CN115762842A - 一种混合澄清槽界面污物处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合澄清槽界面污物处理方法及系统，属于核燃料后处理领域。所述混合澄清槽界面污物处理方法，通过顶槽操作将界面污物输送至最后一级混合澄清槽并分离有机相，然后将含界面污物的料液自最后一级混合澄清槽输送至第一级混合澄清槽的有机相入口返回混合澄清槽，通过混合澄清槽内泵轮的搅拌作用将界面污物打散，以将放射性物质重新溶解于料液当中。本发明利用混合澄清槽原位处理界面污物+回收放射性元素，可显著降低界面污物的放射性累积，减缓有机溶剂的辐照损伤，操作简单，无需额外的处理设备。

Description

一种混合澄清槽界面污物处理方法及系统
技术领域
本发明涉及核燃料后处理领域，具体涉及一种混合澄清槽界面污物处理方法及系统。
背景技术
核设施内通常使用混合澄清槽实现液-液萃取分离。混合澄清槽通常由多级串联组成，每级混合澄清槽包括混合室和澄清室，以进行多级萃取。例如用于反萃取时，通过有机相入口向第一级混合澄清槽的混合室通入有机相，与从下一级混合澄清槽的澄清室流入的水相料液接触，通过混合室内的泵轮搅拌混合，利用水相料液溶解和回收有机相中的放射性物质，然后混合相流入第一级混合澄清槽的澄清室内沉降分层，回收放射性元素的料液从水相出口排出，有机相进入第二级混合澄清槽的混合室再次与从第三级澄清室内进入的水相混合萃取，直到有机相逐级流动至最后一级混合澄清槽的混合室与水相进料接触萃取后，在最后一级混合澄清槽的澄清室完成分层后从有机相出口排出。
但是由于料液中的放射性物质发出的α、β、γ射线使得有机溶剂发生辐照降解，生成一系列的降解产物和络合物。此外料液中含有硝酸和亚硝酸等化学试剂，可使有机相发生化学降解，并加速有机相的辐照降解速度。DBP(磷酸二丁酯)、MBP(磷酸一丁酯)、TBP(磷酸三丁酯)、H3PO4等有机相降解产物与料液中锆、铁等元素生成稳定的化合物，而形成界面污物。由于界面污物对放射性核素U、Pu的固定能力大于料液对U、Pu的固定能力，所以会造成U、Pu元素的损失。界面污物形成于每级澄清室内，位于有机相与水相之间，尽管大部分水相和有机相从各自出口排出，但始终留有一段水相和有机相，使得界面污物仍然停留在澄清室内，且被束缚在有机相与水相之间，无法得到有效的处理。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服混合澄清槽内界面污物造成放射性元素损失，无法有效处理的缺陷，从而提供一种混合澄清槽界面污物处理方法，以及一种混合澄清槽界面污物处理系统。
本发明的技术方案：
一种混合澄清槽界面污物处理方法，首先对混合澄清槽进行顶槽处理使有机相以及剩余的含界面污物的料液先后从最后一级混合澄清槽排出，然后将含界面污物的料液从第一级混合澄清槽的有机相入口返回到混合澄清槽内，通过混合澄清槽内的泵轮将界面污物破碎打散，用于使吸附在界面污物中的放射性元素重新溶解于料液中。
所述混合澄清槽由多级串联组成，每级混合澄清槽包括混合室和澄清室，每级所述混合室内设置泵轮；所述顶槽处理时，通过水相进料将界面污物从第一级混合澄清槽输送至最后一级混合澄清槽中并累积，期间通过最后一级混合澄清槽的有机相出口排出有机相。
优选的，顶槽处理时，关闭有机相进料管线以停止有机相进料，关闭水相出料管线以停止水相出料，保持水相进料管线进料，保持有机相出料管线出料。
含界面污物的料液通过每级混合室内的泵轮逐级进行搅拌。
泵轮单位体积输入功率为600～5000W/m3，搅拌转速为100rpm以上，优选为100～800rpm；每级泵轮的搅拌时间为0.5～2h。
在含界面污物的料液进行搅拌处理期间，水相进料管线、水相出料管线、有机相进料管线以及有机相出料管线均关闭。
顶槽结束后，通过流体输送装置将含界面污物的料液从最后一级混合澄清槽输送至第一级混合澄清槽的有机相入口返回到混合澄清槽中。
