку небольших объемов (до 20 т/год) методами цементирования и остекловывания сравнимы по величине, а при объемах РАО порядка 100 т/год остекловывание дешевле примерно в 2,5 раза.

Экономическая эффективность высокотемпературного кондиционирования РАО существенно возрастает за счет сокращения затрат на транспортиро-

' Е.А. Турлак. Экономические проблемы обезвреживания радиоактивных отходов. М.: Эномар, 1993.

вате кондиционировагонлх РАО от мест их образования к региональным могильникам (при принятии Государственной концепции обращения с РАО в РФ).

ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные основы и общая концепция обращения с РАО низкой и средней активности, предусматривающая их сортировку, предварительную подготовку, фракционирование с целью максимального уменьшения объема и отверждение высокотемпературными методами.

I. Разработаны и внедрены технология и оборудование для остекловывания РАО низкого и среднего уровней активности. Технологическая схема процесса включает концентрирование жидких РАО до солесодержания 10001100 кг/м3, приготовление шихты из концентрата РАО и боросиликатного флюса, подачу ее в плавитель в виде жидкотекучей пасты с влажностью 2025 мас.% и остекловывание в индукционном плавителе типа холодный тигель или керамическом плавителе джоулева нагрева с последующем разливом стекломассы в контейнеры или 200-литровые бочки и отжигом стеклоблоков.

!. Разработаны и внедрены конструкции плавителей типа холодный тигель для остекловывания жидких НСАО со сливом расплава через боковую летку до уровня, соответствующего "мертвому объему" расплава, позволяющего поддерживать тигель в рабочем состоянии без повторного запуска.

I. Разработаны и внедрены технология и оборудование для плавления / остекловывания твердых неорганических, органических и смешанных РАО, в том числе неоднородных по составу и размерам частиц. Технологическая схема включает сепарацию частиц с разделением крупной фракции, загружаемой непосредственно в приемные контейнеры, и мелкой фракции, которая после подфлюсовывания плавится в холодном тигле, а расплав разливают в контейнеры с крупной фракцией с формированием монолитных блоков.

. Разработаны и внедрены составы матричных материалов для иммобилизации жидких и твердых НСАО на силикатной, боросиликатной и алюмосили-катной основах, обладающих технологическими свойствами, позволяющими получать их с помощью электроварки, и экологическими свойствами, обеспечивающими надежную изоляцию радионуклидов от окружающей среды.

>. Впервые в мире разработаны способы создания стартового расплава в холодном тигле с помощью магнетитовой пасты и короткозамкнутого металлического контура с возможностью дистанционной загрузки, когпроля и управления процессом старта.

. Разработана математическая модель процессов создания стартового расплава и плавления в холодном тигле, в том числе позволяющая оптимизировать габариты холодного тигля и параметры ИПХТ.

. Разработана комплексная двухуровневая система автоматизированного управления установкой остекловывания жидких НСАО.

9. Разработана и внедрена система очистки отходящих газов установок остек-ловывания НСАО, включающая улавливание твердой фазы и аэрозолей ш рукавных и НЕРА-фильтрах, абсорцию оксидов азота с регенрацией азотной кислоты и разложение остаточных оксидов азота в каталитическом реакторе.

10. Разработаны научные основы и технология остекловывания отработанны* радиоактивно-загрязненных катализаторов разложения остаточных оксидог азота в системе газоочистки установок сжигания и катализаторов гидроочистки нефтяной промышленности. Изучены химический и фазовый состав к структура металловидных включений в стекломатрицах, полученных при остекловывании отработанных катализаторов с использованием боросшш-катного флюса. Предложено добавлять отработанный катализатор в стекло-шихту с НСАО, подаваемую в плавитель установки остекловывания.

11. Впервые в мире разработан способ контроля и ликвидации вспениванш расплава в ИПХТ путем автоматического регулирования частоты генерации.

