技术领域
[0001] 本
发明属于放射性
废物处理技术领域，具体涉及一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺及专用装置。
背景技术
[0002] 随着社会经济的发展，对于电
力资源的需求越来越大，核电作为一种高效、清洁的
能源已经越来越为人们所重视。但在给人们带来巨大的经济利益的同时，核电站运行过程中产生的废离子交换树脂的处理问题也日益严重。其具有一定的放射性比活度，如果处理不当在遭受
地震、海啸等
自然灾害，或恐怖袭击时极易给公众和环境带来严重的危害，甚至可能造成社会动荡。因此，必须对放射性废离子交换树脂开展有效的处理。
[0003] 迄今为止，核电站产生的放射性废离子交换树脂，多采用暂存或
水泥
固化方法处理，但暂存法只是权宜之计，不符废物安全的要求；
水泥固化法的增容比达4.8～5.2，既占用暂存库贮位又增加最终处置
费用，且不符合废物最小化原则。
[0004] 目前国际上对放射性废离子交换树脂处理采用的诸如焚烧、
沥青固化、湿法
氧化、干燥和直接装高整体容器等。以上做法都存在一定的
缺陷，如焚烧和沥青固化的尾气处理和工艺控制，湿法氧化的二次废液处理和反应容器材质，干燥和直接装高整体容器处理后的放射性废离子交换树脂仍为有机物，仍存在树脂辐解气体问题。
[0005]
放射性废物微波处理技术以其工艺简单，减容比大等优点，已在国外放射性废物处理领域得到应用。微波碳化、灰化工艺具有热利用率高、处理效率高、减容减重比大，产物无
风险等优点，利用微波加热的体加热和选择性加热的特点，可以实现放射性
有机废物的无机化处理，将其危险性降至接近零风险级别。
[0006] 在放射性废离子交换树脂的处理过程中，减容处理和降低处置费用是必需考虑的，但是处理过程中可能产生的环境问题和社会问题也必须予以重视。因此，需要开发一种既能有效的处理放射性废离子交换树脂，具有较高的应用价值，又能有效的避免可能出现的环境问题和社会问题的方法。
发明内容
[0007] 针对现有放射性废离子交换树脂处理技术中存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种安全、快速、能最大限度地减容且对环境基本无污染的放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺。
[0008] 本发明的另一个目的是提供一种能实现上述放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺的装置。
[0009] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺，包括以下步骤：
[0010] (Ⅰ)将放射性废离子交换树脂沥水；
[0011] (Ⅱ)将沥水后的放射性废离子交换树脂输送至灰化容器内；
[0012] (Ⅲ)将放射性废离子交换树脂与微波吸收剂混合；
[0013] (Ⅳ)充入还原性气氛并利用微波对盛放在灰化容器中的放射性废离子交换树脂进行碳化处理；
[0014] (Ⅴ)充入氧化性气氛并利用微波对盛放在灰化容器中的放射性废离子交换树脂的碳化产物进行灰化处理；
[0015] (Ⅵ)每批次处理完成后，停止微波，进行
封存处理。
[0016] 进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅰ)中采用气压沥水，沥水后的放射性废离子交换树脂的体积为沥水前体积的1/2。
[0017] 进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅱ)中利用
隔膜泵将沥水后的放射性废离子交换树脂输送至灰化容器。
[0018] 进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅲ)中，利用机械搅拌将微波吸收剂与沥水后的放射性废离子交换树脂混合均匀。
[0019] 进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅲ)中，采用的微波吸收剂可为
活性炭或处理后的放射性废离子交换树脂碳化产物。
[0020] 进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅳ)中，采用微波定向加热的方式，在还原性气氛的辅助下，对与微波吸收剂均匀混合后的沥水后放射性废离子交换树脂进行微波碳化处理。
[0021] 再进一步，如上所述的工艺，步骤(Ⅴ)中，采用微波定向加热的方式，在氧化性气氛的辅助下，对放射性废离子交换树脂的微波碳化产物进行微波灰化处理。
