本發(fā)明屬于放射性廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝及專(zhuān)用裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于電力資源的需求越來(lái)越大，核電作為一種高效、清潔的能源已經(jīng)越來(lái)越為人們所重視。但在給人們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，核電站運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢離子交換樹(shù)脂的處理問(wèn)題也日益嚴(yán)重。其具有一定的放射性比活度，如果處理不當(dāng)在遭受地震、海嘯等自然災(zāi)害，或恐怖襲擊時(shí)極易給公眾和環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害，甚至可能造成社會(huì)動(dòng)蕩。因此，必須對(duì)放射性廢離子交換樹(shù)脂開(kāi)展有效的處理。

迄今為止，核電站產(chǎn)生的放射性廢離子交換樹(shù)脂，多采用暫存或水泥固化方法處理，但暫存法只是權(quán)宜之計(jì)，不符廢物安全的要求；水泥固化法的增容比達(dá)4.8～5.2，既占用暫存庫(kù)貯位又增加最終處置費(fèi)用，且不符合廢物最小化原則。

目前國(guó)際上對(duì)放射性廢離子交換樹(shù)脂處理采用的諸如焚燒、瀝青固化、濕法氧化、干燥和直接裝高整體容器等。以上做法都存在一定的缺陷，如焚燒和瀝青固化的尾氣處理和工藝控制，濕法氧化的二次廢液處理和反應(yīng)容器材質(zhì)，干燥和直接裝高整體容器處理后的放射性廢離子交換樹(shù)脂仍為有機(jī)物，仍存在樹(shù)脂輻解氣體問(wèn)題。

放射性廢物微波處理技術(shù)以其工藝簡(jiǎn)單，減容比大等優(yōu)點(diǎn)，已在國(guó)外放射性廢物處理領(lǐng)域得到應(yīng)用。微波碳化、灰化工藝具有熱利用率高、處理效率高、減容減重比大，產(chǎn)物無(wú)風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，利用微波加熱的體加熱和選擇性加熱的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)放射性有機(jī)廢物的無(wú)機(jī)化處理，將其危險(xiǎn)性降至接近零風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。

在放射性廢離子交換樹(shù)脂的處理過(guò)程中，減容處理和降低處置費(fèi)用是 必需考慮的，但是處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題也必須予以重視。因此，需要開(kāi)發(fā)一種既能有效的處理放射性廢離子交換樹(shù)脂，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，又能有效的避免可能出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有放射性廢離子交換樹(shù)脂處理技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種安全、快速、能最大限度地減容且對(duì)環(huán)境基本無(wú)污染的放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)上述放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝的裝置。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝，包括以下步驟：

(Ⅰ)將放射性廢離子交換樹(shù)脂瀝水；

(Ⅱ)將瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂輸送至灰化容器內(nèi)；

(Ⅲ)將放射性廢離子交換樹(shù)脂與微波吸收劑混合；

(Ⅳ)充入還原性氣氛并利用微波對(duì)盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹(shù)脂進(jìn)行碳化處理；

(Ⅴ)充入氧化性氣氛并利用微波對(duì)盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹(shù)脂的碳化產(chǎn)物進(jìn)行灰化處理；

(Ⅵ)每批次處理完成后，停止微波，進(jìn)行封存處理。

進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅰ)中采用氣壓瀝水，瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂的體積為瀝水前體積的1/2。

進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅱ)中利用隔膜泵將瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂輸送至灰化容器。

進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅲ)中，利用機(jī)械攪拌將微波吸收劑與瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂混合均勻。

進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅲ)中，采用的微波吸收劑可為活性炭或處理后的放射性廢離子交換樹(shù)脂碳化產(chǎn)物。

進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅳ)中，采用微波定向加熱的方式，在還原性氣氛的輔助下，對(duì)與微波吸收劑均勻混合后的瀝水后放射性廢離子交換樹(shù)脂進(jìn)行微波碳化處理。

再進(jìn)一步，如上所述的工藝，步驟(Ⅴ)中，采用微波定向加熱的方式，在氧化性氣氛的輔助下，對(duì)放射性廢離子交換樹(shù)脂的微波碳化產(chǎn)物進(jìn)行微波灰化處理。

