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1、(10)申请公布号 CN 102201272 A (43)申请公布日 2011.09.28 CN 102201272 A *CN102201272A* (21)申请号 201110078745.6 (22)申请日 2011.03.30 G21F 9/06(2006.01) G21F 9/08(2006.01) G21F 9/30(2006.01) (71)申请人 西北核技术研究所 地址 710024 陕西省西安市 69 信箱 1 分箱 申请人 张喜华 (72)发明人 张喜华 王武尚 秋实 张德志 师全林 何文新 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 61211 代理人 徐秦中 。
2、(54) 发明名称 含有放射性废弃物的处理方法 (57) 摘要 本发明涉及一种含有放射性废弃物的处理方 法， 该方法包括以下步骤 ： 1) 将含有放射性废弃 物加热处理， 得到含有微量 134Cs 或137Cs 核素的炙 热气体以及脱水或碳化后的固态废弃物 ； 脱水或 碳化后的固态废弃物用核废料处置容器或水泥封 存 ； 含有个别微量核素的炙热气体进行步骤 2) ； 2) 对含有个别微量核素的炙热气体进行急冷萃 取。 本发明提供了一种可制作成移动式处理设备、 减少存储空间、 对环境污染小以及存储费用低的 含有放射性废弃物的处理方法。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 。
3、(12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 CN 102201278 A1/1 页 2 1. 一种含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述含有放射性废弃物的处理方 法包括以下步骤 ： 步骤 1) 将含有放射性废弃物加热处理， 得到含有微量 134Cs 或137Cs 核素的炙热气体以 及脱水或碳化后的固态废弃物 ； 所述脱水或碳化后的固态废弃物用核废料处置容器或水泥 封存 ； 所述含有个别微量核素的炙热气体进行步骤 2) ； 步骤 2) 对含有个别微量核素的炙热气体进行急冷萃取。 2. 根据权利要求 1 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2) 。
4、的急冷萃取的条件是在 0.5min 1.5min 之内将含有个别微量核素的炙热气体的温度从 120急速降到 17以下。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2) 之后还包括 ： 步骤 3) 对经过步骤 2) 所得到的含有个别微量核素的气体进行过滤。 4. 根据权利要求 3 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 3) 中 进行的过滤是一次或多次。 5. 根据权利要求 3 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述含有放射 性废弃物的处理方法是在真空环境中进行的。 6. 根据权利要求 1 所述的含有放射。
5、性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1) 的 具体实现方式是 ： 步骤 1.1) 将含有放射性废弃物进行定向加热 ； 步骤 1.2) 对步骤 1.1) 中的加热过程进行温度控制， 得到含有个别微量核素的炙热气 体以及碳化后的固态废弃物。 7. 根据权利要求 6 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1.1) 的加热方式是电加热、 油加热、 热蒸汽加热、 红外加热或微波加热。 8. 根据权利要求 7 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1.1) 的加热方式是微波加热。 9. 根据权利要求 3 所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征。
6、在于 ： 所述步骤 3) 中 采用过滤的方式是核级高效过滤器、 活性炭过滤或碳纤维过滤方式。 10. 根据权利要求 1所述的含有放射性废弃物的处理方法， 其特征在于 ： 所述含有放射 性废弃物的形态是固态或液态。 权 利 要 求 书 CN 102201272 A CN 102201278 A1/4 页 3 含有放射性废弃物的处理方法 技术领域 0001 本发明涉及一种废弃物的处理方法， 尤其涉及一种含有放射性废弃物的处理方 法。 背景技术 0002 核电作为一种高效、 清洁的能源日益受到人们的重视和利用， 截止 2010 年， 我国 大陆就有 13 台核电机组在投入运营， 在建的 24 台机组。
