ÁREA: Ambiental

TÍTULO: ESTUDO DOS ADITIVOS QUIMÍCOS NA CIMENTAÇÃO DE REJEITOS RADIOATIVOS EM REATORES DO TIPO PWR.

AUTORES: Vieira, V.M. (CENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR) ; Tello, C.C.O. (CENTRO DE DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA NUCLEAR)

RESUMO: Foram estudados os efeitos de aditivos químicos (aceleradores e retardadores de pega e superfluidificantes)no processo de cimentação de rejeitos radioativos. Há uma grande variedade destes aditivos no mercado, porém eles são frequentemente alterados ou simplesmente excluídos, portanto é essencial conhecer os aditivos disponíveis comercialmente e seus efeitos. Os testes foram realizados com uma solução simulando os rejeitos do concentrado do evaporador gerado em reatores nucleares do tipo PWR. Para a sua cimentação foram utilizadas duas formulações incorporando diferentes quantidade de rejeito e dois fabricantes diferentes. O parâmetro avaliado foi à resistência à compressão com 28 dias de idade, sendo obtido melhores resultados com a adição de aceleradores de pega.

PALAVRAS CHAVES: rejeito radioativo; aditivos químicos; cimentação

INTRODUÇÃO: O Programa Nuclear Brasileiro (PNB), na sua versão revisada de 2006, prevê o aumento da utilização da energia nuclear para gerar energia elétrica, com a construção de pelo menos mais quatro centrais nucleares nas regiões Nordeste e Sudeste do Brasil, até 2030 [1]. No Brasil, existem atualmente duas centrais nucleares com reatores do tipo PWR. Nesses reatores um dos mecanismos de controle das taxas de fissão é a utilização do boro.Um dos rejeitos de baixo e médio nível de radiação gerados na operação é a água com boro, que é tratada no evaporador para redução de volume, produzindo o concentrado do evaporador, com aproximadamente 12,5% de ácido boro [2]. Estes rejeitos podem ser solidificados por incorporação em cimento Portland, visando impedir ou dificultar a liberação dos contaminantes para o meio ambiente [3]. A solidificação direta de rejeitos contendo ácido bórico com o cimento é complicada, devido à acidez do rejeito e à ação do íon borato na pega do cimento. Para melhorar essas condições de processo e as propriedades físicas e químicas do produto solidificado são usados aditivos químicos e minerais [4]. Nesse trabalho três aditivos químicos foram testados: superfluidificante, retardador e acelerador de pega de dois fabricantes diferentes, utilizando duas formulações para a cimentação. O objetivo é estudar o efeito de cada tipo de aditivo químico, no processo de cimentação do concentrado concentrado do evaporador, verificando seus efeitos nas pastas e na qualidade dos produtos cimentados, por meio da avaliação da resistência à compressão com 28 dias de idade. É desejável que os valores obtidos sejam mais elevados possíveis para esta propriedade, uma vez que o rompimento do produto facilita a dispersão dos contaminantes presentes no rejeito [5].

