CC BY
12
9. Завгородня, Н. I. Утилiзацiя телевiзiйних кiнескопiв та мош-торiв комп'ютерiв iз твердих побутових вiдходiв в неорганiчнi матерiали [Текст] / Н. I. Завгородня, О. А. Швоваров // Вопросы химии и химической технологи. — 2013. — № 3. — С. 74-80.
10. Завгородня, Н. I. Дослщження кристалiчноi структури та окремих властивостей вщновленого сульфщу цинку iз ка-тодолюмiнофорiв вiдпрацьованих телевiзiйних кшескошв та комп'ютерних монiторiв [Текст] / Н. I. Завгородня, О. А. Швоваров // Сучасш проблеми хiмii. — 2014. — Т. 1. — С. 8.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОССТАНОВЛЕННОГО СУЛЬФИДА ЦИНКА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТОДОЛЮМИНОФОРОВ
Определена сфалеритная модификация кристаллической структуры восстановленного сульфида цинка как вторичного сырья. Исследовано процессы обезвоживания и кристаллизации осадка восстановленного сульфида цинка, кристаллическую структуры выращенных гидротермальным методом восстанов-
ленных монокристаллов. Выявлено, что поведение восстановленного сульфида цинка отвечает общим закономерностям поведения этого неорганического вещества в водных растворах.
Ключевые слова: восстановленный сульфид цинка, сфале-ритная модификация.
Завгородня Наталiя kopieHa, астрант, молодший науковий ствробтник, кафедра технологи неоргатчнихречовин та еколо-гп, ДВНЗ «Украгнський державний хiмiко-технологiчний утвер-ситет», Днтропетровськ, Украта, e-mail: [email protected].
Завгородняя Наталия Игоревна, аспирант, младший научный сотрудник, кафедра технологии неорганических веществ и экологии, ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет», Днепропетровск, Украина.
Zavgorodnia Natalia, Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipropetrovsk, Ukraine, e-mail: [email protected]
УДК 629.565.2 001: 10.15587/2312-8372.2014.31884
Казимиренко Ю. А. ФОРМИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
ПЛАВУЧИХ КОМПОЗИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ И ХРАНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ГРУЗОВ
Разработаны научно-обоснованные практические рекомендации по формированию многослойных защитных конструкций для плавучих сооружений, предназначенных для перевозки и хранения радиоактивных грузов низкой и средней активности, первичный уровень ослабления ионизирующих излучений обеспечивают новые композиционные материалы и покрытия, изготовленные методами горячего прессования и электродугового напыления.
Ключевые слова: плавучие сооружения, конструкции биологической защиты, радиоактивные грузы, композиционные материалы, покрытия.
1. Введение
Развитие атомной энергетики, химической, горно-перерабатывающей промышленности, сельского хозяйства, медицины, внедрение новых технологий подъема радиоактивных отходов со дна Мирового океана связаны с проблемой хранения и утилизации радиоактивных отходов. В основном это низкоактивные вещества, состоящие из лабораторного оборудования, загрязненных покрытий, спецодежды, продолжающие в большинстве случаев оставаться источником ионизирующих излучений (ИИ). Увеличение объемов их транспортировки вызвало необходимость введения в эксплуатацию новых объектов морской техники: плавучих баз, специально оборудованных судов, складов, хранилищ, максимально приспособленных к грузовым операциям.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Особенностью специализированных объектов судостроения, предназначенных для перевозки радио-
активных грузов, является наличие конструкций биологической защиты (БЗ), снижающих интенсивность излучений и изготовленных из бетона и листовой стали [1, 2]. Создание слоистой конструкции из разнородных материалов обеспечивает уровни первичной и вторичной защиты. Использование в судостроительных технологиях композиционных бетонов направлено на решение проблем водонепроницаемости и снижения материалоемкости конструкций [3]. Применение низкоуглеродистых и низколегированных коррозион-ностойких сталей ограничено склонностью к радиационному распуханию и охрупчиванию [4]. Одним из перспективных направлений защиты конструкций от действия излучений является разработка облегченных радиационно-стойких композиционных материалов и покрытий, что достигается введением в состав ультра-и полидисперсных наполнителей [5], среди которых следует выделить полые стеклянные микросферы (ПСМ), применяемые в технологиях изготовления синтактических пен [6-8]. Научные работы, посвященные проектированию специализированных судов и плавучих сооружений [1, 2, 9] ориентированы на оптимизацию
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/5(20], 2014, © Казимиренко Ю. А.
