CN109659059A - 处理放射性废物的装置、系统、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理放射性废物的装置、系统、方法及应用，装置包括：高完整性容器、支撑机构，支撑机构位于高完整性容器内，支撑机构用于支撑盛放放射性废物的废物桶，且在高完整性容器与废物桶之间形成间隙，间隙用于注入有机密封材料固化形成有机密封层将废物桶包覆于高完整性容器内。本发明中的装置可兼顾力学性能和耐腐蚀性能，且成本低，可用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的放射性废物，且可长期安全贮存，放射性废物长期贮存稳定性好，具有很好的耐盐类腐蚀性能和包容性能，具有良好的力学性能，能够支撑放置盛放放射性废物的废物桶。
Description
技术领域
本发明属于放射性废物处理技术领域，具体涉及一种处理放射性废物的装置、系统、方法及应用。
背景技术
工业中产生的放射性废物进入填埋场处置前，需要进行处理，以满足与生物圈隔离的要求。目前我国低中水平放射性废物大多采用传统水泥固化处理方法处理，采用水泥固化工艺处理放射性废物，虽然生产出的固化体能够满足GB 14569.1《低、中水平放射性固化体性能要求—水泥固化体》的要求，但是水泥固化处理存在以下问题：
1)废物种类多样、化学成分复杂及含量不固定，单一配方难以满足对固化体性能要求；
2)采用固化方法处理后的废物体增容大，不利于废物减容；
3)由于包覆层厚度不高，固化废物体(尤其水泥固化体)的浸出率通常较高，长期贮存的稳定性差。
4)废物固化前，需取得大量样品进行分析，增加了操作人员受辐照的风险。
相对于废物固化的处理方法，采用高完整性容器盛装放射性废物，虽然废物最小化、废物适应性和贮存稳定性方面有很大改进，但单一材料高完整性容器往往存在力学性能和耐腐蚀性能无法兼顾或成本过高的问题。如混凝土、铸铁类高完整性容器虽然有很好的力学性能，但耐腐蚀性能不足，如用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的废物则难于保证其长期安全贮存。聚乙烯材料高完整性容器有很好的耐盐类腐蚀性能和包容性能，但其用于高完整性容器时却存在力学性能不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种处理放射性废物的装置、系统、方法及应用，本发明中处理放射性废物的装置可兼顾力学性能和耐腐蚀性能，且成本低，可用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的放射性废物。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种处理放射性废物的装置，包括：高完整性容器(HIC)、支撑机构，支撑机构位于高完整性容器内，支撑机构用于支撑盛放放射性废物的废物桶，且在高完整性容器与废物桶之间形成间隙，间隙用于注入有机密封材料固化形成有机密封层将废物桶包覆于高完整性容器内。
优选的是，支撑机构与高完整性容器可拆卸连接。
优选的是，支撑机构与高完整性容器卡接。
优选的是，高完整性容器包括：高完整性容器本体和设置于高完整性容器本体上的第一凸部或第二凹部；支撑机构包括：支撑机构本体和设置于支撑机构本体上的第一凹部或第二凸部；第一凸部与第一凹部配合连接，或第二凹部与第二凸部配合连接。
优选的是，第一凸部或第二凹部设置于高完整性容器本体的底部内壁上，第一凹部或第二凸部设置于支撑机构本体的底部，
第一凸部为环形凸起，第一凹部为环形凹槽，或者，第二凹部为环形凹槽，第二凸部为环形凸起，环形凸起为弹性件，环形凸起卡接于环形凹槽内。
优选的是，支撑机构包括：底架和设置于底架上的支撑架，
支撑架背向高完整性容器一侧设置有倒钩。
优选的是，支撑架包括：至少三根支撑杆，支撑杆与底架围成容纳腔，容纳腔用于容纳废物桶。
优选的是，高完整性容器的材质为混凝土或球磨铸铁；支撑机构的材质为不锈钢或工程塑料；废物桶为金属桶，金属桶的材质为碳钢或不锈钢。
本发明还提供一种处理放射性废物的系统，包括：上述的处理放射性废物的装置，所述系统还包括：放置于支撑机构上的废物桶，填充于高完整性容器与废物桶之间的有机密封层。
本发明还提供一种使用上述的处理放射性废物的装置处理放射性废物的方法，包括以下步骤：
