CN111558610B - 放射性锶污染土壤的应急处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种放射性锶污染土壤的应急处理方法，包括以下步骤：1)对放射性锶污染土壤进行研磨，得到粒径小于等于1000μm的粉末；2)对粉末进行干燥；3)将干燥后的粉末置于微波烧结炉中进行烧结，达到设定的烧结温度后按照预设的保温时间进行保温，保温完成后冷却，得到锶污染土壤固化体。本申请通过微波烧结炉进行烧结，不仅快速高效，而且设备简单、方便运输，非常符合应急快速处理的需求，另外微波烧结后的固化体均一性好，综合稳定性优异，符合放射性废物处理处置的相关要求。

Description

放射性锶污染土壤的应急处理方法

技术领域

本发明涉及放射性废物处理领域，具体涉及一种放射性锶污染土壤的应急处理方法。

背景技术

随着科技的进步发展和公众环保意识的提高，清洁能源的需求急剧增加。核能是大自然赐予人类宝贵的能源宝藏，在能源升级的浪潮中得到大力发展和广泛的应用，而核设施的运行安全成为了备受关注的焦点。当核设施发生核事故时，会释放出大量的放射性核素，经过沉降或流体运输后对土壤造成严重的放射性污染。因此需采取快速有效的方法，使事态得到控制，减轻对公众安全、生态环境的威胁是核应急的重点。⁹⁰Sr是²³⁵U的裂变产物之一，半衰期为28.5年，一般来自核爆炸或核燃料产物。核事故中⁹⁰Sr同样会转移到土壤环境中，在生物圈中积累循环，并对周围的生态系统造成持续的辐射，严重威胁到人类的生命健康。

目前处理⁹⁰Sr污染土壤的方法主要为物理法(铲土去污法、客土法、悬土移除法)、化学法、生物修复法。一方面上述方法存在修复周期长、易造成二次污染的弊端，加之核事故的不确定性，上述方法难以及时应对。另一方面⁹⁰Sr具有较长的半衰期，而上述方法不能保证有效地抑制⁹⁰Sr的迁移。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种放射性锶污染土壤的应急处理方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种放射性锶污染土壤的应急处理方法，包括以下步骤：

1)对放射性锶污染土壤进行研磨，得到粒径小于等于1000μm的粉末；

2)对粉末进行干燥；

3)将干燥后的粉末置于微波烧结炉中进行烧结，达到设定的烧结温度后按照预设的保温时间进行保温，保温完成后冷却，得到锶污染土壤固化体。

通过微波烧结炉进行烧结，不仅快速高效，而且设备简单、方便运输，非常符合应急快速处理的需求，另外微波烧结后的固化体均一性好，综合稳定性优异，符合放射性废物处理处置的相关要求。本发明的方法工艺简单、高效便捷、安全可靠，所得的土壤固化体具有较高体积密度、硬度及良好的化学稳定性，在抑制放射性核素锶在自然界中的迁移有良好的表现，具有良好的实际应用价值和前景。

于本发明其中一实施例中，所述放射性锶污染土壤中的放射性污染物的质量百分比不超过30％。

于本发明其中一实施例中，步骤2)的干燥步骤为：在常温到200℃之间的温度下通风干燥0.5～24h。

于本发明其中一实施例中，所述烧结温度为500～2000℃。烧结温度具体可为900～1500℃，更具体为1000～1500℃。

于本发明其中一实施例中，所述保温时间为0.2h～4h。保温时间更具体的为0.2～2h。

于本发明其中一实施例中，步骤3)的冷却步骤为：自然冷却至室温。

于本发明其中一实施例中，步骤3)的冷却步骤为：以5～10℃/min的降温速率降温至600～1000℃，再以4～8℃/min的降温速率降温至200～500℃后，自然冷却至室温。

于本发明其中一实施例中，步骤1)中通过研磨设备对放射性锶污染土壤进行研磨，所述研磨设备包括：

转动盘，上端安装有至少一个研磨体，研磨体具有研磨槽；

升降架，位于所述转动盘的上方；

升降元件，与所述升降架固定，用于驱动所述升降架靠近或远离所述转动盘；

研磨机构，包括安装在升降架上的行星轮组、驱动行星轮组工作的驱动电机以及铰接在行星轮组上的研磨棒，所述研磨棒的下端用于伸入所述研磨槽中，所述驱动电机工作后能带动研磨棒的上端做环形运动。