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
ISSN 222Б-3780
прочностных характеристик конструкции, но не отражают вопросов взаимодействия ионизирующих излучении радиоактивных грузов с применяемыми материалами.
Цель работы — разработка научно-обоснованных практических рекомендаций по формированию защитных конструкций с использованием новых материалов.
Для достижения поставленной цели в работе на основании установленных закономерностей необходимо решить задачи выбора и нанесения материалов для формирования конструкций.
3. Теоретические и технологические основы формирования композитных конструкций
В основу проектирования конструкций БЗ положен системный подход с использованием когнитивных технологий [10], теоретических и экспериментальных методов исследований радиационной стойкости и рент-генозащитных свойств материалов [11, 12]. Повышение эксплуатационных свойств конструкций вызвало необходимость формирования многослойных конструкций с защитным композиционным слоем (рис. 1). В основу формирования защитных свойств композиций положен установленный в работе [13] эффект ослабления действия ИИ структурными элементами (стеклянными частицами, субструктурными элементами, переходной зоной), подтвержденный экспериментально, основополагающим является механизм многократного внутреннего отражения в гетерогенной среде поглощения.
Рис. 1. Модель защитной конструкции для плавучих сооружений для перевозки и хранения РАВ
Защитный композиционный слой может быть изготовлен в виде горячепрессованных плиток (рис. 2) или нанесен с помощью электродугового напыления.
Рис. 2. Композиционная плитка
Технологический процесс формирования плит включает операции приготовления формовочной смеси, промежуточный прогрев для ее размягчения, приложение давления прессования и изотермическую выдержку, режимы которых приведены в работе [13].
Для формирования алюмоматричных композиций может быть использована порошковая продукция алюминия: порошок по ГОСТ 6058-73 (например, марки ПА-5) или пудра по ГОСТ 5494-95 (например, марки АПС-1А), в качестве наполнителя рекомендованы полые стеклянные микросферы, например, марки МС-А-9 (ТУ 6-48-108-94), порошки SiC (ГОСТ 9428-73) и А1203 (ГОСТ 30558-98). Разработанная технология горячего прессования позволяет получать плитки с максимальным размером до 500 мм, толщина слоев выбирается, исходя из уровня активности грузов, минимальное значение составляет 10 мм. Для крепления алюмоматричных плит к стальным поверхностям конструкций решена задача выбора компаунда на основе ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), с объемным наполнением полыми стеклянными микросферами до 60 %, этот состав можно использовать для заделки стыков. Нанесение защитного слоя с помощью электродугового напыления возможно как в условиях цеха, так и на построечном месте. Для формирования композиций рекомендуется использование цельнотянутых проволок марок Св-08Г2С (ГОСТ 2246-70) и Св-АМг5 (ГОСТ 7871-75), в качестве наполнителей — полые стеклянные микросферы (ТУ 6-48-108-49) со средним размером 40 мкм, порошки натрийсиликатного (ГОСТ 24315-80) и свин-цовосодержащего (ГОСТ 9541-75) стекол дисперсностью 40...60 мкм. В качестве сырьевой базы можно использовать измельченные бытовые отходы хрусталя и стекол рентгеновского оборудования. Режимы нанесения покрытий и применяемое оборудование должны обеспечивать равномерную и непрерывную подачу наполнителя и необходимое качество покрытий [13], технологические ограничения по толщине наносимого слоя 2.4 мм. Для дополнительной защиты от коррозионных процессов рекомендуется обработка поверхности жидким стеклом по ГОСТ 13078-81. Результаты исследований рентгенозащитных свойств и радиационной стойкости разработанных композиционных материалов и покрытий изложены в работах [12, 13]. Установлено, что применение разработанных материалов и покрытий защищает конструкции из Ст3 (ГОСТ 380-94) от действия у-излучений Со60 на 28.56 %. Защитный композиционный слой при взаимодействии с диффузионным потоком ИИ (рис. 1), обеспечивает первичный уровень защиты, непоглощенная часть энергии передается на другие слои: стальной лист и бетон. Нанесение защитного слоя на внутреннюю поверхность баков (встроенных контейнеров) для перевозки и хранения радиоактивных грузов (рис. 3) или в пространство между баками и заливкой из бетона, позволит не только увеличить степень защиты, но и уменьшить толщины стальных листов, снизив тем самым массогабаритные показатели.
