4.3.6 Плавление в электрической печи

При применении данного метода плавление твёрдых радиоактивных отходов идёт при воздействии на них высокой температуры, которая возникает при протекании электрического тока в расплаве между угольным электродом и расплавом металла, находящегося внизу установки [23].

На данный момент технология нашла применение на Курской атомной электростанции; расход электроэнергии на 1 кг твёрдых радиоактивных отходов (1,4÷2,1) кВт/час [23].

При воздействии температуры в (1400÷2100)°С на отходы их органические составляющие сгорают, а продукты горения переходят в газообразное состояние; все неорганические компоненты отходов превращаются в расплав. Образующиеся газообразные вещества удаляются посредством вентиляции, а затем поступают в газоочистное оборудование. Следует отметить, что при плавлении состав продуктов переработки изменяется [23].

В нижней части установки находится ёмкость с расплавленными металлическими отходами («болото»), которая обеспечивает плавление всех неметаллических отходов; загрузка отходов идёт по мере образования данного «болота». Ёмкость с расплавом служит передатчиком тепла от электрической дуги отходам, до образования нужного объёма расплава. После этого теплота выделяется благодаря электротермическому сопротивлению расплава [23].

Загрузка твёрдых радиоактивных отходов осуществляется через специальный канал по мере плавления предыдущего объёма отходов. После всего этого расплав сливается в специальные ёмкости или упаковку. Устанавливается определённый уровень активности расплавленного металла, после достижения которого металл заменяется другой нерадиоактивной порцией. Такой расплав состоит из различных тяжёлых металлов, соединений железа и радиоактивных элементов. После слива расплава происходит его охлаждение, в результате чего образуется стеклообразный компаунд. Такая система обладает высокой прочностью и стойкостью к выщелачиванию [23].

Для уменьшения объёмов образующихся диоксинов в зоне плавления ограничивают поступление кислорода, а отходящие на очистку газы быстро охлаждают до температуры (40÷50)°С.

Данная технология применяется в чёрной металлургии для извлечения металлических соединений из шлаков [7].

Цезий ¹³⁷Сs и его соединения захватываются частицами пыли и газами, переносятся системой вентиляции и улавливаются газоочистным оборудованием. Затем полученные осадки отправляются на дальнейшую переработку [23].

Путём удаления ⁶⁰Со и ¹³⁷Сs метод позволяет снизить удельную активность обрабатываемых радиоактивных отходов, в результате чего отходы классифицируются как низкоактивные (рисунок 4.4) [23].

Условные обозначения:

1 – корпус печи;

2 – узел разгрузки;

3 – угольный электрод;

4 – вентиляция;

5 – источник постоянного тока;

6 – расплав металлических радиоактивных отходов;

7 – расплав твёрдых радиоактивных отходов.

Рисунок 4.4 – Схема комплексной переработки твёрдых радиоактивных отходов

После слива расплава металлов и остывания радионуклиды ⁶⁰Со и соединения железа образуют стабильные соединения [23].

Образующиеся в результате обработки низкоактивные отходы помещаются в защитные контейнеры и транспортируются в хранилища [22].

Данный метод характеризуется такими положительными моментами [23]:

- метод не требует сортировки;

- в результате переработки происходит очень высокое сокращение объёмов отходов;

- создание устойчивых к механическим и химическим воздействиям блоков отверждённых отходов;

- значительная дезактивация металлических радиоактивных отходов;

- перевод отходов в результате обработки из высокоактивных в низкоактивные;

- значительное снижение образования диоксинов.

Деятельность по обращению с радиоактивными отходами, в том числе методы обработки, кондиционирования и захоронения (хранения) основывается на концепции предотвращения или ограничения попадания радионуклидов из отходов в окружающую среду посредством установленных лимитов, которые приводятся в НРБ-99. Для того чтобы не допустить попадания и миграции радионуклидов из отходов в окружающую среду, такие отходы подвергаются переработке, которая включает такие стадии, как предварительная обработка (сбор, сортировка, анализ), обработка, кондиционирование и захоронение; между данными стадиями возможны промежуточные – транспортировка и временное хранение. Методы обработки твёрдых радиоактивных отходов включают такие, как сжигание, измельчение, компактирование (суперкомпактирование), дезактивация и плавление.

В следующем разделе представлены методы обработки и кондиционирования радиоактивных отходов.

5. Методы обработки и кондиционирования жидких радиоактивных отходов

5.1 Методы очистки жидких радиоактивных отходов

В связи с тем, что законодательство РФ запрещает сброс радиоактивных отходов в водные объекты, все жидкие радиоактивные отходы на атомных электростанциях собираются в специальные баки-хранилища радиоактивных отходов, а после этого направляют на переработку. При переработке из воды извлекаются радиоактивные вещества и химические загрязнители, а очищенную воду возвращают в технологический цикл или сливают. При невозможности полной очистки или возврата части воды в технологический цикл жидкие радиоактивные отходы подвергаются кондиционированию. Таким образом, происходит снижение объёмов отходов, подлежащих длительному захоронению [21].