CN110335694A - 一种放射性污染土壤的微波快速处理方法 - Google Patents

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卢喜瑞
舒小艳
李炳生
唐鹤溪
陈顺彰
魏贵林
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/302—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
    • G21F9/305—Glass or glass like matrix

Abstract

本发明公开了一种放射性污染土壤的微波快速处理方法，该处理方法包括如下步骤：将土壤和放射性污染物混合，得到混合物，然后将所述混合物放入微波烧结炉中进行烧结，得到放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体；所述烧结的温度为800℃～1600℃；所述处理方法不添加任何辅助试剂。本发明的方法利用微波烧结技术处理高浓度放射性污染土壤，在较低的烧结温度(未达到完全玻璃化温度)下，使土壤生成玻璃陶瓷形式的固体，这种“玻璃陶瓷”固化体的力学性能和化学性能都比完全玻璃化的“玻璃固化体”好。

Description

一种放射性污染土壤的微波快速处理方法
技术领域
本发明涉及放射性污染土壤处理领域，具体涉及的是一种放射性污染土壤的微波快速处理方法。
背景技术
核能的迅速发展在为人类造福的同时也遗留下大量的放射性污染土壤。土壤中的放射性核素会对动植物以及人类的生命健康造成危害。由于放射性核素的多样性和土壤成分的复杂性，放射性污染土壤的治理与修复成为当下的难题。传统的放射性污染土壤的处理方法有物理法、化学法、生物法三大类，针对不同情况的放射性污染土壤，每种方法的应用都有一定的合理性。而对放射性核素污染浓度较高区域土壤的处理，传统的处理方法存在一定局限性，使得土壤中的放射性核素对周围环境造成持续性的威胁与危害。
固化处理能有效抑制土壤中放射性核素的迁移，阻止放射性污染向周边环境扩散。该方法适用于高浓度及复杂组分放射性核素的处理。此外，处理后土壤固化体具有一定的物理及化学稳定性，因此近年来土壤固化成为放射性污染土壤应急治理领域的理想方式之一。土壤的固化一般采取高温加热的方式，主要技术手段有焦耳熔融法、电阻加热法等传统方式，这些方法都存在一定的不足，如耗时长(需要6h以上)、耗能高、固化体均一性差等。因此需要寻找一种放射性污染土壤处理的新方法。
发明内容
本发明提供了一种放射性污染土壤的微波快速处理方法，该方法利用微波烧结技术处理高浓度放射性污染土壤，在较低的烧结温度(未达到完全玻璃化温度)下，使土壤生成玻璃陶瓷形式的固体，这种“玻璃陶瓷”固化体的力学性能和化学性能都比完全玻璃化的“玻璃固化体”好。
本发明提供了一种放射性污染土壤的微波快速处理方法，包括如下步骤：
将土壤和放射性污染物混合，得到混合物，然后将所述混合物放入微波烧结炉中进行烧结，得到放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体；所述烧结的温度为800℃～1600℃；
所述处理方法不添加任何辅助试剂。
所述土壤来自于甘肃兰州、湖南衡阳或江西吉安。
所述土壤为土壤粉体，所述土壤粉体粒径为小于或等于1mm，具体为小于或等于0.2mm，更具体为小于或等于0.15mm。
所述处理方法还包括将所述土壤干燥的步骤；具体的，所述干燥是在室温至200℃之间通风干燥2～36h，更具体为在70℃～120℃的温度下通风干燥12～24h。
所述处理方法还包括干燥后对土壤进行预处理的步骤，所述预处理为对所述土壤进行有机杂质去除处理；所述预处理具体是在高温马弗炉中，在200℃～900℃的温度下保温处理0.5～12h；更具体为在500℃～800℃保温处理4～8h。
上述的处理方法，所述混合物中，所述放射性污染物的质量百分数为0％～60％，但不为0；更具体为1％～47％，余量为所述土壤。
上述的处理方法，所述放射性污染物的质量百分数可为15％或18％。
上述的处理方法，所述烧结的保温时间为5～100min，具体可为10～50min，更具体为20min或30min。
上述的处理方法，所述烧结的温度为1000℃～1500℃，更具体为1100℃～1400℃、1200℃或1300℃。
本发明是利用微波烧结法固化处理高浓度放射性污染土壤，通过微波与土壤组份物质的作用产生热量，从而使土壤熔融、经冷却生成固化体。本发明的方法由于烧结温度较低(未达到完全玻璃化)，所生成的固化体为玻璃陶瓷形式的固体，这种“玻璃陶瓷”固化体的力学性能和化学性能都比完全玻璃化的“玻璃固化体”好。
本发明的方法具有快速高效、工艺过程简单、节能环保、固化体均一性好、安全可靠等特点。本发明使用微波烧结的方法，在不添加任何辅助试剂的情况下，将受到放射性污染的土壤熔融，使其产生的固化体介于陶瓷相与玻璃相之间，即玻璃陶瓷相。本发明所得的放射性污染土壤固化体兼具玻璃与陶瓷的优点，如：玻璃体核素包容性强、基质均匀分布的优点，以及陶瓷体密度高、机械强度好和化学稳定性好等特点；同时制备玻璃陶瓷相所需温度比制备玻璃固化体所需温度更低、耗能相应降低、成本减少，简化了操作工艺，更便于实际应用，适用于任何类型土壤的处理中，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的XRD图。
图2为实施例2制备的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的XRD图。
图3为实施例3制备的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，所用干燥处理装置为PCD-2000型高温理化箱。
下述实施例中，所用高温马弗炉为KSS-1700型高温马弗炉。
下述实施例中，所用微波烧结炉为HAMiLab-M1500型微波高温马弗炉。
下述实施例中，所用三氧化二钕购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
