放射性废树脂处理配方组成比例

本发明专利技术公开了一种放射性废树脂处理配方，包括：废树脂；固体添加剂，包括高岭土、氢氧化钠和氯化钠；以及气体添加剂，包括氮气、氧气和水蒸气。相对于现有技术，本发明专利技术放射性废树脂处理配方安全可靠、可用性强，可实现废树脂的有效裂解和矿物质包容，防止结焦，裂解率高，产生的尾气主要为N2、CO2和H2O，无二次污染。

【技术实现步骤摘要】
放射性废树脂处理配方
本专利技术属于废树脂处理领域，更具体地说，本专利技术涉及一种放射性废树脂处理配方。
技术介绍
放射性废树脂是核电厂或核设施中最难处理的中低放射性废物之一，其放射性水平较高，往往可以达到中放水平，主要成分是以二乙烯苯为骨架，经磺化或胺化的立体网状结构苯乙烯树脂，结构稳定、物理化学形态较难改变，核电厂或核设施中多采用物理方法(如水泥固化、高整体容器、树脂热压等)处理废树脂，但通过这些方法处理后的废物减容比低，废树脂长期安全处置稳定性较差，不利于长期安全处置。有鉴于此，确有必要提供一种安全可靠、可用性强、减容比高的放射性废树脂处理配方，以实现废树脂的有效裂解。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：克服现有技术的不足，提供一种安全可靠、可用性强、减容比高的放射性废树脂处理配方，以实现废树脂的有效裂解。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种放射性废树脂处理配方，包括：废树脂；固体添加剂，包括高岭土、氢氧化钠和氯化钠；气体添加剂，包括氮气、氧气和水蒸气。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述氮气的体积占气体添加剂总体积的20％～40％，所述氧气的体积占气体添加剂总体积的5％～20％，所述水蒸气的体积占气体添加剂总体积的40％～70％。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述氮气的体积占气体添加剂总体积的20％～30％，所述氧气的体积占气体添加剂总体积的5％～10％，所述水蒸气的体积占气体添加剂总体积的55％～65％。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述气体添加剂的速率范围为0.6m/s～2.0m/s。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述气体添加剂的速率范围为0.8m/s～1.5m/s。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述废树脂与高岭土的质量比值为1～5，所述高岭土、氢氧化钠和氯化钠的质量比为1:(0.3～0.7):(0.1～0.3)。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述废树脂与高岭土的质量比值为1～5，所述高岭土、氢氧化钠和氯化钠的质量比为1:(0.4～0.6):(0.15～0.3)。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述固体添加剂还包括炭粉。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述废树脂与炭粉的质量比值为1～1000。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述废树脂与炭粉的质量比值为100～500。作为本专利技术放射性废树脂处理配方的一种改进，所述废树脂为处理核电厂和/或核设施放射性废水后失效的阴、阳离子交换树脂。相对于现有技术，本专利技术放射性废树脂处理配方具有以下技术效果：1)可以实现放射性废树脂高效裂解和矿物质包容处理的稳定可靠进行；2)可以保证废树脂高效裂解和矿物质包容技术处理废树脂的减容比为6～15倍；3)对废树脂中的放射性核素进行有效包容，实现最终矿化产物长期稳定性高，抗浸出性能好；4)不会产生二次污染，最终反应后残留物为N2、CO2和H2O，安全无污染。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术放射性废树脂处理配方进行详细说明，其中：图1为使用本专利技术放射性废树脂处理配方的废树脂处理装置的结构示意图。附图标记：10-流化床；20-高温过滤器；30-氧化器；40-固体渣收集装置。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。请参阅图1所示，将需要进行高效裂解的放射性废树脂首先加入流化床10，在高温及气体添加剂条件下进行裂解反应，废树脂裂解后在流化床10内与固体添加剂进行矿化反应，生成新的矿化物将放射性核素包容。