所述放射性元素包括U和/或Pu。
一种混合澄清槽界面污物处理系统，用于所述的一种混合澄清槽界面污物处理方法，包括混合澄清槽，最后一级混合澄清槽通过污物返回管线与第一级混合澄清槽的有机相入口连通。
所述混合澄清槽由多级串联组成；每级混合澄清槽包括混合室和澄清室；最后一级混合澄清槽的混合室与水相进料管线连通，最后一级混合澄清槽的澄清室与有机相出料管线连通；第一级混合澄清槽的混合室与有机相进料管线连通；第一级混合澄清槽的澄清室与水相出料管线连通；最后一级混合澄清槽的澄清室通过所述污物返回管线与所述第一级混合澄清槽的有机相进料管线连通。
流体输送装置设置在污物返回管线上；所述流体输送装置为离心泵、蒸汽喷射泵中任一种，料液输送能力为1～10m3/h。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供了一种混合澄清槽界面污物处理方法，首先进行顶槽处理，以分离有机相，并将剩余的含界面污物的料液累积至最后一级混合澄清槽。与存在有机相时界面污物被“限制”在有机相与水相的界面、很难处理不同，由于有机相已分离出去，顶槽后获得的料液主要成分为水相，使得界面污物“脱离了”界面束缚，因而将含界面污物的料液返回混合澄清槽进行自循环的过程中，通过混合澄清槽内自带的大功率泵轮的搅拌很容易将界面污物破碎打散，使界面污物包裹、吸收或络合的含放射性元素的放射性物质重新溶解于料液当中，实现界面污物的减容，同时回收放射性元素。综上，本发明利用混合澄清槽原位处理界面污物+回收放射性元素，可显著降低界面污物的放射性累积，减缓有机溶剂的辐照损伤，操作简单，无需额外的处理设备。
2、混合澄清槽为多级，顶槽时，通过将有机相进料管线、水相出料管线关闭，保持水相进料管线和有机相出料管线开启，从而通过水相进料将每级混合澄清槽的澄清室内的油相顶出，并从第一级混合澄清槽逐级累积至最后一级混合澄清槽，最后通过最后一级混合澄清槽连接的有机相出料管线排出，以分离有机相，而剩下的界面污物随水相料液从第一级混合澄清槽逐级输送至最后一级混合澄清槽并累积，从而减少界面污物留存死角，便于集中排污。
3、利用每级混合室内自带的泵轮多次循环进行搅拌，可提升放射性元素回收率以及界面污物的减容效果。
4、泵轮单位体积输入功率为600～5000W/m3，搅拌转速为100rpm以上，优选为100～800rpm；每级泵轮的搅拌时间为0.5～2h。转速在100～800rpm范围内时可通过提升泵轮功率提升搅拌转速，以提升放射性元素回收率以及界面污物的减容效果，转速大于800rpm以后效果趋于平稳。
5、用作常规萃取设备的混合澄清槽具有料液进出，但在对含界面污物的料液在混合澄清槽进行逐级搅拌处理过程中，通过将水相进料、水相出料、有机相进料以及有机相出料均关闭，没有料液进出，使得混合澄清槽单纯用于处理界面污物。
7、本发明的一种混合澄清槽界面污物处理系统，将最后一级混合澄清槽与第一级混合澄清槽的有机相入口在外部通过污物返回管线连通，从而，将顶槽处理时在最后一级混合澄清槽累积的含界面污物的料液经污物返回管线返回至混合澄清槽，进而通过泵轮进行搅拌处理。该系统可远程控制，能够满足厂房清洁和人员辐射防护要求。
8、所述流体输送装置为离心泵、蒸汽喷射泵中任一种，料液输送能力为1～10m3/h，以抽吸力强的流体输送装置提供动力输送料液，减少排放时间并缩短停车过程，设备可靠稳定免维修，降低人员介入频次。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种混合澄清槽界面污物处理系统的主视示意图。
附图标记：1-混合澄清槽、11-第一级混合澄清槽、19-最后一级混合澄清槽、2-流体输送装置、3-有机相进料管线、4-水相出料管线、5-有机相出料管线、6-水相进料管线、7-污物返回管线。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种混合澄清槽界面污物处理系统，包括混合澄清槽1，所述混合澄清槽1由九级串联组成。最后一级混合澄清槽19通过污物返回管线7与第一级混合澄清槽11的有机相入口连通。每级混合澄清槽包括混合室和澄清室，混合室内设置泵轮。泵轮单位体积输入功率可在600～5000W/m3范围内调节。