7、也将先后投入商业运营。核电在给 人们带来巨大经济利益的同时， 其在工作过程中产生的工艺性废物和技术性废物都具有一 定的放射性比活度， 必须经过一定的技术措施处理后方可存放， 如果处理或存放不当， 在遭 受例如地震、 恐怖袭击等自然或人为破坏时造成的放射性污染将会给人们带来灾难性的后 果。目前对这些含有放射性废弃物进行处理时， 通常是采用水泥固化或者等离子焚烧的方 式。对于水泥固化方式而言， 含有放射性的废弃物直接经过压缩后， 用水泥封存， 其增容比 甚至达到了 1 6.6， 不仅存储费用高、 占用存储空间大， 而且受到经费和存储空间等等挑 战。 对于等离子焚烧方式而言， 经过对含有放射性废弃物。
8、进行焚烧和过滤， 虽然在很大程度 上能够缓解存储空间， 存储费用也相应降低， 但由于目前这种焚烧方式结构非常庞大， 除投 资强度大外， 其固定式结构带来了各电站含有放射性废弃物必须转运到减容处理中心的弊 端， 无形中增加了核素外散的可能， 并且由于加热方式的限制， 使得放射性废弃物中的核素 在焚烧时形成气溶胶随热气流飘移， 在增加尾气处理难度的同时也增加了处理的投入和压 力， 有可能进一步导致二次或多次污染。 0003 对具有放射性的核废物进行减容处理以降低存储费用， 减少存储、 保管和社会压 力具有非常积极社会意义和良好的经济效益。在放射性废物减容过程中， 如果对废物中的 放射性核素处理不当。
9、， 将会带来环境的污染和对人体的伤害， 即使在日常城市废物处理中， 焚烧产生的二噁英对环境的污染也不容小视。 发明内容 0004 为了解决背景技术中存在的上述技术问题， 本发明提供了一种可制作成移动式处 理设备、 减少存储空间、 对环境污染小以及存储费用低的含有放射性废弃物的处理方法。 0005 本发明的技术解决方案是 ： 本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放 射性废弃物的处理方法， 其特殊之处在于 ： 所述含有放射性废弃物的处理方法包括以下步 骤 ： 0006 步骤 1) 将含有放射性废弃物进行控制性加热处理， 得到仅含有微量 134Cs 或137Cs 的核素的炙热气体以及脱水或碳。
10、化后的固态废弃物 ； 所述脱水或碳化后的固态废弃物用核 废料处置容器或水泥封存， 例如用本申请人的中国专利 高整体核废料处置容器 (ZL 2010 2 0301564.6) 封存 ； 所述含有个别核素的炙热气体进行步骤 2) ； 0007 步骤 2) 对含有个别核素的炙热气体进行急冷萃取。 0008 上述步骤 2) 的急冷萃取的条件是在 0.5min 1.5min 之内将含有个别核素的炙 说 明 书 CN 102201272 A CN 102201278 A2/4 页 4 热气体的温度从 120急速降到 17以下。 0009 上述步骤 2) 之后还包括 ： 0010 步骤 3) 对经过步骤 2。
11、) 所得到的含有个别核素的气体进行过滤。 0011 上述步骤 3) 中进行的过滤是一次或多次。 0012 上述含有放射性废弃物的处理方法是在真空环境中进行的。 0013 上述步骤 1) 的具体实现方式是 ： 0014 步骤 1.1) 将含有放射性废弃物进行定向加热 ； 0015 步骤 1.2) 对步骤 1.1) 中的加热过程进行温度控制， 得到含有个别微量核素的炙 热气体以及碳化后的固态废弃物。 0016 上述步骤 1.1) 的加热方式最好是微波加热， 当然也可以是电加热、 油加热、 热蒸 汽加热或者红外加热。 0017 上述步骤 3) 中采用过滤的方式是核级高效过滤器、 活性炭过滤或碳纤维过。
12、滤方 式。 0018 上述含有放射性废弃物的形态是固态或液态。 0019 本发明的优点是 ： 0020 本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放射性废弃物的处理方法， 该 方法利用微波的加热具有穿透能力强和体积加热的特点取代国外在放射性废物干燥过程 中采用的电、 油、 热蒸汽或红外加热方式， 实现了压水蒸发技术手段， 避免了除 137Cs、134Cs 外 其它核素由于加热时水的沸腾对放射性核素及气溶胶的带出 ； 利用微波具有选择性加热和 热惯性小的特点， 通过计算机闭环控制有效的将除 137Cs、134Cs 外的其它核素和二噁英控制 在了其转捩点以下 ( 温控 )， 从而有效的避免了其它。
