CN113436772B - 一种放射性含铯废水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于放射性废物处理技术领域，涉及一种放射性含铯废水的处理方法。所述的处理方法包括如下步骤：(1)将放射性含铯废水、硅源、铝源、氢氧化钠在水中混合后在搅拌下进行反应，形成溶胶混合物；(2)将所述的溶胶混合物加入高压反应釜中进行水热反应，得到铯榴石结晶。利用本发明的放射性含铯废水的处理方法，能够较低温度、较低压强下水热处理放射性含铯废水生成铯榴石，在高效去除废水中铯离子的同时完成铯的有效固化。

Description

一种放射性含铯废水的处理方法
技术领域
本发明属于放射性废物处理技术领域，涉及一种放射性含铯废水的处理方法。
背景技术
随着科技的发展以及人口的快速增长，人类对能源的需求日益猛增。考虑到化石燃料的不可再生性，发展核能是应对目前能源需求的最佳方式。与此同时，核能发展过程中产生了大量放射性废液，必须针对放射性废物提高研究力度，为社会的稳定和发展提供安全保障。
铯是核燃料循环中产生的重要放射性废物，其不仅产量较多，同时具有极易溶于水、易挥发的特点，难于处理，是目前放射性废物处理中一个难以处理的问题。
目前处理含Cs废水通常用水泥、树脂、黏土和沸石等材料，通常采用各种固定技术，如吸附、离子交换和热处理，将放射性核素Cs固定在少量固体废物中。
水泥固化广泛应用于固定中低放射性废液，然而许多实验证明水泥固定Cs有诸多缺陷，如：高孔隙率、低吸附率和较高的铯扩散性。而离子交换树脂作为吸附剂，具有较差的热稳定性以及易受辐射分解产生氢气等一系列问题，需要进一步处理，并不是一个很好的选择。
天然沸石或者合成的分子筛是一种三维具有笼状结构的硅铝酸盐化合物，其表现出较好的抗辐射性能以及对Cs阳离子有较高的吸附性能，是一种潜在的处理水中放射性Cs的优异材料。然而在分子筛吸附或交换上Cs后，必须采取一些措施阻断Cs再次从分子筛上交换出来(当分子筛接触水时，会导致Cs浸出)。通常采用的方法是：将载有Cs的分子筛掺入硼硅酸盐玻璃中，然后用钡阻断分子筛的孔隙，防止Cs的向外扩散。此外，离子交换沸石与Cs可以在不添加固化剂的情况下进行热处理，形成适合在地质处置库中长期处理的玻璃态新相。热诱导转化通常是多步骤过程，其基于热处理，破坏原来沸石结构并形成结构上新的、稳定的无定形的相。无定形玻璃相的形成可安全地封装污染性阳离子，已经有实验证明，这种方法虽然可以大幅度减少Cs的渗透率，但是仍有很大的提升空间。同时，在高温玻璃化的过程中会造成铯的挥发。
发明内容
本发明的目的是提供一种放射性含铯废水的处理方法，以能够较低温度、较低压强下水热处理放射性含铯废水生成铯榴石，在高效去除废水中铯离子的同时完成铯的有效固化。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，所述的处理方法包括如下步骤：
(1)将放射性含铯废水、硅源、铝源、氢氧化钠在水中混合后在搅拌下进行反应，形成溶胶混合物；
(2)将所述的溶胶混合物加入高压反应釜中进行水热反应，得到铯榴石结晶。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(1)中，所述的硅源选自白炭黑、硅溶胶、正硅酸乙酯中的一种或几种。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(1)中，所述的铝源选自氢氧化铝、氯化铝、硝酸铝、偏铝酸钠中的一种或几种。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(1)中，所述的放射性含铯废水中铯含量为1-40000ppm，硅源、铝源、氢氧化钠、放射性含铯废水的质量比为1:0.01-0.6:0.2-1:4-20。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(1)中，所述的反应的温度为0-100℃，时间为10-120min，搅拌转速为100-2000rpm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(2)中，所述的高压反应釜为加入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种放射性含铯废水的处理方法，其中步骤(2)中，所述的水热反应的温度为110-250℃，时间为3-200h，压力为0.2-8Mpa。
本发明的有益效果在于，利用本发明的放射性含铯废水的处理方法，能够较低温度、较低压强下水热处理放射性含铯废水生成铯榴石，在高效去除废水中铯离子的同时完成铯的有效固化。
铯榴石属于方沸石型分子筛，通常被定义为长石类，理想分子式为(Cs,Na)16Al16Si32O96·nH2O，是放射性Cs的潜在最终储存选择之一。因为它具有适当大小的通道，并且在形成后，Cs无法在不破坏它的情况下扩散出去。但常规生成铯榴石的条件过于苛刻，需要在较高温度及较高压强下方可完成转化。而本发明通过使用普通的硅源、铝源以及氢氧化钠，可以使废水中的铯转化为铯榴石，可以极大的减少铯的处置成本。
附图说明
图1为实施例1得到的铯榴石的XRD检测图谱。
图2为实施例1得到的铯榴石的扫描电镜检测图谱。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例1：模拟放射性含铯废水的处理
(1)取白炭黑粉末、氢氧化铝、氢氧化钠溶于铯含量为1000ppm的废水中(质量比白炭黑：氢氧化铝：氢氧化钠：含铯废水＝1:0.5:0.4:13)，经过充分搅拌后(500rpm)在室温下反应120min，形成分布均匀的溶胶。
(2)将步骤(1)得到的溶胶加入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，于150℃、0.5Mpa下进行水热反应48h后停止反应，离心得到铯榴石结晶。
(3)对步骤(2)的水热反应后的残余液进行铯元素定量分析，铯离子残余浓度小于初始铯离子浓度的5％，表明模拟放射性含铯废水中的铯具有较好的去除效果。
(4)取步骤(2)得到的铯榴石结晶样品进行XRD检测(仪器型号：帕纳客锐影，CuKα，电压：40kv，电流：40mA，扫描速度：4°/min，测量角度为10°-80°)与扫描电镜检测，结果分别如图1、图2所示。
由图1可见，生成的铯榴石结晶具有良好的铯榴石结构，与铯榴石XRD标准卡片十分吻合，说明本发明的处理方法可以将放射性含铯废水完全水热转变为铯榴石。
由图2可见，生成的铯榴石结晶具有较好的微观结构，生成的铯榴石呈片状，颗粒清晰，粒径分布均匀。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种放射性含铯废水的处理方法，其特征在于，所述的处理方法包括如下步骤：
(1)将放射性含铯废水、硅源、铝源、氢氧化钠在水中混合后在搅拌下进行反应，形成溶胶混合物；
(2)将所述的溶胶混合物加入高压反应釜中进行水热反应，得到铯榴石结晶，
其中：
步骤(1)中，所述的反应的温度为0-100℃，时间为10-120min，搅拌转速为100-2000rpm，
步骤(2)中，所述的水热反应的温度为110-250℃，时间为3-200h，压力为0.2-8Mpa。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的硅源选自白炭黑、硅溶胶、正硅酸乙酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的铝源选自氢氧化铝、氯化铝、硝酸铝、偏铝酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的放射性含铯废水中铯含量为1-40000ppm，硅源、铝源、氢氧化钠、放射性含铯废水的质量比为1:0.01-0.6:0.2-1:4-20。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的高压反应釜为加入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜。
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