CN107785089B - 一种利用废分子筛处理放射性废物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用废分子筛处理放射性废物的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将分子筛与放射性废物充分混合吸附，其中，所述分子筛与所述放射性废物的质量比为0.105～0.2：1；(2)将步骤(1)中吸附放射性废物后的分子筛与玻璃基料按照质量比3：1混合；(3)将步骤(2)得到的混合物经微波高温处理后，形成固化物。本发明首先解决了分子筛粉末和破碎分子筛管理的问题；其次解决了放射性废盐的稳定化处理问题；再次从整个生产链来讲，实现了废物资源化，是可持续发展应选择的技术。

Description

一种利用废分子筛处理放射性废物的方法
技术领域
本发明涉及放射性废物的处理技术领域，基于分子筛的吸附特性以及废弃分子筛处理出路的考虑，提出以废弃分子筛处理放射性废物的方法。
背景技术
分子筛是一种具备孔隙结构的矿物质，因此，它在水泥固化和微晶玻璃固化中都有应用。Yong Sik Oka在文献中指出，天然分子筛加工过程中会产生大量的细碎分子筛，这些细碎分子筛处理成本高；因而开展了分子筛在废水处理方向的应用。将分子筛与波兰特水泥混合(ZeoAds)后，用于液相中重金属离子吸附试验。ZeoAds最大吸附能力是活性炭最大吸附能力的3倍。P.
Figure BDA0001099739340000011
在实验中证实，天然分子筛用于去除废水中的重金属离子效果明显。Damir Barbir在试验中证明采用废分子筛作为水泥固定含锌废液的添加剂，在满足浸出限值的条件下，废分子筛的添加量可达10％wt。Ivan Janotka在文献中指出，添加分子筛能明显改善固化体的抗硫特性。总之，分子筛作为水泥固化添加剂能降低水泥的渗透性，提高水泥固化体的耐腐蚀性，且固化体质轻。T.P.O Hol leran在文献中提到对4A型分子筛和硼硅酸盐玻璃粉微波热处理形成一种微晶玻璃固化的产物。美国爱达荷国家实验室采用高温热处理电解盐、A型分子筛(45μm-250μm)和硼硅酸盐，制成了质密的，抗浸出性优于表征的微晶玻璃固化体。韩国原子能研究院也对氯化锂、4A型分子筛、玻璃粉进行了固化研究。
在针对核电厂废分子筛微波除氚试验中发现，若干分子筛团聚在一起形成约直径约1cm的类玻璃态物质。这种现象说明分子筛可以形成熔融态，而分子筛本身具有良好的吸附特性，那么分子筛作为玻璃固化放射性废物的备选基材？鉴于上述现象以及分子筛基本特性、分子筛在放射性废物处理方面的应用和分子筛热处理结果，考虑到国内分子筛开采过程中产生大量的分子筛粉末，化工行业分子筛床更换时也会产生大量的破碎分子筛这些事实，急需提出废分子筛作为核燃料循环的废盐玻璃陶瓷固化基材的想法，该方法需要体现“以废治废”的环境友好理念。
发明内容
该发明所提供的技术，其目的就在于废分子筛作为核燃料循环的废盐玻璃陶瓷固化基材的想法，以实现“以废治废”的理念。
该发明中具体技术方案如下：
一种利用废分子筛处理放射性废物的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将分子筛与放射性废物充分混合吸附，其中，所述分子筛与所述放射性废物的质量比为0.105～0.2：1；
(2)将步骤(1)中吸附放射性废物后的分子筛与玻璃基料按照质量比3：1混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物经微波高温处理后，形成固化物。
通过对试验过程中微波处理过的不同状态下分子筛进行XRD谱分析，结果显示，分子筛经过800℃、900℃、1000℃微波处理后，结构均发生了质的变化。随着处理温度的升高，衍射角对应的峰值强度越来越大；分子筛微观结构发生变化的比例越高。至于900℃和1000℃热处理无法形成熔融结晶物的原因，可能在于分子筛中水含量的不均匀，造成分子筛样品局部温度升高，形成了有利于结晶物形成的晶核。而800到1000℃短时间热处理尚无法充分保证晶核的形成条件。因此，在1200℃热处理分子筛时，形成了完整的微晶玻璃产物。
分子筛粉末具备吸附重金属离子，包裹放射性核素的性质，其“Si-O-Si”化学结构使其具备了玻璃微晶化的基础条件。分子筛能够进过热处理确实能生成微晶玻璃物质；因此，分子筛可以作为乏燃料干法后处理过程中产生的高放废盐固定化的基材，能有效地降低放射性核素的浸出。
考虑到分子筛开采过程中产生大量的分子筛粉末，化工行业分子筛床更换时也会产生大量的破碎分子筛这些事实，提出将分子筛作为核燃料循环的废盐玻璃陶瓷固化基材是具有良好的实践价值的。首先，解决了分子筛粉末和破碎分子筛管理的问题；其次，解决了放射性废盐的稳定化处理问题；再次，从整个生产链来讲，实现了废物资源化，是可持续发展应选择的技术。
附图说明
图1为本发明分子筛经微波处理后形成的结晶体示意图。
图2为不同性状产物的XRD衍射谱示意图。
图3为分子筛热处理重结晶产物示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
分子筛原始样品、分子筛在800℃、900℃、1000℃下微波热处理后颗粒变小，但是样品中分子筛各个颗粒不同，以800℃热处理样品最为明显，样品中形成一个直径约4-5cm的玻璃态熔化物，(见图1)余下的样品几乎维持原样；900℃下微波热处理后的样品较为均匀，大部分都呈焦黄色；1000℃下微波热处理后的样品更为均匀，大部分都呈砖红色，各个颗粒的体积减小更为明显。对产物中的不同性状的样品进行XRD衍射谱分析，结果如图2所示。由XRD衍射图谱结果可知，原始样品对应的单位结构化学式为Na96(Al96Si96O384)(H2O)384.3。白色粉末样品的衍射角及其对应的峰值强度还与原始样品的衍射角及其对应的峰值强度保持一致，样品没有发生变化；焦黄色样品的衍射角较原始样品增多，意味着样品中的微观结构层间距更多样，结构已经发生变化，已经开始产生新的物质；熔融重结晶样品的衍射角与原样品完全不同，已经完全变为另一种物质，据分析可知其对应的单位结构化学式为Na6.41(Al6.41Si9.59O32)。鉴于试验条件的限制，试验过程中的分子筛样品没有形成完整的结晶体。试验后期又采用更高功率的设备在1200℃热处理分子筛时，形成了完整的微晶玻璃产物，见图3。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种利用废分子筛处理放射性废物的方法，其特征在于：
所述方法包括如下步骤：
(1)将Na96(Al96Si96O384)(H2O)384.3分子筛与放射性废物充分混合吸附，其中，所述分子筛与所述放射性废物的质量比为0.105～0.2：1；
(2)将步骤(1)中吸附放射性废物后的分子筛与玻璃基料按照质量比3：1混合；
(3)将步骤(2)得到的混合物经微波高温处理加热到1200℃，形成Na6.41(Al6.41Si9.59O32)固化物。
2.如权利要求1所述的利用废分子筛处理放射性废物的方法，其特征在于：
所述废分子筛为分子筛开采过程中产生大量的分子筛粉末，或者化工行业分子筛床更换时产生的破碎分子筛。
3.如权利要求1所述的利用废分子筛处理放射性废物的方法，其特征在于：
所述放射性废物包括：核燃料循环的高放射性废盐，或乏燃料干法后处理过程中产生的高放射性废盐。
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