CN115394467A - 一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，它涉及一种处理核废料中铝硅酸盐的方法。本发明为了解决现有核废料中铝硅酸盐处理方法是利用强酸强碱反复浸泡，使其溶解，但这种做法不仅效率低，而且会对乏燃料存储设施造成严重的腐蚀的问题。本发明的具体步骤为：步骤一、制备活化水；步骤二、制备氢氧化钠与硝酸溶液；步骤三、利用步骤二中获得的溶液溶解铝硅酸盐沉淀。本发明属于核废料处理技术领域。

Description

一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法
技术领域
本发明涉及一种处理核废料中铝硅酸盐的方法，属于核废料处理技术领域。
背景技术
核能是一种重要的清洁能源；核电单机组功率大，在非化石能源的消费比重上可以起到关键作用；但核能并非一种完美的能源，核能发电势必要产生带有放射性的核废料；核燃料在反应堆内“燃烧”后形成的废料称为“乏燃料”。目前，我国早期投入运行的多台核电机组已处于堆水池饱和或即将饱和的困境，乏燃料离堆贮存的需求十分紧迫。我国乏燃料产生和外运需求量逐年递增，乏燃料累积外运量几乎每5年增加一倍。核能的发展势在必行，核废料的处理也迫在眉睫；乏燃料在存放的过程中会产生固体相的多孔层，多孔层的主要成分是水铝硅酸盐。通常处理这种微溶性水铝硅酸盐沉积物是使用氢氧化钠溶液和浓硝酸溶液在80～90℃下进行分解。然而，存放乏燃料的容器是用于储存碱性溶液和沉淀物的，在容器内使用浓硝酸溶液是不适宜的。因此，铝硅酸盐的处理成了一个令核工作者头疼的大问题。工作者们不仅要注意所添加试剂的浓度与剂量以及容器壁所能承受的最大限度，还要考虑到对环境的影响，环境的最大承受限度等外部因素。活化水是一种由流体机械处理而改性的水。水中因水力空化产生的空化微泡破裂而形成的高压，高温场会使水产生机械热解现象。机械化学反应在水中形成H2、O2、H2O2、HNO3和OH-。同时,由于破坏形成游离氢键，产生化学发光现象，使水的导电率、表面张力、含氧量和PH值发生变化。以上特性通常可以维持7～10天，可以在工业过程中使用。同时，活化水的性质也与机械处理的具体情况有关。铝硅酸盐的传统处理方法是利用强酸强碱反复浸泡，使其溶解。但这种做法不仅效率低，而且会对乏燃料存储设施造成严重的腐蚀。
发明内容
本发明为解决现有核废料中铝硅酸盐处理方法是利用强酸强碱反复浸泡，使其溶解，但这种做法不仅效率低，而且会对乏燃料存储设施造成严重的腐蚀的问题，进而提出一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述方法的具体步骤如下：
步骤一、制备活化水；
步骤二、制备氢氧化钠与硝酸溶液；
步骤三、利用步骤二中获得的溶液溶解铝硅酸盐沉淀。
进一步的，步骤一中水力空化器在10000转/分钟的状态下，运行15分钟获得活化水。
进一步的，步骤二中利用步骤一得到的活化水配制100g/L氢氧化钠和40g/L硝酸溶液。
进一步的，步骤三中溶解铝硅酸盐沉淀的步骤为：
步骤A、将铝硅酸盐沉淀放入氢氧化钠溶液中搅拌，然后过滤；
步骤B、向步骤A中获得的滤液中加入硝酸溶液搅拌，然后过滤；
步骤C、重复步骤A、步骤B两次。
进一步的，步骤A中氢氧化钠溶液质量是铝硅酸盐沉淀质量的2.5倍。
进一步的，步骤B中硝酸溶液的体积与步骤A中氢氧化钠溶液体积相同。
进一步的，步骤A和步骤B中搅拌的时间均为45分钟。
进一步的，步骤A中和步骤B中均采用磁力搅拌器进行搅拌，且搅拌速度为800转/分钟。
本发明的有益效果是：
1、本发明相对于传统处理方法，所用试剂浓度更小，沉淀溶解效率更高，安全绿色，减少污染；
2、相较于传统方法用浓硝酸、浓氢氧化钠溶液对难溶物进行反复冲洗，本方法使用活化水作为制备溶液的承载相，利用较低浓度的酸碱达到溶解效果，减少了乏燃料容器壁的损伤，并且溶解速率更高，更均匀高效地提取并溶解沉积物；
3、本发明成本大幅降低：加入活化水后，铝硅酸盐沉淀的溶解效率大幅提高，在较低酸碱浓度下，活化水仍有较高的溶解效率，可以减少酸碱的使用量，同时降低对容器的要求；
4、本发明节省工序：实验结果表明，在加入活化水后，处理后的残渣质量更早趋于稳定，有效减少了处理次数；
5、本发明溶解效果更好：在等浓度的情况下，使用活化水溶解的铝硅酸盐量明显高于传统方法，溶解更加彻底；
6、本发明从改变溶剂的角度提高了对铝硅酸盐沉淀的溶解效率，使用了成本较低但理化性质优秀的活化水，在保证成本的情况下显著提高了溶解效率，同时可以在此基础上改变酸碱配比或成分来达到更好的溶解效果，具有一定的创新意义。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、制备活化水；
步骤二、制备氢氧化钠与硝酸溶液；
步骤三、利用步骤二中获得的溶液溶解铝硅酸盐沉淀。
具体实施方式二：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤一中水力空化器在10000转/分钟的状态下，运行15分钟获得活化水。
具体实施方式三：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤二中利用步骤一得到的活化水配置100g/L氢氧化钠和40g/L硝酸溶液。
