В атомной отрасли бентонит используется для создания инженерных барьеров при изоляции радиоактивных отходов (РАО) от окружающей среды и обеспечения их безопасного захоронения. Он применяется как в проектах строительства новых пунктов захоронения, так и для решения проблем при выводе из эксплуатации объектов ядерного наследия, а также консервации различных пунктов размещения особых РАО. Кроме этого, в эксплуатационной деятельности по кондиционированию РАО бентонит является небольшим, но важным компонентом в цементном компаунде.
Во всех проектах захоронения РАО и консервации ядерных и радиационно-опасных объектов (ЯРОО) применяется принцип мультибарьерной защиты с высокими требованиями к гидроизоляционной защите сооружений от попадания поверхностных или грунтовых вод к упаковкам с РАО в течение длительного периода времени. Бентонит максимально соответствует такой задаче. Этот природный глинистый материал обладает крайне низкой гидравлической проводимостью и способен удерживать миграцию широкого перечня радионуклидов. Его способность к набуханию обеспечивает герметичность изоляции и уникальное свойство самозалечивания при нарушении целостности барьера.
К настоящему моменту в группе компаний «Бентонит», куда входит «Бентонит Хакасии», накоплены значительные знания и технологический опыт для получения как компактированных бентонитовых изделий различной геометрии (блоки, сегменты, кольца и др.), так и материалов для буферных барьеров, в т.ч. засыпки высокой плотности. Был получен опыт укладки бентонита в подстилающие экраны пунктов приповерхностных захоронений.
В Группе компаний «Бентонит» активно ведется подготовка к установке внешних противофильтрационных завес на объектах ядерного наследия в Северске (АО «СХК»). Это будут первые объекты, где планируется создать вертикальные экраны методом jet-grouting в грунте на объектах размещения особых РАО. Не только технология, но и материал – инъекционный состав на основе бентонита «БентИнжект®» являются уникальными для российской атомной отрасли.
Примеры объектов применения бентонита в атомной отрасли в России:
- Глубинное захоронения РАО 1-2 класса в г. Железногорске, Красноярского края.
- Приповерхностные пункты захоронения РАО 3-4 классов в г. Новоуральске, Свердловской обл. (в эксплуатации); г. Северск, Томская обл. (строится); г. Озерск, Челябинская обл. (строится).
- Вывод из эксплуатации ЯРОО (ПУГРы, РБМК, ВВЭР) путем консервации для длительного хранения.
- Консервация пунктов хранения особых РАО (пульпо и водохранилища, пункты хранения твердых РАО и др.).
- Установки цементирования ЖРО на АЭС и химических комбинатах.
Пункт глубинного захоронения РАО 1,2 класса.
Единственный в России пункт, предназначенный для глубинного захоронения долгоживущих отходов (ПГЗРО) с высоким тепловыделением (РАО класса 1) и долгоживущих высоко и среднеактивных РАО с незначительным тепловыделением (РАО класса 2).
ПГЗРО создается с целью окончательного вывода из сферы жизнедеятельности ранее накопленных в РФ наиболее экологически опасных долгоживущих отходов, находящихся в наземных временных хранилищах.
Площадка размещения — участок «Енисейский» Нижнеканского массива скальных пород (архейские гнейсы) в Красноярском крае, на расстоянии 6 км от г. Железногорска. В настоящее время ведется предварительный этап — создание на площадке Подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ).
РАО класса 1 планируется захоранивать в вертикальных скважинах глубиной 75 метров, в толстостенных пеналах, с мощным барьером из прессованного бентонита; РАО класса 2 планируется размещать в штабелях контейнеров в горизонтальных подземных выработках (схема ниже).
Схема концепции применения бентонита в ПГЗРО 1,2 класса
Изготовление изделий из компактированного бентонита в лабораторных масштабах успешно отработано. Ниже приведены фотографии различных прессованных материалов из бентонита.
Демонстрационный макет с прессованными бентонитовыми сегментами в вертикальной скважине захоронения РАО
Водоупорный бентонитовый блок (кирпич)
Цилиндрический элемент из компактированного бентонита в масштабе 1:10
Пункты приповерхностного захоронения РАО 3,4 класса
РАО 3 и 4 классов подлежат захоронению в приповерхностных пунктах захоронения РАО (ППЗРО) — сооружениях, размещаемых на одном уровне с поверхностью земли или на глубине до ста метров от поверхности земли. Радиоактивные отходы данных классов изолируются на весь период их потенциальной опасности – в течение 300 лет они будут храниться в закрытом виде до полного распада радионуклидов.
Безопасность ПЗРО обеспечивается за счет реализации концепции глубокоэшелонированной защиты, основанной на применении системы физических барьеров (инженерных и естественных) на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду.
Ниже приводится схема данного типа захоронения, где из бентонита создаются глиняные «замки» вокруг бетонного сооружения с упакованными в контейнеры РАО 3,4 класса. Кроме того, в качестве дополнительной защиты используются бентонитовые маты и буферная засыпка для межконтейнерного пространства.
Схема ППЗРО 3,4 класса и применения бентонита в данных пунктах
Применение бентонита для вывода из эксплуатации ЯРОО
В РФ существует 13 промышленных уран-графитовых реакторов (ПУГР) — наработчиков оружейного плутония на площадках АО «СХК», ФГУП «ГХК» и ФГУП «ПО «МАЯК». Все реакторы в настоящий момент остановлены, 3 из них законсервированы по технологии «захоронения на месте». Концепция заключатся в извлечении всей технологической обвязки реактора и дальнейшей засыпкой пневмотранспортом внутриреакторных и приреакторных помещений порошковым материалов. Бентонит является компонентом смеси данного материала.
Схема засыпки барьерной смесью ПУГРа
Применение бентонита в установках для цементирования жидких радиоактивных отходов
Добавка в компаунд бентонита при цементировании жидких радиоактивных отходов в количестве 5-6 % снижает выщелачиваемость цезия в несколько раз (до 30-ти). В настоящий момент на всех АЭС РФ и комбинатах бентонит используется как функциональная добавка снижающая скорость выщелачивания радионуклидов из бетонной матрицы.