CN110890165B - 一种放射性废树脂联合处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

一种放射性废树脂联合处理装置，本发明废树脂过滤系统设有废树脂进料口，过滤模块，水出口以及树脂出口，其中过滤模块使用配有滑动支架的可开式过滤网，并与重量感应联动；树脂干燥系统使用滚筒式干燥器，滚筒内设有抄板，使废树脂充分与热源接触进行干燥，转筒轴线倾斜，在低端得到干燥的废树脂；废树脂氧化处理系统将废树脂强氧化处理，在放射性废树脂中加入强氧化剂KMnO₄‑H₂SO₄,通过控制反应的温度和反应时间来使放射性废树脂中的有机组分无机化；收集处理的无机化废树脂进入水泥固化系统，水泥固化系统中添加黏土、沸石增加系统的抗冲击性能。该发明实现了放射性废树脂处理效率高、无机化效果好、处理方式简单、减容效果明显且易于操控、安全可靠。

Description

一种放射性废树脂联合处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及核电厂废弃物处理及其装置技术领域，特别是涉及一种放射性废树脂联合处理装置及其处理方法。

背景技术

随着核电技术的快速发展，我国有些地方能源短缺的问题也得到了有效的改善，但是正是这些核电站的发展使得我国产生了大量的核废料。核电站反应堆回路冷却水、乏燃料水池池水和工艺废水均采用离子交换树脂净化处理。当树脂达不到所要求的净化效果或失效时须进行更换，因此核电站每年要产生相当数量的废树脂。废树脂具有可燃性、放射性（主要核素为137Cs和60Co等）和弥散性，属低中放湿固体废物，因此必须得到妥善的处理和包装。目前，国内在役核电站采用暂存或水泥固化的方法对废树脂进行处理。废树脂长期暂存于罐中会带来树脂粉化、辐解产生H2和腐蚀罐体等一系列问题，废树脂最终还是要通过水泥固化等方法进行处理。传统的水泥固化工艺为增容处理，不符合核废物处理和处置的最小化设计原则。且由于放射性废树脂与水泥结合引起的溶胀效应最终会导致固化体开裂，不利于放射性废物的长期安全处置。因此，大量堆积的核废料还没有找到合适的解决办法，必须寻求有效的处理核废料的方式。

目前，大多的放射性废树脂的处理方法是氧化法以及水泥固化的方法，但是由于众多的氧化法污染环境以及传统的水泥固化，往往存在水灰比过大，固化体不够密实；树脂包容量小，固化体增容比较明显；水化热大不利于大体积浇筑固化体以及树脂中离子对水泥产生缓凝效应造成树脂与水泥浆分层等问题。

为达到废树脂有效减容的目的，本发明提出了联合处理放射性废树脂的方法通过树脂与水分离过滤-干燥-氧化-固化的方法，缩短树脂的处理时间，增大了树脂的减容比，并且通过氧化的方法使废树脂无机化，为其进一步固化提供了条件，从而获得稳定的固化体。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种放射性废树脂联合处理装置及其处理方法，此种方法不仅可以提高树脂包容量，缩减了废树脂的体积，而且还可以满足固化的工艺要求，为达此目的，本发明提供一种放射性废树脂联合处理装置，包括废树脂过滤系统，废树脂干燥系统，废树脂氧化处理系统以及水泥固化系统，放射性废树脂经过废树脂过滤系统后通过螺旋输送机一输送至废树脂干燥系统干燥后处理通后螺旋输送机二输送至废树脂氧化处理系统氧化处理最后至水泥固化系统；

所述的废树脂过滤系统包括废树脂过滤系统主体，上、下端盖以及过滤网，所述废树脂过滤系统主体与上、下端盖之间通过法兰相连，所述的过滤网置于所述废树脂过滤系统主体内部，所述上端盖上有废树脂进口，所述下端盖底部有废树脂出口，所述废树脂过滤系统主体下部一侧有水出口，所述的过滤网装有重量感应系统，过滤网与重量感应联动，过滤网打开，废树脂从废树脂出口流出进入螺旋输送机一；