1)将待处理的放射性废物装入废物桶内；
2)将废物桶装入高完整性容器内的支撑机构上，在高完整性容器与废物桶之间形成间隙；
3)将有机密封材料注入高完整性容器与废物桶之间的间隙，有机密封材料在高完整性容器内固化，形成有机密封层，将废物桶包覆并固定在高完整性容器内。
优选的是，在步骤1)与步骤2)之间还包括：步骤i)将废物桶压实。
本发明中的上述的处理放射性废物的装置用于中、低放射性废物的处理，工业产生的危险废物。
本发明中处理放射性废物的装置可兼顾力学性能和耐腐蚀性能，且成本低，可用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的放射性废物，且可长期安全贮存，放射性废物长期贮存稳定性好，具有很好的耐盐类腐蚀性能和包容性能，具有良好的力学性能，能够支撑放置盛放放射性废物的废物桶。
附图说明
图1是本发明实施例2中的处理放射性废物的装置的支撑机构的结构示意图；
图2是本发明实施例2中的处理放射性废物的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例2中的处理放射性废物的装置的剖面图；
图4是本发明实施例2中的处理放射性废物的系统的局部剖面图。
图中：1-高完整性容器；2-支撑机构；3-废物桶；4-高完整性容器本体；5-第二凹部；6-支撑机构本体；7-第二凸部；8-底架；9-支撑架；10-倒钩；11-有机密封层；12-放射性废物。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1
本实施例提供一种处理放射性废物的装置，包括：高完整性容器、支撑机构，支撑机构位于高完整性容器内，支撑机构用于支撑盛放放射性废物的废物桶，且在高完整性容器与废物桶之间形成间隙，间隙用于注入有机密封材料固化形成有机密封层将废物桶包覆于高完整性容器内。
本实施例中处理放射性废物的装置可兼顾力学性能和耐腐蚀性能，且成本低，可用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的放射性废物，且可长期安全贮存，放射性废物长期贮存稳定性好，具有很好的耐盐类腐蚀性能和包容性能，具有良好的力学性能，能够支撑放置盛放放射性废物的废物桶。
实施例2
如图1～3所示，本实施例提供一种处理放射性废物的装置，包括：高完整性容器1、支撑机构2，支撑机构2位于高完整性容器1内，支撑机构2用于支撑盛放放射性废物12的废物桶3，且在高完整性容器1与废物桶3之间形成间隙，间隙用于注入有机密封材料固化形成有机密封层11将废物桶3包覆于高完整性容器1内。
支撑机构2可以在废物桶3装入高完整性容器1前置入，也可以处理放射性废物的装置生产时预制于高完整性容器1内。
需要说明的是，本实施例中的支撑机构2与高完整性容器1可拆卸连接。
优选的是，支撑机构2与高完整性容器1卡接。
优选的是，高完整性容器1包括：高完整性容器本体4和设置于高完整性容器本体4上的第一凸部或第二凹部5；支撑机构2包括：支撑机构本体6和设置于支撑机构本体6上的第一凹部或第二凸部7；第一凸部与第一凹部配合连接，或第二凹部5与第二凸部7配合连接。
优选的是，第一凸部或第二凹部5设置于高完整性容器本体4的底部内壁上，第一凹部或第二凸部7设置于支撑机构本体6的底部，第一凸部为环形凸起，第一凹部为环形凹槽，或者，第二凹部5为环形凹槽，第二凸部7为环形凸起，环形凸起为弹性件，环形凸起卡接于环形凹槽内。
具体的，本实施例中的高完整性容器1包括：高完整性容器本体4和设置于高完整性容器本体4上的第一凸部；支撑机构2包括：支撑机构本体6和设置于支撑机构本体6上的第一凹部；第一凸部与第一凹部配合连接。本实施例中第二凹部5设置于高完整性容器本体4的底部内壁上，第二凸部7设置于支撑机构本体6的底部，第二凹部5为环形凹槽，第二凸部7为环形凸起。
如图1所示，需要说明的是，本实施例中支撑机构2包括：底架8和设置于底架8上的支撑架9，支撑架9背向高完整性容器1一侧设置有倒钩10。
需要说明的是，本实施例中支撑架9包括：至少三根支撑杆，支撑杆与底架8围成容纳腔，容纳腔用于容纳废物桶3。
具体的，本实施例中的支撑机构2由两个金属条弯折为U型条后焊接而成，两个U型条的U型底部相互垂直交叉焊接在一起构成底架8，U型条的两个U型壁形成支撑杆。