反应后的残渣和气体排放至高温过滤器20进行过滤收集，过滤后的气体排放至氧化器30中进行氧化还原反应，进一步将其中的有机物进行燃烧，然后对氧化器30反应后的尾气进行检测，当尾气符合排放标准时，直接对空排放。废树脂为处理核电厂和/或核设施放射性废水后失效的阴、阳离子交换树脂，其内含有Cs+、Co2+、Sr2+等放射性元素离子，放射性水平较高，往往可以达到中放水平，主要成分是以二乙烯苯为骨架，经磺化或胺化的立体网状结构苯乙烯树脂，结构稳定、物理化学形态较难改变，因此需对含有放射性的废树脂进行高效裂解和矿化处理。气体添加剂：本申请的专利技术人经过大量实验研究发现，废树脂高效裂解和矿物质包容反应需要在气体添加剂存在的条件下才能顺利进行，通过研究得知，反应过程需要的气体添加剂主要为氮气、氧气以及水蒸气。废树脂进行反应时需要供应氮气作为反应保护气体，并需要过热蒸气进行流化，同时过热蒸气还能作为稀释剂，降低反应物分压，防止结焦。废树脂在600℃～750℃的裂解产物主要有低碳烃、碳和裂解气等，因此需要氧气与这些裂解产物进行化学反应，化学反应后的最终裂解气主要由二氧化碳、一氧化碳、水、氮气、碳氢化合物、酸性气体等组成。在氮气氛围下，废阴、阳离子交换树脂的裂解分为三个阶段：1)水分蒸发；2)功能基团(分别是磺酸基、季铵基)的脱除；3)二乙烯基苯乙烯聚合物的裂解。其中，负载的Cs+、Co2+、Sr2+对阳离子交换树脂的裂解行为基本没有影响，BO43-对阴离子交换树脂的裂解行为没有明显影响，阴、阳离子交换树脂混合后裂解行为没有相互影响。氧气对废阴、阳离子交换树脂的功能基团脱除反应的影响不大，对共聚物骨架裂解过程影响较大，生成新的中间产物；含氧氛围下阴、阳离子交换树脂失重率增大，阳离子交换树脂尤为明显；氧气含量对裂解反应结束温度及最终失重率影响不大。核素对共聚物骨架裂解过程影响较为显著：Cs促进裂解，Co抑制裂解，Sr对裂解过程基本无影响；B使阴离子交换树脂的裂解结束温度升高，但对最终裂解失重率影响不大。水蒸气加入对废树脂的裂解过程无明显影响，与纯水蒸气氛围相比，废阳离子交换树脂的最终失重率减小，可从86％降为77～79％；废阴离子交换树脂的最终失重率增大，可从90％增大到97％。固体添加剂：为了使废树脂能够高效裂解和矿化包容，使矿化产物成为一种具有笼式或环式结构的铝硅酸盐似长石族矿物的多相矿物组合，用于捕获放射性废树脂中的阴、阳离子和放射性核素，使其具有较好的抗浸出性能和耐久性能，还需加入固体添加剂与废树脂反应，固体添加剂主要为高岭土、氢氧化钠和氯化钠。通过加入固体添加剂，最终的矿化产物中的主要成分为霞石、方钠石和黝方石，这一系列矿物种类的命名是由占据铝硅酸盐空腔结构的物质和晶体结构的类型决定的。霞石是一种基础的铝硅酸盐矿物，其结构可表示为Na2O-Al2O3-2SiO2。当硫酸根离子被包裹进笼式结构中时，形成黝方石，结构可表示为3Na2O-3Al2O3-6SiO2·Na2SO4。当氯离子被包裹进笼式结构中时，形成方钠石，结构可表示为3Na2O-3Al2O3-6SiO2·2NaCl。根据矿化物的性质，高岭土Al2O3-2SiO2是进行矿化反应的主要原料，高岭土中的Al3+距离稳定地配上六个氧，相互错开作最紧密的堆积，配位形成八面体的形式。在600℃～750℃下该结构失去羟基，使铝氧八面体中Al3+活化，在纳米尺度上变成无定形态。在过热蒸汽的催化作用下，放射性废树脂中的可溶性无机盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放射性废树脂处理配方，其特征在于，包括：废树脂；固体添加剂，包括高岭土、氢氧化钠和氯化钠；气体添加剂，包括氮气、氧气和水蒸气。

【技术特征摘要】
1.一种放射性废树脂处理配方，其特征在于，包括：废树脂；固体添加剂，包括高岭土、氢氧化钠和氯化钠；气体添加剂，包括氮气、氧气和水蒸气。2.根据权利要求1所述的放射性废树脂处理配方，其特征在于，所述氮气的体积占气体添加剂总体积的20％～40％，所述氧气的体积占气体添加剂总体积的5％～20％，所述水蒸气的体积占气体添加剂总体积的40％～70％。3.根据权利要求1所述的放射性废树脂处理配方，其特征在于，所述氮气的体积占气体添加剂总体积的20％～30％，所述氧气的体积占气体添加剂总体积的5％～10％，所述水蒸气的体积占气体添加剂总体积的55％～65％。4.根据权利要求2或3所述的放射性废树脂处理配方，其特征在于，所述气体添加剂的速率范围为0.6m/s～2.0m/s。5.根据权利要求1所述的放射性废树脂处理配方，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚楠，姚兵，刘昱，乔培鹏，耿燮，
申请(专利权)人：深圳中广核工程设计有限公司，中广核工程有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44