CN104556667A - 放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于等离子体废物处理方法，涉及一种放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法。利用电弧等离子体炬将熔融炉中的温度升至1200℃以上，将废石棉与添加剂按照一定比例一起投入等离子体熔融炉，石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过1500℃以上的高温熔融后，流出到熔渣收集器，冷却后得到稳定的玻璃体。利用电弧等离子体炬将熔融炉中的温度升至1200℃以上，将废石棉与添加剂按照一定比例一起投入等离子体熔融炉，石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过1500℃以上的高温熔融后，流出到熔渣收集器，冷却后得到稳定的玻璃体。
Description
技术领域
本发明属于等离子体废物处理方法，涉及一种放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法。
背景技术
目前，等离子体技术已经在机械、冶金、材料等领域广泛应用，将等离子体技术应用于废物处理是近二十年来发展起来的新工艺。等离子体处理废物技术是利用等离子体炬产生的高温热等离子体将废物快速分解破坏，其中有机物热解为可燃性的小分子物质，无机物被高温熔融后生成类玻璃体残渣。该技术具有反应速度快、二次污染小、适用范围广等特点，它克服了传统处理技术如焚烧、化学处理等二次污染大、工艺复杂、对废物有选择性等缺点，特别适合于废石棉、石棉、焚烧飞灰等危险废物的环保处理。采用等离子体高温熔融固化技术可获得高于1500℃的高温，不产生二噁英(Dioxin)类物质，处理更为彻底。
石棉材料主要应用于核设施的设备保温，在设备维修及退役过程中，会产生被放射性核素污染的石棉废物。对石棉废物的最终处置方法以填埋为主，但是在填埋之前，需要对石棉废物进行处理，通常的处理方法包括压缩装桶、水泥固化等等，其主要缺点是增容或减容比小，废物体不稳定。
等离子体高温熔融固化处理石棉废物，可以防止石棉纤维散发到空气环境中，通过高温改变石棉纤维结构，变成为稳定的玻璃体，是一种有效的固化处理手段，是解决石棉污染最为彻底的方法。
中国专利200980114075.X“将含有石棉的固体废弃物无害化的方法”中，在处理含石棉的废弃物时，将作为其处理剂的碱金属硅酸盐以固体状态与含石棉的废弃物混合、加热。该方法可将处理过程中的能量成本抑制在低水平，但安全性不够高，石棉废物的处理不够彻底。
发明内容
本发明的目的是提供一种放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，它的减容比高、产物稳定。
本发明是这样实现的，放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，它包括如下步骤，
步骤1.按照质量比为3:1～5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1400～1600℃温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体，废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，冷却形成玻璃体；
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为2.5:1～1:1；在900～1000℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，产生烟气；
步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180～220℃；
步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟气温度降至70℃以下；
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100～150℃，排放剩余烟气。
所述的步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融。
所述的步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，所述添加剂优选为硼硅酸盐，将废石棉与添加剂的混合物在1500℃温度范围的环境中进行加热。
所述的步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，产生烟气.
