12.7. Обращение с твердыми радиоактивными отходами.

На радиохимическом заводе, осуществляющем переработку ОЯТ, образуются значительные количества твердых отходов, в различной степени загрязненных радиоактивными веществами. К высокоактивным твердым отходам относят оболочки и конструкционные материалы ТВС, а также нерастворимые вещества, выделенные из растворов ОЯТ.

На заводе производительностью 1400 т/год, перерабатывающем топливо водо-водяных реакторов по расчету ежегодно образуется около 560 м3/год (420 кг/т) твердых отходов в виде оболочек из циркалоя и нержавеющей стали и конструкционных материалов сборок.

Радиоактивность оболочек складывается из наведенной активности, а также из активности остатков нерастворенного топлива, активности радионуклидов, проникших внутрь материала и активности осадков и отложений из раствора. Для нержавеющей стали наведенная активность определяется нуклидами ⁵⁴Mn, ⁵⁵Fe и ⁶⁰Co, циркалоевых оболочек – ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb и ⁶⁰Co. Радиоактивность оболочек из нержавеющей стали после 1 года выдержки составляет 1,6^.10¹⁶ Бк/т при тепловыделении 2300 Вт/т, а оболочек из циркалоя – 4,1^.10¹⁴ Бк/т при 77 Вт/т.

На радиохимических заводах оболочки из циркалоя хранят в неуплотненном виде в бетонных, облицованных нержавеющей сталью, водозаполненных бункерах, баках, бочках, хранилищах, а оболочки из нержавеющей стали в сухом виде в бетонных баках, облицованных нержавеющей сталью. В Индии и Германии куски оболочек цементируют в бочках вместимостью 170-200 л.

С увеличением масштабов переработки ОЯТ проблема хранения твердых отходов приобретает острый характер. Необходимо снижение объема твердых отходов. Поэтому в разных странах разрабатывают методы переработки оболочек твэлов с целью сокращения объема твердых отходов. В основном используют методы уплотнения твердых отходов или их переплавки.

Одним из методов является уплотнение кусков оболочек прессованием в брикеты с последующей заливкой оставшихся пустот сплавами на основе свинца, олова и сурьмы и заключением образующегося продукта в контейнеры для хранения. Другой метод использует уплотнение оболочек с последующим включением в бетон. Возможно заключение брикетов спрессованных оболочек в матрицу из 80% графита + 20% серы с прессованием и нагреванием до 150С, включение в расплавы стекла, прессование с порошком Al2O3 с последующим сплавлением при 1200С.

В США разработан метод окисления оболочек до оксидов металлов с последующим превращением оксидов в силикатные соединения. Полное окисление циркалоевых оболочек достигается за 1-4 часа при 500-600С под действием смеси 40-50% HF и 35-60% кислорода. Далее полученные оксиды сплавляют с базальтом, Na₂CO₃ и B₂O₃ при 1200С с образованием силикатных соединений, стойких к выщелачиванию.

Другими методами сокращения твердых радиоактивных отходов являются методы индукционной переплавки оболочек с целью получения чистых слитков из циркония. Очищающую плавку проводят в атмосфере инертного газа в присутствии шлакообразующих добавок, добавок меди, железа и других металлов для снижения температуры плавления. Фториды кальция и магния применяют для очистки циркония. Получены опытные слитки диаметром 130 мм и длиной 1070 мм из циркония.

Также разрабатываются методы переработки циркалоевых оболочек на неорганические соединения циркония, которые используют для производства неорганических сорбентов для поглощения радиоактивных нуклидов. Такие сорбенты могут быть использованы для непосредственного образования минеральной матрицы, стойкой к выщелачиванию заключенных в ней радионуклидов.

Источником твердых САО и НАО являются отработанные фильтры, обтирочные материалы, спецодежда, обувь, бумага, лабораторная посуда, перчатки, и другие материалы, образующиеся при функционировании завода. Перед переработкой эти отходы сортируют на несжигаемые и сжигаемые отходы. Горючие отходы сжигают в печах с электрообогревом. Образующуюся золу цементируют или битумируют. Выделяющиеся при сжигании газы подвергают очистке от радионуклидов.