通过升降元件能够带动升降架和研磨机构下移，使研磨棒的下端伸入研磨槽，通过驱动电机带动研磨棒的上端做环形运动，从而研磨棒的下端与研磨槽配合对物料进行自动研磨操作。

于本发明其中一实施例中，所述行星轮组包括内侧壁具有齿的齿环、位于齿环正中间的驱动齿轮以及位于齿环和驱动齿轮之间的运动齿轮，所述运动齿轮同时与齿环和驱动齿轮啮合，所述研磨棒的上端与所述运动齿轮端面铰接配合，所述驱动电机用于驱动所述驱动齿轮转动，从而带动运动齿轮做环形运动：

所述研磨体有四个，绕转动盘的轴线均匀分布，所述转动盘的外侧壁具有第一齿轮，研磨设备还包括转动电机，所述转动电机的输出轴上固定有第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，转动电机能够控制转动盘转动；

所述研磨机构有两个，关于转动盘的轴线对称设置，研磨设备还包括两个搅拌机构，两个搅拌机构关于转动盘的轴线对称设置，两个研磨机构和两个搅拌机构与四个研磨体一一对应配合；

所述搅拌机构包括搅拌电机以及与搅拌电机的输出轴固定的搅拌棒，所述搅拌棒的下端具有搅拌片，所述搅拌棒用于伸入所述研磨槽，并通过所述搅拌片搅拌物料。

研磨设备的工作原理：向研磨槽中添加物料，升降元件下移带动升降架、研磨机构和搅拌机构同步下移，使两个研磨棒伸入对应的两个研磨槽，使两个搅拌棒分别伸入另外的两个研磨槽，驱动电机和搅拌电机工作，研磨棒的上端做环形运动，下端在研磨槽的限制作用下对物料进行研磨，搅拌棒的搅拌片搅拌物料；工作设定时间后，升降元件上升，研磨棒和搅拌棒脱离研磨槽，转动电机工作，带动转动盘转动90°，转动到位后，升降元件下移进行下一周期的研磨和搅拌操作。

于本发明其中一实施例中，所述升降元件为液压缸、气缸或电动推杆，所述运动齿轮的端面具有球座，所述研磨棒的上端具有嵌入所述球座的球体。

实际运用时，为了防止研磨棒在重力作用下具有向竖直方向转动的趋势，优选的，球体与球座过盈配合。

本发明的有益效果是：通过微波烧结炉进行烧结，不仅快速高效，而且设备简单、方便运输，非常符合应急快速处理的需求，另外微波烧结后的固化体均一性好，综合稳定性优异，符合放射性废物处理处置的相关要求。本发明的方法工艺简单、高效便捷、安全可靠，所得的土壤固化体具有较高体积密度、硬度及良好的化学稳定性，在抑制放射性核素锶在自然界中的迁移有良好的表现，具有良好的实际应用价值和前景。

附图说明：

图1是实施例1锶污染土壤固化体的XRD测试结果图；

图2是实施例2锶污染土壤固化体的XRD测试结果图；

图3是研磨设备的示意图；

图4是研磨设备的正视图；

图5是升降架和升降元件的示意图。

图中各附图标记为：

1、转动盘；2、研磨体；3、研磨槽；4、升降架；5、升降元件；6、研磨机构；7、行星轮组；8、驱动电机；9、研磨棒；10、齿环；11、驱动齿轮；12、运动齿轮；13、第一齿轮；14、转动电机；15、第二齿轮；16、搅拌机构；17、搅拌电机；18、搅拌棒；19、搅拌片。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

实施例1

本实施例中，用SrSO₄模拟放射性污染物(SrSO₄的⁸⁸Sr模拟⁹⁰Sr)，通过对采集到的潮土进行研磨，取粒径小于等于200μm的土壤颗粒与SrSO₄混合，研磨后得到混合粉末，其中，SrSO₄占混合粉末的质量百分比为10％，以该混合粉末模拟被研磨后的放射性锶污染土壤。实际操作时是对放射性锶污染土壤进行研磨。