Выбор оптимальной конструктивно-компоновочной схемы требует рассмотрения тепловых процессов, происходящих в грузовой зоне плавучих сооружений, что является объектом дальнейших исследований. Создание плавучих композитных сооружений позволит решить проблемы утилизации и переработки многих видов радиоактивных отходов.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/5(20], 2014
Рис. 3. Схема расположения конструкции БЗ на плавучих сооружениях для перегрузки и хранения РАВ: 1 — двойной борт; 2 — крышка контейнера; 3 — внешний корпус конструкции БЗ; 4 — бетонный слой; 5 — баки для грузов; 6 — композиционный защитный слой;
7 — груз; 8 — двойное дно
4. Выводы
1. В основу проектирования защитных конструкций плавучих сооружений положены новые научные представления о процессах и механизмах взаимодействия ионизирующих излучений перевозимых грузов с материалами конструкций.
2. Защитный композиционный слой может быть изготовлен в виде плиток с размерами до 500 мм, изготовленных методом горячего прессования из порошковой продукции алюминия с добавлением полых стеклянных микросфер, порошков SiC и А1203, которые с помощью радиационно-стойкого компаунда крепятся к поверхности стальных конструкций.
3. Формирование защитного композиционного слоя возможно методом электродугового напыления сварочных проволок Св-08Г2С и Св-АМг5 с использованием в качестве наполнителей полых стеклянных микросфер, а также порошков натрийсиликатного и свинцово-содержащих стекол.
Литература
1. Барышников, М. В. Перевозка ОЯТ морским транспортом [Текст] / М. В. Барышников, А. В. Худяков, В. М. Овсянников, В. И. Шлячков // Безопасность окружающей среды. — 2010. — № 1. — С. 98-105.
2. Антипов, С. В. Стратегические подходы к решению экологических проблем, связанных с выведением из эксплуатации объектов атомного флота на северо-западе России [Текст]: монография / С. В. Антипов, Р. В. Арутюнян, Л. А. Большов и др.; под ред. А. А. Саркисова; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. — М.: Наука, 2010. — 346 с.
3. Пичугин, А. Д. О развитии серобетонного судостроения [Текст] / А. Д. Пичугин // Вестник Астраханского государственного технического университета. — 2007. — № 2(37). — С. 114-117.
4. Воеводин, В. Н. Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов [Текст] / В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов. — Ктв: Наукова Думка, 2006. — 378 с.
5. Артемьев, В. А. Об ослаблении рентгеновского излучения ультрадисперсными средами [Текст] / В. А. Артемьев // Письма в Журнал технической физики. — 2007. — Т. 23, № 6. — С. 5-9.