12. Разработан способ фракционирования жидких отходов АЭС с отделением основной активности на специально подобранных сорбентах, выделением iieaieniLiicii берпо« ююлоты длл послсд^югцсго îicnojn>3Ci3tiiiiL/ï и остсклобы* ванием малоактивного остатка.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. К вопросу о летучести радионуклидов при высокотемпературной переработке радиоактивных отходов / Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, А.П. Кобе-лев, И. А. Двинденко // Плазменные процессы и аппараты. Минск: ИТМО АЬ БССР. 1984. С. 112-117.

2. Улетучивание компонентов при электроварке стекла / И.А. Соболев, Ф.А

TTlifbouno Р *R Ртр^пилирь'нй Р Д Р ИГ Д TT Т/'пЙаггр»

•< W1-Л-* . V 1 VtfCWlV^VlUUt J V>i ^ р Ii vi' J li/ili.. i k.l IVUVJWJIVI

// Стекло и керамика. 1987, №2. С. 14-15.

3. Снижение улетучивания компонентов при электроварке боросиликатногс стекла / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, С.А. Дмитриев В.Н. Захаренко, А.П. Кобелев // Стекло и керамика. 1987, №4. С. 9-10.

4. C.B. Стефановский, Ф.А. Лифанов. Стеклообразование в системах Na2C (РЬО) - Si02 (В20з,Р205) - S03 // Физика и химия стекла. 1987. Т.13, №2. С 299-302.

5. Микроструктура и химическая устойчивость стекол, содержащих радиоак тавные отходы среднего уровня активности / C.B. Стефановский, И.А. Со болев, Ф.А. Лифанов, С.А. Дмитриев // Радиохимия. 1988. Т.ЗО, №6. С. 820 824.

6. C.B. Стефановский, Ф.А. Лифанов. Фазовое разделение при фиксации суль фатсодержащих радилактивных отходов в стекло Ca0-B203-Si02 // Радиохи мия. 1988. Т.ЗО, №6. С. 825-829.

7. C.B. Стефановский , Ф.А. Лифанов. Синтез, структура и свойства боросили катных стекол и стеклокристаллических материалов на основе золы органи ческих отходов //Неорг. матер. 1989. Т.25,№3. С. 502-506.

C.B. Стефановский, A.A. Минаев, Ф.А. Лифанов. Свинцово-сшшкатные стекла с сульфатом натрия // Стекло и керамика. 1989, №4. С. 10-12. Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, И.А. Соболев. Фиксация в стекло радиоактивной золы // XV Международный Конгресс по стеклу. Труды. М.: Наука.

1989. Т.Зб. С. 202-205.

0.Некоторые закономерности стабильной ликвации при остекловывании сульфат- и хлоридсодержащих радиоактивных отходов / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, С.А. Дмитриев, В.Н. Захаренко, Н.Д. Мусатов // Расплавы. 1989. Т.3,№5. С. 11-16.

1.С.В. Стефановский, Ф.А. Лифанов. Стекла для иммобилизации сульфатсо-держащих радиоактивных отходов // Радиохимия. 1989. Т.31, №6. С. 129134.

2.C.B. Стефановский, Ф.А. Лифанов, О.Н. Цвешко. Высокотемпературная иммобилизация радиоактивных отходов в стеклокерамические материалы методом ИПХТ // Тез. Докл. Отраслевой конференции молодых ученых и специалистов по радиохимии и ядерной физике. М.: ЦНИИАтоминформ. 1989. С. 33-34.

3.С.В. Стефановский, A.A. Минаев, Ф.А. Лифанов. Свинецсодержащие стекла для фиксации радиоактивных отходов //Радиохимия. 1990. Т.32, №3. С. 162166.

4.Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский. Силикатные стекла и стеклокерамика для иммобилизации радиоактивной золы с установки сжигания органических отходов // Радиохимия. 1990. Т.32, №3. С. 166-171.

5.Переработка радиоактивных отходов АЭС на пилотной установке с электрической ванной печью / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, С.А. Дмитриев, Н.Д. Мусатов, А.П. Кобелев, В.Н. Захаренко // Атомная энергия. 1990. 'Г.69, №4. С. 233-236.

