КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ОТХОДОВ
CONTAINER FOR LONG-TERM BURIAL OF HAZARDOUS WASTES

Изобретение относится к устройствам для захоронения твердых и жидких радиоактивных отходов атомных электростанций, судов морского флота с двигателями, работающими на атомной энергии, солевых продуктов, химических и других токсичных материалов, а также производственных отходов, подвергшихся радиоактивному облучению.
Известны стальные контейнеры, в которых хранятся, перевозятся и направляются на окончательное захоронение в цементируемые скважины радиоактивные отходы (патент США №5338493, кл. G21P 9/00, опубл. 16.06.94).
Такие контейнеры должны иметь антикоррозионную изоляцию, обеспечивающую достаточную механическую прочность контейнеру, чтобы длительно выдерживать воздействие коррозии и радиолиза, а также воздействие температуры и химических реакций в контейнере. Все это приводит к удорожанию конструкции контейнера.
Известен контейнер для длительного захоронения радиоактивных отходов, включающий металлический цилиндрический корпус, у которого днище отлито за одно целое со стенкой, металлическую крышку, равную по толщине стенке цилиндра, и защитный слой, нанесенный на наружную поверхность контейнера, который состоит из хорошо сцепляющегося с корпусом искусственного материала, в который может быть добавлен слоисто-силикатный материал, бетонит или полиуретан, в который вносится наполнитель, обладающий абсорбционными свойствами (заявка ФРГ №3132704, кл. G21F 5/00, опубл. 19.12.85).
Известная конструкция, обладая антикоррозионной изоляцией наружной поверхности, не способна длительно выдерживать воздействие химических реакций, высокой температуры и излучений внутри контейнера, то есть его герметизация нарушается через довольно непродолжительный период времени.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является конструкция контейнера для длительного захоронения вредных отходов, на наружную поверхность которого нанесено защитное органо-силикатное покрытие ОС-51-03 по ТУ 84-725-78 (прототип).
Такое защитное органосиликатное покрытие обладает следующими техническими характеристиками, выбранными для анализа заявляемого изобретения, как наиболее значимыми для могильников радиоактивных отходов:
- радиационная стойкость - более 1 МГр;
- предел прочности покрытия при ударе по прибору У-2 - не менее 30 см;
- диапазон рабочих температур - от -60°С до +300°С.
Кроме этого контейнер для длительного захоронения вредных отходов, благодаря защитному органосиликатному покрытию ОС-51-03, должен обладать повышенной влагостойкостью, препятствующей образованию и развитию коррозии в условиях размещения контейнера на открытом воздухе.
Контейнер для длительного захоронения вредных отходов с защитным покрытием на его поверхности, содержащим органосиликатную композицию, не может надежно защитить окружающую среду от воздействия находящихся в нем вредных веществ вследствие: недостаточной радиационной стойкости покрытия; невысокой прочности и влагостойкости его, а также недостаточно широкого диапазона рабочих температур.
Технической задачей изобретения является создание новой конструкции контейнера для длительного захоронения вредных отходов, защитное покрытие которого имело бы:
- высокую радиационную стойкость;
- большую прочность;
- широкий диапазон рабочих температур;
- высокую влагостойкость.
Техническая задача решается при разработке конструкции контейнера для длительного захоронения вредных отходов, включающего корпус в сборе с крышкой, на наружную поверхность которого нанесено защитное покрытие толщиной 150-200 мкм, содержащее органосиликатную композицию ОС-51-03, в состав которой согласно изобретению введены добавки, одной из которых является натриево-хромовый пирофосфат с размером частиц 40-80 нм в количестве, меньшем или равном 0,1 мас.% органосиликатной композиции, а другой - диоксид циркония или титана с размером частиц 80-120 нм, в количестве (0,5-1,0) мас.% органосиликатной композиции, при этом в качестве отвердителя применен продукт ATM-9 (ТУ 6-02-724-77).
Такой контейнер может быть помещен в емкость с крышкой, выполненными из полиэтилена высокой плотности, причем крышка емкости имеет резьбовое соединение с ее корпусом.
В заявляемой конструкции контейнера для длительного захоронения вредных отходов введение в органосиликатную композицию защитного покрытия добавок:
- натриево-хромового пирофосфата способствует повышению влагостойкости защитного покрытия, предотвращая развитие коррозии и радиолиза корпуса контейнера. Наночастицы облегчают встраивание фосфор-кислородных группировок в структуру органосиликатной композиции защитного покрытия, образуя единую влагостойкую кремнефосфатную матрицу.
- диоксида циркония или титана в количестве 0,5-1,0 мас. композиции повышает стойкость покрытия от воздействия γ- и β-излучений, а также расширяет цветовую гамму покрытия.
