CN1585988A - 处理放射性废料的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及处理从带有加压水反应堆和硼的反应性调节的核电站的操作中所产生的放射性废料的方法及装置，从而制备如下物质：放射性同位素含量是环境允许的且仅含有最大总浓度为800Bq/千克硼砂的铯同位素的硼砂；放射性同位素含量是环境允许的钙、镁或钙镁硼酸盐；放射性同位素含量是环境允许的硼酸溶液；仅含有最大总浓度为800Bq/千克氢氧化钠的铯同位素的氢氧化钠溶液；含有小于5g/l的硼酸的放射性废料。
Description
技术领域
本发明涉及处理从带有加压水反应堆和硼的反应性调节的核电站的操作中所产生的放射性废料的方法及装置，目的是制备诸如硼砂、钙镁硼酸盐、硼酸和氢氧化钠溶液等产物，其中放射性同位素的含量适于多种应用并适于综合的环境保护。
发明背景
已知的处理放射性废水的方法(BG 32683)是先将其转化成很干的盐，然后用较长碳链的醇处理。在用醇处理含有硼酸的盐时硼酸和醇首先酯化。这样得到的酯经高温(高于100℃)蒸馏处理直到生成硼酸。
此方法的主要缺点是所有的过程都在高温下进行、使用较长碳链的醇及硼酸的酯蒸馏从而消耗了大量的热能。总体而言这种方法非常复杂并费力。
已知的处理放射性废料的方法(BG 51265A)可使得到的含有硼酸的放射性核素的浓度达到对环境友好的程度。此方法由几个阶段组成：浓缩不同pH(小于4.5和大于8.5)指标的放射性废料，然后混合浓缩物。在适合的温度范围内，制得放射性同位素浓度是环境可接受的放射性废料，其含有浓度为15-20g/l的硼酸及硼砂，并且不再是放射性废料。硼酸溶液可从硼砂中通过适合的技术得到，如离子交换或电渗析。
此方法的缺点是得到的放射性废料含有15-20g/l的非放射性硼酸，并可长期存在。最终产物含有非放射性酸，其在放射性废料存储设备中占据较大容量、降低凝结基质强度、并使得在应用放射性废料胶结方法时可从基质中洗掉放射性同位素。
发明概述
本发明的目的是提供一种处理液体放射性废料的方法及装置，其能制备长期存储的放射性废料，并且非放射性硼酸含量最小，而且能够制备出适于进一步应用的对环境无害的材料。
通过如下方法可解决此问题：分别收集酸性和碱性放射性废料后，分别浓缩放射性废料，直到一方面pH大于8.5的放射性废料被浓缩到硼酸浓度为35～200g/l，另一方面pH小于6.0且不含硼酸的放射性废料被浓缩到总盐含量为400～500g/l。然后按废料中所含的氢氧化钠对硼酸的克当量再计算值计，以0.5∶1～1∶2的比例混合浓缩物。这种比例导致生成pH为8.0～10.1的混合物。如果需要使用其它的pH校正添加剂，例如含氮酸或其它酸、碳酸钠或氢氧化钠。在这些条件下进行硼砂分离过程，母液中的硼酸浓度达到20-25g/l。溶解分离的硼砂结晶并过滤，从而分离出复合盐沉淀物。从精制溶液中得到的硼砂重结晶，其中的放射性同位素含量使得其可在标准化学存储条件下存储，例如对环境而言是放射安全的条件。
随后，使用过滤得到的浓度为20-25g/l的物质，制得硼砂结晶，或从分离处理的硼砂结晶通过电渗析制备相同浓度的溶液，直到硼酸溶液的浓度为0.1～60g/l，氢氧化钠的浓度达到150g/l。通过耐热膜和0.2～45A的电流及5.0～55V的电压操作电渗析装置。
得到的放射性废料的基本部分(滤液)含有浓度为20-25g/l的硼酸，并用碱土金属的盐处理，此过程得到不溶解的硼酸盐。此反应得到含有2-4g/l硼酸的放射性废料滤液。
至于碱土金属可以使用钙和镁盐或其混合物。
用本发明的放射性废料精制方法得到的物质如下：
-硼砂，其中放射性同位素含量是环境允许的，且仅含有最大总浓度为800Bq/千克硼砂的铯同位素；
-钙、镁或钙镁硼酸盐，其中放射性同位素含量是环境允许的；
-硼酸溶液，其中放射性同位素含量是环境允许的；