[0022] 本发明提供的一种能够实现上述一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺的微波碳化、灰化装置，所述装置包括装置主体和装置主体内部的保温层，装置主体上连接有微波加热模
块、气体处理模块、气氛控
制模块、灰化容器，装置主体
门处具有微波屏蔽机构。
[0023] 进一步，如上所述的装置，微波屏蔽机构由设在主体门处的抗流结构实现，利用微波
波长1/4的传输线的阻抗变化来实现对于微波
泄漏的屏蔽。
[0024] 进一步，如上所述的装置，气体处理模块包括设在装置顶部的排气管道，排气管道内部的
过滤器和后端的耐高温风机。
[0025] 进一步，如上所述的装置，装置主体的顶部设有向灰化容器内输送沥水后放射性废离子交换树脂的进料管道，通过与装置相连的
隔膜泵控制进料量；进料管道上设有专门设计的微波吸收剂供料支路，在放射性废离子交换树脂进料时同时开启微波吸收剂供料支路，使放射性废离子交换树脂与微波吸收剂在管道中混合后，装入灰化容器中。
[0026] 再进一步，如上所述的装置，装置还包括设在装置主体上的
温度监测模块、远程
控制模块和安全模块。
[0027] 本发明的有益效果在于：
[0028] 第一，本发明提供的一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺，主要利用微波加热的穿透能力强、选择性加热和处理时间短等优点，从而实现放射性废离子交换树脂的有机废物无机化处理，将其危险性降至接近零风险级别，同时也极大的减重和减容。
[0029] 第二，本发明提供了一种可制作成移动式装置的放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化处理工艺，其处理工艺简单，灰化处理后的放射性废离子交换树脂的灰分可以直接或
造粒固化后贮存或处置，减少了中间环节，有效降低了放射性泄漏的可能性。
[0030] 第三，本发明提供的能实现上述放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺的处理装置，可以实现对废离子交换树脂的无机化处理，该装置的主要设备集成在装置主体内，便于管理和使用；并且，主工艺均在装置主体内完成，避免了
放射性核素对人员、设备和环境的污染，有效防止了二次污染和对人员造成伤害的可能性；此外，该装置利用微波的选择性加热和热惯性小的特点，可以实现自动控制。
附图说明
[0031] 图1是本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺的
流程图；
[0032] 图2是一种能实现本发明方法的微波碳化、灰化装置的构示意图。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
[0034] 如图1所示，本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺，包括如下步骤：
[0035] (Ⅰ)将放射性废离子交换树脂沥水。
[0036] 具体操作时，将暂存于用户场址的放射性废离子交换树脂通过水力输送的方式从树脂床输送至树脂储槽或暂存罐，然后采用泵送或重力输送的方式将放射性废离子交换树脂从储槽或暂存罐中输送进入沥水装置，然后采用压缩空气或离心方式实现放射性废离子交换树脂的沥水。
[0037] (Ⅱ)将沥水后的放射性废离子交换树脂输送至灰化容器内。
[0038] 沥水后的放射性废离子交换树脂，采用泵送的方式输送至灰化容器中。
[0039] (Ⅲ)将放射性废离子交换树脂与微波吸收剂混合。
[0040] 微波吸收剂与沥水后的放射性废离子交换树脂在输送管道中实现混合，可选配搅拌器对灰化容器进行搅拌混合。
[0041] (Ⅳ)充入还原性气氛并利用微波对盛放在灰化容器中的放射性废离子交换树脂进行碳化处理。
[0042] (Ⅴ)充入氧化性气氛并利用微波对盛放在灰化容器中的放射性废离子交换树脂的碳化产物进行灰化处理。
[0043] (Ⅵ)每批次处理完成后，停止微波，进行封存处理。
[0044] 每批次放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化处理完成后，停止微波，进行封存处理。
[0045] 微波碳化、灰化处理后的废离子交换树脂的体积和重量约为原来的1/10。封存后的废离子交换树脂微波灰化产物可直接贮存或造粒固化后贮存或处置，减少了中间环节，有效降低了放射性泄漏的可能性。