Введение в органосиликатную композицию защитного покрытия добавок, перечисленных выше, расширяет диапазон рабочих температур, которым контейнер может противостоять в течение своего срока службы, при этом использование добавок в состоянии наночастиц обеспечивает повышение прочности покрытия.
Возможное помещение контейнера в емкость с крышкой, выполненными из полиэтилена высокой плотности, причем крышка емкости имеет резьбовое соединение с ее корпусом, позволяет дополнительно повысить влагостойкость контейнера для длительного захоронения вредных отходов.
Механические характеристики заявляемого объекта изобретения:
- радиационная стойкость - более 2,8 МГр;
- прочность покрытия при ударе по прибору У-2 - не менее 50 см;
- диапазон рабочих температур - от -60°C до +450°C.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения и прототипа выявляет наличие отличительных признаков заявляемого контейнера для длительного захоронения вредных отходов по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "новизна".
Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, заключающийся в создании новой конструкции контейнера для длительного захоронения вредных отходов, защитное покрытие которого обладает высокой радиационной стойкостью, большой прочностью, широким диапазоном рабочих температур и высокой влагостойкостью.
Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "существенные отличия".
Использование заявляемого изобретения в области создания устройств для длительного захоронения вредных отходов обеспечивает заявляемое изобретению соответствие критерию "промышленная применимость".
Заявляемое изобретение изображено на чертеже, на котором представлен общий вид в разрезе контейнера для длительного захоронения вредных отходов.
Контейнер для длительного захоронения вредных отходов, включает корпус 1 в сборе с крышкой 2, на наружную поверхность которого нанесено защитное покрытие 3, толщиной 150-200 мкм, содержащее органосиликатную композицию ОС-51-03, причем в состав композиции покрытия 3 введены добавки, одной из которых является натриево-хромовый пирофосфат с размером частиц 40-80 нанометров в количестве, меньшем или равном 0,1 мас.% органосиликатной композиции, а другой - диоксид циркония или титана с размером частиц 80-120 нанометров в количестве 0,5-1,0 мас.%, при этом в качестве отвердителя применен продукт АГМ-9.
Такой контейнер может быть помещен в емкость 4 с крышкой 5, выполненными из полиэтилена высокой плотности, причем крышка 5 емкости имеет резьбовое соединение с ее корпусом.
В соответствии с заявляемым техническим решением в известную органосиликатную композицию ОС-51-03, применяемую для создания защитного покрытия, например на могильниках радиоактивных отходов (ТУ 84-725-78) и находящуюся в жидком состоянии, вводят добавки, в виде порошков, находящихся в состоянии наночастиц. Одной из добавок является натриево-хромовый пирофосфат, применяемый в виде порошка из частиц размером 40-80 нм, в количестве менее или равном 0,1 мас.% органосиликатной композиции.
Наличие хрома и фосфора в составе покрытия увеличивает влагостойкость объекта защиты, предотвращая развитие коррозии и радиолиза.
Натриево-хромовый пирофосфат получают методом управляемого гидролиза исходных солей, которыми являются: пирофосфат натрия и нитрат хрома.
Другой добавкой, вводимой в органосиликатную композицию, является диоксид циркония или титана, в виде порошка в состоянии наночастиц размером 80-120 нм, в количестве 0,5-1,0 мас.% органосиликатной композиции.
Порошок диоксида циркония или титана получают воздействием нашатырного спирта на соли циркония или титана, выделяемый при этом осадок прокаливают при температуре, равной 110°C. Полученный порошок в состоянии наночастиц вводят в состав органосиликатной композиции, повышая стойкость защитного покрытия γ- и β-излучениям, а также расширяя цветовую гамму покрытия.
Введение в органосиликатную композицию защитного покрытия этих добавок позволяет расширить диапазон рабочих температур, которым контейнер может противостоять в течение своего срока службы. Использование добавок в состоянии наночастиц обеспечивает повышение прочности покрытия.
Возможное помещение контейнера в емкость с крышкой, выполненными из полиэтилена высокой плотности, причем крышка емкости имеет резьбовое соединение с ее корпусом, позволяет повысить влагостойкость контейнера для длительного захоронения вредных отходов.
Для изготовления корпуса в сборе с крышкой контейнера для длительного захоронения вредных отходов может быть использовано базальтовое литье.
Сравнение технических характеристик объекта изобретения и прототипа представлено в нижеприведенной таблице.
Объект изобретения
Прототип
Радиационная стойкость
>2,8 МГр
>1 МГр
Прочность при ударе по прибору У-2
не менее 50 см
не менее 30 см
Диапазон рабочих температур
от -60°C до +450°C
от -60°C до +300°C
Приведенные сравнения с прототипом показывают преимущество заявляемого объекта изобретения над наиболее близким аналогом.