本实施例的放射性锶污染土壤的应急处理方法，包括以下步骤：

对混合粉末进行干燥，具体干燥方式为：在105℃下干燥12h；

将干燥后的混合粉末置于微波烧结炉中进行烧结，达到设定的烧结温度1200℃后保温0.5h，然后自然冷却至室温，得到土壤固化体。

实际运用时，烧结温度可以为500～2000℃，更具体为1000～1500℃。实际运用时，保温时间可以为0.2～4h，更具体为0.2～2h。实际运用时，可以以50～200℃/min的降温速率降温至100～300℃，更进一步的，以60～150℃/min的降温速率降温至100～200℃。实际运用时，放射性污染物所占土壤的质量百分比不超过30％。实际运用时，还可以采用分步冷却方式进行冷却，具体为：以5～10℃/min的降温速率降温至600～1000℃，再以4～8℃/min的降温速率降温至200～500℃后，自然冷却至室温。实际运用时，微波烧结炉可以采用HAMiLab-M1500型微波高温马弗炉。

如图1所示，经测试，制得的土壤固化体的体积密度为2.241g/cm³，维氏硬度为6.89GPa，PCT标准下⁸⁸Sr的归一化浸出率在28天后低于2.679×10^-3g/(m²·d)，稳定性良好。

实施例2

本实施例中，用SrSO₄模拟放射性污染物(SrSO₄的⁸⁸Sr用来模拟⁹⁰Sr)，通过对采集到的棕壤进行研磨，取粒径小于等于150μm的土壤颗粒与SrSO₄混合，研磨后得到混合粉末，其中，SrSO₄占混合粉末的质量百分比为20％，以该混合粉末模拟被研磨后的放射性锶污染土壤。实际操作时是对放射性锶污染土壤进行研磨。

本实施例的放射性锶污染土壤的应急处理方法，包括以下步骤：

对混合粉末进行干燥，具体干燥方式为：在105℃下干燥12h；

将干燥后的混合粉末置于微波烧结炉中进行烧结，达到设定的烧结温度1100℃后保温0.5h，然后自然冷却至室温，得到土壤固化体。

实际运用时，烧结温度可以为500～2000℃，更具体为1000～1500℃。实际运用时，保温时间可以为0.2～4h，更具体为0.2～2h。实际运用时，可以以50～200℃/min的降温速率降温至100～300℃，更进一步的，以60～150℃/min的降温速率降温至100～200℃。实际运用时，放射性污染物所占土壤的质量百分比不超过30％。实际运用时，还可以采用分步冷却方式进行冷却，具体为：以5～10℃/min的降温速率降温至600～1000℃，再以4～8℃/min的降温速率降温至200～500℃后，自然冷却至室温。

如图2所示，经测试，制得的土壤固化体的体积密度为2.169g/cm³，维氏硬度为5.46GPa，PCT标准下⁸⁸Sr的归一化浸出率在28天后低于2.662×10-3g/(m²·d)，稳定性良好。

实施例3

本实施例公开了一种破碎装置，能够用于对土壤进行研磨，即能够用于实施例1和实施例2中，如图3、4和5所示，研磨设备包括：

转动盘1，上端安装有至少一个研磨体2，研磨体2具有研磨槽3；

升降架4，位于转动盘1的上方；

升降元件5，与升降架4固定，用于驱动升降架4靠近或远离转动盘1；

研磨机构6，包括安装在升降架4上的行星轮组7、驱动行星轮组7工作的驱动电机8以及铰接在行星轮组7上的研磨棒9，研磨棒9的下端用于伸入研磨槽3中，驱动电机8工作后能带动研磨棒9的上端做环形运动。

通过升降元件5能够带动升降架4和研磨机构6下移，使研磨棒9的下端伸入研磨槽3，通过驱动电机8带动研磨棒9的上端做环形运动，从而研磨棒9的下端与研磨槽3配合对物料进行自动研磨操作。

如图3、4和5所示，z0于本实施例中，行星轮组7包括内侧壁具有齿的齿环10、位于齿环10正中间的驱动齿轮11以及位于齿环10和驱动齿轮11之间的运动齿轮12，运动齿轮12同时与齿环10和驱动齿轮11啮合，研磨棒9的上端与运动齿轮12端面铰接配合，驱动电机8用于驱动驱动齿轮11转动，从而带动运动齿轮12做环形运动：

研磨体2有四个，绕转动盘1的轴线均匀分布，转动盘1的外侧壁具有第一齿轮13，研磨设备还包括转动电机14，转动电机14的输出轴上固定有第二齿轮15，第二齿轮15与第一齿轮13啮合，转动电机14能够控制转动盘1转动；