6.Интенсификация процесса остекловывания радиоактивных отходов в электрических печах непрерывного действия I Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, А.П. Кобелев, В.Н. Захаренко // Атомная энергия. 1990. Т.69, №5. С. 300-303.

7.0стекловывание сульфат- и хлорид-содержащих радиоактивных отходов в печи электроварки / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, А.П. Кобелев, В.Н. Захаренко, Н.Д. Мусатов, Н.В. Крылова // Стекло и керамика.

1990, №7.С.5-6.

8.Разработка процесса остекловывания высокосолевых жидких радиоактивных отходов среднего уровня активности / И.А. Соболев, С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, А.П. Кобелев // Тез. Докл. Симпозиума, проходившего в рамках международной выставки "Экология-90". М. 1990. С. 14-15.

3.Высокотемпературная иммобилизация вредных промышленных отходов в стекле / И.А. Соболев, Г.В. Макарченко, C.B. Стефановкий, Ф.А. Лифанов // Стекло и керамика. 1991, №3 .С. 8-11.

20.Иммобилизация радиоактивной золы в стекле / Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, О.Н. Цвешко, Т.Н. Лащенова // Физика и химия стекла. 1991. Т.17. №5. С. 810-815.

2¡.Индукционная тигельная печь для варки стекла / Ф.А. Лифанов, С.В. Стефа-новкий, А.П. Кобелев, О.Н. Цвешко // Стекло и керамика. 1991, №7. С. 1011. .

22.F.A. Lifanov, S.V.Stefanovsky. High Frequency Induction Melting of Intermediate Level Radioactive Waste Glasses and Their Properties // 11 Intern. Baustoff-und Silikattagung. Weimar. 1991. P. 500-502.

23.Некоторые аспекты совершенствования технологии термической переработки горючих радиоактивных отходов и кондиционирования зольного остатке / С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, И.А. Князев, Н.Н. Буравченко, И.А. Соболев, Л.А. Мамаев, А.Н. Алексеев, О.С. Симагина // Атомная энергия. 1991 Т.70, №5.С.304-306.

24.Опыт работ по сжиганию твердых радиоактивных отходов / С.А. Дмитриев , Ф.А. Лифанов, И.А. Князев, А.П. Кобелев // Проблемы обращения с радио

. _ ........ .......^ __ ___________._______— . л / . ТЛТТГЛ

актвлыми иlлл;дал1и п илрала vmf7v /KíirvJMi^íi cpw^jji. iva., ill IV ^и^ня

1991. С. 100-114.

25.Результаты опытной переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО Курской АЭС на установке остекловывания Мое НПО "Радон" / И.А. Собо лев, Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, С.А. Дмитриев, А.П. Кобелев, Н.Д Мусатов // Радиоактивные отходы. Проблемы и решения. II Ежегодная Кон ференцияЯО. Москва 24-28 июня 1991. М.: Ядерное общество. 1992. 4.1. С 249.

26.Свойства плавленого шлака при термической переработке радиоактивны: отходов на базе шахтной печи / С.А. Дмитриев, С.В. Стефановский, Ф.А Лифанов, И.А. Князев // Физика и химия обраб. матер. 1992, №1. С. 68-70.

27.S. Stefanovsky, F. Lifanov, 1. Ivanov. Glass Forms for Incinerator Ash Immobili zation // XVI Intern. Congress on Glass. Madrid. 1992. V.3. P. 209-212.

28.Плазмохимическая переработка твердых радиоактивных отходов / С.А Дмитриев, С.В. Стефановский, И.А. Князев, Ф.А. Лифанов // Физ. и хим. об раб. матер.. 1993, №4. С. 65-73.

29.Улегучивание радионуклидов при плазмохимической переработке радиоак тивных отходов / С.А. Дмитриев, С.В. Стефановский, И.А. Князев, Ф.А. Ли фанов // Физ. и хим. обраб. матер. 1993, №4. С. 74-82.

