Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини
When wood from Chornobyl radioactively contaminated forests is burned in the Incinerator created in the Chornobyl zone under support of the European Commission, ash with a high content of Cs radionuclides is formed. Recently, magnesium potassium phosphate cements (MKPC) have been proposed as an effe...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
State Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety
2024
|
| Онлайн доступ: | https://nuclear-journal.com/index.php/journal/article/view/1128 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Nuclear and Radiation Safety |
Репозитарії
Nuclear and Radiation Safety| id |
oai:ojs2.nuclear-journal.com:article-1128 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Nuclear and Radiation Safety |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-06-26T06:48:16Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| format |
Article |
| author |
Sayenko, S. Shkuropatenko, V. Svitlychnyi, Ye. Pylypenko, O. Kholomieiev, H. Karsim, S. Zykova, A. |
| spellingShingle |
Sayenko, S. Shkuropatenko, V. Svitlychnyi, Ye. Pylypenko, O. Kholomieiev, H. Karsim, S. Zykova, A. Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| author_facet |
Sayenko, S. Shkuropatenko, V. Svitlychnyi, Ye. Pylypenko, O. Kholomieiev, H. Karsim, S. Zykova, A. |
| author_sort |
Sayenko, S. |
| title |
Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_short |
Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_full |
Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_fullStr |
Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_full_unstemmed |
Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_sort |
магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини |
| title_alt |
Magnesium Potassium Phosphate Cement for Encapsulation of Ash from Burning Radioactively Contaminated Wood |
| description |
When wood from Chornobyl radioactively contaminated forests is burned in the Incinerator created in the Chornobyl zone under support of the European Commission, ash with a high content of Cs radionuclides is formed. Recently, magnesium potassium phosphate cements (MKPC) have been proposed as an effective alternative to Portland cement-based protective matrices. In this work, MKPC compositions were optimized for laboratory-scale encapsulation of inactive model ash, used as surrogate of the radioactive ash. The influence of the MgO/KH2PO4 ratio and the amount of added model ash on the temperature and setting time of the MKPC paste were determined. The compressive strength after 28 days of MKPC curing without ash was 22.7 MPa. After adding 20 wt.% model ash, the compressive strength of the MKPC matrix was 34.5 MPa, 40 % model ash was 23.4 MPa and 60 % model ash was 8.3 MPa. Thus, the accepted amount of the added ash that does not initiate the essential strength decrease of the MKPC matrix is 40 %. X-ray diffraction analysis of the MKPC matrix with 40 % model ash shows the presence of the main phase – K-struvite MgKPO4·6H2O. In addition to K-struvite, there are peaks of unreacted MgO and compounds such as calcite CaCO3, quartz SiO2 and potassium chloride KCl, which are parts of the model ash. It has been shown that ash components such as hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH) and calcium oxyphosphate Ca4(PO4)2O are involved in the formation reaction of phosphate cement and it contributes to increasing of the permissible amount of ash encapsulated into the MKPC matrix. SEM images of MKPC samples demonstrate a dense structure with well-connected ash particles. The leaching behavior of the MKPC matrices and their thermal stability were also assessed using immersion tests and thermogravimetric analysis, respectively. The Cs leaching rate of 1.2×10-4 g/cm2·day from the MKPC matrix containing 40 % MA is lower than the rates typical for cement waste forms. The obtained results demonstrate the possibility of using new magnesium-potassium phosphate cement as a matrix for the encapsulation of ash from the combustion of radioactively contaminated wood in the Chornobyl zone. |
| publisher |
State Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://nuclear-journal.com/index.php/journal/article/view/1128 |
| work_keys_str_mv |
AT sayenkos magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT shkuropatenkov magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT svitlychnyiye magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT pylypenkoo magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT kholomieievh magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT karsims magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT zykovaa magnesiumpotassiumphosphatecementforencapsulationofashfromburningradioactivelycontaminatedwood AT sayenkos magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT shkuropatenkov magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT svitlychnyiye magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT pylypenkoo magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT kholomieievh magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT karsims magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini AT zykovaa magníjkalíjfosfatnijcementdlâínkapsulâcíízolivídspalûvannâradíoaktivnozabrudnenoíderevini |