研磨机构6有两个，关于转动盘1的轴线对称设置，研磨设备还包括两个搅拌机构16，两个搅拌机构16关于转动盘1的轴线对称设置，两个研磨机构6和两个搅拌机构16与四个研磨体2一一对应配合；

搅拌机构16包括搅拌电机17以及与搅拌电机17的输出轴固定的搅拌棒18，搅拌棒18的下端具有搅拌片19，搅拌棒18用于伸入研磨槽3，并通过搅拌片19搅拌物料。

研磨设备的工作原理：向研磨槽3中添加物料，升降元件5下移带动升降架4、研磨机构6和搅拌机构16同步下移，使两个研磨棒9伸入对应的两个研磨槽3，使两个搅拌棒18分别伸入另外的两个研磨槽3，驱动电机8和搅拌电机17工作，研磨棒9的上端做环形运动，下端在研磨槽3的限制作用下对物料进行研磨，搅拌棒18的搅拌片19搅拌物料；工作设定时间后，升降元件5上升，研磨棒9和搅拌棒18脱离研磨槽3，转动电机14工作，带动转动盘1转动90°，转动到位后，升降元件5下移进行下一周期的研磨和搅拌操作。

实际运用时，升降元件5为液压缸、气缸或电动推杆，运动齿轮12的端面具有球座，研磨棒9的上端具有嵌入球座的球体。实际运用时，为了防止研磨棒9在重力作用下具有向竖直方向转动的趋势，优选的，球体与球座过盈配合。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对放射性锶污染土壤进行研磨，得到粒径小于等于1000μm的粉末；

2)对粉末进行干燥；

3)将干燥后的粉末置于微波烧结炉中进行烧结，达到设定的烧结温度后按照预设的保温时间进行保温，保温完成后冷却，得到锶污染土壤固化体；

步骤1)中通过研磨设备对放射性锶污染土壤进行研磨，所述研磨设备包括：

转动盘，上端安装有至少一个研磨体，研磨体具有研磨槽；

升降架，位于所述转动盘的上方；

升降元件，与所述升降架固定，用于驱动所述升降架靠近或远离所述转动盘；

研磨机构，包括安装在升降架上的行星轮组、驱动行星轮组工作的驱动电机以及铰接在行星轮组上的研磨棒，所述研磨棒的下端用于伸入所述研磨槽中，所述驱动电机工作后能带动研磨棒的上端做环形运动；

所述行星轮组包括内侧壁具有齿的齿环、位于齿环正中间的驱动齿轮以及位于齿环和驱动齿轮之间的运动齿轮，所述运动齿轮同时与齿环和驱动齿轮啮合，所述研磨棒的上端与所述运动齿轮端面铰接配合，所述驱动电机用于驱动所述驱动齿轮转动，从而带动运动齿轮做环形运动：

所述研磨体有四个，绕转动盘的轴线均匀分布，所述转动盘的外侧壁具有第一齿轮，研磨设备还包括转动电机，所述转动电机的输出轴上固定有第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，转动电机能够控制转动盘转动；

所述研磨机构有两个，关于转动盘的轴线对称设置，研磨设备还包括两个搅拌机构，两个搅拌机构关于转动盘的轴线对称设置，两个研磨机构和两个搅拌机构与四个研磨体一一对应配合；

所述搅拌机构包括搅拌电机以及与搅拌电机的输出轴固定的搅拌棒，所述搅拌棒的下端具有搅拌片，所述搅拌棒用于伸入所述研磨槽，并通过所述搅拌片搅拌物料。

2.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，所述放射性锶污染土壤中的放射性污染物的质量百分比不超过30％。

3.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，步骤2)的干燥步骤为：在常温到200℃之间的温度下通风干燥0.5～24h。

4.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，所述烧结温度为500～2000℃。

5.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，所述保温时间为0.2～4h。

6.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，步骤3)的冷却步骤为：自然冷却至室温。

7.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，步骤3)的冷却步骤为：以5～10℃/min的降温速率降温至600～1000℃，再以4～8℃/min的降温速率降温至200～500℃后，自然冷却至室温。

8.如权利要求1所述的放射性锶污染土壤的应急处理方法，其特征在于，所述升降元件为液压缸、气缸或电动推杆，所述运动齿轮的端面具有球座，所述研磨棒的上端具有嵌入所述球座的球体。

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