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脂微波碳化、灰化工藝及專用裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，對于電力資源的需求越來越大，核電作為一種高效、清潔的能源已經(jīng)越來越為人們所重視。但在給人們帶來巨大的經(jīng)濟利益的同時，核電站運行過程中產(chǎn)生的廢離子交換樹脂的處理問題也日益嚴(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，或恐怖襲擊時極易給公眾和環(huán)境帶來嚴(yán)重的危害，甚至可能造成社會動蕩。因此，必須對放射性廢離子交換樹脂開展有效的處理。

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，不符廢物安全的要求；水泥固化法的增容比達(dá)4.8～5.2，既占用暫存庫貯位又增加最終處置費用，且不符合廢物最小化原則。

目前國際上對放射性廢離子交換樹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脂仍為有機物，仍存在樹脂輻解氣體問題。

放射性廢物微波處理技術(shù)以其工藝簡單，減容比大等優(yōu)點，已在國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)物無風(fēng)險等優(yōu)點，利用微波加熱的體加熱和選擇性加熱的特點，可以實現(xiàn)放射性有機廢物的無機化處理，將其危險性降至接近零風(fēng)險級別。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的另一個目的是提供一種能實現(xiàn)上述放射性廢離子交換樹脂微波碳化、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脂瀝水；

(Ⅱ)將瀝水后的放射性廢離子交換樹脂輸送至灰化容器內(nèi)；

(Ⅲ)將放射性廢離子交換樹脂與微波吸收劑混合；

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

(Ⅴ)充入氧化性氣氛并利用微波對盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹脂的碳化產(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，利用機械攪拌將微波吸收劑與瀝水后的放射性廢離子交換樹脂混合均勻。

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，對與微波吸收劑均勻混合后的瀝水后放射性廢離子交換樹脂進(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，對放射性廢離子交換樹脂的微波碳化產(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，裝置主體門處具有微波屏蔽機構(gòu)。

進(jìn)一步，如上所述的裝置，微波屏蔽機構(gòu)由設(shè)在主體門處的抗流結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，利用微波波長1/4的傳輸線的阻抗變化來實現(xiàn)對于微波泄漏的屏蔽。

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)部的過濾器和后端的耐高溫風(fēng)機。

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脂的進(jìn)料管道，通過與裝置相連的隔膜泵控制進(jìn)料量；進(jìn)料管道上設(shè)有專門設(shè)計的微波吸收劑供料支路，在放射性廢離子交換樹脂進(jìn)料時同時開啟微波吸收劑供料支路，使放射性廢離子交換樹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脂微波碳化、灰化工藝，主要利用微波加熱的穿透能力強、選擇性加熱和處理時間短等優(yōu)點，從而實現(xiàn)放射性廢離子交換樹脂的有機廢物無機化處理，將其危險性降至接近零風(fēng)險級別，同時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式裝置的放射性廢離子交換樹脂微波碳化、灰化處理工藝，其處理工藝簡單，灰化處理后的放射性廢離子交換樹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)明提供的能實現(xiàn)上述放射性廢離子交換樹脂微波碳化、灰化工藝的處理裝置，可以實現(xiàn)對廢離子交換樹脂的無機化處理，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人員、設(shè)備和環(huán)境的污染，有效防止了二次污染和對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，可以實現(xiàn)自動控制。

附圖說明

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

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(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脂瀝水。

具體操作時，將暫存于用戶場址的放射性廢離子交換樹脂通過水力輸送的方式從樹脂床輸送至樹脂儲槽或暫存罐，然后采用泵送或重力輸送的方式將放射性廢離子交換樹脂從儲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現(xiàn)放射性廢離子交換樹脂的瀝水。

(Ⅱ)將瀝水后的放射性廢離子交換樹脂輸送至灰化容器內(nèi)。

瀝水后的放射性廢離子交換樹脂，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脂在輸送管道中實現(xiàn)混合，可選配攪拌器對灰化容器進(jìn)行攪拌混合。

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

(Ⅴ)充入氧化性氣氛并利用微波對盛放在灰化容器中的放射性廢離子交換樹脂的碳化產(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脂的體積和重量約為原來的1/10。封存后的廢離子交換樹脂微波灰化產(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離子交換樹脂碳化、灰化處理，并計算其減重率等參數(shù)。試驗結(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離子交換樹脂質(zhì)量)，處理含水率為50％左右的核級離子交換樹脂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離子交換樹脂體積的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門處設(shè)計微波屏蔽機構(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。微波運行狀況監(jiān)測儀表通過電流狀況監(jiān)控微波工作狀況。

微波屏蔽結(jié)構(gòu)由設(shè)在主體1門處的抗流結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，利用微波波長1/4的傳輸線的阻抗變化來實現(xiàn)對于微波泄漏的屏蔽。

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)部的過濾器和后端的耐高溫風(fēng)機。

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。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，以適應(yīng)不同的樹脂量和不同種類的廢物處理需求。

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脂的進(jìn)料管道，通過與裝置相連的隔膜泵控制進(jìn)料量；進(jìn)料管道上設(shè)有專門設(shè)計的微波吸收劑供料支路，在放射性廢離子交換樹脂進(jìn)料時同時開啟微波吸收劑供料支路，使放射性廢離子交換樹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)測模塊、遠(yuǎn)程控制模塊和安全模塊。

溫度監(jiān)測模塊布置裝置主體1的頂部，主要監(jiān)測物料溫度，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，用專用高溫、高壓線連接?？刂葡到y(tǒng)采用PLC程序控制，可根據(jù)具體工況的不同對運行參數(shù)進(jìn)行修改和記錄。

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

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

首先開啟微波碳化、灰化裝置艙門，使用專用工具將灰化容器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；然后開啟進(jìn)料裝置，將瀝水后的放射性廢離子交換樹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脂均在加入過程中與微波吸收劑充分混合；然后，開啟氣氛控制模塊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，并開啟微波加熱模塊3，碳化階段開始；開啟氣體處理模塊4，將反應(yīng)尾氣等排出裝置，以保證放射性廢離子交換樹脂的碳化過程的穩(wěn)定，并隨時監(jiān)測微波運行狀況；待物料溫度達(dá)到拐點后，碳化階段結(jié)束后，通過氣氛控制模塊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)開啟，進(jìn)入灰化階段，并隨時監(jiān)測微波運行狀況；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，開啟艙門，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。

上文所述的樹脂采用單次加入的加料方式，即控制每批次樹脂的進(jìn)料量，通過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)樹脂對微波的吸收，推薦采用樹脂碳化產(chǎn)物作為微波吸收劑，不但可以實現(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。

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

上述實施例只是對本發(fā)明的舉例說明，本發(fā)明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實施，而不偏離本發(fā)明的要旨或本質(zhì)特征。因此，描述的實施方式從任何方面來看均應(yīng)視為說明性而非限定性的。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)。