Способ захоронения твердых или отвержденных радиоактивных отходов (варианты)
Использование: захоронение твердых или отвержденных радиоактивных отходов в подземных горных выработках и в буровых скважинах. Сущность: по первому варианту способа контейнер с радиоактивными отходами размещают в массиве монолитных кристаллических пород, а пространство между контейнером и породой заполняют буферным наполнителем, состоящим из слоя бентонита и слоя красного шлама, при их объемном соотношении 1:1. Красный шлам состоит на 30 - 50 мас. % из оксигидроксидов железа и на 50-70 мас.% из каркасных гидроалюмосиликатов натрия с цеолитоподобной структурой. По второму варианту способа пространство между контейнером и породой заполняют смесью бентонита и красного шлама, смешанных в объемном соотношении 1:1. Этот вариант используют при захоронении радиоактивных отходов в буровых скважинах. Технический результат, достигаемый по способам, заключается в повышении надежности захоронения твердых радиоактивных отходов, улучшении экологической обстановки. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
2 Изобретение относится к способам захоронения твердых (или отвержденных) радиоактивных отходов (РО) и может быть использовано при поверхностном или глубинном захоронении РО различной степени активности.
Известен приповерхностный способ захоронения РО в бетонированных траншеях, в которые помещаются контейнеры со слабоактивными отходами [1] Известен способ захоронения РО в шахтах, горизонтальных подземных горных выработках и в буровых скважинах, где размещаются контейнеры со средне- и высокоактивными РО [1] В обоих случаях для лучшей изоляции контейнеров с отходами от окружающей среды устраиваются инженерные (техногенные) барьеры из слабопроницаемых для водных растворов глин, иногда с примесью песчаной фракции (чаще кварцевого песка). Этот материал помещается в днище могильника, между контейнерами и стенками хранилища, а также для перекрытия могильника сверху. В качестве прототипа по технической сути и достигаемому эффекту выбран известный способ захоронения РО, в котором контейнер с РО размещают в вертикальной цилиндрической выработке, пройденной в массивных кристаллических породах, где пространство между контейнером и породой заполняют бентонитом [2] Недостатком аналогов и прототипа, в сравнении с предлагаемым способом захоронения РО, является более низкая сорбционная способность заполнителя (бентонита) по Sr. Технический результат, получаемый от реализации предлагаемого изобретения, повышение надежности захоронения твердых и отвержденных РО и улучшение экологической обстановки путем использования в конструкции могильника дополнительного слоя красного шлама (или смешивании его с бентонитом), который имеет более высокую сорбционную способность по Sr. Утилизация красных шламов отходов глиноземного производства, в свою очередь, будет способствовать улучшению экологической обстановки в районе действующих глиноземных заводов. Реализация второго варианта изобретения (при использовании в качестве наполнителя смеси красного шлама с бентонитом в пропорции 1:1 (50 на 50%) позволяет реализовать новую техническую возможность использовать предлагаемый наполнитель при захоронении РО в буровых скважинах. Указанный технический результат достигается тем, что в первом варианте способа захоронения твердых или отвержденных РО, по которому контейнеры с РО размещают в массиве монолитных кристаллических горных пород, а пространство между контейнером и породой заполняют буферным наполнителем из слоя бентонита, вводя дополнительный слой из красного шлама, равный по объему слою бентонита. Во втором варианте изобретения используется композитный буферный наполнитель, составленный из смеси красного шлама и бентонита в соотношении 1:1. Второй вариант рекомендуется при захоронении РО в буровых скважинах, поскольку в узком пространстве буровой скважины трудно реализовать двуслойную конструкцию буферного наполнителя. Красный шлам, как известно, представляет собой остаток (отход) глиноземного производства по способу Байера. Благодаря высокой пористости (30 40) красный шлам способен вмещать значительное количество загрязненного стронцием раствора, обеспечивая его контакт с сорбционно-емким материалом и тем самым эффективно дезактивируя его. Это его свойство, по-видимому, обусловлено как минеральным составом (он состоит на 30 50% из аморфизованных оксигидроксидов железа и на 50 70% из цеолитоподобных каркасных гидроалюмосиликатов натрия), так и тонкой дисперсностью минералов, обуславливающей большую поверхность минеральных фаз. Бентонитовый слой в первом варианте конструкции наполнителя, как и бентонитовая матрица во втором варианте, ввиду низкой фильтрационной способности бентонита (10-6 10-7 м/сут), играет роль