Conditioning of boron-containing LRW with composite binders

Алла Розко; Юрій Федоренко; Сергій Гузій

doi:10.26906/znp.2025.64.4145

Автор(и)

Алла Розко Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення iм. М.П. Семеренка НАН України
Юрій Федоренко Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища» НАН України
Сергій Гузій Державна установа «Інститут геохімії навколишнього середовища» НАН України

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2025.64.4145

Ключові слова:

борвмісні РРВ, кондиціювання, композиційне зв’язуюче

Анотація

Сучасне поводження з рідкими радіоактивними відходами (РРВ) передбачає обов’язкове їх кондиціонування, що практично виконується шляхом цементування найчастіше портланцементом. Як альтернатива для цементування залучаються лужні в’яжучі речовини, які хімічно більш стійкі, збільшують міцність з часом, не забруднюють атмосферу СО2. Найчастіше основою таких зв’язуючих є гранульований доменний шлак у поєднанні з лужними речовинами. Як розвиток поводження з РРВ формується напрямок кондиціонування композиційними зв’язуючими, що поєднує у складі портландцемент та доменний шлак. Композиційні зв’язуючі можуть враховувати позитивні властивості притаманні складовим компонентам, при цьому властивості залежатимуть як від фізико-хімічних показників так і від умов, за якими відбувається кондиціонуванні РРВ. В роботі показано, що борвмісні РРВ, які мають рН > 12 при загальному вмісті солей 60,2 % можуть бути кондиціоновані композиційними зв’язуючими, при співвідношенні гранульований доменний мелений шлак (розмір частинок < 80 мкм): цемент ПЦ-500 як 1:1 з міцністю при стсику > 3 МПа при температурі 55 – 60С. Кількість РРВ (імітату) у компаунді може становити 35 – 40 %. У якості активатора твердіння зв’язуючого можуть бути використані лужні речовини, які входять до складу РРВ, без внесення додаткових лугів та рідкого скла. В залежності від видів залучених компонентів: портландцемент, доменний шлак чи композиційне зв’язуюче отримані зразки компаундів з межею міцності на стиск переважно >10,3 МПа.

Посилання

1. Guzii S., Zlobenko B. (2023). Application of alkali activated cements for immobilization of dry low-level radioactive waste containing copper ferrocyanide. Technology transfer: fundamental principles and innovative technical solutions, 3–8. https://doi.org/10.21303/2585-6847.2023.003200

2. Guzii S.G., Zabulonov Y.L., Zlobenko B.P., Lashchivskyi V.V. (2023). Pareto analysis of factors influencing the properties of alkaline slag Portland cement matrices filled with low-level ferrocyanide-containing radioactive waste. Collection of scientific papers (resource-saving materials, structures, buildings and structures), 44, 12-23.

3. Guzii S.G. (2024). Use of alkaline slag-portland cement matrices for immobilization of low-level water treatment products. Problems of decommissioning of nuclear power facilities and environmental restoration (INUDECO 24): Proceedings of the IX International Conference, April 24-26, 2024, Slavutych. Chernihiv: Chernihiv Polytechnic National University, 40-50. ISBN 978-617-7932-65-8

4. Guzii S.G. (2024). Chemical stability of alkaline activated matrices filled with solid radioactive waste. Nuclear Potential and Possible Threats to the Modern World: Proceedings of the 2nd International Scientific and Practical Internet Conference, October 7-8, Dnipro, 18-20. ISBN 2664-4819 (Online).

5. Guzii S. (2024). Study of the chemical stability of solidified radioactive waste using alkali cement through long-term leaching. Solid State Phenomena, 364: 113-120. https://doi org/10.4028/p-wEX4ES

6. Guzii S.G., Prysyazhna O.V., Guzii O.I. (2024). Ecological-phenomenological and mathematical approaches to conditioning evaporated radioactive waste. International scientific and technical conference “Modeling and optimization of building composites” (MOBK Seminar), December 5-6, Odesa, 7-10. ISBN 978-617-7900-96-1

7. Guzii S. (2024). Immobilisation of treatment products of chemically and radiation contaminated water with alkaline binder compounds. Book of abstracts. Workshop on Methods of water Pollution Control, 3-4 December, Kosice, Slovakia, 40-41. Institute of Geotechnics SAS. ISBN 978-80-89883-17-2

8. Guzii S.G. (2024). Alkaline binder systems for radioactive waste conditioning. XII Scientific Conference "Scientific Results of 2024". Collection of Scientific Papers, Kharkiv, Technological Center, 86. e-ISBN 978-617-8360-11-5

9. Celi˙k A.G. (2022). Investigation of microstructure and physicomechanical properties of boron belit cement mortars containing blast furnace slag as alternative to Portland cement. Sådhanå, 47:233. https://doi.org/10.1007/s12046-022-02004-z

10. Olgun A., Kavas T., Erdogan Y., Once G. (2008). Physico-chemical characteristics of chemically activated cement containing boron. Building and Environment,42(6):2384-2395. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.06.003

11. Kratochvil J., Opravil N., Diviš P. (2013). The Effect of Boron and its Compounds on Setting of Portland Cement. Advanced Materials Research, 1000:16-19. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1000.16

12. Mateusz Sitarz M., et al. (2020). The immobilisation of heavy metals from sewage sludge ash in geopolymer mortars. MATEC Web of Conferences 322, 01026 https://doi.org/10.1051/matecconf/202032201026

13. Quan Z.Q., Jet al. (2020). Hydration Properties of Portland Cement Paste with Boron Gangue. Advances in Materials Science and Engineering. Article ID 7194654, 9. https://doi.org/10.1155/2020/7194654

14. Davraz M. (2015). The effect of boron compound to cement hydration and controllability of this effect. Acta Phys Pol A 128 (2-B), B26–B33. https://doi.org/ 10.12693/APhysPolA.128.B-26

15. Kim J.H. et al. (1989). A study on the solidification of borate waste using cement. J Korea Soc Waste Manag 137–142.

16. Sun Q., Li J., Wang J. (2011). Effect of borate concentration on solidification of radioactive wastes by different cements. Nucl Eng Des, 241 (10), 4341–4345. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2011.08.040

17. Dobrovolska I.Yu., Golubchyk P.O., Voitsekhovsky I.F., Shygin S.V. (2012) Report “On conducting a detailed analysis of the causes and sources of liquid radioactive waste generation using the example of one power unit of the ZNPP in order to develop measures to reduce the amount of liquid radioactive waste”, SE NNEGC “Energoatom”, 156.

18. Rozko A.M., Fedorenko Y.G., Zlobenko B.P. “Method of conditioning liquid radioactive waste. Patent for utility model No. 159369 bull. 21. – 21.05.2025