具体实施方式四：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤三中溶解铝硅酸盐沉淀的步骤为：
步骤A、将铝硅酸盐沉淀放入氢氧化钠溶液中搅拌，然后过滤；
步骤B、向步骤A中获得的滤液中加入硝酸溶液搅拌，然后过滤；
步骤C、重复步骤A、步骤B两次。
具体实施方式五：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤A中氢氧化钠溶液质量是铝硅酸盐沉淀质量的2.5倍。
具体实施方式六：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤B中硝酸溶液的体积与步骤A中氢氧化钠溶液体积相同。
具体实施方式七：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤A和步骤B中搅拌的时间均为45分钟。
具体实施方式八：本实施方式所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法的步骤A中和步骤B中均采用磁力搅拌器进行搅拌，且搅拌速度为800转/分钟。
实施例
实施例一：
本实验选用水泥模拟核废料中难溶硅铝酸盐成分
步骤一：称出大约2g的水泥固体放入烧杯中，用电子秤进行称重，记录下原始水泥质量；将坩埚放置在电子秤上记录坩埚质量。
步骤二：配置溶液，用量筒量取适量浓硝酸，加使用水力空化器在10000转/分钟的情况下，空化15分钟的活化水配置40g/L的硝酸溶液，用电子天平称量适量氢氧化钠固体，配置100g/L的氢氧化钠溶液。
步骤三：将10mL100g/L的氢氧化钠溶液加入水泥中，将固液混合物放置在磁力搅拌器上以约800转/分钟转速进行搅拌。
步骤四：搅拌45min后将烧杯取出，取出其中磁子，使用抽滤的方法将烧杯中固液混合物分离，待抽滤完毕将固态物质连同滤纸(实验中使用定量滤纸)一起取下放入坩埚中，放入烘干器进行烘干。
步骤五：将坩埚取出，放入950℃的马弗炉中灼烧，烧制恒重后将坩埚取出，放置至室温，将坩埚放置在电子秤上称量，计算固体净重并记录。计算实验过程中硅铝酸钠反应质量并记录。
步骤六：将10mL 40g/L的硝酸溶液加入水泥中，将固液混合物放置在磁力搅拌器上以约800转/分钟转速进行搅拌。
步骤七：搅拌45min后将烧杯取出，取出其中磁子，使用抽滤的方法将烧杯中固液混合物分离，待抽滤完毕将固态物质连同滤纸(实验中使用定量滤纸)一起取下放入坩埚中，放入烘干器进行烘干。
步骤八：将坩埚取出，放入950℃的马弗炉中灼烧，烧制恒重后将坩埚取出，放置至室温，将坩埚放置在电子秤上称量，计算固体净重并记录。计算实验过程中硅铝酸钠反应质量并记录。
步骤九：重复上述步骤三到步骤八两次并记录实验数据
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：所述一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、制备活化水；
步骤二、制备氢氧化钠与硝酸溶液；
步骤三、利用步骤二中获得的溶液溶解铝硅酸盐沉淀。
2.根据权利要求1所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤一中水力空化器在10000转/分钟的状态下，运行15分钟获得活化水。
3.根据权利要求1所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤二中利用步骤一得到的活化水配置100g/L氢氧化钠和40g/L硝酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤三中溶解铝硅酸盐沉淀的步骤为：
步骤A、将铝硅酸盐沉淀放入氢氧化钠溶液中搅拌，然后过滤；
步骤B、向步骤A中获得的滤液中加入硝酸溶液搅拌，然后过滤；
步骤C、重复步骤A、步骤B两次。
5.根据权利要求4所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤A中氢氧化钠溶液质量是铝硅酸盐沉淀质量的2.5倍。
6.根据权利要求4所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤B中硝酸溶液的体积与步骤A中氢氧化钠溶液体积相同。
7.根据权利要求4所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤A和步骤B中搅拌的时间均为45分钟。
8.根据权利要求4所述的一种利用空化活化水处理核废料中铝硅酸盐的方法，其特征在于：步骤A中和步骤B中均采用磁力搅拌器进行搅拌，且搅拌速度为800转/分钟。
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贾德昌;何培刚;苑景坤;王睿飞;: "铝硅酸盐聚合物及其复合材料研究进展" *

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