Proiecte PNCDI 2

Fri, 19 Apr 2024

Lista de proiecte » Dezvoltarea de lianti alternativi pentru stabilizarea / solidificarea deseurilor radioactive de joasa si medie activitate cu continut de aluminiu

Dezvoltarea de lianti alternativi pentru stabilizarea / solidificarea deseurilor radioactive de joasa si medie activitate cu continut de aluminiu
www.nipne.ro/proiecte/ifa-cea/1-proiecte.html

Acronim: DABSRAWAL
Numar / Data contract: C2-01 / 2012-03-01
Program: Capacitati Modul III, Parteneriat IFA-CEA
Director proiect: Corneliu TURCANU (Ro); Celine CAU DIT COMES (Fr)
Parteneri: IFIN-HH, CEA Marcoule/ DEN / DTCD / SPDE / L2ED
Data incepere / finalizare proiect: 2012-03-01 / 2015-02-28
Valoarea proiectului: 480000 RON
Rezumat: Practica stabilizarii si solidificarii deseurilor radioactive de joasa si medie activitate in ciment a devenit o practica binecunoscuta deoarece: (i) procesul este relativ simplu si ieftin, (ii) compozitiile bine alese duc la un produs caracterizat printr-o buna autoecranare si rezistenta mare la compresune, si (iii) precipitatele sistemelor cimentoase au pH intern mare si astfel inglobeaza multi radionuclizi. Materialele cimentoase utilizate pentru conditionarea deseurilor radioactive includ de obicei cantitati importante de ciment portland normal (OPC) in formulele lor. Deoarece, deseurile rezultate din activitati nucleare sunt foarte diverse si, in anumite conditii reactioneaza chimic cu fazele din ciment sau cu apa din sistem reducand astfel calitatea produsului. De exemplu, prin dezafectarea vechilor reactori nucleari se genereaza un volum mare de deseuri LLW si ILW, unele dintre ele continand aluminiu. Aluminiul este un metal cu reactie amfoterica, formand usor un strat protector de oxid la contactul cu aerul sau apa. Acest strat protector este considerat stabil in domeniul de pH 4-10. Din acest motiv, intr-un mediu puternic alcalin, cum este cel intalnit in materialele cimentoase conventionale bazate pe OPC, acest strat este solubil avand ca rezultat o coroziune continua asociata cu eliberare de hidrogen si formare ulterioara a unui hidroxid metalic expansiv impreuna cu hidrati pe baza de calciu si aluminosilicati. Ca urmare, folosirea cimentului Portland sau a unui ciment compozit (OPC macinat cu zgura de furnal sau cenusa de termocentrala) pentru conditionarea deseurilor radioactive continand aluminiu este prohibita. Sistemele alternative de cimentare avand chimii diferite pot fi mult mai compatibile cu aluminiul. Proiectul isi propune sa investigheze sisteme alternative de ciment pentru obtinerea de solutii inovative de solidificare si stabilizare a deseurilor radioactive problematice, inclusiv istorice, care contin aluminiu metalic. Obiectivele proiectului sunt urmatoarele: (i) compararea potentialului liantilor bazati pe sulfoaluminat de calciu, fosfat de magneziu, fosfat de calciu si silicat de magneziu in prevenirea eliberarii de hidrogen prin procese de coroziune a aluminiului in deseul solidificat, (ii) evaluarea posibilitatii de a reduce corozia aluminiului inca din stadiul initial prin aditia unui inhibitor de coroziune in solutia de amestecare, (iii) elaborarea, pentru doua din cele mai promitatoare sisteme de cimentare selectate in etapele (i), (ii), a unei formule care sa corespunda criteriilor cerute pentru conditionarea deseului. Proiectul va implica grupuri de cercetare multidisciplinare cu specializari in stiinta materialelor, fizico-chimie, chimie analitica si inginerie de proces. Studiile se vor efectuaa pe deseuri sintetice (bare de aluminiu) cu geometrie, compozitie si starea suprafetei bine definita. Etapa 1: Screening-ul liantilor alternativi pentru imobilizarea aluminiului radioactiv (30.11.2012) Pastele vor fi preparate cu cimenturi din cele patru sisteme investigate (sulfoaluminat de calciu, fosfat de magneziu, fosfat de calciu si silicat de magneziu) cu si fara aluminiu. Probele de material intarit vor fi caracterizate folosind