本發(fā)明提供的一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝的微波碳化、灰化裝置，所述裝置包括裝置主體和裝置主體內(nèi)部的保溫層，裝置主體上連接有微波加熱模塊、氣體處理模塊、氣氛控制模塊、灰化容器，裝置主體門(mén)處具有微波屏蔽機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步，如上所述的裝置，微波屏蔽機(jī)構(gòu)由設(shè)在主體門(mén)處的抗流結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，利用微波波長(zhǎng)1/4的傳輸線(xiàn)的阻抗變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于微波泄漏的屏蔽。

進(jìn)一步，如上所述的裝置，氣體處理模塊包括設(shè)在裝置頂部的排氣管道，排氣管道內(nèi)部的過(guò)濾器和后端的耐高溫風(fēng)機(jī)。

進(jìn)一步，如上所述的裝置，裝置主體的頂部設(shè)有向灰化容器內(nèi)輸送瀝水后放射性廢離子交換樹(shù)脂的進(jìn)料管道，通過(guò)與裝置相連的隔膜泵控制進(jìn)料量；進(jìn)料管道上設(shè)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的微波吸收劑供料支路，在放射性廢離子交換樹(shù)脂進(jìn)料時(shí)同時(shí)開(kāi)啟微波吸收劑供料支路，使放射性廢離子交換樹(shù)脂與微波吸收劑在管道中混合后，裝入灰化容器中。

再進(jìn)一步，如上所述的裝置，裝置還包括設(shè)在裝置主體上的溫度監(jiān)測(cè)模塊、遠(yuǎn)程控制模塊和安全模塊。

本發(fā)明的有益效果在于：

第一，本發(fā)明提供的一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝，主要利用微波加熱的穿透能力強(qiáng)、選擇性加熱和處理時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)放射性廢離子交換樹(shù)脂的有機(jī)廢物無(wú)機(jī)化處理，將其危險(xiǎn)性降至接近零風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，同時(shí)也極大的減重和減容。

第二，本發(fā)明提供了一種可制作成移動(dòng)式裝置的放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化處理工藝，其處理工藝簡(jiǎn)單，灰化處理后的放射性廢離子交換樹(shù)脂的灰分可以直接或造粒固化后貯存或處置，減少了中間環(huán)節(jié)，有效降低了放射性泄漏的可能性。

第三，本發(fā)明提供的能實(shí)現(xiàn)上述放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝的處理裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢離子交換樹(shù)脂的無(wú)機(jī)化處理，該裝置的主要設(shè)備集成在裝置主體內(nèi)，便于管理和使用；并且，主工藝均在裝置主體內(nèi)完成，避免了放射性核素對(duì)人員、設(shè)備和環(huán)境的污染，有效防止了二次污染和對(duì)人員造成傷害的可能性；此外，該裝置利用微波的選擇性加熱和熱慣性小的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所提供的一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝的流程圖；

圖2是一種能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的微波碳化、灰化裝置的構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝，包括如下步驟：

(Ⅰ)將放射性廢離子交換樹(shù)脂瀝水。

具體操作時(shí)，將暫存于用戶(hù)場(chǎng)址的放射性廢離子交換樹(shù)脂通過(guò)水力輸送的方式從樹(shù)脂床輸送至樹(shù)脂儲(chǔ)槽或暫存罐，然后采用泵送或重力輸送的方式將放射性廢離子交換樹(shù)脂從儲(chǔ)槽或暫存罐中輸送進(jìn)入瀝水裝置，然后采用壓縮空氣或離心方式實(shí)現(xiàn)放射性廢離子交換樹(shù)脂的瀝水。

(Ⅱ)將瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂輸送至灰化容器內(nèi)。

瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂，采用泵送的方式輸送至灰化容器中。

(Ⅲ)將放射性廢離子交換樹(shù)脂與微波吸收劑混合。

微波吸收劑與瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂在輸送管道中實(shí)現(xiàn)混合，可選配攪拌器對(duì)灰化容器進(jìn)行攪拌混合。