所述的废树脂干燥系统包括基座和干燥滚筒，所述的干燥滚筒包括驱动装置、滚筒主体、挡轮组、拖轮组、气体出口的筛分模块和气体加热装置，所述驱动装置、挡轮组、拖轮组、筛分模块和气体加热装置安装在对应的基座上，所述滚筒主体尾端有气体加热装置，所述气体加热装置有空气进口，所述滚筒主体中部由头至尾依次有拖轮组、驱动装置和挡轮组，所述滚筒主体前端有筛分模块，所述筛分模块上有废物料进口和气体出口，所述滚筒主体内壁中设有保温结构层，所述滚筒主体内壁等角度设置有抄板，所述滚筒主体尾端下方有废物料出口，废树脂从废物料出口流出进入螺旋输送机二；

所述的废树脂氧化处理系统包括电动搅拌装置、温度测试装置、密封装置、搅拌桨、反应器主体、冷却主体和温度感应系统，所述反应器主体设置在冷却主体内，所述冷却主体顶部有密封装置，所述密封装置顶部有废料进口和废气出口，所述温度测试装置设置在密封装置顶部，所述温度测试装置的测试端伸入反应器主体内，所述密封装置上固定有电动搅拌装置，所述电动搅拌装置的搅拌桨在反应器主体内，所述冷却主体底部有废料出口，所述冷却主体底部一侧有水出口，所述冷却主体一侧有冷却物进口，所述温度感应系统接冷却物进口和冷却主体；

所述的水泥固化系统包括水泥固化装置主体，所述水泥固化装置主体顶部有进料口底部有出料口供废料进出，所述水泥固化装置主体内有搅拌器，所述水泥固化装置主体上有基材、沸石和黏土进口。

作为本装置进一步改进，所述的废树脂过滤系统主体的水出口再加设一层辅助过滤网，辅助过滤网的网孔径需小于上述过滤网的孔径。

作为本装置进一步改进，所述的过滤网为中部开闭式，所述过滤网四个角通过过滤网牵引置于所述废树脂过滤系统主体内部，所述过滤网由废树脂过滤系统主体内支架进行支撑，所述支架支脚通过支架滑脱（104）固定，过滤网超过重量支架通过支架滑脱将滤网打开。

作为本装置进一步改进，所述的干燥滚筒的倾斜角度范围在25° ~ 45°之间。

本发明一种放射性废树脂联合处理装置的处理方法，所述放射性废树脂联合处理装置包括废树脂过滤系统，废树脂干燥系统，废树脂氧化处理系统以及水泥固化系统，所述的装置的处理方法步骤为：

1）放射性废树脂经过废树脂过滤系统进行过滤处理；

放射性废树脂从废树脂进口，所述的废树脂过滤系统内部过滤网支架支撑，且在废树脂过滤系统底部设有支架滑脱，滤网通过牵引，使过滤网中间可打开，所述的过滤网装有重量感应系统，滤网与重量感应联动，当重量感应达到极限时，打开过滤网，打开废树脂出口阀后通过螺旋输送机一输送至废树脂干燥系统；

2）废树脂干燥系统进行干燥处理；

过滤后的废树脂通过螺旋输送机进入所述的废树脂干燥系统，废树脂干燥系统支撑座的内部通过支架固定滚筒；所述干燥滚筒的内壁中设有保温结构层；所述的滚筒上安装有齿圈以及下方安装有电机；所述电机的输出端连接有齿轮，所述齿轮和齿圈相啮合；所述的抄板起搅拌物料的作用，使物料与热空气充分接触；所述的加热装置为空气加热装置；所述的气体进出口与物料进出口相反；所述的干燥滚筒倾斜放置，在低端获得干燥的废树脂，之后通过螺旋输送机二输送至废树脂氧化处理系统；

3）废树脂氧化处理系统进行氧化处理；

干燥后的废树脂通过出口进入螺旋输送机进入氧化系统，所述的废树脂氧化系统中的冷却装置中为冰水冷却，保持装置的温度为0℃，且装置下方设有水出口，氧化完成后直接进入水泥固化系统；