6. An, Z. Glass/Ni-P/Co-Fe-P three layer hollow microspheres: Controlled fabrication and magnetic properties [Text] / Z. An, J. Zhang // Materials Letters. — 2012. — Vol. 85. — P. 95-97. doi:10.1016/j.matlet.2012.07.003
7. Li, G. A crumb rubber modified syntactic foam [Text] / Guo-qiang Li, Manu John // Materials Science and Engineering: A. — 2008. — Vol. 474, № 1-2. — P. 390-399. doi:10.1016/ j.msea.2007.04.029
8. Zhang, Q. Electroless nickel plating on hollow glass microspheres [Text] / Q. Zhang, M. Wu, W. Zhao // Surface and Coatings Technology — 2005. — Vol. 192, № 2-3. — P. 213-219. doi:10.1016/j.surfcoat.2004.06.013
9. Рашковский, А. С. Методологические основы управления проектами строительства композитных плавучих сооружений [Текст] / А. С. Рашковский, Н. Г. Слуцкий, К. В. Кошкин. — Николаев: НУК, 2005. — 232 с.
10. Фарионова, Т. А. Когнитивное моделирование в проектировании композиционных материалов и покрытий [Текст] / Т. А. Фарионова, Ю. А. Казимиренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. —2011. — № 1/6(49). — С. 36-38. — Режим доступа: \www/URL: http://journals. uran.ua/eejet/article/view/2382/2184
11. Казимиренко, Ю. О. Перспективи застосування металоскля-них покритпв з шдвищеними рентгенозахисними власти-востями для конструкцш техшчних засобiв перевезення радюактивних речовин [Текст] / Ю. О. Казимиренко // Вюник Львiвського державного ушверситету безпеки житте-дiяльностi. — 2013. — № 8. — С. 134-140.
12. Казимиренко, Ю. А. Закономерности формирования ме-таллостеклянных материалов и покрытий с повышенными рентгенозащитными свойствами [Текст] / Ю. А. Казимирен-ко // Технологический аудит и резервы производства. — 2013. — № 6/2(14). — С. 4-8. — Режим доступа: \www/ URL: http://journals.uran.ua/tarp/article/view/19497/17165
13. Казимиренко, Ю. А. Формирование электродуговых покрытий с повышенной прочностью, демпфирующей способностью и коэффициентом поглощения излучений [Текст] / Ю. А. Казимиренко, Н. Ю. Лебедева, А. А. Карпеченко, А. А. Жданов // Мiжвузiвський збiрник «Науков! нотат-ки». — 2013. — № 41, Ч. 1. — С. 117-121.
ФОРМУВАННЯ КОНСТРУКЦ1Й ПЛАВУЧИХ КОМПОЗИТНИХ СПОРУД ДЛЯ ПЕРЕВЕЗЕННЯ ТА ЗБЕР1ГАННЯ РАД1ОАКТИВНИХ ВАНТАЖ1В
Розроблено науково-обгрунтоваш практичш рекомендацй щодо формування багатошарових захисних конструкцш для плавучих споруд, призначених для перевезення та збертан-ня радюактивних вантаж1в низько! та середньо! активности де первинний р1вень послаблення юшзуючих випромшювань забезпечують нов1 композицшш матер1али i покриття, яга ви-готовлеш методом гарячого пресування та електродугового напилення.
Ключовi слова: плавучi споруди, конструкцп бюлопчно-го захисту, радюактивш вантаж^ композицшш матерiали, покриття.
Казимиренко Юлия Алексеевна, кандидат технических наук, доцент, кафедра материаловедения и технологии металлов, Национальный университет кораблестроения имени адм. Макарова, Николаев, Украина, e-mail: [email protected], [email protected].
Казимиренко Юлiя ОлексНвна, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра матерiалознавства i технологи металiв, На-щональний утверситет кораблебудування ж. адм. Макарова, Миколагв, Украта.
Kazymyrenko Yuliia, Admiral Makarov National University of Shipbuilding, Mykolaiv, Ukraine, e-mail: [email protected], [email protected]
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/5(20], 2014