所述的步骤3中，烟气急速降温至190℃；
所述的步骤4中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液；
所述的步骤5中，将所述烟气加热至120℃。
本发明的优点是，减容比大、产物稳定；它将废石棉高温熔融分解，放射性核素与添加剂一起高温熔融，生成稳定的玻璃体，放射性核素被包容在玻璃体中，浸出率低，利于最终处置；步骤1熔融温度为1400～1600℃，步骤2燃烧室温度大于900℃，废石棉熔融分解及气体燃烧彻底，不会产生二噁英等有毒物质，废物减容及减重效果明显；产生的烟气经过冷却、除尘、高效过滤、洗涤、再加热处理，改善净化效果；步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤3除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融处理，减少二次污染。
附图说明
图1为本发明的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，包括如下步骤，
步骤1.按照质量比为3:1～5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1400～1600℃温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体，废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，冷却形成玻璃体；
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为2.5:1～1:1；在900～1000℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，产生烟气；
步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180～220℃；
步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟气温度降至70℃以下；
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100～150℃，排放剩余烟气。
作为本发明的改进方案，步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融。
作为本发明的优选方案，步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，所述添加剂优选为硼硅酸盐，将废石棉与添加剂的混合物在1500℃温度范围的环境中进行加热；步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，产生烟气；步骤3中，烟气急速降温至190℃；步骤4中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液；步骤5中，将所述烟气加热至120℃。
实施例1
本发明的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法包括以下步骤：
步骤1.按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1500℃温度下进行加热。废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体；废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，熔渣冷却后得到稳定的玻璃体。所述添加剂可以为硼硅酸盐。所述加热操作可在等离子体熔融炉中进行，熔渣收集可通过熔渣收集器完成，此为本领域技术人员公知常识。
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为2.5:1；在温度为950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，以保证可燃性气体充分燃烧，燃烧后产生烟气。可通过稳燃等离子体炬点燃上述混合气体，此为本领域技术人员公知常识。
步骤3.将步骤2产生的烟气急速冷却至180℃，之后滤除粉尘。所述急冷操作可通过急冷塔完成；所述过滤除尘操作可通过布袋过滤器和高效过滤器完成，此为本领域技术人员公知常识。
步骤4.将步骤3过滤后的烟气喷入碱液氢氧化钠，以通过中和作用吸收烟气中Cl2、SO2、NOx等酸性气体，去除粉尘，烟气温度降至70℃以下。所述中和操作可通过洗涤塔完成，此为本领域技术人员公知常识。
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至120℃，排放剩余烟气。所述加热操作可在再热器中完成，可将剩余烟气经引风机通过烟囱排放，此为本领域技术人员公知常识。
采用本方法处理后的产物包括玻璃体和烟气，经过模拟非放核素实验，玻璃体强度大于70MPa，核素浸出率小于1g/m2.d。排出的气体参数见表1所示，现有技术方法与本发明方法的对比数据如表2所示。
表1烟气成分表
表2现有技术方法与本发明方法的对比数据
由上述数据可知，本发明的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法减容比大、产物更稳定。
实施例2
如图1所示，本实施例与实施例1的区别在于：步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔渣收集，以避免产生二次污染。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤1.按照质量比为4:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1540℃温度下进行加热。废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体；废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，熔渣冷却后得到稳定的玻璃体。
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为2:1；在温度为950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，以保证可燃性气体充分燃烧，燃烧后产生烟气。
步骤3.将步骤2产生的烟气急速冷却至200℃，之后滤除粉尘。
步骤4.将步骤3过滤后的烟气喷入碱液氢氧化钙，以通过中和作用吸收烟气中Cl2、SO2、NOx等酸性气体，去除粉尘，烟气温度降至70℃以下。
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至110℃，排放剩余烟气。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤1.按照质量比为5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1560℃温度下进行加热。废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体；废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，熔渣冷却后得到稳定的玻璃体。
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为1:1；在温度为950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，以保证可燃性气体充分燃烧，燃烧后产生烟气。
步骤3.将步骤2产生的烟气急速冷却至220℃，之后滤除粉尘。
步骤4.将步骤3过滤后的烟气喷入碱液氢氧化钙，以通过中和作用吸收烟气中Cl2、SO2、NOx等酸性气体，去除粉尘，烟气温度降至70℃以下。
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至150℃，排放剩余烟气。
Claims (7)
1.放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：它包括如下步骤，
步骤1.按照质量比为3:1～5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1400～1600℃温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体，废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，冷却形成玻璃体；
步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为2.5:1～1:1；在900～1000℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空气助燃，产生烟气；
步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180～220℃；
步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟气温度降至70℃以下；
步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100～150℃，排放剩余烟气。
2.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融。
3.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，所述添加剂优选为硼硅酸盐，将废石棉与添加剂的混合物在1500℃温度范围的环境中进行加热。
4.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950℃的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，产生烟气。
5.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤3中，烟气急速降温至190℃。
6.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤4中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液。
7.如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述的步骤5中，将所述烟气加热至120℃。
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