优选的是，高完整性容器1的材质为混凝土或球磨铸铁；支撑机构2的材质为不锈钢或工程塑料；废物桶3为金属桶，金属桶的材质为碳钢或不锈钢。支撑机构2的材料与有机密封材料、高完整性容器1的材料相容。
需要说明的是，本实施例中的高完整性容器1的材质为混凝土；支撑机构2的材质为工程塑料；金属桶的材质为碳钢。
如图4所示，本实施例还提供一种处理放射性废物的系统，包括：上述的处理放射性废物的装置，所述系统还包括：放置于支撑机构2上的废物桶3，填充于高完整性容器1与废物桶3之间的有机密封层11。
本实施例中的处理放射性废物的系统，以高完整性容器1作为外包装容器，以有机密封层11作为密封材料来处理放射性废物12。
如图2所示，本实施例还提供一种使用上述的处理放射性废物的装置处理放射性废物12的方法，包括以下步骤：
1)废物预处理：将待处理的放射性废物12装入废物桶3内，通过超级压实机进一步压缩，将废物桶3压实，得到饼状的废物桶3。
2)放入支撑机构2：在高完整性容器1(HIC)内置入支撑机构2，将支撑机构2卡接于高完整性容器1内，第二凸部7通过弹性力卡接于第二凹部5内，从而将支撑机构2固定在高完整性容器1内。当然，支撑机构2也可以在处理放射性废物的装置生产时预制于高完整性容器1内。支撑机构2的作用是将废物桶3底部与高完整性容器(HIC)本体4隔离并处于高完整性容器1中心位置，以便后续步骤中的有机密封材料固化后形成厚度均匀的有机密封层11。
3)装入废物桶3：将废物桶3装入高完整性容器1(HIC)内的支撑机构2上，废物桶3可以顺着倒钩10顺利装入，废物桶3的数量以其总高度不超过预定高度为准。在高完整性容器1与废物桶3之间形成间隙，支撑机构2的作用是将废物桶3底部与高完整性容器1(HIC)本体隔离并处于高完整性容器1中心位置。将装入废物桶3的高完整性容器1(HIC)吊运至灌浆工位。
4)配制有机密封材料：配制有机密封材料(如环氧树脂、聚酯树脂等)的浆料，本实施例中采用的有机密封材料为可在常温下固化的热固性聚合物(例如：聚酯、环氧树脂，聚苯乙烯中的一种)，即以低分子有机物(单体或线性低聚物)为原料加入一定量的引发剂、交联剂、改性剂在一定温度下进行聚合反应。聚合物单体可以是一种也可是多种与所采用的具体配方有关。聚合单体、引发剂、交联剂和改性剂分别计量后，进入混合器混合均匀。
5)灌注有机密封材料：将配制好的有机密封材料的浆料通过灌注设备灌注入高完整性容器1(HIC)与废物桶3之间的间隙，且注入高完整性容器1内至指定高度，根据高完整性容器1自身特性，灌注材料可在高完整性容器1盖上盖板之前注入，也可在盖上盖板之后通过预留灌浆孔注入。为防止灌注的有机密封材料溢流，当灌浆操作快要结束时(根据有机密封材料注入体积计算)，降低灌浆速度直至灌浆结束。当注入有机密封材料的浆料时，废物桶3上浮时，倒钩10会卡在废物桶3侧壁或顶部，从而防止上浮。灌注设备包括：料斗、计量泵、液位计、混合器、灌注头。配制有机密封材料浆料所用的原料聚合物单体、固化剂及其他材料分别加入两个料斗内，混合均匀，装入废物桶3的高完整性容器1就位后，通过计量泵按照预定流量(大流量)将有机密封材料原料的两种组分，经混合器混合后注入高完整性容器1内。为增加灌注速度，同时防止溢流发生，灌注操作采用初期快速后期慢速的灌注方式。当注入量达到预定值时(约为注入总量的90％)，降低注入速度直至灌注结束。压空系统、蒸汽用于灌注设备的吹扫和清洗。
6)养护固化：将灌注完成的高完整性容器1吊运至养护区进行养护，有机密封材料的浆料在高完整性容器1(HIC)内固化，形成一致密且厚度均匀的有机密封层11，将废物桶3包覆并固定在高完整性容器1内部并与高完整性容器1粘结在一起，形成有机/无机材料复合型完整的废物包。
本实施例中的处理放射性废物的系统，由于放射性废物12与有机密封材料层之间有数毫米厚的金属相隔，且在常温下操作，因此即使放射性废物12中含有硝酸盐类氧化剂，也不会有火灾事故的发生。
本实施例中的使用上述处理放射性废物的装置处理放射性废物12的方法简便易行、废物适应性强、增容比小且废物包长期贮存稳定性好。
本实施例中的上述的处理放射性废物的装置用于中、低放射性废物12的处理，也可用于处理其它工业产生的需要与环境长期隔离的有毒有害性危险废物。
本实施例方法可以用于处理低中水平放射性废物12，如核设施产生的废过滤介质(废树脂、活性炭和沸石等)、浓缩液残渣、焚烧灰等。其他工业产生的危险废物也可参考本实施例进行处理。