最后一级混合澄清槽19的混合室与水相进料管线6连通，最后一级混合澄清槽19的澄清室与有机相出料管线5连通；第一级混合澄清槽11的混合室与有机相进料管线3连通；第一级混合澄清槽11的澄清室与水相出料管线4连通。污物返回管线7的吸入口伸入至最后一级混合澄清槽19的澄清室内部，污物返回管线7的末端接入有机相进料管线3，以与第一级混合澄清槽11的有机相入口连通。
该系统还包括流体输送装置2，所述流体输送装置2设置在污物返回管线7上；具体的，所述流体输送装置2为离心泵，料液输送能力为1～10m3/h。
上述一种混合澄清槽界面污物处理系统的工作流程如下：
(1)顶槽。关闭有机相进料管线3以停止有机相进料，关闭水相出料管线4以停止水相出料，保持水相进料管线6进料，保持有机相出料管线5出料。对混合澄清槽1进行顶槽处理，把界面污物从第一级混合澄清槽11逐级向最后一级混合澄清槽19输送并在该级累积，期间，最后一级混合澄清槽19的澄清室内沉降的有机相从有机相出料管线5排出，以分离有机相；当最后一级混合澄清槽19的澄清室内界面到达污物返回管线7吸入口时，顶槽结束，关闭水相进料管线6、有机相出料管线5。
(2)料液输送。开启流体输送装置2，将含界面污物的料液从最后一级混合澄清槽19的澄清室通过污物返回管线7输送至有机相进料管线3，并返回第一级混合澄清槽11内；输送完成后关闭流体输送装置2。
(3)泵轮搅拌溶解。利用每级混合澄清槽1的混合室内泵轮的料液输运作用，使界面污物随料液由第一级混合澄清槽11逐级流至最后一级混合澄清槽19，在此过程中，利用泵轮的搅拌作用将界面污物中的放射性元素重新溶解于料液当中。
实施例2
一种混合澄清槽界面污物处理方法，采用实施例1所述的一种混合澄清槽界面污物处理系统，工作流程如下：关闭有机相进料管线3进料，关闭水相出料管线4出料，保持水相进料管线6进料，保持有机相出料管线5出料，对混合澄清槽1进行顶槽处理，以把界面污物从第一级混合澄清槽11逐级顶入下一级，并累积至最后一级混合澄清槽19，期间将有机相从有机相出料管线5出料；待最后一级混合澄清槽19的澄清室的界面到达污物返回管线7吸入口时，顶槽结束。关闭水相进料管线6、有机相出料管线5，开启流体输送装置2，将界面污物从最后一级混合澄清槽19输送至有机相进料管线3并返回混合澄清槽1内，输送完成后关闭流体输送装置2。开启泵轮，调节泵轮功率使得泵轮维持转速150～250rpm，保持每级泵轮0.5～2h的搅拌时间，以利用每级混合澄清槽的混合室内泵轮对界面污物进行破碎打散，使得界面污物中的放射性元素重新溶解于料液当中，待界面污物输送至最后一级混合澄清槽19并搅拌后关闭泵轮。含界面污物的料液在最后一级混合澄清槽19的澄清室内沉降、分层，顶部的污物排出；溶解了放射性元素的料液从水相出料管线4排出，其可通过水相进料管线6返回混合澄清槽1进行回收利用。
量取最后一级混合澄清槽19的澄清室内界面污物厚度，由搅拌处理前的18～20mm减至8～12mm。
实施例3
一种混合澄清槽界面污物处理方法，采用实施例1所述的一种混合澄清槽界面污物处理系统，工作流程如下：关闭有机相进料管线3进料，关闭水相出料管线4出料，保持水相进料管线6进料，保持有机相出料管线5出料，对混合澄清槽1进行顶槽处理，以把界面污物从第一级混合澄清槽11逐级顶入下一级，并累积至最后一级混合澄清槽19，期间将有机相从有机相出料管线5出料；待最后一级混合澄清槽19的澄清室的界面到达污物返回管线7吸入口时，顶槽结束。关闭水相进料管线6、有机相出料管线5，开启流体输送装置2，将界面污物从最后一级混合澄清槽19输送至有机相进料管线3并返回混合澄清槽1内，输送完成后关闭流体输送装置2。开启泵轮，在实施例2的基础上调节泵轮输入功率将每级泵轮转速调高至350～600rpm，增强搅拌强度，保持每级泵轮0.5～2h的搅拌时间，以利用每级混合澄清槽的混合室内泵轮对界面污物进行破碎打散，使得界面污物中的放射性元素重新溶解于料液当中，待界面污物输送至最后一级混合澄清槽19并搅拌后关闭泵轮。含界面污物的料液在最后一级混合澄清槽19的澄清室内沉降、分层，顶部的污物排出，溶解了放射性元素的料液返回混合澄清槽1进行回收利用。