-氢氧化钠溶液，其仅含有最大总浓度为800Bq/千克氢氧化钠的铯同位素；
-放射性废料，其含有小于5g/l的硼酸。
本发明的方法可使用处理放射性废料的装置来实现。
该装置包括反应均质器，其可通过与其相连的用于pH小于5.5和pH大于5.5的放射性废料的储存器及用于pH校正添加剂的储存器来供料。
该反应均质器也与结晶硼砂相和液体放射性废料分离器相连，其中液体放射性废料含有20-25g/l的硼酸。
液体放射性废料流进混合沉降槽中，其上部与用于供应碱土金属盐溶液的储存器相连，其下部与用于碱土硼酸盐的分离器相连。最后，碱土硼酸盐的结晶相在分离器中经过精馏，并在精馏后加进收集容器中。含有2-4g/l含硼盐的液体放射性废料加进经处理的放射性废料储存器中。
其它产物(通过与反应均质器相连的分离器得到的硼砂结晶相)加进用于硼砂溶液的缓冲储存器中并在其中溶解，并通过过滤器，再被输送到反应器和分离器。此后，重结晶的硼砂加进分离器中，母液收集在储存器中并返回至中间缓冲硼砂溶液储存器中。
从分离器中来的一部分重结晶硼砂加进收集容器，另一部分加进储存器再次溶解，此后加进电渗析装置，在其中制得硼酸和氢氧化钠溶液。
本发明处理放射性废料的方法及装置的优点在于：
-适于从放射性废料制得有用的产物(硼砂、钙镁硼酸盐、硼酸和氢氧化钠溶液)，其中放射性同位素含量是环境允许的；
-此方法及装置得到的长期储存的放射性废料含有很少量的硼酸，例如在带有非放射性产物的放射性废料储存区域中不占有较大空间。
下面通过所附的用于处理操作核电站而得到的放射性废料的装置(图1)的技术方案来说明本发明。
标号说明
该装置由下面的设备组成：
1-用于pH小于5.5的放射性废料的储存器
2-用于pH大于5.5的放射性废料的储存器
3-用于pH调节的校正添加剂的储存器
4-反应均质器
5-硼砂结晶相和液体放射性废料分离器
6-混合沉降槽
7-用于碱土金属盐溶液的储存器
8-硼酸盐(钙和镁)分离器
9-分离器
10-用于经处理的放射性废料的储存器，其中含硼盐的浓度约为2-4g/l
11-用于硼砂溶液的缓冲储存器
12-过滤器
13-反应结晶器
14-重结晶硼砂分离器
15-中间储存器
16-硼砂分离器
17-用于溶解重结晶硼砂的储存器
18-电渗析装置
19-硼酸溶液储存器
20-氢氧化钠溶液储存器
21-收集容器
该装置按如下操作：
从储存器1来的pH小于5.5的放射性废料和从储存器2来的pH大于5.5的放射性废料在反应均质器4中与从储存器3来的添加剂混合。由于相互作用的结果生成分离器5中的硼砂。硼砂结晶相被转移到缓冲储存器11中并在其中溶解，经过滤器12过滤，输送到反应结晶器13，再转移到重结晶硼砂分离器14。然后将其加进分离器16进行硼砂分离，并收集在收集容器21中。从分离器14来的母液收集在储存器15中并再次加进缓冲储存器11。
从分离器5中分离出硼砂后，液体放射性废料被输送到混合沉降槽6，在那里其与从储存器7来的碱土金属盐溶液混合。然后，在分离器8中分离硼酸盐化合物，在分离器9中精制，并收集在收集容器21中。这样从沉降槽6中得到的并通过分离器8的液体放射性废料含有2～4g/l的含硼盐，并加进经处理的放射性废料的储存器10中以储存。
从分离器16来的重结晶硼砂在储存器17中溶解后加进电渗析装置18。此后，储存器19中的硼酸溶液其浓度达到60g/l，储存器20中的氢氧化钠溶液其浓度达到150g/l。
实施本发明的实施例
下面的实施例说明了本发明，但本发明不限于此。
实施例1
1升pH为8.0并含有35g/l硼酸(含硼盐)的放射性废料与pH为10.1的放射性废料混合，直到混合物的pH为9.1。然后分离出硼砂硬质结晶相，向液体放射性废料的其它残余部分加入9.0毫升浓度为900g/l的硼酸钙溶液。从混合物中分离出由此得到的不溶硼酸钙，将液体放射性废料进行浓缩，直到废料中硼酸的浓度为2.2g/l。分离出的硼酸钙用水洗涤几次，并作为放射性产物被分离出。从分离和重结晶的硼砂制备浓度为20g/l的溶液，并进行电渗析。在电渗析装置中使用耐热膜和0.35安培的电流及5.2伏的电压。得到的产物是：浓度为10g/l的硼酸溶液和浓度为1.5g/l的氢氧化钠溶液。
