CN113466086B - 堆积密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的堆积密度测量方法 - Google Patents

堆积密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的堆积密度测量方法 Download PDF

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Abstract

一种堆积密度测量方法，包括以下步骤：测量待测样品从第一位置下落到第二位置的过程中受到的阻力，测量第一位置和第二位置之间的高度差，根据待测样品的重力、阻力和高度差获得待测样品从第一位置下落到第二位置得到的能量W1；测量待测样品被振动一次、在振动过程受到的振动作用力，根据待测样品的重力、振动经历的距离和振动作用力获得待测样品被振动一次得到的能量W2；根据能量W1和能量W2，计算振动次数；根据振动次数振动待测样品，振动结束后，测量待测样品的体积；根据待测样品的质量和体积，计算待测样品的堆积密度。上述堆积密度测量方法，可应用于煅烧产物的堆积密度测量，以提高测量的准确性。

Description

堆积密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的堆积密度测量 方法
技术领域
本申请实施例涉及堆积密度技术领域，具体涉及一种堆积密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的堆积密度测量方法。
背景技术
对于颗粒状或粉末状物料，堆积密度的定义包括两种：一种是松散堆积密度，是指物料在自然堆积状态下单位体积的质量；另一种是振实堆积密度，是指物料在自然堆积状态下经外力作用后在紧密堆积状态下单位体积的质量。
乏燃料后处理产生的放射性废液具有比活度高、释热率高、含核素半衰期长和化学成分复杂等特点，如何安全有效地处理放射性废液是影响核事业可持续发展的重要因素之一。近年来，玻璃固化工艺已用于处理放射性废液。玻璃固化工艺先通过煅烧对放射性废液进行预处理，使其转化为氧化物(称之为煅烧产物)，再将其与玻璃基材按一定配比在熔炉中混合、熔融、浇注，经退火后使放射性核素固定在玻璃网络中形成稳定的玻璃固化体。
放射性废液经煅烧工艺获得煅烧产物，煅烧工艺是指将放射性废液与添加剂按一定配比进行蒸发脱硝、干燥浓缩、除去挥发性组分(水和硝酸)得到的金属盐在高温条件下煅烧，金属盐中的不挥发氧化物进一步分解转变，得到非均质的含裂变产物、锕系元素和腐蚀产物的固相煅烧产物体系。
在玻璃固化的连续工艺中，煅烧产物将从煅烧设备掉落至位于其下方的储料仓中，位于储料仓中的煅烧产物具有堆积密度，而测量储料仓中的煅烧产物的堆积密度对于储料仓的设计具有指导意义。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提出一种堆积密度测量方法，包括以下步骤：测量所述待测样品从第一位置下落到第二位置的过程中受到的阻力，测量所述第一位置和所述第二位置之间的高度差，根据所述待测样品的重力、所述阻力和所述高度差获得所述待测样品从所述第一位置下落到所述第二位置得到的能量W1；测量所述待测样品被振动一次、在所述振动过程受到的振动作用力，根据所述待测样品的重力、所述振动经历的距离和所述振动作用力获得所述待测样品被振动一次得到的能量W2；根据所述能量W1和所述能量W2，计算振动次数；根据所述振动次数振动所述待测样品，振动结束后，测量所述待测样品的体积；根据所述待测样品的质量和所述体积，计算所述待测样品的堆积密度。
附图说明
图1是本申请实施例进行堆积密度测量的场景图；
图2是本申请一个实施例的堆积密度测量方法的流程示意图；
图3是本申请一个实施例的振动待测样品的流程示意图；
图4是本申请一个实施例测量待测样品的体积的流程示意图；
图5(a)是图4的方法中待测样品在振动前后处于测量容器中的示意图；
图5(b)是图4的方法中待测样品在振动之后处于测量容器中的示意图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
请参阅图1至5，以待测样品为放射性废液经煅烧后的煅烧产物(以下简称煅烧产物)为例，对本申请的技术方案进行描述。
