Обезвоживаниё концентратов ЖРО

Обезвоживаниё концентратов ЖРО осуществляется двумя способами: механическим (для пульп) и термическим (для кубовых остатков).

Механический путь более выгоден, так как требует значительно меньших энергетических затрат. Однако для гомогенных систем он неприемлем. Механическое обезвоживание обычно осуществляют центрифугированием или фильтрованием на вакуумных или напорных намывных фильтрах, а также отжатием воды в шнеке. Содержание воды в конечном продукте при этом составляет 40-80 % и зависит как от способа обезвоживания, так и от свойств пульпы.

Для увеличения степени обезвоживания пульп их можно предварительно вымораживать. При этом происходит улучшение структуры осадка, что способствует более полному разделению фаз механическим способом. Такой способ применяют в Харуэлле (Великобритания) и Моле (Бельгия). Применение данного способа оправдано, когда он малозатратен (небольшой объем ЖРО, возможность замораживания зимой при низких атмосферных температурах).

Обезвоженная пульпа, как правило, нетекуча. Поэтому транспортирование и дозирование ее на смешение со связующим обычно осуществляют шнеком.

Термическое обезвоживание обеспечивается методами сушки. Применительно к обезвоживанию радиоактивных продуктов методы сушки целесообразно подразделить на две группы, отличающиеся подводом тепла к высушиваемому продукту, который осуществляют либо непосредственным контактом теплоносителя с продуктом, либо контактом через теплопередающую поверхность.

Преимущество методов первой группы — более эффективный подвод тепла, определяющий компактность сушилки. Поэтому сушилки такого типа: распылительные, аппараты с «кипящим» слоем и т.п. — получили широкое распространение в различных областях производства. Однако недостатком таких сушилок, проявляющимся только в радиохимических производствах, является загрязнение теплоносителя (газы, воздух) радиоактивными продуктами вследствие их контакта между собой. При этом появляется необходимость применения сложной системы газоочистки или зацикловки воздуха. Поэтому большее распространение при обезвоживании концентратов САО и НАО получили методы второй группы, которые реализуются в роторных пленочных аппаратах, вальцовых сушилках (рисунок 1). Испытания роторного пленочного аппарата при сушке некоторых видов отходов показали, что процесс идет удовлетворительно, стабильно при получении конечного продукта влажностью до 20 %. Вальцовые же сушилки обеспечивают остаточную влажность 3-10 %. Такая влажность обычно приемлема для последующего включения продукта в связующие различного типа.

1 – шиберные заслонки; 2 – скребок; 3 – вальцы; 4 – обогреваемый корпус; 5 – выпускная труба; 6 - бочка

Рисунок 1. – Схема вальцовой сушилки

Пульпы ионообменных смол как гетерогенные системы обезвоживают механическими методами. В случае включения ионообменных смол в термопластичные материалы окончательное удаление оставшейся воды происходит термически в ходе смешения при повышенной температуре. Когда же ионообменные смолы включаются в связующие, работающие при комнатной температуре, остаточную влагу приходится удалять сушкой, обычно проводимой горячим воздухом. Остаточная влажность смолы составляет при этом от 10 до 25%.

Отверждение САО и НАО

Связующие, предлагаемые для отверждения концентратов отходов, можно разделить на три основные группы: термопластичные (битум и др.); неорганические (цемент, гипс и др.); термореактивные (смолы полиэфирные, карбамидные и др.).

В связующие первой группы концентраты отходов включают при повышенной (180-230 °С), а второй и третьей группы — при комнатной температуре. Поэтому в конечном продукте, получаемом с использованием связующих первой группы, воды практически не остается (влажность менее 5% по массе) вне зависимости от исходной влажности концентрата, а в случае включения в связующие второй и третьей групп остается практически вся вода, которая поступила вместе с концентратами на смешение.

Интересно отметить, что все основные связующие, находящие сейчас применение в практике отверждения концентратов жидких радиоактивных отходов и относящиеся в основном ко второй группе, не являются оригинальными материалами, созданными специально для этой цели, а позаимствованы из практики строительства, где их традиционно используют как строительные (цемент, гипс) или гидроизолирующие (битум, смолы) материалы.

Связующее, предназначенное для включения концентратов отходов, должно удовлетворять следующим основным требованиям:

- низкая вымываемость, характеризующая высокие изоляционные свойства;

- хорошая совместимость с составляющими концентрата отходов, обеспечивающая высокую степень наполнения и, следовательно, ми­нимальный объем конечного продукта;

- прочность, исключающая разрушение отвержденного продукта в аварийных ситуациях при транспортировании (больше относится к продуктам включения в неорганические матрицы);

- биостойкость: отвержденные продукты не должны подвергаться воздействию бактерий и микроорганизмов;

- радиационная стойкость, определяющая, в частности, газовыделение из отвержденных продуктов;

- термостойкость (стойкость как к нагреванию, так и к охлаждению) и негорючесть;

- простое аппаратурно-технологическое оформление процесса отверждения.

Помимо соответствия указанным выше необходимым технологи­ческим качествам, связующее должно быть сравнительно дешевым, малодефицитным, удобным для транспортирования, его производство должно быть предусмотрено в течение длительного срока.

Конечно, такого идеального связующего, полностью удовлетво­ряющего всем указанным требованиям, не существует, но за послед­ние десятилетия, когда была осознана необходимость надежной дли­тельной изоляции радионуклидов от окружающей среды, в мировой практике получили распространение такие связующие, как битум, цемент и отчасти термореактивные смолы.

Однако в дальнейшем, после нескольких инцидентов с возгоранием хранилищ с битумированными отходами, от использования битума по большей части отказались.

Следует также отметить, что для всех упомянутых методов критичной является операция перемешивания, от эффективности которой сильно зависит качество получаемого компаунда.