13、核素从废物中的淤出和二噁英的生成 ； 列管式冷阱可以将含有微量 137Cs、134Cs 气溶胶的炙热气体在 0.5 到 1.5 分钟之内将温度从 120急速降到 17以下， 实现了对核素的截留， 同时该工艺过程具有调节尾气和残液 PH 值的技术措施 ； 核级高效过滤器、 活性炭过滤器和冷凝器的组合， 可以保证尾气和残液的达 标排放。 本发明涉及采用一种组合工艺在放射性废物减容过程中对放射性核素及有害元素 二噁英进行控制的新技术， 特别是对放射性废物中 90Sr、137Cs、134Cs、60Co、238Pu、241Am 及可燃 核废物碳化过程中二噁英生成的控制技术和工艺， 具有可制作成移动式处理。
14、设备、 减少存 储空间、 对环境污染小以及制作成本低、 存储费用低的优点。 具体实施方式 0021 本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放射性废弃物的处理方法， 当 然， 该方法并不局限于移动式的处理设备， 固定式的也是可以的。该方法是根据各种核素 和物质生存或者生成都有一定的条件而进行的， 如半衰期 17.53 年的 90Sr、 溶点 770、 沸 点 1382， 半衰期 30 年的 137Cs、 溶点 28.44、 沸点 671， 半衰期 2.062 年的134Cs、 溶点 28.4、 沸点 678.4， 半衰期 5.26 年的 60Co、 溶点 1495、 沸点 2927， 半衰。
15、期 87.8 年的 238Pu、 溶点 640、 沸点 3234， 半衰期 458 年的241Am、 溶点 994、 沸点 2607。而在标准 状态下是无色无味固态物质二噁英， 熔点为 303 305， 其在土壤中的半衰期长达 9 12 年， 在人类及动物体内的半衰期为 5 10 年， 平均为 7 年左右。它在 705以下非常稳定， 常温下不挥发， 难以氧化、 分解或水解。 在300500的温度下， 极少部分的一氧化碳和二 说 明 书 CN 102201272 A CN 102201278 A3/4 页 5 氧化碳在催化剂的作用下转化为脂肪族的前驱物。如果有氧化铝存在， 脂肪族前驱物还可 以发。
16、生催化反应， 生成芳香族的前驱物， 芳香族化合物又发生氯代反应产生芳香族前驱物， 最后这些前驱物在过渡金属 ( 主要是铜 ) 作催化剂的条件下反应生成二噁英。 0022 本发明所提供的方法包括以下步骤 ： 0023 1) 将含有放射性废弃物进行加热处理， 得到含有微量 134Cs 或137Cs 核素的炙热气 体以及脱水或碳化的固态废弃物 ； 加热方式最好采用定向加热方式， 例如采用微波定向加 热方式 ； 该方法可以处理固态或液态， 使用非常的方便， 要是处理的对象是固态， 直接进行 烘干和碳化处理， 要是处理的对象是液态， 则直接进行脱水和蒸发处理 ； 经过碳化后的固态 废弃物直接用高整体核废。
17、料处置容器， 例如在专利中 ZL 201020301564.6 所记载的处理容 器或水泥封存 ； 将加热后产生的含有个别核素的炙热气体进行步骤2) ； 步骤1)的具体实现 方式是 ： 0024 步骤 1.1) 将含有放射性废弃物进行加热， 该加热方式可以是电加热、 油加热、 热 蒸汽加热、 红外加热或微波加热， 优选微波加热 ； 0025 步骤 1.2) 对步骤 1.1) 中的加热过程进行温度控制， 得到含有微量个别核素的炙 热气体以及碳化后的固态废弃物， 实现温度控制的目的就是抑制大部分核素的淤出和二噁 英的生成， 通过计算机闭环控制有效的将除 137Cs、134Cs 外的其它核素和二噁英控。
18、制在了其 转捩点以下 ( 温控 )， 从而有效的避免了其它核素从废物中的淤出和二噁英的生成。 0026 本发明与现有技术不同的是除可制作成移动式处理设备取代庞大的等离子焚烧 炉外， 还在上述步骤 1) 进行之后， 还会有独特的步骤 2)， 该步骤 2) 也是本发明的最重要以 及最关键的步骤之一 ： 对含有核素的炙热气体进行急冷萃取， 急冷萃取的条件可以是例如 在 0.5min 1.5min 之内将含有核素的炙热气体的温度从 120急速降到 17以下， 或者 在短时间内炙热气体的温度降至放射性核素的熔点以下， 例如铯的熔点以下， 这样的目的， 不同于现有步骤的过滤， 含有放射性核素在经过加热后，。
19、 往往会形成气溶胶与炙热的气体 一起扩散， 如果仅仅进行过滤， 难免有些核素进一步被排出， 导致放射性物质的二次或多次 污染， 恶化环境。本发明用定向加热、 温度控制、 压水蒸发这一技术手段将大量的放射性核 素控制在原物质中， 用急冷萃取技术将含有个别放射性核素的气溶胶的炙热蒸汽在温度骤 冷的条件下， 直接滞留于冷却液中， 可有效的避免使步骤 1) 所产生的含有核素的气溶胶污 染环境。 0027 与此同时， 本发明的步骤 1) 和步骤 2) 就完全可以实现步骤 3) 对含有放射性废弃 物的处理， 为了使得排放的尾气更加干净， 本发明还在步骤 2) 之后增加了对含有核素的气 体进行过滤的步骤， 。
