CN111584113A - 放射性沸石废物的固化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种放射性沸石废物的固化处理方法，包括以下步骤：1)研磨放射性沸石废物；2)通过烧结设备对研磨后的放射性沸石进行烧结，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，得到沸石烧结体。本申请通过加热烧结能够得到较高体积密度和较高的抗压强度的沸石烧结体，能够良好地抑制放射性核素在自然界中的迁移。本发明的方法具有良好的工业应用前景。

Description

放射性沸石废物的固化处理方法
技术领域
本发明涉及放射性废物处理领域，具体涉及放射性沸石废物的固化处理方法。
背景技术
核能的快速发展不可避免的会产生一定的放射性废水，处理这些放射性废水常用的方法有浓缩法、沉淀法、离子交换法以及吸附剂吸附法。沸石是一种天然的矿物，在水处理工艺中常用作吸附剂，它同时还兼有离子交换剂和过滤剂的作用。与其他无机吸附剂相比，具有较大的吸附能力和净化效果。如去除水中放射性裂变产物的去污系数：蛭石为3.3～4.3；高岭土为4.5～6.2；软锰矿为8.2；而沸石为62～68。沸石的净化能力也比其他无机吸附剂高10倍以上。
然而由于放射性废水的贮存量较大，使得通过沸石处理放射性废水后所得放射性沸石废物的堆积量越来越大。即使可通过化学再生法和生物再生法等方法可将放射性沸石废物重新再生为清洁的沸石，但存在二次污染的问题。同时整体而言，再生方法均存在效率低下的问题。因此，结合放射性废物长期处置的需求，对于沸石处理放射性废水所得放射性沸石废物的处置至关重要。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种放射性沸石废物的固化处理方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种放射性沸石废物的固化处理方法，包括以下步骤：
1)研磨放射性沸石废物；
2)通过烧结设备对研磨后的放射性沸石进行烧结，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，得到沸石烧结体。
通过加热烧结能够得到较高体积密度和较高的抗压强度的沸石烧结体，能够良好地抑制放射性核素在自然界中的迁移。本发明的方法具有良好的工业应用前景。
于本发明其中一实施例中，放射性沸石废物研磨后，平均粒径为范围为20μm-5000μm。
通过研磨能够使放射性沸石废物细化，方便进行烧结操作。
于本发明其中一实施例中，所述烧结温度为800～1500℃。
实际运用时，烧结温度可以为900℃～1400℃，更具体为1100℃～1300℃。
于本发明其中一实施例中，冷却方式为自然冷却至室温。
于本发明其中一实施例中，所述烧结设备为马弗炉，以1～5℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为1h～14h。
保温时间更具体的为1h～8h。
于本发明其中一实施例中，所述烧结设备为放电等离子烧结装置，以400～600℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为1min～10min。
保温时间更具体的为3min～6min。
于本发明其中一实施例中，所述烧结设备为微波装置，以40～60℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为30min～120min。
保温时间更具体的为30min～60min。
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沸石废物进行研磨，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：通过加热烧结能够得到较高体积密度和较高的抗压强度的沸石烧结体，能够良好地抑制放射性核素在自然界中的迁移。本发明的方法具有良好的工业应用前景。
附图说明：
图1是实施例1沸石烧结体的XRD测试结果图；
图2是实施例2沸石烧结体的XRD测试结果图；
图3是实施例3沸石烧结体的XRD测试结果图；
图4是研磨设备的示意图；
图5是研磨设备的正视图；
图6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
一种放射性沸石废物的固化处理方法，包括以下步骤：
1)研磨含锶的放射性沸石废物，得到平均粒径为1000μm的含锶的放射性沸石废物；
2)将研磨后的含锶的放射性沸石废物置于高温马弗炉中，采用5℃/min的升温速率由室温升温至1300℃的烧结温度，并保温2h，然后自然冷却至室温，得到含放射性锶的沸石烧结体。
实际运用时，烧结温度可以为800～1500℃，更具体为1000℃～1300℃；保温时间可以为1h～14h，更具体为1h～8h；实际运用时，可以以1～5℃/min的升温速率升温至烧结温度。
实际运用时，高温马弗炉可以采用KSS-1700型高温马弗炉。
经测试，本实施例制得的含锶的沸石烧结体的密度为3.28g/cm3，维氏硬度为6.50GPa，物相呈完全非晶相，见图1。
实施例2
一种放射性沸石废物的固化处理方法，包括以下步骤：
1)研磨含碘的放射性沸石废物，得到平均粒径为200μm的含碘的放射性沸石废物；
2)将研磨后的含碘的放射性沸石废物置于放电等离子烧结装置中，采用500℃/min的升温速率由室温升温至1100℃的烧结温度，并保温5min，然后自然冷却至室温，得到含放射性碘的沸石烧结体。
实际运用时，烧结温度可以为800～1500℃，更具体为1000℃～1300℃；保温时间可以为1min～10min，更具体为3min～6min；实际运用时，可以以400～600℃/min的升温速率升温至烧结温度。
实际运用时，可以采用型号为Model 320MKII的放电等离子烧结装置。
经测试，本实施例制得的含碘的沸石烧结体的密度为2.42g/cm3，维氏硬度为5.40GPa，物相呈单一晶相Na8Al6Si6O24I2，见图2。
实施例3
一种放射性沸石废物的固化处理方法，包括以下步骤：
1)研磨含铯的放射性沸石废物，得到平均粒径为600μm的含铯的放射性沸石废物；
2)将研磨后的含铯的放射性沸石废物置于微波装置中，采用50℃/min的升温速率由室温升温至1400℃的烧结温度，并保温50min，然后自然冷却至室温，得到含放射性铯的沸石烧结体。
实际运用时，烧结温度可以为800～1500℃，更具体为1000℃～1300℃；保温时间可以为30min～120min，更具体为30min～60min；实际运用时，可以以40～60℃/min的升温速率升温至烧结温度。
实际运用时，可以采用型号为HAMiLab-M1500的微波装置。
经测试，本实施例制得的含铯的沸石烧结体的密度为3.92g/cm3，维氏硬度为6.20GPa，物相呈完全非晶相，见图3。
实施例4
本实施例公开了一种破碎装置，可以用于对实施例1、2或3的放射性沸石废物进行研磨。如图4、5和6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4、5和6所示，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 (10)

1.一种放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)研磨放射性沸石废物；
2)通过烧结设备对研磨后的放射性沸石进行烧结，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，得到沸石烧结体。
2.如权利要求1所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，放射性沸石废物研磨后，平均粒径为范围为20μm-5000μm。
3.如权利要求1所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，所述烧结温度为800～1500℃。
4.如权利要求1所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，冷却方式为自然冷却至室温。
5.如权利要求3所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，所述烧结设备为马弗炉，以1～5℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为1h～14h。
6.如权利要求3所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，所述烧结设备为放电等离子烧结装置，以400～600℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为1min～10min。
7.如权利要求3所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，所述烧结设备为微波装置，以40～60℃/min的升温速率升温至烧结温度，所述保温时间为30min～120min。
8.如权利要求1所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，步骤1)中通过研磨设备对放射性沸石废物进行研磨，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。
9.如权利要求8所述的放射性沸石废物的固化处理方法，其特征在于，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。
10.如权利要求9所述的放射性沸石废物的固化处理方法，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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