在玻璃固化工艺中，煅烧产物从煅烧设备中生成后首先进入储存料仓中暂存，储存料仓的尺寸与煅烧产物的堆积密度息息相关，通过测量煅烧产物的堆积密度，能够为储存料仓的设计提供依据或参考。
在实际工况中，煅烧设备和储存料仓之间存在高度差，煅烧产物从煅烧设备中掉落至储存料仓中，煅烧产物在掉落过程中会受到重力作用，当其进入储存料仓后，其并非处于自然堆积状态，此时若采用针对自然堆积状态的物料的测量方法，将影响测量的准确性。
而对于测量物料经外力作用后在紧密堆积(这里用于区别于自然堆积)状态下的堆积密度，其流程通常为借助外力对物料进行振动，直至物料的体积不再发生变化(或不发生明显的变化)之后，测量物料的体积，然后计算该状态下的物料的堆积密度。
对于本申请的煅烧产物而言，其从煅烧设备掉落至储存料仓的过程，与上述借助外力振动物料(以提高物料之间的紧密程度)的过程存在差别，使用上述方法测量煅烧产物的堆积密度同样存在误差。
根据本申请待测样品的应用场景，本申请实施例提出一种操作简单、测量准确性高的堆积密度的测量方法。当然，待测样品也可以是其他物料，具有与上述煅烧产物相似的场景/状态即可，在此不作限定。
如图1所示，待测样品从第一位置10下落至第二位置20获得的堆积状态，可通过转换为利用外力对待测样品进行作用以获得相同的堆积状态，从而能够较轻松地测量待测样品的体积，进而得到堆积密度。
图2示出了本申请一个实施例的堆积密度测量方法的流程示意图。
堆积密度测量方法，包括以下步骤：
101、测量待测样品从第一位置下落到第二位置的过程中受到的阻力，测量第一位置和第二位置之间的高度差，根据待测样品的重力、阻力和高度差获得待测样品从第一位置下落到第二位置得到的能量W1。
结合图1，待测样品从第一位置10下落到第二位置20，待测样品的重力对其做功，使得待测样品下落至第二位置20时具有一定的堆积状态。例如，待测样品在第一位置10时具有自然的堆积状态，在第二位置20时的堆积状态相比在自然堆积状态下更紧密，此时可能具有相比前者更小的外观体积。
待测样品例如是上述描述的煅烧产物。第一位置10例如是煅烧设备所在的位置/高度，煅烧设备例如是煅烧炉。第二位置20例如是储存料仓所在的位置/高度。
通过计算待测样品从第一位置下落到第二位置得到的能量W1(即样品所受的力做的功)，可为后续模拟待测样品的真实堆积状态提供依据。
可通过如下公式计算能量W1：
W1＝(G1-F1)×H (1)
公式(1)中，G1为待测样品的重力，N(牛顿)，F1为待测样品在下落过程中所受空气阻力，N(牛顿)；H为第一位置和第二位置之间的高度差，m。
接下来，利用振动操作来改变待测样品的堆积状态，以模拟在实际工况中待测样品所达到的堆积状态。
首先，获取待测样品被外力振动时的参数。
如图2所示，步骤103、测量待测样品被振动一次、在振动过程受到的振动作用力，根据待测样品的重力、振动经历的距离和振动作用力获得待测样品被振动一次得到的能量W2。
其中，这里所描述的待测样品在被振动之前处于自然堆积状态。利用外力振动待测样品以减少样品颗粒之间的间隙使得样品的堆积变得紧实，这样操作的好处在于振动过程中各参数容易获得，因而容易计算堆积密度。
待测样品被振动一次得到的能量W2可以理解为待测样品在振动过程中所受到的力对其做的功。
步骤105、根据能量W1和能量W2，计算振动次数。
通过比较能量W1和能量W2，使两者保持一致，从而有效模拟待测样品的真实状况。
可以理解的是，能量W2小于等于能量W1。因此可通过多次振动待测样品来改变其堆积状态，直至振动结束时，待测样品的堆积状态与步骤101中其处于第二位置20时的堆积状态相同。
可通过如下公式计算振动次数：
Figure BDA0003124226850000051
公式(2)中，n为振动次数；W1为待测样品从第一位置下落到第二位置得到的能量；W2为待测样品被振动一次得到的能量。
步骤107、根据振动次数振动待测样品，振动结束后，测量待测样品的体积。
可以理解的是，待测样品在被振动之前处于自然堆积状态。在经过n次振动之后，待测样品的堆积状态达到步骤101中其处于第二位置20时的堆积状态。此时测量所得的待测样品的体积即为待测样品在实际场景中的体积。
步骤109、根据待测样品的质量和体积，计算待测样品的堆积密度。
