DETERMINATION OF THERMAL STABILITY OF SORBENT-BOUND LIQUID RADIOACTIVE WASTE

The paper presents a methodology for determining the thermal stability of the “LRW–sorbent” system, intended to assess the feasibility of converting liquid radioactive waste (LRW) into a non-flowing state using sorbent materials. Natural and synthetic sorbents of different origins were used as study objects, including perlite, perlite sand M-100, vermiculite, agrovermiculite, a synthetic polymer sorbent (“superabsorbent”), and a mineral sorbent developed at Shakarim University. The sorbents were tested for freeze–thaw resistance (50 cycles at ±40 °C) and long-term thermal stability (600 hours at +50 °C). It was found that perlite-based sorbents exhibit the most favorable combination of properties, combining high absorption capacity with resistance to thermal cycling. The mineral sorbent developed at Shakarim University (“S-sorbent”) demonstrated minimal changes in mass and structure; however, its sorption capacity is lower than that of perlite. Vermiculite and agrovermiculite showed mechanical stability but insufficient liquid retention capacity, while the superabsorbent was excluded from further consideration due to structural degradation under thermal exposure.

The obtained results confirm the applicability of the proposed methodology for predicting the behavior of “LRW–sorbent” systems under temperature conditions typical for storage. The results may be used to substantiate technologies for the management of LRW from the BN-350 reactor facility.

1. Национальный доклад Республики Казахстан по объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами / Астана, 2014. 123 с.

2. Милютин В.В., Некрасова Н.А., Каптаков В.О. СОВРЕМЕННЫЕ СОРБЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ И СТРОНЦИЯ // Радиоактивные отходы. 2020. №№ 4 (13). С. 80-89. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-4-80-89.

3. Abdel-Karima A.M., Zaki A.A., Elwana W. et al. Experimental and modeling investigations of cesium and strontium adsorption onto clay of radioactive waste disposal // Applied Clay Science. 2016. С. 391-401.

4. Mansy M.S., Hassana R.S., Selima Y.T. et al. Evaluation of synthetic aluminum silicate modified by magnesia for the removal of 137Cs, 60Co and 152+154Eu from low-level radioactive waste. Applied Radiation and Isotopes. 2017. № 130. Р. 198—205.

5. Рябчиков Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов. М., ДеЛи принт, 2008. 516 с.

6. Технологические и организационные аспекты обращения с радиоактивными отходами // IAEA-TCS-27, Вена, 2005. [Электронный ресурс]. Точка доступа: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TCS-27_R_web.pdf. Дата обращения 15.04.2025.

7. Ноқанова Ә.Д., Букина О.С., Бакланова Ю.Ю., Коянбаев Е.Т., Бакланов В.В. Определение сорбционных характеристик для перевода ЖРО в нетекучее состояние // Вестник НЯЦ РК. – 2026. – № 1. – С. 36–42.

8. Artamonov, Y.; Krivitskiy,P.; Zhamaldinov, F.; Aseyev, V.; Klivenko, A. The Evaluation of the Effectiveness of Adsorbents Based on Acrylamide Hydrogels and Cryogels for Water Purification from Radioactive Contaminants // Gels. 2025. №11(5). С. 311. https://doi.org/10.3390/gels11050311

9. ГОСТ 33622-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик абсорбентов [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.

10. ГОСТ 33627-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения сорбционных характеристик адсорбентов. [Текст]. – Введ. 2017–04–– М. : Изд-во стандартов, 2019. – 16 с. : ил. ; 29 см.

11. ГОСТ 16189-70. Сорбенты. Метод сокращения и усреднения проб. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 4 с. : ил. ; 29 см.

12. ГОСТ 16187-70. Сорбенты. Метод определения фракционного состава. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 6 с. : ил. ; 29 см.

13. ГОСТ 16190-70. Сорбенты. Метод определения насыпной плотности. [Текст]. – Введ. 1971–07–01. – М.: Изд-во стандартов, 1970. – 6 с.: ил.; 29 см.

14. ГОСТ 19609.14-89. Каолин обогащенный. Метод определения влаги. [Текст]. – Введ. 1991–01–01. – М. : Изд-во стандартов, 1970. – 3 с. : ил. ; 29 см.

15. Коровина О.Ю., Лукашенко С.Н., Каширский В.В. К вопросу об эффективности технологии переработки жидких радиоактивных отходов реакторной установки БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №2. С. 20-27.

16. Зверева И.О., Лукашенко С.Н., Коровина О.Ю., Каширский В.В. Разработка технологии переработки неорганических ЖРО РУ БН-350 // Вестник НЯЦ. 2011. №3. С. 111-115.

17. Комиссаренков А. А., Федорова О. В. Сорбционные технологии. Определение свойств сорбентов: учебнометодическое пособие для выполнения курсовой работы / СПбГТУРП. – СПб., 2015. – 44 с.

18. Сютова Е.А., Джигола Л.А. Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами // Сорбционные и хроматогра-фические процессы. 2020. Т. 20. № 1. С. 64-78.

19. СТ РК 3723-2021 Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.

20. СТ РК 3722-2021. Отходы радиоактивные битумированные. Общие технические требования. [Текст]. – Введ. 2022–07–01. – Нур-Султан. : Госстандарт, 2021. – 16 с.; 29 см.

21. ГОСТ 10832-2009. Песок и щебень перлитовые вспученные. Технические условия. [Текст]. – Введ. 2011–01–01. – М.: Изд-во стандартов, 2011. – 22 с.: ил.; 29 см.

22. Поправочный коэффициент при определении активности Cs-137 в мерных колбах с сорбентом. [Текст] Расчет.; рук. Повов Ю.А. – Курчатов, 2024. – 15 с. – Исполн.: Попов Ю.А.: с. 15. Инв. №13-240-03/179 от 12.02.24.

23. Брискман Б.А., Генералов В.В., Крамер-Агеев Е.А., Трошин В.С. Внутриреакторная дозиметрия. Практическое руководство. . М.: Энергоиздат, 1985. 200 с.