30. Vitrification of Intermediate Level Liquid Radioactive Waste / F.A. Lifanov, A.I Kobelev, S.A. Dmitriev, M.I. Ojovan, A.E. Savkin, I.A. Sobolev // Proceedings с the 1993 International Conference on Nuclear Waste Management and Enviror mental Remediation. Prague. 1993. V.3. P.241-246.

31.Vitrification of Actinide-Containing Incinerator Ash / I.A. Sobolev, S.A. Dm triev, S.V. Stefanovsky, F.A. Lifanov // Actinides'93 International Conferenc« Abstracts. Santa Fe. 1993. P. 196.

32.Альтернативный подход к переработке РАО АЭС / С.Д. Гаврилов, В./ Кремнев, Г.М. Чечельницкий, Ф.А. Лифанов // Ядерная энергия и безонас

ность человека. 4-ая Ежегодная научно-техническая конференция Ядерного общества России. Тез. Докл. Нижний Новгород. 1993. Т.2. С. 860.

З.Остекловывание радиоактивных отходов методом индукционного плавления в холодном тигле / ФА. Лифанов, С.А. Стефановский, А.П. Кобелев, О.Н. Цвешко // Ядерная энергия и безопасность человека. 4-ая Ежегодная научно-техническая конференция Ядерного общества России. Тез. Докл. Нижний Новгород. 1993. Т.2. С. 870-872.

Применение технологии индукционной плавки в "холодном тигле" для кондиционирования радиоактивных отходов / И.А. Соболев, С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, А.П. Кобелев, О.Н. Цвешко, О.А. Князев, С.В. Стефановский // Ядерная энергия и безопасность человека. 4-ая Ежегодная научно-техническая конференция Ядерного общества России. Тез. Докл. Нижний Новгород. 1993. Т.2. С. 873.

5.S.V. Stefanovsky, I.A. Ivanov, F.A. Lifanov. Loam-Based Alumino-Silicate Glasses for Immobilization of High Sodium Nuclear Waste // Spectrum'94. Nuclear and Hazardous Waste Management International Topical Meeting. Atlanta. 1994. V.3. P. 1258-1262.

5. Vitrification of Radioactive Wastes by Coreless Induction Melting in Cold Crucible / I.A. Sobolev, F.A. Lifanov, S.A. Dmitriev, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev // Spectrum'94 Nuclear and Hazardous Waste Management International Topical Meeting. Atlanta. 1994. V.3. P. 2250-2256.

'.Синтез и исследование плавленых минералоподобных форм радиоактивных отходов / И.А. Соболев, С.В. Стефановский, Ф.А. Лифанов, В.И. Власов, С.А. Дмитриев, И.А. Иванов // Физика и химия обраб. матер. 1994, №4-5. С. 150-160.

!.Остекловывание радиоактивных отходов методом индукционного плавления в холодном тигле / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, А.П. Кобелев, В.И. Корнев, О.А. Князев, С.А. Дмитриев, О.Н. Цвешко // Физика и химия обраб. матер. 1994, №4-5. С. 161-170.

'.Характеристика шлакового продукта плазменной печи для переработки несортированных твердых отходов / С.А. Дмитриев, С.В. Стефановский, И.А. Князев, Ф.А. Лифанов //Ресурсосберегающие технологии. 1994, №21. С. 318.

I.Higli Temperature Processing of solid Radioactive Wastes in Shaft Furnace with Plasma Burner / S.A.Dmitriev, F.A.Lifanov, S.V. Stefanovsky, I.A. Knyazev // 5-я Ежегодная Научно-Техническая Конференция Ядерного общества России "Ядерная энергетика и промышленность". Сб. рефератов. Обнинск: ФЭИ. 1994. С.285.

.Reprocessing of Solid Radioactive Wastes, Containing Polymers / A.S. Barinov, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.F.Markovsky, A.E. Savkin, I.A. Sobolev // 5-я Ежегодная Научно-Техническая Конференция Ядерного общества России "Ядерная энергетика и промышленность". Сб. рефератов. Обнинск: ФЭИ. 1994. С.286-287.