4）水泥固化系统进行固化处理；

将黏土、沸石粉、水泥混合均匀制成混合物料；再将上述混合物液在搅拌机中搅拌均匀后，加入聚羧酸减水剂搅拌5min，制备成混合料浆 ；然后将混合料浆与混合物料注入固化容器中混合均匀得到水泥固化体。

作为本处理方法进一步改进，所述步骤三中废树脂氧化反应器中反应步骤为：

1）物料从反应器进料口进入，然后加入一定量的H₂SO₄，快速搅拌，反应体系的温度为0℃；

2）缓慢加入KMnO₄，并且快速搅拌，维持体系的温度，反应1h；

3）向混合体系中滴加水，体系继续搅拌，然后加入一定量的H₂O₂反应去除剩余的KMnO₄，待体系稳定后，将混合液排出反应器。

其中，氧化反应中有气体产生，主要是硫化氢，通过管道逸出进入外界的液碱储液箱。

作为本处理方法进一步改进，所述步骤四的水泥为普通硅酸盐水泥。

本发明的有益效果：

1）本发明采用可开式过滤网过滤的方法，过滤与重量感应联动，方便快捷的固液分离；

2）本发明采用滚筒式干燥器，干燥面积大，且干燥滚筒的内壁中设有保温结构层，有利于节省干燥时间，干燥器使用热空气干燥，节约成本，干燥器沿轴部倾斜放置，有利于物料的出料；

3）本发明采用氧化反应降解放射性废树脂，主要是使用强氧化剂对废树脂进行氧化作用，生成稳定的无机化合物，氧化效果好，减容效果明显；

4）本发明采用将无机化物固化的方式，主要采用黏土、沸石、水泥，将放射性的废弃物固化储存，固化方法简单，有害成分的浸出率低，固化体的机械强度大；

5）本发明采用多技术联合处理的方法，工艺流程简单，生产成本低，处理效率高，减容明显，固化体强度大，抗冲击性能强。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行说明。

图1为本发明过滤装置示意图。

图2为本发明干燥装置示意图（a）以及干燥器-抄板示意图（b）。

图3为本发明氧化反应器示意图。

图4为本发明联合处理方法工艺流程图。

其中，1’、废树脂过滤系统；2’、螺旋输送机一；3’、废树脂干燥系统；4’、螺旋输送机二；5’、废树脂氧化处理系统；6’、水泥固化系统；

101、废树脂进口；102、过滤网牵引；103、过滤网；104、支架滑脱；105、支架；106、过滤主体；107、水出口；108、废树脂出口；

201、空气进口；202、空气加热装置；203、废物料出口；204、挡轮组；205、滚筒主体；206、驱动装置；207、拖轮组；208、废物料进口；209、气体出口；210、筛分模块；211、基座；212、抄板；

301、电动搅拌装置；302、废料进口；303、废气出口；304、温度测试装置；305、密封装置；306、搅拌桨；307、水出口；308、废料出口；309、冷却物进口；310、反应器主体；311、冷却主体，312、温度感应系统。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种放射性废树脂联合处理装置及其处理方法，此种方法不仅可以提高树脂包容量，缩减了废树脂的体积，而且还可以满足固化的工艺要求。

实施例1

一种放射性废树脂联合处理装置如图4所示，包括废树脂过滤系统1’，废树脂干燥系统3’，废树脂氧化处理系统5’以及水泥固化系统6’，其特征在于；放射性废树脂经过废树脂过滤系统1’后通过螺旋输送机一2’输送至废树脂干燥系统3’干燥处理后通过螺旋输送机二4’输送至废树脂氧化处理系统5’氧化处理最后至水泥固化系统6’；

所述的废树脂过滤系统1’如图1所示包括废树脂过滤系统主体106，上、下端盖以及过滤网103，所述废树脂过滤系统主体106与上、下端盖之间通过法兰相连，所述的过滤网103置于所述废树脂过滤系统主体106内部，所述上端盖上有废树脂进口101，所述下端盖底部有废树脂出口108，所述废树脂过滤系统主体106下部一侧有水出口107，所述的过滤网103装有重量感应系统，过滤网103与重量感应联动，过滤网103打开，废树脂从废树脂出口108流出进入螺旋输送机一2’；