下述实施例中，所用硫酸锶购买自天津市大茂化学试剂厂。
下述实施例中，所用硝酸双氧铀购买自上海化学试剂供应站。
下述实施例中所用的土壤来自于甘肃兰州、湖南衡阳和江西吉安。
实施例1
1)将土壤(采自甘肃兰州)在高温理化箱中105℃保温24h干燥处理后，在玛瑙研钵中研磨、细化处理，选取粒径小于或等于0.2mm的土壤粉体，然后在高温马弗炉中600℃保温4h，得到预处理后的土壤粉体。
(2)将放射性核素与预处理后的土壤粉体充分研磨，得到混合物，即为放射性污染土壤，其中放射性核素为模拟α核素钕(三氧化二钕，144Nd2O3)，固态。按质量百分数计，放射性污染物(144Nd2O3)的质量百分数为15％。
(3)将所述混合物置于微波高温马弗炉中，由室温升温至1200℃，在1200℃下保温30min后，自然冷却至室温。将样品取出，即得放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体。
经测试，XRD结果(图1)表明烧结完毕后样品中无放射性核素相关物相，表明放射性核素被成功固化在玻璃陶瓷固化体的玻璃相结构中。制得的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的体积密度为2.426g/cm3，维氏硬度为450HV，热导率为1.2W·m-1·K-1，42天后放射性核素浸出率为5.08×10-6g/m2·d，稳定性良好。
实施例2
(1)将土壤(采自湖南衡阳)在高温理化箱中105℃保温24h干燥处理后，在玛瑙研钵中研磨、细化处理，选取粒径小于或等于0.15mm的土壤粉体，然后在高温马弗炉中600℃保温4h，得到预处理后的土壤粉体。
(2)将放射性核素与预处理后的土壤粉体充分研磨，得到混合物，即为放射性污染土壤，其中放射性核素为锶(硫酸锶，88SrSO4)，固态。按质量百分数计，放射性污染物(88SrSO4)的质量百分数为18％。
(3)将所述混合物置于微波高温马弗炉中，由室温升温至1200℃，在1200℃下保温30min后，自然冷却至室温。将样品取出，即得放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体。
经测试，XRD结果(图2)表明烧结完毕后样品中，样品整体呈玻璃陶瓷相。锶参与反应形成锶硅铝的混合氧化物(锶长石，SrAl2Si2O8)中，表明放射性核素被成功固化在玻璃陶瓷固化体的陶瓷相中，即新生成的晶体结构中。制得的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的体积密度为2.556g/cm3，维氏硬度为485HV，热导率为1.3W·m-1·K-1，42天后放射性核素浸出率为3.66×10-6g/m2·d，稳定性良好。
实施例3
(1)将土壤(采自江西吉安)在高温理化箱中105℃保温24h干燥处理后，在玛瑙研钵中研磨、细化处理，选取粒径小于或等于0.2mm的土壤粉体，然后在高温马弗炉中600℃保温4h，得到预处理后的土壤粉体。
(2)将放射性核素与预处理后的土壤粉体充分研磨，得到混合物，即为放射性污染土壤，其中放射性核素为铀(硝酸双氧铀，238UO2(NO3)2·6H2O)，固态。按质量百分数计，放射性核素(238U)的质量百分数为1％。
(3)将所述混合物置于微波马弗炉中，由室温升温至1300℃，在1300℃下保温30min后，自然冷却至室温。将样品取出，即得放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体。
经测试，XRD结果(图3)表明烧结完毕后样品中无放射性核素相关物相，表明放射性核素被成功固化在玻璃陶瓷固化体的玻璃相结构中。制得的放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体的体积密度为2.386g/cm3，维氏硬度为508HV，热导率为1.2W·m-1·K-1，42天后放射性核素浸出率为1.04×10-6g/m2·d，稳定性良好。

Claims (9)

1.一种放射性污染土壤的微波快速处理方法，包括如下步骤：
将土壤和放射性污染物混合，得到混合物，然后将所述混合物放入微波烧结炉中进行烧结，得到放射性污染土壤玻璃陶瓷固化体；所述烧结的温度为800℃～1600℃；
所述处理方法不添加任何辅助试剂。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述土壤为土壤粉体，所述土壤粉体粒径为小于或等于1mm。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于：所述处理方法还包括将所述土壤干燥的步骤；
所述干燥是在室温至200℃之间通风干燥2～36h。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于：所述处理方法还包括干燥后对土壤进行预处理的步骤；所述预处理是在高温马弗炉中，在200℃～900℃的温度下保温处理0.5～12h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法，其特征在于：所述混合物中，所述放射性污染物的质量百分数为0％～60％，但不为0；余量为所述土壤。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于：所述放射性污染物的质量百分数为1％～47％。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：所述放射性污染物的质量百分数可为15％或18％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的处理方法，其特征在于：所述烧结的保温时间为5～100min。
9.根据权利要1-8中任一项所述的处理方法，其特征在于：所述烧结的温度为1000℃～1500℃。
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