42.Ф.А. Лифанов. Разработка технологии остекловывания зольных остатков установок сжигания твердых радиоактивных отходов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. СПб.: СПбГТИ. 1994.20 с.

43.I.A. Sobolev, S.V. Stefanovsky, F.A. Lifanov. Synthetic Melted Rock-Type Wasteforms // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1995. V.353. P. 833-840.

44.Characterization of Slag Product from Plasma Furnace for Unsorted Solid Radioactive Waste Treatment / S.A. Dmitriyev, S.V. Stefanovsky, I.A. Knyazev, F.A. Lifanov // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1995. V. 353. P. 1323-1332.

45.Low- and Intermediate-Level Waste Vitrification: Basic Principles, Process Units and Product Characterization / I.A. Sobolev, S.A. Dmitriyev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev // Waste Managemeiit'95. "HLW, LLW, Mixed Wastes and Environmental Restoration - Working Towards A Cleaner Environment". Tucson. 1995. Abstracts. P.12, CD Rom, Rep. 11-4.

46.Development of SYNROC Melting Process / I.A. Sobolev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, S.A. Dmitriyev // Waste Management'95. "HLW, LLW, Mixed Wastes and Environmental Restoration - Working Towards A Cleaner Environment". Abstracts. Тисьии. 1995. P.19, CD Rom, Rep. 17-11.

47.Vitrification of Intermediate Level Radioactive Waste by Induction Heating / I.A. Sobolev, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, V.l. Kor-nev, O.A. Knyazev, O.N. Tsveshko // Proceedings of the Fifth International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Restoration ICEM'95. Berlin, Germany, September 3-7, 1995. New York: ASME. 1995. V.l. P. 1125-1127.

48.Treatment of Evaporator Concentrates / A. Chrubasik, G. Chechelnitzky, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, A.E. Savkin, S.B. Klmbetsov, Y.P. Korchagin // Proceedings of the Fifth International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Restoration ICEM'95. Berlin, Germany, September 3-7, 1995. New York: ASME. 1995. V.l. P. 1141-1144.

49.Waste Vitrification: Using Induction Melting and Glass Composite Matrials / I.A. Sobolev, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, M.I. Ojo-van, O.K. Karlina, A.V. Ovchinnikov, O.A. Knyazev // International Conference on Evaluation of Emerging Nuclear Fuel Cycle Systems - Global'1995. September 11-14, 1995, Versailles, France. 1995. V.l. P. 734-740.

50.Vitrification of Simulated Intermediate-Level French and Russian Wastes in "Cold Crucible" Based Plant / F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, V.l. Kornev, A.E. Savkin, O.A. Knyazev, T.N. Lashtchenova, S. Merlin, P. Roux // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1996. V. 412. P. 163-172.

51. Vitrification of Intermediate, Low-Level Radioactive and Toxic Wastes with a Cold Crucible / S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, V.L Kornev, A.E. Savkin, O.A. Knyazev, T.N. Lashtchenova, M.I. Ojovan, N.N. Buravtchenko // HLW, LLW, Mixed Wastes and Environmental Restoration -Working Towards A Cleaner Environment WM96. Abstracts. 1996. P. 35, CD Rom, Rep. 27-3.

52. Синтез методом индукционной плавки в холодном тигле минералоподобных материалов, содержащих имитированные радиоактивные отходы / О.А. Князев, Ф.А. Лифанов, Д.Б. Лопух, A.M. Любомиров, А.Ю. Печенков, С.В. Сте-фановский// Физ. хим. обраб. матер. 1996, №1. С. 133-141.

53.Experience of SIA "Radon" in Radioactive Waste Vitrification / I.A. Sobolev, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, V.I. Kornev, M.I. Ojovan // Topseal '96. International Topical Meeting Demonstrating the Practical Achievements of Nuclear Waste Management and Disposal. Transactions. 1996. V.2. P. 21-24.