MATERIAL E MÉTODOS: Os experimentos foram organizados pelo planejamento fatorial 2^3 com duas réplicas. De acordo com este planejamento, as variáveis (ou fatores) estudadas foram: o tipo de aditivo químico (retardador de pega, acelerador de pega e superfluidificante), os fabricantes (H e S), as quantidades utilizadas segundo especificado nas fichas dos fabricantes e as formulações das pastas (A e B). Os fatores foram avaliados em dois níveis: nível baixo (-) e nível alto (+). Geralmente, quando o fator é quantitativo, o nível baixo foi aquele de menor valor, ao passo que o nível alto foi o de maior valor. No caso de fatores qualitativos como o fabricante, os níveis baixos e altos foram escolhidos arbitrariamente (S (–) e H (+)). Os experimentos foram realizados aleatoriamente para que os efeitos de fatores externos não influenciassem na avaliação dos resultados. Para controle foram feitas misturas, denominadas “branco”, nas quais não foi adicionado nenhum aditivo, também realizados em duplicata, totalizando 52 bateladas (pastas), fossem realizados em condições tão homogêneas quanto possível. Foram confeccionados pastas contento a mistura seca, que constituiu-se de cimento Portland CPV ARI acrescido de sílica ativa na proporção de 10% em relação ao peso do cimento, o rejeito simulado e os aditivo químicos. Inicialmente, neutralizou-se o rejeito simulado com hidróxido de cálcio, que, em seguida, foi incorporado na mistura seca, gerando uma pasta homogênea à qual foram acrescentados os aditivos químicos. Posteriormente foram confeccionados oito corpos-de-prova em moldes metálicos com 5cm de diâmetro e 10cm de altura. Para a determinação da resistência à compressão com 28 dias de idade de cura foi usada uma prensa hidráulica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na tabela 1 são apresentados os resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão com 28 dias de idade nos produtos com aditivos químicos. Verifica-se que a utilização do retardador de pega do Fabricante S e a Formulação B, que contém maior quantidade de cimento apresentaram efeito positivo na resistência a compressão. Notou-se que os produtos com a adição de menor quantidade de retardador de pega apresentaram resistência à compressão superior àqueles com maior quantidade, porém este efeito dentro do intervalo de confiança de 95% não foi significativo. O maior valor foi encontrado para a combinação dos fatores: Formulação B, menor quantidade de retardador de pega e Fabricante S. Para esse parametro o efeito da adição de RP é negativo quando se compara com o “branco”, para as duas formulações. A utilização do Acelerador de Pega do Fabricante S e a formulação B, apresentaram efeito positivo na resistência a compressão. O maior valor foi encontrado para a combinação dos fatores: Formulação B, maior quantidade de Acelerador de Pega e Fabricante S. Para esse parâmetro o efeito da adição de Acelerador de Pega é positivo para a formulação A, com menos cimento e maior carga de rejeito, quando se compara com o “branco”. Na formulação B somente o valor da resistência a compressão do Fabricante S e com quantidade maior obteve resultado acima do Branco. Utilizando a maior Quantidade superfluidificante do Fabricante H apresentou-se efeito positivo na resistência à compressão. O maior valor foi encontrado para a combinação dos fatores: Formulação B, menor quantidade de superfluidificante e Fabricante H. Para esse parâmetro a adição de superfluidificante melhorou somente a trabalhabilidade da pasta para a formulação A e para a formulação B o efeito é negativo.

Tabela 1. Resultado da Resistência à compressão com 28 dias de idade



CONCLUSÕES: A utilização da formulação B com maior quantidade de acelerador de pega do fabricante S, apresentou os melhores resultados para a resistência à compressão na idade de 28 dias. Em geral, o uso de aceleradores tem efeito positivo sobre esta propriedade. O íon borato se comporta como um retardador do tempo de pega, com isso a adição de retardadores de pega nas misturas teve efeito negativo na resistência à compressão com 28 dias de idade.O superplastificante melhorou a trabalhabilidade e homogeneidade das pastas, mas não teve nenhum efeito significativo na resistência à compressão com 28 dias.

AGRADECIMENTOS: O trabalho foi realizado com o auxílio de Maria Judite Afonso Haucz, Francisco Donizete Cândido e Jaqueline A.A.Calábria.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: REFERÊNCIAS

1. TELLO, C. C. O. Efetividade das bentonitas na retenção de césio em produtos de rejeitos cimentados. Tese (Doutorado em Engenharia Química), Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2001.

2. BRASIL. MCT. CTBI para o desenvolvimento Nacional. Plano de Ação 2007 – 2010. Brasília: MCT, 2007.

3. ALVES, L. J. L. Seleção de uma formulação para tratamento de rejeitos de reator do tipo PWR por cimentação. Dissertação de Mestrado do programa de Pós-graduação em Ciências e Técnicas Nucleares da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2001.

4. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Improved cement solidification of low and intermediate level radioactive wastes. Vienna: AIEA, 1993, pp. 110. (Techinical reports series, 350).

5. COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN-NN-6.09: Critérios de aceitação para deposição de rejeitos radioativos de baixo e médio níveis de radiação. Rio de Janeiro, 2002.