本实施例中处理放射性废物的装置可兼顾力学性能和耐腐蚀性能，且成本低，可用于盛装卤盐、硫酸盐、硝酸盐、碱类含量高的放射性废物12，且可长期安全贮存，放射性废物12长期贮存稳定性好，具有很好的耐盐类腐蚀性能和包容性能，具有良好的力学性能，能够支撑放置盛放放射性废物12的废物桶3。
本实施例处理放射性废物的装置、系统、方法具有以下优点：
1)适应性强，该方法不仅可以处理压水堆核电厂产生的废树脂、废活性炭及浓缩液残渣外，还可以处理快堆、后处理、垃圾焚烧工业等产生的含有大量氢氧化钠、硝酸盐、硫酸盐、卤化物等的蒸发残渣、焚烧灰等放射性废物12。
2)简便易行：灌浆材料配方确定后一般不需要再调整，操作可在自动控制或遥控操作方式下进行，可以不用对对每批废物进行取样分析，降低了操作人员的受照剂量也降低了取样分析的成本。
3)废物贮存长期稳定性提高，有机无机材料结合使用，使处理放射性废物的装置的废物包容性能、耐久性进一步提高，能够有效降低长期贮存期间因废物桶3性能劣化导致放射性核素及其他有害成分向环境泄漏的危险。
4)降低了火灾发生风险：由于废物预置于废物桶3内，灌注过程中，不与有机密封材料直接接触，避免了含硝酸盐类废物有机物固化处理工程中发生火灾事故的风险。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种处理放射性废物的装置，其特征在于，包括：高完整性容器、支撑机构，支撑机构位于高完整性容器内，支撑机构用于支撑盛放放射性废物的废物桶，且在高完整性容器与废物桶之间形成间隙，间隙用于注入有机密封材料固化形成有机密封层将废物桶包覆于高完整性容器内。
2.根据权利要求1所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，支撑机构与高完整性容器可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，高完整性容器包括：高完整性容器本体和设置于高完整性容器本体上的第一凸部或第二凹部；支撑机构包括：支撑机构本体和设置于支撑机构本体上的第一凹部或第二凸部；第一凸部与第一凹部配合连接，或第二凹部与第二凸部配合连接。
4.根据权利要求3所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，第一凸部或第二凹部设置于高完整性容器本体的底部内壁上，第一凹部或第二凸部设置于支撑机构本体的底部，第一凸部为环形凸起，第一凹部为环形凹槽，或者，第二凹部为环形凹槽，第二凸部为环形凸起，环形凸起为弹性件，环形凸起卡接于环形凹槽内。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，支撑机构包括：底架和设置于底架上的支撑架，支撑架背向高完整性容器一侧设置有倒钩。
6.根据权利要求5所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，支撑架包括：至少三根支撑杆，支撑杆与底架围成容纳腔，容纳腔用于容纳废物桶。
7.根据权利要求1～4、6任意一项所述的处理放射性废物的装置，其特征在于，高完整性容器的材质为混凝土或球磨铸铁；支撑机构的材质为不锈钢或工程塑料；废物桶为金属桶，金属桶的材质为碳钢或不锈钢。
8.一种处理放射性废物的系统，其特征在于，包括：权利要求1～7任意一项的处理放射性废物的装置，所述系统还包括：放置于支撑机构上的废物桶，填充于高完整性容器与废物桶之间的有机密封层。
9.一种使用权利要求1～7任意一项所述的处理放射性废物的装置处理放射性废物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将待处理的放射性废物装入废物桶内；
2)将废物桶装入高完整性容器内的支撑机构上，在高完整性容器与废物桶之间形成间隙；
3)将有机密封材料注入高完整性容器与废物桶之间的间隙，有机密封材料在高完整性容器内固化，形成有机密封层，将废物桶包覆并固定在高完整性容器内。
10.根据权利要求9所述的处理放射性废物的方法，其特征在于，在步骤1)与步骤2)之间还包括：步骤i)将废物桶压实。
11.权利要求1～7任意一项所述的处理放射性废物的装置用于中、低放射性废物的处理，工业产生的危险废物。
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