>4.Plasma-Activated Radioactive Waste Incineration / S.A. Dmitriev, I.A. Rnyazev, F.A. Lifanov, A.E. Savkin, S.V. Stefanovsky, I.D. Tolstov // 1996 International Conference on Incineration and Thermal Treatment Technologies. May 6-10, 1996, Savannah, GA, USA. Abstracts. P. 14-15.

>5.Processing of Intermediate Liquid Radwaste from NPPs with VVER-Type Reactors / A.F. Nechaev, A.S. Tchugunov, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.N. Shibkov // Spectrum'96. Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear and Hazardous Waste Management. Seattle, WA, August 18-23, 1996. P. 111-115.

16.SIA "Radon" Experience in Radioactive Waste Vitrification / I.A. Sobolev, S.A. Dmitriev, H.A. Turlak, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev, M.I. Ojovan. M.: Enomar, 1996. 34 p.

7,ОстекловываниеЖРО среднего уровня активности / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, А.П. Кобелев, В.И. Корнев, А.Е. Савкин, С.В. Стефановский, М.И. Ожован // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. А-16.

8.Технологические схемы переработки ЖРО атомных станций (АС) / Л. Хамь-янов, С. Хубецов, Ю. Корчагин, С. Дмитриев, Ф. Лифанов, В. Кремнев, Г. Чечелышцкий, Г. Шафтан, Н. Кухарев // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. В-56.

9.Очистка высокосолевых жидких радиоактивных отходов методом селективной сорбции / Ф.А. Лифанов, А.Е. Савкин, Ю.Т. Сластенников // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. С-21.

0.Кондиционирование твердых радиоактивных отходов с использованием стадии дробления / И.А. Соболев, А.С. Баринов, Ф.А. Лифанов, А.Е. Савкин, А.П. Варлаков, С.С. Степанов // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. С-22.

1. Кондиционирование зольного остатка печей сжигания радиоактивных отходов / С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, И.А. Князев, И.Д. Толстов, С.Ю. Шве-

цов // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. С-23.

62.Переработка высокосолевых борсодержащих радиоактивных отходов / A.C. Чугунов, А.Ф. Нечаев, С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, С.Н. Шибков // Международная конференция "Радиоактивные отходы. Хранение, транспортировка, переработка. Влияние на человека и окружающую среду. 14-18 октября 1996 г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов. 1996. С. С-25.

63.High Temperature Treatment of Solid Low-Level Waste Using Shaft Furnace-Based Plant with Plasma-Fuel Burners / S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefano vsky, A.E. Savkin, I.A. Knyazev, M.A. Polkanov, T.N. Lashtchenova, S.M. Golobokov // Waste Management '97. HLW, LLW, Mixed Wastes and Environmental Restoration - Working Towards A Cleaner Environment. Proc. Int. Symp. Tucson. 1997. CD Rom, Rep. 13-13.

64.T.N. Lashtchenova, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky. Incorporation of Radon Incinerator Ash in Glass and Glass Crystalline Materials // Ibid., Rep. 13-17.

uj.Piucessiug of Higii-Saiied Low and Intermediate Level Liquid Radioactive Waste: First Principles of Technology Organization and Experimental Substantiation / A.S, Tchugunov, A.F. Nechaev, S.N. Shibkov, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov // The Sixth International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation ICEM '97. October 12-16,1997, Singapore. ASME, 1997. P 503-507.

66.Method for Treatment of Radioactive Silts and Grounds / I.A. Sobolev, A.S. Bari nov, S.A. Dmitriev, A.P. Varlakov, S.V. Karlin, F.A. Lifanov // Ibid. P. 511-515.

67.New Process for Treatment of Evaporator Concentrates / A. Chrubasik, L. Khami-anov, S. Khubctsov, J. Koicliagiii, S. Dmilriov, F. Lifanov, V. Kremniev, G Chechelnitsky // Ibid. P. 519-525.

68.SIA "RADON" Experience in Radioactive Waste Vitrification / I.A. Sobolev S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, A.P. Kobelev // Proceedings о International Symposium on Radiation Safety Management '97. Taejon, Korea 1997. P. 53-54.