实施例2
1升pH为10.0并含有200g/l硼酸(含硼盐)的放射性废料与pH为4.0的放射性废料混合，直到混合物的pH为8.2。在硼砂作为硬质结晶相分离后，向残余液体放射性废料中加入9.4毫升浓度为500g/l的氯化镁溶液。然后，从混合物中分离出得到的溶解硼酸镁，将液体放射性废料浓缩到硼酸为3.4g/l。
将分离出的硼砂进行重结晶，从精制的硼砂制备浓度为25g/l的溶液，并用电渗析装置进行处理，该电渗析装置使用耐热膜和45安培的电流及55伏的电压。得到的产物是：浓度为59g/l的硼酸溶液和浓度为150g/l的氢氧化钠溶液。
Claims (4)
1.一种处理从带有加压水反应堆和硼的反应性调节的核电站的操作中所产生的放射性废料的方法，所述方法包括分别收集不含有含硼盐的酸性和含有含硼盐的碱性放射性废料，分别浓缩pH小于5.5和pH大于5.5的液体放射性废料，其特征在于pH大于5.5且含有硼酸的放射性废料被浓缩到硼酸为35～200g/l，pH小于5.5且不含硼酸的放射性废料被浓缩到总盐含量为400～500g/l，然后按废料中所含的氢氧化钠对硼酸的克当量再计算比例计以0.5∶1～1∶2的比例混合浓缩物，这种比例导致生成pH为8.0～10.1的混合物，一方面对混合物进行硼结晶过程，然后过滤、洗涤、重结晶、析出对环境没有放射性损害的结晶硼砂，另一方面析出含有20-25g/l硼酸的滤液，其一部分与碱土金属盐混合，此过程析出不溶解的对环境没有放射性损害的碱土金属硼酸盐及含有2-4g/l硼酸的液体放射性废料，硼酸含量为20-25g/l的滤液的另一部分及含有相同含量硼酸的硼砂溶液用电渗析装置处理，直到氢氧化钠的浓度达到150g/l，硼酸溶液的浓度达到60g/l。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于使用钙和/或镁盐和/或其混合物作为碱土金属盐。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于通过使用耐热膜和0.2～45安培的电流及5.0～55伏的电压进行硼砂溶液的电渗析。
4.一种处理从核电站的操作中所产生的放射性废料的装置，所述装置包括反应均质器，其可通过与其相连的用于pH小于5.5和pH大于5.5的放射性废料的储存器及用于pH校正添加剂的储存器来供料，及结晶硼砂相和液体放射性废料分离器，其特征在于由分离器(5)分离出的液体放射性废料含有20-25g/l的硼酸且加进混合沉降槽(6)中，其上部与用于供应碱土金属盐溶液的储存器(7)相连，混合沉降槽(6)的下部与硼酸盐分离器(8)相连，从硼酸盐分离器来的碱土硼酸盐的硼酸盐结晶相在分离器(9)中进行精制，然后加进收集容器(21)中，含有2-4g/l含硼盐的液体放射性废料加进用于经处理的放射性废料的储存器(10)中，另一方面从分离器(5)中得到的硼砂结晶相加进储存器(11)中并在其中溶解，并通过过滤器(12)过滤，再被输送到反应器(13)和分离器(14)，从分离器来的重结晶硼砂加进分离器(16)中，母液收集在中间储存器(15)中并返回至缓冲储存器(11)中，从分离器(10)中来的一部分重结晶硼砂加进收集容器(21)，另一部分重结晶硼砂溶解在储存器(17)中或者此处也收集从反应器(13)来的硼砂溶液，此后溶解的硼砂加进电渗析装置(18)，电渗析后从中制得的硼酸溶液收集在储存器(19)中及氢氧化钠溶液收集在储存器(20)中。
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