量取最后一级混合澄清槽19的澄清室内界面污物厚度，由搅拌处理前的18～20mm减至6～10mm。
应用例
将实施例2-3的混合澄清槽界面污物处理方法应用在TBP/煤油-UO2(NO3)2-HNO3体系下。测量搅拌处理前后取界面污物中U含量，得出U回收率为65％～80％。
所述回收率计算方法为：回收率＝(处理前界面污物中U含量-处理后界面污物中U含量)/处理前界面污物中U含量。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种混合澄清槽界面污物处理方法，其特征在于，首先对混合澄清槽进行顶槽处理使有机相以及剩余的含界面污物的料液先后从最后一级混合澄清槽排出，然后将含界面污物的料液从第一级混合澄清槽的有机相入口返回到混合澄清槽内，通过混合澄清槽内的泵轮将界面污物破碎打散，用于使吸附在界面污物中的放射性元素重新溶解于料液中。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述混合澄清槽由多级串联组成，每级混合澄清槽包括混合室和澄清室，每级所述混合室内设置所述泵轮；
进行所述顶槽处理时，通过水相进料将界面污物从第一级混合澄清槽逐级输送至最后一级混合澄清槽中并累积，期间通过最后一级混合澄清槽的有机相出口排出有机相。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述含界面污物的料液通过每级混合澄清槽的混合室内的泵轮逐级进行搅拌。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述泵轮的单位体积输入功率为600～5000W/m3，搅拌转速为100rpm以上，每级所述泵轮的搅拌时间为0.5～2h。
5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述泵轮的搅拌转速为100～800rpm。
6.根据权利要求1-5任一所述的处理方法，其特征在于，所述顶槽步骤结束后，通过流体输送装置将所述含界面污物的料液从所述最后一级混合澄清槽输送至所述第一级混合澄清槽的有机相入口返回到混合澄清槽中。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述放射性元素包括U和/或Pu。
8.一种混合澄清槽界面污物处理系统，其特征在于，用于权利要求1-7任一所述的处理方法，包括混合澄清槽，最后一级混合澄清槽通过污物返回管线与第一级混合澄清槽的有机相入口连通。
9.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于，所述混合澄清槽由多级串联组成；每级混合澄清槽包括混合室和澄清室；
最后一级混合澄清槽的混合室与水相进料管线连通，最后一级混合澄清槽的澄清室与有机相出料管线连通；第一级混合澄清槽的混合室与有机相进料管线连通；第一级混合澄清槽的澄清室与水相出料管线连通；最后一级混合澄清槽的澄清室通过所述污物返回管线与所述第一级混合澄清槽的有机相进料管线连通。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述污物返回管线上设置有流体输送装置；所述流体输送装置为离心泵、蒸汽喷射泵中任一种，料液输送能力为1～10m3/h。
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