труднопроницаемого барьера для всех просачивающихся из могильника растворов. Авторами впервые установлено, что с помощью использования заявленного решения, в котором, в отличие от прототипа, в качестве законтейнерного буферного наполнителя используется не один бентонитовый слой, а в дополнение к нему внутренний слой красного шлама (первый вариант), или смесь бентонита с красным шламом (второй вариант), достигается больший эффект по сорбции 90Sr одного из самых распространенных, стойких и опасных для жизни радионуклидов. В литературе сорбционные свойства красного шлама по Sr не описаны. Добавка красного шлама в бетон бункера и стенок контейнера также повышает надежность могильников. Экспериментально установлено, что сорбционная емкость красных шламов по Sr достигается 475 мэкв/100 г (табл. 1), что превышает сорбционную емкость бентонитовых глин (80 150 мэкв/100 г) и цеолитов (200 мэкв/100 г). На графике изотермы сорбции Sr2+ красным шламом по оси оpдинат (О) отложены значения количества сорбированного стронция в мэкв/100 г красного шлама, а по оси абсцисс (
1 кристаллическая порода;
2 бетонированная стенка траншеи;
3 слой бентонита;
4 слой красного шлама;
5 бентонитовая пробка;
6 контейнер с твердым РО. На фиг. 1,б устройство приповерхностного могильника по варианту 2, где:
1 кристаллические породы;
2 бетонная стенка;
3 смесь красного шлама и бентонита;
4 бентонитовая пробка;
5 контейнер с твердыми РО. На фиг. 2 устройство подземного захоронения твердых РО в глубинных геологических формациях (вертикальный разрез), где:
1 кристаллическая порода;
2 поверхностные сооружения над могильником;
3 вертикальный ствол шахты;
4 квершлаг (горизонтальная подземная горная выработка);
5 вертикальная горная выработка (ВГВ) для контейнера с РО;
6 слой бентонита;
7 слой красного шлама;
8 контейнер с РО. На фиг. 3 устройство захоронения твердых РО в буровой скважине, где:
1 кристаллическая порода;
2 поверхностное устройство над буровой скважиной;
3 ствол буровой скважины;
4 бентонитовая пробка;
5 наполнитель из смеси красного шлама и бентонита;
6 контейнер с твердыми РО. На фиг. 4 приведена изотерма сорбции Sr+2 красным шламом, где по оси абсцисс (О) откладываются значения сорбционной емкости красного шлама в мг/экв на 100 г вещества, по оси ординат (




1 с двуслойным наполнителем (фиг. 1,а), состоящим из внутреннего слоя красного шлама и внешнего слоя бентонита;
2 с однослойным наполнителем, состоящим из смеси красного шлама и бентонита в соотношении 1:1. В качестве наполнителя использовался красным шлам Каменск-Уральского глиноземного завода, где бокситы перерабатываются по способу Байера. Красные шламы состоят на 30 50% из аморфизованных оксигидроксидов железа и на 50 - 70% из цеолитоподобных каркасных гидроалюмосиликатов натрия. Подземные варианты захоронения твердых РО в глубоких геологических формациях, среди слаботрещиноватых кристаллических пород изображены на фиг. 2, 3. При шахтном способе захоронения в вертикальных горных выработках, пройденных из квершлагов, использовался двуслойный буферный наполнитель, состоящий из внутреннего слоя красного шлама и внешнего бентонитового слоя. П р и м е р 2. Способ захоронения. Реализация предлагаемого подземного шахтного способа захоронения твердых РО осуществляется в слабо трещиноватых кристаллических породах (фиг. 2). Контейнер с твердыми РО помещается в предварительно подготовленные вертикальные горные выработки (ВГВ), пройденные из квершлагов, где свободное пространство между контейнерами и стенками ВГВ заполнено двуслойным наполнителем: наружным бентонитовым и внутренним из красного шлама. Затем контейнер покрывается слоем бентонита непроницаемой пробкой. Этот способ пригоден для захоронения средне- и высокоактивных РО. П р и м е р 3. Способ захоронения. Реализация захоронения твердых РО средней и высокой активности в буровых скважинах большого диаметра осуществляется также в плотных и слабо трещиноватых кристаллических породах на глубинах 300 500 м. В качестве буферного наполнителя пространства между стенками контейнера с РО и вмещающими породами используется смесь красного шлама и бентонита в соотношении 1:1. Устье и забой скважины заполняются "пробкой" из слабо проницаемого бентонита. Использование в описываемом способе захоронения РО композитного наполнителя красного шлама и бентонита обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
более высокую надежность захоронения по сравнению с прототипом вследствие более высокой сорбции наполнителем радиоактивного стронция;
большую экономичность вследствие использования более дешевого материала
отхода глиноземного производства;
утилизация красных шламов улучшает экологическую обстановку и в районе глиноземных предприятий.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5