Технологический процесс утилизации стекольного боя и других промышленных отходов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
кое стекло для прецезионных приборов, и не оконное, основное требование для него - надежно удерживать радионуклиды. И стекло это обеспечивает в наиболее достижимом и приемлемом на сегодняшний день уровне.
Рис. 3. Электронно-микроскопические фотографии остеклованных радиоактивных отходов. А и В - стекло с отходами Магнокс (Великобритания), А - видны газовые пузырьки, В - видны кристаллики RuO2. С - стеклокомпозит с U-Mo отходами (Франция).
Остекловывание ядерных отходов - процесс, при котором необходимы высокие температуры (около 1050 - 1150оС). Варят стекла с радиоактивными отходами в специальных печах. Сегодня распространены два основных процесса варки стекла - с кальцинацией перед варкой и без кальцинации. Условно они называются двухстадийными и одностадийными процессами. Двухстадийные процессы применяют во Франции и Великобритании (кстати, в Великобритании используется французская технология остекловывания), одностадийные - в США, России, Германии, Бельгии, Японии, Индии, Южной Корее. Схематично процесс остекловывания ядерных отходов показан на рис. 4.
Рис. 4. Схема остекловывания радиоактивных отходов
Технология остекловывания начинается с выпаривания воды из отходов, после чего концентрат выпарки кальцинируется (в двухстадийном процессе) или сразу направляется на перемешивание со стеклообразующими добавками в одностадийном процессе. В двухстадийном процессе в качестве добавок используется стекло в виде гранул (так называемая фритта), в одностадийном добавками могут быть песок, глина, борсодержащий природный датолит и другие материалы, улучшающие технологический процесс варки и свойства конечного продукта.
Смесь радиоактивных отходов со стеклообразующими добавками поступает в печь для варки радиоактивного стекла (рис. 5). Это может быть большая ванная печь, подобная печам варки стекол при производстве оконного стекла (рис. 5 (а)) или индукционная печь (рис. 5 (б)).
(а) Одностадийный процесс остекловывания
(б) Двухстадийный процесс остекловывания
Рис. 5. Схема варки стекол с радиоактивными отходами.
Плавители для варки радиоактивных стекол сильно отличаются от тех, что используются в обычном производстве. Как правило, они дистанционно-управляемы и имеют относительно малую производительность. На рис. 6 показано несколько плавителей для остекловывания радиоактивных отходов.
Рис. 6. Плавители для остекловывания ядерных отходов
(а) Керамический плавитель,США; (б) Керамический плавитель, Германия (в) Индукционный плавитель, Россия
Для варки стекла необходим электрический обогрев, который осуществляется либо пропусканием тока через расплав стекла, либо индуцируя высокочастотные токи внешним индуктором. Плавители прямого нагрева, использующиеся в США и Германии, представлены на рис. 6(а) и 6(б). В России для получения фосфатного стекла применяют электропечи, в которых нагрев происходит за счет прямого прохождения тока промышленной частоты через расплав стекла. Аппаратурно-технологическая схема остекловывания жидких радиоактивных отходов на российском ПО Маяк представлена на рис. 7(а), собственно плавитель в увеличенном виде изображен на рис 7(б).
Рис. 7(б). Плавитель ЭП-500 на ПО Маяк
Рис. 7(а). Аппаратурно-технологическая схема остекловывания жидких отходов в печи ЭП-500 на ПО Маяк (Россия)
Реализован одностадийный процесс, когда жидкие отходы подаются непосредственно в печь (без предварительной кальцинации). Следует заметить, что за годы эксплуатации печей (с 1987 года) наработано более 4000 тонн фосфатного стекла с активностью около половины миллиарда Кюри.
Российский плавитель холодный тигель показан на рис. 6(в). Стенки тигля, изготовленные из металлических трубок, охлаждаются водой и поддерживаются холодными в процессе варки, так что расплав стекла удерживается холодными слоями остывшего стекла у стенок тигля. Такие тигли характеризуются более высокой удельной производительностью (можно применять меньший по размеру тигель, не сокращая производительность), они более долговечны, позволяют получить более высокие температуры. Кстати, именно холодные тигли позволили в свое время получить драгоценные синтетические кристаллы на основе тугоплавких окислов циркония и гафния - фианиты, названные так от аббревиатуры ФИАН - Физический Институт Академии Наук, где они впервые были созданы. Установки с холодными тиглями применяются в России в одностадийном процессе с применением боросиликатных стекол на МосНПО Радон для остекловывания среднеактивных отходов. Они применяются во Франции в двухстадийном процессе с получением стеклокомпозиционных материалов при иммобилизации уран-молибденовых высокоактивных отходов от переработки ядерного топлива. Сейчас установки остекловывания с холодным тиглем считаются наиболее перспективными для остекловывания эксплуатационных отходов АЭС. Уместно отметить, что первая опытно-промышленная установка по остекловыванию такого рода отходов введена в эксплуатацию в России в 1999 году.
Процесс варки, как правило, занимает несколько часов. Сливают расплав в металлические контейнеры - канистры (рис.8), размеры которых различны в разных странах. Канистры чаще всего изготавливают из нержавеющей стали, они рассчитаны на коррозионную устойчивость в несколько тысяч лет.
Захоранивают остеклованные ядерные отходы в специальных хран