一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法技术

本发明专利技术属于核废物处理技术领域，涉及一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法。该方法是在放射性废阴离子交换树脂中加入氧化剂过氧化氢溶液、催化剂和消泡剂，通过控制反应的温度和pH来使放射性废阴离子交换树脂中的有机组分无机化，其中所述的催化剂为Fe2+与Cu2+的混合物。利用本发明专利技术的放射性废阴离子交换树脂的处理方法，可以在较短的反应时间内，提高放射性废阴离子交换树脂的氧化降解效率，减少处理过程中消泡剂的使用量，提高处理过程中氧化剂的利用率。

Method for treating radioactive waste anion exchange resin

The invention belongs to the technical field of nuclear waste treatment, and relates to a treatment method of radioactive waste anion exchange resin. In this method, hydrogen peroxide solution, catalyst and defoamer are added to the radioactive waste anion exchange resin, and the organic components in the radioactive waste anion exchange resin are inorganized by controlling the reaction temperature and pH, wherein the catalyst is a mixture of Fe2+ and Cu2 +. The treatment method of the radioactive waste anion exchange resin can improve the oxidation degradation efficiency of the radioactive waste anion exchange resin in a short reaction time, reduce the use of defoamer in the treatment process, and improve the utilization rate of oxidant in the treatment process.