(Ⅳ)充入還原性氣氛并利用微波對(duì)盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹(shù)脂進(jìn)行碳化處理。

(Ⅴ)充入氧化性氣氛并利用微波對(duì)盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹(shù)脂的碳化產(chǎn)物進(jìn)行灰化處理。

(Ⅵ)每批次處理完成后，停止微波，進(jìn)行封存處理。

每批次放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化處理完成后，停止微波，進(jìn)行封存處理。

微波碳化、灰化處理后的廢離子交換樹(shù)脂的體積和重量約為原來(lái)的1/10。封存后的廢離子交換樹(shù)脂微波灰化產(chǎn)物可直接貯存或造粒固化后貯存或處置，減少了中間環(huán)節(jié)，有效降低了放射性泄漏的可能性。

采用本發(fā)明提供的方法將核級(jí)離子交換樹(shù)脂碳化、灰化處理，并計(jì)算其減重率等參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用10w/g的功率密度(微波有效輸出功率比待處理的核級(jí)離子交換樹(shù)脂質(zhì)量)，處理含水率為50％左右的核級(jí)離子交換樹(shù)脂13min左右，灰化產(chǎn)物的減重率可達(dá)90％以上，提高功率密度可使減重率進(jìn)一步提高，最高可達(dá)98％左右，灰化產(chǎn)物的體積為原始核級(jí)離子交換樹(shù)脂體積的1/10左右。

如圖2所示，本發(fā)明提供的能夠?qū)崿F(xiàn)上述放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化工藝的裝置，包括裝置主體1和主體內(nèi)部的保溫層2，主體1上連接有微波加熱模塊3、氣體處理模塊4、氣氛控制模塊5灰化容器6，主體1門(mén)處設(shè)計(jì)微波屏蔽機(jī)構(gòu)。另連接有進(jìn)料設(shè)備等。微波產(chǎn)生元件由磁控管、波導(dǎo)管、高壓電源和硅堆等組合而成。微波運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)儀表通過(guò)電流狀況監(jiān)控微波工作狀況。

微波屏蔽結(jié)構(gòu)由設(shè)在主體1門(mén)處的抗流結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，利用微波波長(zhǎng)1/4的傳輸線(xiàn)的阻抗變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于微波泄漏的屏蔽。

氣體處理模塊4包括設(shè)在裝置頂部的排氣管道，排氣管道內(nèi)部的過(guò)濾器和后端的耐高溫風(fēng)機(jī)。

氣氛控制模塊5包括設(shè)在裝置頂部的進(jìn)氣管道、與進(jìn)氣管道連接內(nèi)部的氣管和控制閥門(mén)。進(jìn)氣管道在裝置主體1內(nèi)部的部分采用高度和尺寸可調(diào)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)不同的樹(shù)脂量和不同種類(lèi)的廢物處理需求。

進(jìn)料控制及微波吸收劑的混合由裝置主體1的頂部設(shè)有向灰化容器6內(nèi)輸送瀝水后放射性廢離子交換樹(shù)脂的進(jìn)料管道，通過(guò)與裝置相連的隔膜泵控制進(jìn)料量；進(jìn)料管道上設(shè)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的微波吸收劑供料支路，在放射性廢離子交換樹(shù)脂進(jìn)料時(shí)同時(shí)開(kāi)啟微波吸收劑供料支路，使放射性廢離子交換樹(shù)脂與微波吸收劑在管道中混合后，裝入灰化容器6中。

此外，該微波碳化、灰化裝置還包括設(shè)在裝置主體1上的溫度監(jiān)測(cè)模塊、遠(yuǎn)程控制模塊和安全模塊。

溫度監(jiān)測(cè)模塊布置裝置主體1的頂部，主要監(jiān)測(cè)物料溫度，以及裝置主體內(nèi)壁和裝置主體外壁工作溫度，以保證工作質(zhì)量和工作安全。

