№ 18-77-00015

"Инновационные сорбционные фильтрационные композиции для решения вопросов обеспечения безопасности объектов ядерного наследия"

Руководитель: Белоусов П.Е.

Ключевые слова: природные сорбенты, захоронение радиоактивных отходов, ядерное наследие, адсорбция, фильтрационные композиции, радионуклиды.

Аннотация

В результате деятельности ядерного топливного цикла в России ежегодно производятся миллионы тонн радиоактивных отходов (РАО) различной активности. На протяжении последних 50 лет, во многих странах (например, США, Франции, Финляндии, Франции, Швеции, Японии, Канаде и т.д.) идут активные разработки новых подходов к проблеме утилизации высокорадиоактивных отходов (ВАО) – захоронение их в глубинных подземных хранилищах, целью которых является их изоляция от контакта с подземными водами, атмосферными осадками и предотвращение их воздействия на человека и окружающую среду на протяжении десятков и сотен тысяч и миллионов лет. Подобные проекты по захоронению РАО в подземных хранилищах разрабатываются и в России, например, проект по созданию ПГЗРО (пункт глубинного захоронения РАО) в Нижнеканском гранитно-гнейсовом массиве (Красноярский край). Одним из основных компонентов инженерного барьера безопасности, гарантирующим противофильтрационные и сорбционные свойства могильника является уплотненная бентонитовая глина, которой заполняют собой пространство между стаканами с остеклованными ВАО и стенками туннеля, а также свободные пространства горных выработок, тоннелей и т.д. При набухании в замкнутом пространстве, бентонит приобретает свойства мощного водонепроницаемого экрана и в тоже время «залечивает» образовавшиеся в туннелях трещины. Однако стоит отметить, что помимо отходов с высокой активностью, которые планируется захоранивать в подземных хранилищах, существует проблема обеспечения безопасности объектов ядерного наследия: изоляция и рекультивация миллионов тонн средне- и низкоактивных отходов, расположенных в приповерхностных хранилищах, вывод из эксплуатации водоемов-хранилищ жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и конструкционно сложных объектов, например, промышленных уран-графитовых реакторов (ПУГРы), технологических зданий лабораторий, заводов и т.п. по типу «захоронение на месте». Проблема многих объектов ядерного наследия - близость гидрографических сетей (речных систем) и необходимость применения не только гидроизоляционных барьеров, но и установки конструкций фильтрационных барьеров для эффективной сорбции радионуклидов. Подобные барьерные материалы могут использоваться как для засыпки загрязненных участков, так и в виде сменных фильтров в системах слива сточных вод. Изучив минерально-сырьевую базу РФ и последние мировые разработки по этой тематике, в рамках данного проекта будут исследованы следующие природные сорбенты, обладающие высокой сорбирующей способностью к радиоактивным элементам: диатомит, цеолит, торф, шунгит, каменный или бурый уголь. Образцы природных сорбентов будут отобраны из наиболее качественных и перспективных месторождений РФ: Инзенское м-е диатомита (Ульяновская обл.), м-я торфа верховых болот (Тверская обл.), м-я шунгита респ. Карелия (Шуньгское, Мягрозерское и др.), Черногорское м-е каменного угля (респ. Хакасия), бурый уголь Канско-Ачинского угольного бассейна (Красноярский край). Для анализа сорбционной способности различных материалов, будут изучены показатели сорбции и десорбции по отношению к отдельным катионам радионуклидов при разных значениях pH и условиях среды, в том числе в присутствии различных конкурирующих катионов. Будут установлены свойства поверхности (значения удельной поверхности и пористости), фильтрационные свойства (коэффициент фильтрации и диффузии) и др. Известные в настоящий момент возможные способы модификации природных сорбентов термическими и химическими методами (обжиг, кислотная активация) приводят к значительному увеличению селективной сорбции и будут использованы в рамках проекта. В ходе эксплуатации природных и модифицированных сорбентов в качестве компонентов инженерных барьеров они могут испытывать потенциальное агрессивное воздействие вод, ассоциированных с РАО. Чтобы проанализировать изменение свойств в подобных случаях, будут проведены экспериментальные работы по воздействию агрессивных сред (растворов, имитирующих состав РАО) на структуру и свойства природных и модифицированных сорбентов и проанализированы с применением прецизионных современных методов. Особенности сорбции и десорбции радионуклидов будут изучены на примере Sr-90, Cs-137, U-233,238, Np-237, неактивных изотопов Sr, Cs, Eu. Учитывая то, что элементный состав РАО каждого объекта ядерного наследия индивидуален и может содержать в себе различный состав радионуклидов, данный проект предполагает создание эффективных композиций, состоящих из одного или нескольких природных, или модифицированных сорбентов, под конкретные задачи и характер объекта ЯН. Рабочие композиции или готовые продукты из них будут протестированы на предмет использования в качестве сорбционных фильтрационных барьеров для повышения безопасности объектов ядерного наследия. Реализация данного проекта позволит получить важные фундаментальные характеристики природных и модифицированных сорбентов и подготовить научную базу для дальнейшего прикладного этапа по разработкам реальных фильтрационных барьерных композиций.

Список публикаций по теме:

© 2019 Российская группа по глинам и глинистым минералам

  • Facebook
  • Instagram