【技术实现步骤摘要】
一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法
本专利技术属于核废物处理
，涉及一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法。
技术介绍
放射性废离子交换树脂(以下简称“废树脂”)是核设施尤其是核电站产生的主要中低放固体废物之一。废树脂由于吸附有低中水平的放射性核素，作为一种含有机质的特殊废物流，其处理和处置一直是放射性废物安全处置的难点和热点问题之一。截至目前，国内核电站多采用传统水泥固化技术处理废树脂，树脂的有限包容量和固化后的增容构成了该处理技术的瓶颈。在“放射性废物管理小量化”理念的指引下，国内引进/采用了高整体性容器、焚烧、废物干燥减容等废树脂的减容处理技术。但高整体性容器造价高，且存在有机树脂辐解的安全隐患；焚烧技术需要高温操作，焚烧过程产生较多SOX和NOX，且焚烧产生废灰的处理存在困难；废物干燥减容处理技术后干燥产物如何满足处置接受要求，国内尚未有明确的管理要求。湿法氧化处理技术是一种新兴的废树脂处理技术，其是在酸、碱或其它溶剂存在的条件下，用氧化剂溶解或破坏废树脂的有机组分，使其无机化的处理技术。与现有其他处理废树脂的技术相比，湿法氧化处理技术的优势在于：1、工艺条件相对温和，氧化剂和催化剂为常用化学物质；2、处理成本低，经济合理；3、处理尾气的主要组成为二氧化碳和水蒸汽，通过冷凝回流和碱液吸收可处理，消除了有害气体对容器的腐蚀和对环境的危害，实现环境友好；4、该技术是一种有机物的无机化处理技术，很大程度上降低了废树脂溶胀和辐照降解有害气体的产生，提高了废树脂暂时贮存和长期处置的安全性；5、与废树脂直接固化相比，该技术结合废液水泥固化，可实现废物的减容，降低了废物的最终处置体积，符合放射性废物最小化的原则。湿法氧化处理技术最早用于放射性废物处理的报道见于1976年，而树脂湿法氧化处理技术研究报道较多的是芬顿试剂对树脂的氧化分解处理。该处理技术的典型氧化体系是温度+氧化剂(H2O2)+催化剂+合适的pH，对于不同类型树脂的氧化体系，主要是催化剂的选择和pH的调节。以Fe2+作为催化剂，调节pH为2-3，阳树脂基本能得到很好的氧化降解。但阴树脂在上述氧化体系中存在起泡现象，且因不同类型的阴树脂官能团存在较大差异，为获得理想的无机化处理，需要针对性的研究适宜的催化氧化条件。截至目前，台湾在废树脂芬顿(Fenton)氧化处理技术的研究方面获得了很多成果，其中获得的优化的阴树脂的处理条件为：温度(95℃)+氧化剂(H2O2，滴加速率为12.5mL/min)+催化剂(Fe2+)+pH+消泡剂(DowComingQ2-3447型，干树脂/消泡剂＝1.1g/g)，总反应时间为20.5h。可以看出，该阴树脂处理体系存在一下问题：1、消泡剂用量大；2、氧化剂滴加速率快，利用率低；3、反应时间长。清华大学在废树脂芬顿氧化处理技术方面也开展了很多基础性研究，其中获得的优化的阴树脂的处理方法为：采用有机酸(乙酸、乙二酸、酒石酸或柠檬酸)调节体系pH值为2-3，反应前需将树脂浸泡在有机酸中24h，反应温度控制在95-98℃，以Ce3+/Fe2+(或Mn2+/Fe2+)作为催化剂，消泡剂为磷酸三丁酯(TBP)，反应150min后，树脂分解率为91-99％，氧化剂利用率约90％。该处理方法采用有机酸调节体系pH值，有机酸本身将消耗部分氧化剂，降低了氧化剂的利用率；反应前需要24h的浸泡预处理，延长了处理时间。
技术实现思路
本专利技术的首要目的提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，以提高放射性废阴离子交换树脂的氧化降解效率，降低物料成本，减少残液体积，节约处置费用。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其是在放射性废阴离子交换树脂中加入氧化剂过氧化氢溶液、催化剂和消泡剂，通过控制反应的温度和pH来使放射性废阴离子交换树脂中的有机组分无机化，其中所述的催化剂为Fe2+与Cu2+的混合物。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的放射性废阴离子交换树脂为核级IRN-78型阴离子交换树脂。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的催化剂与干的所述的放射性废阴离子交换树脂的添加比为0.1-0.4mol/kg。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的催化剂中Fe2+与Cu2+的摩尔比为1:1-3:1。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的过氧化氢溶液的质量百分比浓度为30-50％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的过氧化氢溶液的添加速率为0.5-3.0ml/min。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的消泡剂为有机硅油类消泡剂。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中干的所述的放射性废阴离子交换树脂与所述的消泡剂的添加比为30-70g/g。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的反应温度为80-90℃。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的反应pH为1-3。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中控制反应的pH通过加入无机酸实现。在一种更加优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其中所述的无机酸为硫酸。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其处理条件为：(1)处理废树脂：核级IRN-78型阴树脂(強碱性季铵I型阴离子交换树脂)，经真空脱水后的含水率为40-50wt％；(2)氧化剂为30wt％的工业用H2O2，其在反应过程中的滴加速率为0.5-3.0mL/min；(3)消泡剂为有机硅油类消泡剂，干树脂/消泡剂＝30-70g/g，当反应体系中泡沫体积累计超过反应容器一半体积时加入消泡剂；(4)催化剂为FeSO4·7H2O+CuSO4·5H2O，其中Fe2+/Cu2+物质的量之比为1:1-3:1，催化剂/干树脂＝0.1-0.4mol/kg；(5)采用硫酸水溶液调节反应体系pH为1-3；(6)反应体系加热方式为水浴加热(温度设定为90℃以上)，当水浴温度达80℃时，开始搅拌并加入氧化剂；(7)从滴加H2O2开始，体系反应90-130min后，停止加入过氧化氢；(8)保持反应体系温度90℃以上，继续反应30min后停止加热；按照上述处理条件，反应体系的树脂氧化降解率大于99％，氧化剂的利用率大于92％。本专利技术的有益效果在于，利用本专利技术的放射性废阴离子交换树脂的处理方法，可以在较短的反应时间内，提高放射性废阴离子交换树脂的氧化降解效率，减少处理过程中消泡剂的使用量，提高处理过程中氧化剂的利用率。本专利技术的优点具体体现在：(1)采用无机酸调节反应体系pH值，省去了氧化分解前的预处理环节，减少了外加氧化剂的消耗，提高了氧化剂的利用率；(2)采用Fe2+/Cu2+摩尔比为1:1-3：1的催化组合，通过控制氧化剂的滴加速率，在90℃以上温度条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其是在放射性废阴离子交换树脂中加入氧化剂过氧化氢溶液、催化剂和消泡剂，通过控制反应的温度和pH来使放射性废阴离子交换树脂中的有机组分无机化，其特征在于：所述的催化剂为Fe2+与Cu2+的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种放射性废阴离子交换树脂的处理方法，其是在放射性废阴离子交换树脂中加入氧化剂过氧化氢溶液、催化剂和消泡剂，通过控制反应的温度和pH来使放射性废阴离子交换树脂中的有机组分无机化，其特征在于：所述的催化剂为Fe2+与Cu2+的混合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的放射性废阴离子交换树脂为核级IRN-78型阴离子交换树脂。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂与干的所述的放射性废阴离子交换树脂的添加比为0.1-0.4mol/kg。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的催化剂中Fe2+与Cu2+的摩尔比为1:1-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭喜良，贾少青，冯文东，安鸿翔，闫晓俊，杨卫兵，高超，梁栋，柳兆峰，刘建琴，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14