所述的废树脂干燥系统3’如图2所示包括基座11和干燥滚筒，所述的干燥滚筒包括驱动装置206、滚筒主体205、挡轮组204、拖轮组207、气体出口的筛分模块210和气体加热装置202，所述驱动装置206、挡轮组204、拖轮组207、筛分模块210和气体加热装置202安装在对应的基座11上，所述滚筒主体205尾端有气体加热装置202，所述气体加热装置202有空气进口201，所述滚筒主体205中部由头至尾依次有拖轮组207、驱动装置206和挡轮组204，所述滚筒主体205前端有筛分模块210，所述筛分模块210上有废物料进口208和气体出口209，所述滚筒主体205内壁中设有保温结构层，所述滚筒主体205内壁等角度设置有抄板212，所述滚筒主体205尾端下方有废物料出口203，废树脂从废物料出口203流出进入螺旋输送机二4’；

所述的废树脂氧化处理系统5’如图3所示包括电动搅拌装置301、温度测试装置304、密封装置305、搅拌桨306、反应器主体310、冷却主体311和温度感应系统312，所述反应器主体310设置在冷却主体311内，所述冷却主体311顶部有密封装置305，所述密封装置305顶部有废料进口302和废气出口303，所述温度测试装置304设置在密封装置305顶部，所述温度测试装置304的测试端伸入反应器主体310内，所述密封装置305上固定有电动搅拌装置301，所述电动搅拌装置301的搅拌桨306在反应器主体310内，所述冷却主体311底部有废料出口308，所述冷却主体311底部一侧有水出口307，所述冷却主体311一侧有冷却物进口309，所述温度感应系统312接冷却物进口309和冷却主体311；

所述的水泥固化系统6’包括水泥固化装置主体，所述水泥固化装置主体顶部有进料口底部有出料口供废料进出，所述水泥固化装置主体内有搅拌器，所述水泥固化装置主体上有基材、沸石和黏土进口，所述的水泥固化系统以水泥为基材，通过添加沸石、黏土成分增加系统的抗冲击性能以及增加固化废树脂的包容率。

进一步的，可将所述的废树脂过滤系统主体106的水出口107再加设一层辅助过滤网，辅助过滤网的网孔径需小于上述过滤网103的孔径。

进一步的，所述的过滤网103为中部开闭式，所述过滤网103四个角通过过滤网牵引102置于所述废树脂过滤系统主体106内部，所述过滤网103由废树脂过滤系统主体106内支架105进行支撑，所述支架105支脚通过支架滑脱104固定，过滤网103超过重量支架105通过支架滑脱104将滤网打开，所述的废树脂过滤系统内部过滤网支架支撑，且在废树脂过滤系统底部设有支架滑脱，滤网通过牵引，使过滤网中间可打开，当重量感应达到极限时，打开过滤网，打开废树脂出口阀；

进一步的，所述的过滤网装有重量感应系统，滤网与重量感应联动，滤网打开，废树脂从出口流出进入螺旋输送机；

过滤后的废树脂通过螺旋输送机进入所述的废树脂干燥系统，废树脂干燥系统支撑座的内部通过支架固定滚筒；所述干燥滚筒的内壁中设有保温结构层；所述的滚筒上安装有齿圈以及下方安装有电机；所述电机的输出端连接有齿轮，所述齿轮和齿圈相啮合；所述的抄板起搅拌物料的作用，使物料与热空气充分接触；所述的加热装置为空气加热装置；所述的气体进出口与物料进出口相反；所述的干燥滚筒倾斜放置，在低端获得干燥的废树脂；