通过如下公式计算待测样品的堆积密度：
Figure BDA0003124226850000061
公式(3)中，ρ为待测样品的堆积密度，g/m3；m为待测样品的质量，g；V为待测样品的体积，m3。
图3示出了本申请一个实施例振动待测样品的流程示意图。
步骤1071、将待测样品置于测量容器中，置于测量容器中的待测样品具有第一表面，第一表面远离测量容器的底部。
煅烧产物呈颗粒状或粉末状，为了便于测量，使用测量容器容纳待测样品。结合图1，测量容器30例如为一量筒。当然，还可以使用其他容器来容纳待测样品，以提供振动的操作条件。
步骤1072、使第一表面平行于水平面，然后振动放置有待测样品的测量容器。
在振动样品之前，可轻微晃动量筒30使样品的第一表面呈水平状态，这样不仅有利于测量样品的体积，还便于在振动之后通过肉眼观察样品的体积的变化。
通过振动改变待测样品的堆积状态，表现为样品在振动前后(外观)体积的变化。待测样品的体积测量的准确性是影响堆积密度测量的重要因素之一。
图4示出了本申请一个实施例测量待测样品的体积的流程示意图。
步骤1073、振动开始之前，将待测样品置于测量容器中；
步骤1074、振动结束之后，位于测量容器中的待测样品具有第二表面，测量第二表面对应的刻度数，以获得待测样品的体积。
结合图5(a)，在振动样品之前，使用测量容器容纳待测样品。测量容器30例如为一量筒。振动结束之后，待测样品在量筒30中具有第二表面302。量筒30的外壁上例如能够显示刻度数，通过准确读取第二表面302对应的刻度数，即可获得待测样品的体积。
在其他实施例中，可采用其他方法测量振动之后的待测样品的体积。
在一些实施例中，还可通过测量振动开始之前，待测样品在量筒30中的第一表面301对应的刻度数，在振动结束之后，通过比较第一表面301对应的刻度数和第二表面302对应的刻度数来检验振动的有效性。
在一些情况下，第二表面302并非是呈水平面的方向，此时可通过计算平均值来获得第二表面302对应的刻度数。
如图5(b)所示，当第二表面302具有类似的情况时，可根据第二表面的最高点对应的刻度数和最低点对应的刻度数来计算第二表面对应的刻度数。当然，还可以使用其他测量和计算方法，如选取多个测量的点，测量多组数据，再求平均值，本申请实施例不作限定。
当通过测量容器容纳待测样品时，测量待测样品在振动过程涉及的参数包括待测样品在振动过程中受到的振动作用力、振动一次所经历的距离和测量容器的重力等。此时可通过如下公式计算W2：
W2＝(G1+G2+F2)×f (4)
公式(4)中，G1为待测样品的重力，N(牛顿)；G2为测量容器的重力，N(牛顿)；F2为振动一次过程中待测样品受到的振动作用力，N(牛顿)；f为振动一次所经历的距离，m。
上述公式(4)为忽略待测样品在振动过程中受到空气阻力的情况。也可以根据实际情况进行调整。
其中，图1中仅示意出振动作用力F2的方向。在一些实施例中，振动作用力F2的大小可利用压力传感器测量。需要说明的是，振动作用力F2的大小也可以通过其他方法测量。
在一些实施例中，振动待测样品可以是通过仪器自动实现，或者通过人工操作实现。例如采用振动仪来振动待测样品。振动仪可与图1中的测量容器30连接，在接通电源后振动仪进行振动待测样品。振动之前，可预先设好程序，如设定振动的次数，振动一次所经历的距离等，由此振动开始之后，振动仪自动完成预设次数的振动。振动一次所经历的距离f也可以称之为振幅，其可以是与振动仪的规格、型号等相关的参数，其例如具有恒定的数值。
由上可知，本申请只需预先确定振动次数，即能够方便地对待测样品进行振动，以此来模拟实际情况中的样品的状态，从而能够轻松测定样品的堆积密度，并且振动操作容易实现和控制，可提高模拟的效果。
可选地，当利用压力传感器测量振动作用力F2时，可将压力传感器设于振动仪或测量容器上有助于进行测量的位置，以提供更接近真实情况的测量结果。
进一步，当待测样品为前述煅烧产物时，由于煅烧产物表面多孔，当其暴露于空气中时，容易吸收空气中的水分，因此在测量过程中应尽可能提供隔绝空气的条件，避免影响测量的准确性。
在一些实施例中，振动待测样品之前，先干燥待测样品。待测样品从取样到进行测量之前，若一直暴露于空气中，将很容易吸收空气中的水分，此步骤可降低待测样品因吸收空气中的水分对测量造成的不利影响。