[0046] 采用本发明提供的方法将核级离子交换树脂碳化、灰化处理，并计算其减重率等参数。试验结果表明，采用10w/g的功率
密度(微波有效输出功率比待处理的核级离子交换树脂
质量)，处理含水率为50％左右的核级离子交换树脂13min左右，灰化产物的减重率可达90％以上，提高功率密度可使减重率进一步提高，最高可达98％左右，灰化产物的体积为原始核级离子交换树脂体积的1/10左右。
[0047] 如图2所示，本发明提供的能够实现上述放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化工艺的装置，包括装置主体1和主体内部的保温层2，主体1上连接有微波加热模块3、气体处理模块4、气氛控制模块5灰化容器6，主体1门处设计微波屏蔽机构。另连接有进料设备等。微波产生元件由
磁控管、波
导管、高压电源和
硅堆等组合而成。微波运行状况监测仪表通过
电流状况监控微波工作状况。
[0048] 微波屏蔽结构由设在主体1门处的抗流结构实现，利用微波波长1/4的传输线的阻抗变化来实现对于微波泄漏的屏蔽。
[0049] 气体处理模块4包括设在装置顶部的排气管道，排气管道内部的过滤器和后端的耐高温风机。
[0050] 气氛控制模块5包括设在装置顶部的进气管道、与进气管道连接内部的气管和控制
阀门。进气管道在装置主体1内部的部分采用高度和尺寸可调设计，以适应不同的树脂量和不同种类的废物处理需求。
[0051] 进料控制及微波吸收剂的混合由装置主体1的顶部设有向灰化容器6内输送沥水后放射性废离子交换树脂的进料管道，通过与装置相连的隔膜泵控制进料量；进料管道上设有专门设计的微波吸收剂供料支路，在放射性废离子交换树脂进料时同时开启微波吸收剂供料支路，使放射性废离子交换树脂与微波吸收剂在管道中混合后，装入灰化容器6中。
[0052] 此外，该微波碳化、灰化装置还包括设在装置主体1上的温度监测模块、远程控制模块和安全模块。
[0053] 温度监测模块布置装置主体1的顶部，主要监测物料温度，以及装置主体内壁和装置主体外壁
工作温度，以保证工作质量和工作安全。
[0054] 远程控制模块包括PLC控制单元、各种电器控制元件，用专用高温、高压线连接。控制系统采用PLC程序控制，可根据具体工况的不同对运行参数进行
修改和记录。
[0055] 安全模块包括连
锁控制元件和报警器，主要功能是保证在类似于舱门开启的情况下微波无法启动，或微波启动状况下若舱门开启则立即中断微波，并发出持续蜂鸣报警。
[0056] 本发明所提供的一种放射性废离子交换树脂微波碳化、灰化装置的工作流程如下：
[0057] 首先开启微波碳化、灰化装置舱门，使用专用工具将灰化容器6放置于装置主体1内部的确定
位置，并调节气氛控制模块5以适应不同规格的灰化容器6；关闭灰化装置舱门；然后开启进料装置，将沥水后的放射性废离子交换树脂定量加入灰化容器6内，每次加入的放射性废离子交换树脂均在加入过程中与微波吸收剂充分混合；然后，开启气氛控制模块
5，向装置主体1内部充入还原性气氛，还原性气氛的量应大于装置主体1内部的有效容积；
然后持续通入还原性气氛，并开启微波加热模块3，碳化阶段开始；开启气体处理模块4，将反应尾气等排出装置，以保证放射性废离子交换树脂的碳化过程的稳定，并随时监测微波运行状况；待物料温度达到拐点后，碳化阶段结束后，通过气氛控制模块5向装置内部1持续通入氧化性气氛，并保持微波加热模块3和气体处理模块4的持续开启，进入灰化阶段，并随时监测微波运行状况；待装置内部1的温升达到一定且尾气产生量较小后，依次关闭微波加热模块3和气氛控制模块5，待灰化容器6外壁温度达到一定值后，关闭气体处理模块4，开启舱门，取出灰化容器6并封盖，将封盖后的灰化容器6可直接暂存或造粒固化后暂存。
[0058] 上文所述的树脂采用单次加入的加料方式，即控制每批次树脂的进料量，通过与微波功率的匹配以达到更好微波碳化、灰化效果；微波吸收剂可促进树脂对微波的吸收，推荐采用树脂碳化产物作为微波吸收剂，不但可以实现“以废治废”，还有效的践行废物最小的理念；二者的目的均是为了达到更好的碳化、灰化效果，无内在联系，但是结合使用可以达到更好的碳化、灰化效果。
[0059] 需要说明的是，在该微波碳化、灰化装置使用之前，必须对各主要设备进行检查，确保装置的安全性。最简单的检查方法是，使用非放射性离子交换树脂模拟微波碳化、灰化操作的全过程，能顺利完成碳化、灰化操作即为合格。
[0060] 上述
实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的
权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