进一步的，所述的倾斜角度范围在25° ~ 45°之间。

干燥后的废树脂通过出口进入螺旋输送机进入氧化系统，所述的废树脂氧化系统中的冷却装置中为冰水冷却，保持装置的温度为0℃，且装置下方设有水出口；

所述的废树脂氧化反应器中反应步骤为：

1）物料从反应器进料口进入，然后加入一定量的H₂SO₄，快速搅拌，反应体系的温度为0℃；

2）缓慢加入KMnO₄，并且快速搅拌，维持体系的温度，反应1h；

3）向混合体系中滴加水，体系继续搅拌，然后加入一定量的H₂O₂反应去除剩余的KMnO₄，待体系稳定后，将混合液排出反应器。

其中，氧化反应中有气体产生，主要是硫化氢，通过管道逸出进入外界的液碱储液箱。

所述的水泥固化系统处理：将黏土、沸石粉、水泥混合均匀制成混合物料；再将上述混合物液在搅拌机中搅拌均匀后，加入聚羧酸减水剂搅拌5min，制备成混合料浆 ；然后将混合料浆与混合物料注入固化容器中混合均匀得到水泥固化体；

其中，所述的水泥为普通硅酸盐水泥。

本发明采用废树脂过滤系统分离树脂后，通过滚筒式干燥器，加速干燥过程，然后采用H2SO4-KMnO4强氧化剂的氧化作用，将废树脂结构破坏，使高分子聚合物分解为线性大分子，线性大分子又进一步分解为小分子直至变成无机物，达到便于进一步固化的目的，防止水泥固化后开裂的可能。通过工艺组合的方式，方法工艺简单，生产成本低，效率高，减容效果好，固化效果优。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种放射性废树脂联合处理装置，包括废树脂过滤系统（1’），废树脂干燥系统（3’），废树脂氧化处理系统（5’）以及水泥固化系统（6’），其特征在于；放射性废树脂经过废树脂过滤系统（1’）后通过螺旋输送机一（2’）输送至废树脂干燥系统（3’）干燥后处理通后螺旋输送机二（4’）输送至废树脂氧化处理系统（5’）氧化处理最后至水泥固化系统（6’）；

所述的废树脂过滤系统（1’）包括废树脂过滤系统主体（106），上、下端盖以及过滤网（103），所述废树脂过滤系统主体（106）与上、下端盖之间通过法兰相连，所述的过滤网（103）置于所述废树脂过滤系统主体（106）内部，所述上端盖上有废树脂进口（101），所述下端盖底部有废树脂出口（108），所述废树脂过滤系统主体（106）下部一侧有水出口（107），所述的过滤网（103）装有重量感应系统，过滤网（103）与重量感应联动，过滤网（103）打开，废树脂从废树脂出口（108）流出进入螺旋输送机一（2’）；

所述的废树脂干燥系统（3’）包括基座（11）和干燥滚筒，所述的干燥滚筒包括驱动装置（206）、滚筒主体（205）、挡轮组（204）、拖轮组（207）、气体出口的筛分模块（210）和气体加热装置（202），所述驱动装置（206）、挡轮组（204）、拖轮组（207）、筛分模块（210）和气体加热装置（202）安装在对应的基座（11）上，所述滚筒主体（205）尾端有气体加热装置（202），所述气体加热装置（202）有空气进口（201），所述滚筒主体（205）中部由头至尾依次有拖轮组（207）、驱动装置（206）和挡轮组（204），所述滚筒主体（205）前端有筛分模块（210），所述筛分模块（210）上有废物料进口（208）和气体出口（209），所述滚筒主体（205）内壁中设有保温结构层，所述滚筒主体（205）内壁等角度设置有抄板（212），所述滚筒主体（205）尾端下方有废物料出口（203），废树脂从废物料出口（203）流出进入螺旋输送机二（4’）；

所述的废树脂氧化处理系统（5’）包括电动搅拌装置（301）、温度测试装置（304）、密封装置（305）、搅拌桨（306）、反应器主体（310）、冷却主体（311）和温度感应系统（312），所述反应器主体（310）设置在冷却主体（311）内，所述冷却主体（311）顶部有密封装置（305），所述密封装置（305）顶部有废料进口（302）和废气出口（303），所述温度测试装置（304）设置在密封装置（305）顶部，所述温度测试装置（304）的测试端伸入反应器主体（310）内，所述密封装置（305）上固定有电动搅拌装置（301），所述电动搅拌装置（301）的搅拌桨（306）在反应器主体（310）内，所述冷却主体（311）底部有废料出口（308），所述冷却主体（311）底部一侧有水出口（307），所述冷却主体（311）一侧有冷却物进口（309），所述温度感应系统（312）接冷却物进口（309）和冷却主体（311）；