| first_indexed |
2024-09-01T17:42:33Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:42:33Z |
| _version_ |
1810018694184566784 |
| spelling |
oai:ojs2.nuclear-journal.com:article-11282024-06-26T06:48:16Z Magnesium Potassium Phosphate Cement for Encapsulation of Ash from Burning Radioactively Contaminated Wood Магній-калій-фосфатний цемент для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини Sayenko, S. Shkuropatenko, V. Svitlychnyi, Ye. Pylypenko, O. Kholomieiev, H. Karsim, S. Zykova, A. When wood from Chornobyl radioactively contaminated forests is burned in the Incinerator created in the Chornobyl zone under support of the European Commission, ash with a high content of Cs radionuclides is formed. Recently, magnesium potassium phosphate cements (MKPC) have been proposed as an effective alternative to Portland cement-based protective matrices. In this work, MKPC compositions were optimized for laboratory-scale encapsulation of inactive model ash, used as surrogate of the radioactive ash. The influence of the MgO/KH2PO4 ratio and the amount of added model ash on the temperature and setting time of the MKPC paste were determined. The compressive strength after 28 days of MKPC curing without ash was 22.7 MPa. After adding 20 wt.% model ash, the compressive strength of the MKPC matrix was 34.5 MPa, 40 % model ash was 23.4 MPa and 60 % model ash was 8.3 MPa. Thus, the accepted amount of the added ash that does not initiate the essential strength decrease of the MKPC matrix is 40 %. X-ray diffraction analysis of the MKPC matrix with 40 % model ash shows the presence of the main phase – K-struvite MgKPO4·6H2O. In addition to K-struvite, there are peaks of unreacted MgO and compounds such as calcite CaCO3, quartz SiO2 and potassium chloride KCl, which are parts of the model ash. It has been shown that ash components such as hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH) and calcium oxyphosphate Ca4(PO4)2O are involved in the formation reaction of phosphate cement and it contributes to increasing of the permissible amount of ash encapsulated into the MKPC matrix. SEM images of MKPC samples demonstrate a dense structure with well-connected ash particles. The leaching behavior of the MKPC matrices and their thermal stability were also assessed using immersion tests and thermogravimetric analysis, respectively. The Cs leaching rate of 1.2×10-4 g/cm2·day from the MKPC matrix containing 40 % MA is lower than the rates typical for cement waste forms. The obtained results demonstrate the possibility of using new magnesium-potassium phosphate cement as a matrix for the encapsulation of ash from the combustion of radioactively contaminated wood in the Chornobyl zone. Під час спалювання деревини з радіоактивно забруднених лісів на установці Інсинератор, створеній в Чорнобильській зоні за підтримки Єврокомісії, утворюється зола з високим вмістом радіонуклідів Cs. Нещодавно магній-калій-фосфатні цементи (далі – МКФЦ) були запропоновані як ефективна альтернатива захисним матрицям на основі портландцементу. У цій статті склад MKФЦ було оптимізовано для лабораторної інкапсуляції неактивної модельної золи, яка використовувалася як імітатор радіоактивної золи. Визначено вплив співвідношення MgO/KH2PO4 та кількості доданої модельної золи на температуру та час тужавлення МКФЦ пасти. Міцність на стиск після 28 діб твердіння МКФЦ без золи становила 22,7 МПа. Після додавання 20 мас.% модельної золи міцність на стиск МКФЦ матриці становила 34,5 МПа, 40 % MЗ – 23,4 МПа і 60 % МА – 8,3 МПа. Отже, допустима кількість доданої золи, яка істотно не знижує міцність МКФЦ матриці, становить 40 %. Рентгеноструктурний аналіз МКФЦ матриці з 40 % модельною золою показує наявність основної фази – К-струвіту MgKPO4·6H2O. Окрім K-струвіту, є піки непрореагованого MgO та таких сполук, як кальцит CaCO3, кварц SiO2 та хлорид калію KCl, які є частинами модельної золи. Показано, що такі компоненти золи як гідроксиапатит Ca5(PO4)3(OH) та оксифосфат кальцію Ca4(PO4)2O беруть участь у реакції утворення фосфатного цементу, що сприяє збільшенню допустимої кількості золи, інкапсульованої до МКФЦ матриці. SEM зображення MKФЦ зразків демонструють щільну структуру з добре зв'язаними частинками золи. Також оцінювали поведінку MKФЦ матриць під час вилуговування та їх термічну стабільність за допомогою імерсійних випробувань і термогравіметричного аналізу, відповідно. Швидкість вилуговування Cs 1,2×10-4 г/см2·добу з матриці MKФЦ, що містить 40 % модельної золи, нижча показників, характерних для цементних форм відходів. Отримані результати свідчать про можливість використання нового MKФЦ як матриці для інкапсуляції золи від спалювання радіоактивно забрудненої деревини в Чорнобильській зоні. State Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety 2024-06-25 Article Article application/pdf https://nuclear-journal.com/index.php/journal/article/view/1128 10.32918/nrs.2024.2(102).03 Nuclear and Radiation Safety; No 2(102) (2024): Nuclear and Radiation Safety; 25-35 Ядерна та радіаційна безпека; № 2(102) (2024): Ядерна та радіаційна безпека; 25-35 2073-6231 en https://nuclear-journal.com/index.php/journal/article/view/1128/820 Авторське право (c) 2024 S. Sayenko, V. Shkuropatenko, Ye. Svitlychnyi, O. Pylypenko, H. Kholomieiev, S. Karsim, А. Zykova |