difractia de raze X si termogravimetria. Solutia din porii materialului va fi extrasa folosind presiunea si analizata folosind ICP-AES, pH-metrie si ion cromatografie. Viteza de producere a hidrogenului in probele continand aluminiu va fi investigata periodic, determinandu-se continutul de hidrogen prin gaz cromatografie. La finalul acestor incercari se va caracteriza zona de tranzitie dintre metal si pasta de ciment prin utilizarea microscopiei electronice cu scanare, analiza EDS si difractie de raze X. Complementar, se vor executa masurari electrochimice ale vitezei de coroziune a aluminiului in solutii reprezentative pentru solutia din porii diferitelor materiale, utilizandu-se o celula clasica cu trei electrozi (aluminiul va fi electrodul de lucru). La sfarsitul primei etape diferitele sisteme cimentoase vor fi clasate in functie de capabilitatea lor de a preveni coroziunea aluminiului. Etapa 2: Investigarea inhibitorilor de coroziune(30.11.2013) Viteza de coroziune a aluminiului va fi masurata in functie de natura si concentratia inhibitorului adaugat la solutia sintetica din porii celor mai promitatori lianti identificati in etapa 1. Dupa aceea, vor fi investigate interactiile posibile intre cei mai eficienti inhibitori si lianti. De asemenea, va fi evaluata influenta inhibitorului asupra materialului intarit (rezistenta, stabilitatea volumului). In final, bare de aluminiu vor fi imobilizate utilizandu-se cele mai promitatoare cimenturi si inhibitori, materialele vor fi caracterizate dupa cum s-a descris in etapa 1 (viteza de producere a hidrogenului, structura fazei solide, microstructura si compozitia zonei de tranzitie intre liant si bara de aluminiu). Etapa 3: Stabilirea formulelor de liant si inhibitori tinand cont de criteriile de aplicare industriala si de depozitare finala (30.11.2014) A treia etapa a proiectului, are ca scop stabilirea unei paste fluide, pompabile, autonivelatoare utilizandu-se cei mai promitatori lianti si inhibitori. Materialul va trebui, de asemenea, sa indeplineasca cerintele pentru depozitarea finala a coletelor cu deseuri intr-un depozit de suprafata. Retetele investigate vor fi testate la scara de laborator (volume de cativa litri) si optimizate pentru proportia de ciment, apa si nisip. Materialele elaborate vor fi caracterizate utilizandu-se echipamentele conventionale din constructiile civile. O atentie particulara va fi data degajarii de caldura in stagiul de inceput pentru a se pastra un transfer termic acceptabil atunci cand pasta va fi pusa in ambalaje de volum mare. Matrici experimentale vor fi preparate si depozitate in conditii simulate (degradare rapida) si normale (Depozitul National de Deseuri Radioactive Baita-Bihor). Etapa 4: Corelarea datelor experimentale in vederea validarii matricei optime pentru conditionarea deseurilor radioactive de joasa si medie activitate cu continut de aluminiu (28.02.2015) In ultima etapa a proiectului se va face o analiza atenta a rezultatelor obtinute, in vederea alegerii si validarii retetelor optime pentru prepararea de materiale cimentoase utilizabile pentru conditionarea deseurilor radioactive de joasa si medie activitate cu continut de aluminiu. De asemenea, se vor identifica aspectele care necesita studii suplimentare, creionandu-se eventuale perspective noi de abordare si colaborare.

ETAPELE PROIECTULUI SI DATELE DE PREDARE
1. Screening-ul liantilor alternativi pentru imobilizarea aluminiului radioactiv (2012-11-30)
2. Investigarea inhibitorilor de corozie in matricile de imobilizare a aluminiului radioactiv (2013-11-30)
3. Stabilirea formulelor de liant si inhibitor tinand cont de criteriile de aplicare industriala si de depozitare finala (2014-11-30)
4. Corelarea datelor experimentale in vederea validarii matricei optime pentru conditionarea deseurilor radioactive de joasa si medie activitate cu continut de aluminiu (2015-02-28)
REZULTATE

Inapoi la Lista de proiecte

English version of the project