При подготовке к проведению работ по выводу из эксплуатации объектов использования атомной энергии одной из наиболее сложных и интересных задач является переработка радиоактивных донных отложений, которые часто накапливаются в различных пульпохранилищах, бассейнах-отстойниках, технологических шахтах.
Работниками АО «ОДЦ УГР» разработан способ переработки радиоактивных донных отложений (Патент RU 2605607 C1, приоритет от 14.08.2015), позволяющий осуществлять их кондиционирование путем заключения в керамическую матрицу и выдержки до окончания схватывания.
Отличительными особенностями данного способа являются одновременное смешение компонентов матричных материалов и донных отложений в виде суспензий. В качестве связующих веществ используются вода, дигидрофосфат калия, оксид магния и фосфоросодержащий модификатор в определенных соотношениях. В результате реализации способа достигается более эффективное перемешивание отходов, оптимизируется время их отверждения и снижается скорость их выщелачивания из матрицы. При смешивании емкость подвергается внешнему вибрационному воздействию для повышения однородности смеси и равномерности заполнения. Для стабилизации суспензий в жидком виде на время их смешения, вода для приготовления суспензий предварительно охлаждается до 8-10°C. Охлаждение позволяет замедлить начало процесса отверждения без использования дополнительных реагентов-замедлителей.
Особенностью способа также является использование в качестве модификатора биоцидного препарата – фосфопага, обеспечивающего биологическую стойкость и прочность матрицы.
Результаты микроскопического исследования шлифов, полученных из отвержденных в керамическую матрицу донных отложений, свидетельствуют о появлении новообразованных кристаллических фаз на поверхности матрицы, контактировавшей с водой. В порах, имеющих выход на поверхность образца, наблюдается рост кристаллов, постепенно заполняющих поры.
Процессы формирования новообразований происходят в основном за счет внутренних процессов перекристаллизации. Среди процессов, происходящих при длительной выдержке калий-магний-фосфатной керамики, возможно образование кристаллогидратов, в частности формирование более крупных кристаллов KMgPO4·6H2O.
При длительном нахождении под водой отвержденной калий-магний-фосфатной керамики с включенными радиоактивными отходами на ее поверхности и в поверхностных порах материала довольно интенсивно происходят процессы образования новых кристаллических фаз. Эти процессы приводят к упрочнению и снижению пористости матрицы. Добавление в матрицу фосфорсодержащего модификатора приводит к улучшению прочностных характеристик и улучшению абиотических свойств матрицы. Происходящие техногенные процессы подобны процессам формирования более стабильных новообразованных кристаллических фаз в геологической среде. Полученные результаты свидетельствуют о том, что скорости выщелачивания радионуклидов после длительного пребывания в воде остались такими же низкими, как и в начале экспериментов. Не произошло заметного разрушения или хотя бы частичного растворения керамики.
Таким образом, достигается задача изобретения – получение керамических матриц, обеспечивающих экологически безопасное хранение радиоактивных донных отложений.