所述的水泥固化系统（6’）包括水泥固化装置主体，所述水泥固化装置主体顶部有进料口底部有出料口供废料进出，所述水泥固化装置主体内有搅拌器，所述水泥固化装置主体上有基材、沸石和黏土进口。

2.根据权利要求1所述的一种放射性废树脂联合处理装置，其特征在于：所述的废树脂过滤系统主体（106）的水出口（107）再加设一层辅助过滤网，辅助过滤网的网孔径需小于上述过滤网（103）的孔径。

3.根据权利要求1所述的一种放射性废树脂联合处理装置，其特征在于：所述的过滤网（103）为中部开闭式，所述过滤网（103）四个角通过过滤网牵引（102）置于所述废树脂过滤系统主体（106）内部，所述过滤网（103）由废树脂过滤系统主体（106）内支架（105）进行支撑，所述支架（105）支脚通过支架滑脱（104）固定，过滤网（103）超过重量支架（105）通过支架滑脱（104）将滤网打开。

4.根据权利要求1所述的一种放射性废树脂联合处理装置，其特征在于：所述的干燥滚筒的倾斜角度范围在25° ~ 45°之间。

5.一种放射性废树脂联合处理装置的处理方法，其特征在于：所述放射性废树脂联合处理装置包括废树脂过滤系统，废树脂干燥系统，废树脂氧化处理系统以及水泥固化系统，所述的装置的处理方法步骤为：

1）放射性废树脂经过废树脂过滤系统进行过滤处理；

放射性废树脂从废树脂进口，废树脂过滤系统内部过滤网支架支撑，且在废树脂过滤系统底部设有支架滑脱，滤网通过牵引，使过滤网中间可打开，过滤网装有重量感应系统，滤网与重量感应联动，当重量感应达到极限时，打开过滤网，打开废树脂出口阀后通过螺旋输送机一输送至废树脂干燥系统；

2）废树脂干燥系统进行干燥处理；

过滤后的废树脂通过螺旋输送机进入废树脂干燥系统，废树脂干燥系统支撑座的内部通过支架固定滚筒；干燥滚筒的内壁中设有保温结构层；滚筒上安装有齿圈以及下方安装有电机；电机的输出端连接有齿轮，齿轮和齿圈相啮合；抄板起搅拌物料的作用，使物料与热空气充分接触；加热装置为空气加热装置；气体进出口与物料进出口相反；干燥滚筒倾斜放置，在低端获得干燥的废树脂，之后通过螺旋输送机二输送至废树脂氧化处理系统；

3）废树脂氧化处理系统进行氧化处理；

干燥后的废树脂通过出口进入螺旋输送机进入氧化系统，废树脂氧化系统中的冷却装置中为冰水冷却，保持装置的温度为0℃，且装置下方设有水出口，氧化完成后直接进入水泥固化系统；

4）水泥固化系统进行固化处理；

将黏土、沸石粉、水泥混合均匀制成混合物料；再将上述混合物液在搅拌机中搅拌均匀后，加入聚羧酸减水剂搅拌5min，制备成混合料浆 ；然后将混合料浆与混合物料注入固化容器中混合均匀得到水泥固化体。

6.根据权利要求5所述的一种放射性废树脂联合处理装置的处理方法，其特征在于：所述步骤三中废树脂氧化反应器中反应步骤为：

1）物料从反应器进料口进入，然后加入一定量的H₂SO₄，快速搅拌，反应体系的温度为0℃；

2）缓慢加入KMnO₄，并且快速搅拌，维持体系的温度，反应1h；

3）向混合体系中滴加水，体系继续搅拌，然后加入一定量的H₂O₂反应去除剩余的KMnO₄，待体系稳定后，将混合液排出反应器；

其中，氧化反应中有气体产生，主要是硫化氢，通过管道逸出进入外界的液碱储液箱。

7.根据权利要求5所述的一种放射性废树脂联合处理装置的处理方法，其特征在于：所述步骤四的水泥为普通硅酸盐水泥。

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