69.SLA Radon Activity in Development and Testing of High Level and Actinid« Wastes Solidification Processes and Wasteforms Characterization / I.A. Sobolev S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, S.V. Stefanovsky, V.L. T^rasov // Waste Manage ment '98. HLW, LLW, Mixed Wastes and Environmental Restoration - Workinj Towards A Cleaner Environment. Proc. Int. Symp. Tucson. 1998. CD Rom.

70.Technology of LRW Vitrification in Induction Melter / I.A. Sobolev, F.A. Li fanov, A.P. Kobelev, V.N. Popkov, A.E. Savkin, V.l. Kornev, V.l. Zakharenkc M.A. Polkanov, S.M. Golobokov, V.A. Gorbunov // IT3 Conf. Int. Conf. On In cineration and Thermal Treatment Technologies. Salt Lake City, 1998. Abstracts P.9. Proceedings. P. 159-162.

71.Information Provision System of Plant Induction Melter / N.V. Vitik, V.N. Pop kov, I.A. Krokhin, S.A. Vladimirov, F.A. Lifanov // Ibid. Abstracts. P. 18. Pro ceedings. P. 321-326.

/2. Conditioning of Ash Residue from Radwaste Incinerators in Induction Melter / S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, A.P. Kobelev, A.E. Savkin, V.I. Kornev, V.N. Zak-harenko, O.A. Knyazev, M.A, Polkanov, S.M. Golobokov, V.A. Gorbunov// Ibid. Abstracts. P. 18. Proceedings. P. 595-598.

'3.F.A. Lifanov, A.P. Kobelev, S.V. Stefanovsky, V.I. Kornev, V.N. Zakharenko, M.A. Polkanov, T.N. Lashtchenova, V.A. Solovyov, O.A. Knyazev, E.A. Kacha-lova, O.V. Tolstova, 0.1. Kiijanova. Incorporation of Intermediate-Level Liquid Radioactive Nuclear Power Plant Wastes in Glass and Ceramics // Ibid., Abstracts. P.34. Proceedings. P. 609-612.

r4. Application of the Cold Crucible Technology in Radioactive Waste Conditioning I I.A. Sobolev, S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, Л.Р. Kobelev, S.V. Stefanovsky, Y.B. Petrov, D.B. ГлриШГ'УТГУШо^ПТ^ Management.

Proc. Of the Eighth Int. Conf. Las Vegas. 1998. P. 702-704.

'5. Application of the Cold Crucible Technology for Radioactive Waste Vitrification / I. Sobolev, S. Dmitriev, F. Lifanov, S. Stefanovsky, M. Ojovan // XVIII International Congress on Glass. Proceedings. San Francisco. 1998. CD Rom.

6.Система управления высокочастотным генератором в составе установки ос-текловывания радиоактивных отходов с помощью индукционного плавителя / С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, Н.В. Витик, Ю.Е. Наумшин, И.Я. Школьник //Изв. ВУЗов. Черн. Мет. 1999, №1. С. 52-54.

7.Т.Н. Лащенова, Ф.А. Лифанов, В.А. Соловьев. Отверждение жидких концентрированных отходов среднего уровня активности в керамической матрице // Радиохимия. 1999. Т.41, №2. С. 167-171.

8.Возможность применения сорбционного метода для очистки жидких радиоактивных отходов АЭС / А.Е. Савкин, С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, С.М. Голобоков, Ю.Т. Сластенников, О.Г. Синякин//Радиохимия. 1999. Т.41, №2. С. 172-177.

9.1089076 СССР, МКИ С04В35/62. Электроплавленый огнеупорный материал / О.Н. Попов, С.А. Дмитриев, В.А. Соколов, В.Н. Захаренко, Ю.С. Токарев, Ф.А. Лифанов, В.И. Маркин (СССР) // Заявка 3551236 от 8.02.1983.