20、该过滤可以是一次或多次， 一般取 2-3 次效果是最好的， 这样能更加彻 底的净化尾气， 使其达标。该过滤的方式是活性炭过滤或碳纤维过滤方式。 0028 作为本发明的另一独特之处， 本发明所提供的这种含有放射性废弃物的处理方法 是在真空环境中进行的， 也就是步骤 1)、 步骤 2) 以及步骤 3) 整体在真空环境中进行， 避免 了在敞开环境中核素或二噁英的向外扩散。 0029 实施例 1 ： 应用本方法将吸水纸在试验前， 称其重量并测量其体积， 分别记为 M1 和 m1， 利用微波加热干燥并碳化， 称其重量并测量其体积， 分别记为 M2 和 m2， 并将炙热气体经 过急速萃取以及两次过滤， 急。
21、速萃取的条件是在 1min 之内将炙热气体的温度从 120急速 降到17以下， 经检验合格后， 排放尾气。 温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈 说 明 书 CN 102201272 A CN 102201278 A4/4 页 6 计算机干燥、 碳化结束的信息。试验结果表明， 经该方法处理的吸水纸减重率 (M1-M2)/M1 87、 减容率 (m1-m2)/m1 52， 尾气检测符合国家排放标准。 0030 实施例 2 ： 应用本方法将工作服干燥并碳化前称其重量并测量其体积， 分别记为 M1和m1， 利用微波加热干燥并碳化， 称其重量并测量其体积， 分别记为M2和m2， 并将炙热气 体经。
22、过急速萃取以及两次过滤， 急速萃取的条件是在 1min 之内将炙热气体的温度从 120 急速降到17以下， 经检验合格后， 排放尾气。 温控系统可根据设定值自动断开加热电源并 反馈计算机干燥、 碳化结束信息。试验结果表明， 经该方法处理的后减重率 (M1-M2)/M1 95、 减容率 (m1-m2)/m1 65， 并达到尾气达标排放。 0031 实施例 3 ： 应用本方法将淤泥干燥前称其重量并测量其体积， 分别记为 M1 和 m1， 利用微波加热干燥， 称其重量并测量其体积， 分别记为 M2 和 m2， 并将炙热气体经过急速萃 取以及两次过滤， 急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从。
23、120急速降到17 以下， 经检验合格后， 排放尾气。 温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干 燥、 碳化结束信息。试验结果表明， 经该方法处理的后减重率 (M1-M2)/M1 51、 减容率 (m1-m2)/m1 41， 并达到尾气达标排放。 0032 实施例4 ： 应用本方法将浓缩液干燥前称其重量并测量其体积， 分别记为M1和m1， 利用微波加热干燥， 称其重量并测量其体积， 分别记为 M2 和 m2， 并将炙热气体经过急速萃 取以及两次过滤， 急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120急速降到17 以下， 经检验合格后， 排放尾气。 温控系统可根据设定值自动断开加。
24、热电源并反馈计算机干 燥、 碳化结束信息。试验结果表明， 经该方法处理的后减重率 (M1-M2)/M1 79、 减容率 (m1-m2)/m1 84， 并达到尾气达标排放。 0033 实施例 5 ： 应用本方法将树脂干燥并碳化前称其重量并测量其体积， 分别记为 M1 和m1， 利用微波加热干燥并碳化， 称其重量并测量其体积， 分别记为M2和m2， 并将炙热气体 经过急速萃取以及两次过滤， 急速萃取的条件是在 1min 之内将炙热气体的温度从 120急 速降到 17以下， 经检验合格后， 排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并 反馈计算机干燥、 碳化结束信息。试验结果表明， 经该方法处理。
25、的后减重率 (M1-M2)/M1 80、 减容率 (m1-m2)/m1 82， 并达到尾气达标排放。 0034 实施例 6 ： 应用本方法将塑料干燥并碳化前称其重量并测量其体积， 分别记为 M1 和m1， 利用微波加热干燥并碳化， 称其重量并测量其体积， 分别记为M2和m2， 并将炙热气体 经过急速萃取以及两次过滤， 急速萃取的条件是在 1min 之内将炙热气体的温度从 120急 速降到 17以下， 经检验合格后， 排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并 反馈计算机干燥、 碳化结束信息。试验结果表明， 经该方法处理的后减重率 (M1-M2)/M1 76、 减容率 (m1-m2)/m1 97， 并达到尾气达标排放。 说 明 书 CN 102201272 A 。