遠(yuǎn)程控制模塊包括PLC控制單元、各種電器控制元件，用專(zhuān)用高溫、高壓線(xiàn)連接?？刂葡到y(tǒng)采用PLC程序控制，可根據(jù)具體工況的不同對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改和記錄。

安全模塊包括連鎖控制元件和報(bào)警器，主要功能是保證在類(lèi)似于艙門(mén)開(kāi)啟的情況下微波無(wú)法啟動(dòng)，或微波啟動(dòng)狀況下若艙門(mén)開(kāi)啟則立即中斷微波，并發(fā)出持續(xù)蜂鳴報(bào)警。

本發(fā)明所提供的一種放射性廢離子交換樹(shù)脂微波碳化、灰化裝置的工 作流程如下：

首先開(kāi)啟微波碳化、灰化裝置艙門(mén)，使用專(zhuān)用工具將灰化容器6放置于裝置主體1內(nèi)部的確定位置，并調(diào)節(jié)氣氛控制模塊5以適應(yīng)不同規(guī)格的灰化容器6；關(guān)閉灰化裝置艙門(mén)；然后開(kāi)啟進(jìn)料裝置，將瀝水后的放射性廢離子交換樹(shù)脂定量加入灰化容器6內(nèi)，每次加入的放射性廢離子交換樹(shù)脂均在加入過(guò)程中與微波吸收劑充分混合；然后，開(kāi)啟氣氛控制模塊5，向裝置主體1內(nèi)部充入還原性氣氛，還原性氣氛的量應(yīng)大于裝置主體1內(nèi)部的有效容積；然后持續(xù)通入還原性氣氛，并開(kāi)啟微波加熱模塊3，碳化階段開(kāi)始；開(kāi)啟氣體處理模塊4，將反應(yīng)尾氣等排出裝置，以保證放射性廢離子交換樹(shù)脂的碳化過(guò)程的穩(wěn)定，并隨時(shí)監(jiān)測(cè)微波運(yùn)行狀況；待物料溫度達(dá)到拐點(diǎn)后，碳化階段結(jié)束后，通過(guò)氣氛控制模塊5向裝置內(nèi)部1持續(xù)通入氧化性氣氛，并保持微波加熱模塊3和氣體處理模塊4的持續(xù)開(kāi)啟，進(jìn)入灰化階段，并隨時(shí)監(jiān)測(cè)微波運(yùn)行狀況；待裝置內(nèi)部1的溫升達(dá)到一定且尾氣產(chǎn)生量較小后，依次關(guān)閉微波加熱模塊3和氣氛控制模塊5，待灰化容器6外壁溫度達(dá)到一定值后，關(guān)閉氣體處理模塊4，開(kāi)啟艙門(mén)，取出灰化容器6并封蓋，將封蓋后的灰化容器6可直接暫存或造粒固化后暫存。

上文所述的樹(shù)脂采用單次加入的加料方式，即控制每批次樹(shù)脂的進(jìn)料量，通過(guò)與微波功率的匹配以達(dá)到更好微波碳化、灰化效果；微波吸收劑可促進(jìn)樹(shù)脂對(duì)微波的吸收，推薦采用樹(shù)脂碳化產(chǎn)物作為微波吸收劑，不但可以實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，還有效的踐行廢物最小的理念；二者的目的均是為了達(dá)到更好的碳化、灰化效果，無(wú)內(nèi)在聯(lián)系，但是結(jié)合使用可以達(dá)到更好的碳化、灰化效果。

需要說(shuō)明的是，在該微波碳化、灰化裝置使用之前，必須對(duì)各主要設(shè)備進(jìn)行檢查，確保裝置的安全性。最簡(jiǎn)單的檢查方法是，使用非放射性離子交換樹(shù)脂模擬微波碳化、灰化操作的全過(guò)程，能順利完成碳化、灰化操 作即為合格。

上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實(shí)施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實(shí)施方式從任何方面來(lái)看均應(yīng)視為說(shuō)明性而非限定性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)由附加的權(quán)利要求說(shuō)明，任何與權(quán)利要求的意圖和范圍等效的變化也應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。