0.А.с. 1335004 СССР, МКИ G21F9/06. Способ обработки жидких радиоактивных отходов / Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский (СССР). 1985. ДСП.

1.A.c. 1356858 СССР, МКИ G21F9/28. Способ переработки радиоактивной золы/ Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский. 1986. ДСП.

2.1387729 СССР, МКИ G21F9/30. Способ переработки радиоактивной золы / Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, С.А. Дмитриев (СССР). 1986. ДСП.

З.А.с. 1389566 СССР, МКИ G21F9/28. Способ переработки радиоактивной золы/Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, В.А. Соловьев. 1986. ДСП.

l.A.c. 1400351 СССР, МКИ G21F9/16. Способ переработки сульфатсодержа-щих радиоактивных отходов / И.А. Соболев, Ф.А. Лифанов, С.В. Стефановский, С.А. Дмитриев. 1986. ДСП.

5.А.с. 1452371 СССР, МКИ G21F9/16. Способ переработки жидких радиоактивных отходов/Ф.А. Лифанов, И.А. Соболев, С.В. Стефановский, А.А. Юдин. 1987. ДСП.

86.A.c. 1455918 СССР, МКИ G21F9/16. Способ остекловывания сульфагосо держащих радиоактивных отходов / Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский, А.П

.'. Кобелев. 1987. ДСП.

87. A.c. 1482459 СССР, МКИ G21F9/16. Способ остекловывания жидких радио активных отходов / Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский. 1987. ДСП.

88. A.c. 1512384 СССР, МКИ G21F9/16. Способ переработки радиоактивной зо лы/ Ф.А. Лифанов, И.А. Соболев, C.B. Стефановский. 1988. ДСП._

89. A.c. 1526480 СССР, МКИ G21F9/16. Способ остекловывания сульфатсодер жащих радиоактивных отходов ! C.B. Стефановский, Ф.А. Лифанов, И.А Соболев, А.П. Кобелев. 1988. ДСП.

90. A.c. 1545820 СССР, МКИ G21F9/16. Способ остекловывания радиоактивны: отходов, содержащих сульфаты металлов / C.B. Стефановский, Ф.А. Лифа нов. 1988. ДСП.

91.A.c. 1547576 СССР, МКИ G21F9/16. Способ переработки сульфатсодержа щих радиоактивных отходов / А.П. Кобелев, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефанов ский, Н.Д. Мусатов. 1988. ДСП.

92.A.c. 1654267 СССР, МКИ С03В5/027. Индукционная печь для плавки туго плавких оксидных материалов / Д.Б. Лопух, Ю.Б. Петров, А.Ю. Печенков

B.И. Власов, Ф.А. Лифанов. 1991. Б.и. №21.

93.Патент 1715107 СССР, МКИ G21F9/30. Устройство для переработки твер дых радиоактивных отходов / С.А. Дмитриев, И.А. Князев, Ф.А. Лифаног О.Н. Цвешко. 1990.

94.Патент 2000615 Россия, МКИ G21F9/12. Способ обработки жидких радиоак ■пивных отходов АЭС / Г.М. Чечельницкий, Ф.А. Лифанов. 1993. Б.и. №33 36.

95.Патент 2009426 Россия, МКИ F27D11/06. Способ стартового нагрева неэлек тропроводяых материалов в индукционной печи / Д.Б. Лопух, Ю.Б. Петро! А.Ю. Печенков, О.Н. Цвешко, Ф.А. Лифанов, C.B. Стефановский. 1991. Б.* №5.

96.Патент 2035073 Россия, МКИ G21F9/16. Способ остекловывания радиоак ■тивных и токсичных отходов в плавителе / Ф.А. Лифанов, И.А. Соболе!

C.B. Стефановский, О.Н. Цвешко, А.П. Кобелев, С.А. Дмитриев. 1995. Б.1 №13.-

97.Патент 2066493 Россия, МКИ G21F9/08. Способ обработки жидких радиоак тивных отходов АЭС / A.C. Чугунов, С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, A.cl Нечаев, С.Н. Шибков. 1996.