一种等离子体处理放射性废物的方法与流程

本发明涉及核废物处理，具体涉及一种等离子体处理放射性废物的方法。

背景技术：

1、核电站在运营、维护和退役过程中产生的大量放射性固体废物，按来源不同分为工艺废物和技术废物：工艺废物指系统及设备运行期间产生的放射性固体废物，包括过滤器滤芯、树脂、浓缩液等，存放于专门的具有γ辐射屏蔽的容器中；技术废物指设备维护及中维修活动产生的放射性废物，如杂项干废物包括棉织品、纸制品、塑料、橡胶、保温材料等，该类放射性浓缩废液包括蒸发处理所得的蒸发残液、絮凝沉淀后的污泥、离子交换过程的再生废液等，虽然其量较原废水大为减少，但却集中了原废水的绝大部分放射性，放射性水平较高，而杂项干废物量大，一般占放射性废物总量的60％以上，长期滞留甚至超期积压在核电厂，给核电站正常运行带来极大隐患。因此，为避免长期贮存造成的危险，必须对放射性废物进行妥善、安全的处理和处置。

2、目前，中低放固体废物的处理方法主要分为焚烧、水泥固化、混凝土固定、压缩减容和等离子体玻璃固化等方法。其中，焚烧只能处理可燃废物，处理过程中容易产生二次污染，且焚烧后的固体灰烬仍然需要进行固化处理。水泥固化和混凝土固定因为没有焚烧减容，均为增容操作，不符合核废物处理处置的最小化原则。压缩减容适于处理多孔废物，处理过程中需要使用超级压实机和加热装置，还需要处理压实过程中产生的放射性废液和废气，此外无法很好地处理泥浆等紧实废物。相比这几种方法，等离子体具有高能量密度、高反应活性等特点，能够通过焚烧、热解等途径将可燃烧废物转化为不可燃的无机灰烬，同时高于1000摄氏度的高温能够将非可燃的泥浆等废物直接熔融后玻璃固化，因此对非可燃固体废物的处理同样具有适用性。此外，和混凝土等相比，玻璃的低浸出率、均质、耐老化等优点可保证中低放废物的玻璃固化体可近地表填埋处置，从而避免昂贵的深地址贮存。综合来看，等离子体玻璃固化技术能够满足放射性废物处理处置中减容减量的要求，且不受放射性废物种类的限制，并能通过玻璃固化将放射性核素进行固定，因此对中低放水平的废树脂和低水平但量大的杂项干废物的减容减量和固化处理具有明显的技术优势。

3、等离子体高温熔融技术属于高温热处理技术，处理中心温度为1500℃左右。玻璃纤维在核废物中所占体积较大，一般将其熔融，以此进行减容处理。玻璃纤维本身就是玻璃态材料，1400～1500℃热处理条件下，处理的最终产物为透明玻璃，但其粘度较大，不利于在玻璃固化熔炉中出料。硼酸盐溶液通常采用水泥、沥青、塑料作为固化基材，但这些方法可能会增容，处理工艺复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种等离子体处理放射性废物的方法，解决了等离子体高温熔融处理核废料过程中存在出料难且处理工艺复杂的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供一种等离子体处理放射性废物的方法，所述方法包括：

4、以玻璃纤维、含硼浓缩液蒸干盐及玻璃添加剂作为原料调整其化学组成，获得调整后含氧化硼、氧化钙、氧化铝、氧化钠和二氧化硅的废料；

5、将调整化学组成后的废料进行等离子体熔融固化处理，熔化成为玻璃熔融体；

6、将玻璃熔融体出料、冷却至成型；

7、将成型的玻璃熔融体进行退火处理，自然冷却至常温后，获得经等离子体处理后的放射性废物玻璃固化体。

8、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

9、氧化硼6wt％～18wt％、氧化钙2wt％～10wt％、氧化铝5wt％～8wt％、氧化钠9wt％～25wt％，其余量为二氧化硅。

10、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

11、氧化硼8wt％～16wt％、氧化钙4wt％～8wt％、氧化铝6wt％～7wt％、氧化钠10wt％～22wt％，其余量为二氧化硅。

12、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

13、氧化硼10wt％～14wt％、氧化钙5wt％～7wt％、氧化铝6wt％～7wt％、氧化钠15wt％～20wt％，其余量为二氧化硅。

14、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

15、氧化硼12wt％、氧化钙6wt％、氧化铝6.5wt％、氧化钠18wt％，其余量为二氧化硅。

16、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，进行等离子体高温熔融固化处理的温度为900℃～1100℃。

17、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，进行等离子体熔融固化处理的时间为1h～2h。

18、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，玻璃熔融体出料时采用的模具提前预热至700℃～850℃。

19、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，进行退火处理的温度为400℃～500℃。

20、进一步地，在所述的等离子体处理放射性废物的方法中，进行退火处理的时间为1h～2h。

21、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

22、本发明提供的等离子体处理放射性废物的方法，采用等离子体高温熔融技术，以玻璃纤维、含硼浓缩液蒸干盐及玻璃添加剂作为原料，通过调整原料的化学组成，以便降低等离子高温熔融技术的熔融温度，降低玻璃熔融体的温度方便出料，还能实现玻璃纤维和含硼浓缩液的处理，使其最大化减容，能够减少玻璃原料的添加，实现放射性废物的资源化、最小化处理。

23、本发明提供的等离子体处理放射性废物的方法，处理后的放射性废物玻璃固化体性能稳定，满足放射性最终废物的处置要求。

技术特征：

1.一种等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

3.根据权利要求2所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

4.根据权利要求3所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

5.根据权利要求4所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，所述调整化学组成后的原料按照重量百分含量计包括：

6.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，进行等离子体高温熔融固化处理的温度为900℃～1100℃。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，进行等离子体高温熔融固化处理的时间为1h～2h。

8.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，玻璃熔融体出料时采用的模具提前预热至700℃～850℃。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，进行退火处理的温度为400℃～500℃。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理放射性废物的方法，其特征在于，进行退火处理的时间为1h～2h。

技术总结
本发明公开了一种等离子体处理放射性废物的方法，属于核废物处理技术领域。所述方法包括：以玻璃纤维、含硼浓缩液蒸干盐及玻璃添加剂作为原料调整其化学组成，获得调整后含氧化硼、氧化钙、氧化铝、氧化钠和二氧化硅的废料；将调整化学组成后的废料进行等离子体熔融固化处理。本发明提供的等离子体处理放射性废物的方法，采用等离子体高温熔融技术，以玻璃纤维、含硼浓缩液蒸干盐及玻璃添加剂作为原料，通过调整原料的化学组成，以便降低等离子高温熔融技术的熔融温度，降低玻璃熔融体的温度方便出料，还能实现玻璃纤维和含硼浓缩液的处理，使其最大化减容，能够减少玻璃原料的添加，实现放射性废物的资源化、最小化处理。

技术研发人员：丁泮,李平川,刘斌,张帆,李猛,刘建,左迟,袁青青,胡俊杰,李箫波
受保护的技术使用者：海南核电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20