在一些实施例中，振动待测样品之前，密封待测样品。如图1，当使用测量容器容纳待测样品时，将待测样品置于测量容器之后，对测量容器进行密封，以隔绝空气，避免振动过程中待测样品吸收空气中的水分，对待测样品的实际重量和体积造成测量误差。
可以理解的是，待测样品从取样到转移至测量容器中的过程，也可以提供隔绝空气的条件，从而进一步降低不利因素，提高待测样品堆积密度测量的准确性，使测量结果更接近真实情况。
根据本申请实施例的测量待测样品的堆积密度的方法，具有如下有益效果：
利用振动操作来模拟煅烧产物的真实堆积状态，可提高煅烧产物堆积密度测量的准确性。
通过测量煅烧产物的堆积密度，有利于为储存料仓的设计提供依据或参考。
另外，上述步骤的编号不用于对步骤实施的顺序限定。
根据本申请实施例的堆积密度测量方法，适用于测量放射性废液经煅烧得到的煅烧产物的堆积密度。当然，也适用于测量与本申请的煅烧产物具有相似应用场景的待测样品的堆积密度。
对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种堆积密度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量待测样品从第一位置下落到第二位置的过程中受到的阻力，测量所述第一位置和所述第二位置之间的高度差，根据所述待测样品的重力、所述阻力和所述高度差获得所述待测样品从所述第一位置下落到所述第二位置得到的能量W1；
测量所述待测样品被振动一次、在所述振动的 过程受到的振动作用力，根据所述待测样品的重力、所述振动经历的距离和所述振动的 作用力获得所述待测样品被振动一次得到的能量W2；
根据所述能量W1和所述能量W2，计算振动次数；
根据所述振动次数振动所述待测样品，振动结束后，测量所述待测样品的体积；
根据所述待测样品的质量和所述体积，计算所述待测样品的堆积密度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
振动所述待测样品之前，干燥所述待测样品。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
振动所述待测样品之前，密封所述待测样品。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，
振动所述待测样品包括：
将所述待测样品置于测量容器中，置于所述测量容器中的所述待测样品具有第一表面，所述第一表面远离所述测量容器的底部；
使所述第一表面平行于水平面，然后振动放置有所述待测样品的所述测量容器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
利用振动仪振动所述待测样品。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
通过人工振动所述待测样品。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
测量所述待测样品的体积包括：
振动开始之前，将所述待测样品置于测量容器中；
振动结束之后，位于所述测量容器中的所述待测样品具有第二表面，测量所述第二表面对应的刻度数，以获得所述待测样品的体积。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
根据所述第二表面的最高点对应的刻度数和最低点对应的刻度数计算所述第二表面对应的刻度数。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
利用如下公式计算所述能量W2：
W2＝(G1+G2+F2)×f
其中，G1为所述待测样品的重力，G2为所述测量容器的重力，F2为振动一次过程中所述待测样品受到的振动作用力，f为振动一次所经历的距离。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
利用压力传感器测量所述振动作用力F2的大小。
11.一种放射性废液的煅烧产物的堆积密度测量方法，使用如权利要求1-10中任一项所述的方法。
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