CN106531277A - 一种放射性石墨的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射性石墨的处理方法,属于放射性废物处理领域。本发明的方法是采用微波烧结技术对放射性石墨进行处理。本发明的处理方法操作简单、处理效率高、重复性好、安全可靠、节能环保,可广泛用于核反应堆等相关领域所产生的放射性石墨的大规模处理。
Description
技术领域
本发明涉及放射性废物处理领域,具体涉及的是一种放射性石墨的处理方法。
背景技术
自1942年美国建立第一座反应堆以来,全世界范围内已有百余座石墨核反应堆。在反应堆中石墨一般作为中子慢化剂、反射剂、燃料套或用于盛装核燃料的容器。石墨所包括的体积常常是与堆芯本身相同大小,典型慢化反应堆中堆芯可能包含2000t石墨。如:英国的Magnox堆,最大的有3000t石墨。俄国的钚生产堆,每个堆芯有900t至1340t石墨。拥有石墨的大户英国有26座Magonx堆和14座AGR堆,以及10座研究堆,拥有约6万吨石墨。随着运行时间的长久,多数石墨堆开始老化,其中一些已经停运,需要安排退役,届时全世界范围将产生约230000t的放射性石墨。我国于二十世纪六七十年代在酒泉、广元和包头建立的此类反应堆也基本处于关停状态,约有9000t放射性石墨急需处理。放射性石墨因其存量大、组成特殊性、放射性大、处理工艺复杂等问题,成为当前我国及世界核设施退役处理处置过程中共同关注的热点问题。
目前,对于放射性石墨处理的普遍做法是在反应堆关闭后的几十年内就地长期暂存、延缓退役及最终处置。其中,长期暂存具有很多不确定性因素,并且将问题留给后代而没有最终解决。近年来,国际上对放射性石墨废物处理技术、处置策略和替代方案等也开展了广泛的研究。其中主要技术手段包括固定床(熔炉)焚烧、流化床焚烧、密封腔焚烧、激光焚烧、蒸汽热解技术以及固化法。然而,固定床焚烧技术虽然减容明显,但需预处理、效率较低且处理量小;流化床焚烧技术处理量大、过程易控、焚烧效率高,不过也需要预处理;密封腔焚烧技术较易实现低放废物分离,却只能对特定对象进行研发;激光焚烧技术温度易控、无需预处理、可远程操控,但处理量小、受限于激光技术;蒸汽热解技术可用于石墨去污、可在场址内操作,而反应条件苛刻、技术难度较大。因此,寻找到一种高效、便捷的放射性石墨处理方法尤为必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有放射性石墨处理过程中工艺复杂,且处理条件苛刻等缺点,提供了一种放射性石墨的处理方法。该方法采用微波烧结技术对放射性石墨进行处理,具有快速、高效、工艺流程简单,不需要进行预处理等特点。
本发明所提供的放射性石墨的处理方法,包括如下步骤:采用微波烧结技术对放射性石墨进行处理。
上述的处理方法,所述放射性石墨来自于核反应堆;所述放射性石墨可以为块体,也可以为粉体。
上述的处理方法,所述处理是在微波烧结炉中进行的。
上述的处理方法,所述处理的温度为800℃~3000℃;具体可为1200℃、1700℃、1800℃、2000℃或3000℃;所述处理时间为3min~4320min;具体可为3min、50min、80min或100min。
上述的处理方法,所述处理是在空气气氛、常压条件下进行的。
上述的处理方法,所述处理的升温速率为10℃/min~100℃/min;具体可为20℃/min、50℃/min、80℃/min或100℃/min。
上述的处理方法,所述放射性石墨的一次性处理量为0kg~2000kg,但不为0。
上述的处理方法,所述方法还包括在微波烧结处理之前对石墨进行粉碎的步骤。
所述粉碎的石墨的粒径具体可为0.5mm~150mm;实际情况可以根据设备容量的大小来确定粉碎后石墨的粒径大小。
上述的处理方法,所述方法还包括在微波烧结处理之后对产生的非石墨低微波活性组分和气体进行处理的步骤。
所述非石墨低微波活性组分为杂质物质。
微波作为一种新型烧结技术,具有升温速度快、烧结时间短、能源利用率高与产生二次废物少,且工艺流程简单,不需要进行预处理等特点。放射性石墨具有一定的微波活性。
本发明的处理方法可以快速高效的将放射性石墨进行减容。本发明的处理方法具有处理量大、工艺过程简单、安全可靠等特点。本发明的方法具有良好的应用前景,有助于核设施退役废石墨的处理。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本发明,而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
(1)将核反应所使用的块体放射性石墨进行粉碎处理,粉碎后的放射性石墨的粒径为30mm到60mm;
(2)将取粉碎后的2kg放射性石墨放入微波烧结炉中,在空气气氛、常压条件下,以20℃/min的加热速率由室温28℃加热至1800℃,然后在1800℃保温80min。
(3)关闭电源,自然冷却至室温。将反应产生的气体及粉尘按其粒径大小分别吸附过滤收集处理。
本实施例的放射性石墨被充分燃烧生成气体,去除率为98%以上。
实施例2
(1)将核反应所使用的块体放射性石墨进行粉碎处理,粉碎后的放射性石墨的粒径为0.5mm到5mm;
(2)将取粉碎后的1kg放射性石墨放入微波烧结炉中,在空气气氛、常压条件下,以50℃/min的加热速率由室温28℃加热至1200℃,然后在1200℃保温50min。
(3)关闭电源,自然冷却至室温。将反应产生的气体及粉尘按其粒径大小分别吸附过滤收集处理。
本实施例的放射性石墨被充分燃烧生成气体,去除率为98%以上。
实施例3
(1)将核反应所使用的块体放射性石墨进行粉碎处理,粉碎后的放射性石墨的粒径为0.5mm到60mm;
(2)将取粉碎后的3kg放射性石墨放入微波烧结炉中,在空气气氛、常压条件下,以80℃/min的加热速率由室温28℃加热至2000℃,然后在2000℃保温100min。
(3)关闭电源,自然冷却至室温。将反应产生的气体及粉尘按其粒径大小分别吸附过滤收集处理。
本实施例的放射性石墨被充分燃烧生成气体,去除率为98%以上。
实施例4
(1)将核反应所使用的块体放射性石墨进行粉碎处理,粉碎后的放射性石墨的粒径为0.5mm到1mm;
(2)将取粉碎后的0.1kg放射性石墨放入微波烧结炉中,在空气气氛、常压条件下,以80℃/min的加热速率由室温28℃加热至1700℃,然后在1700℃保温3min。
(3)关闭电源,自然冷却至室温。将反应产生的气体及粉尘按其粒径大小分别吸附过滤收集处理。
本实施例的放射性石墨被充分燃烧生成气体,去除率为98%以上。
实施例5
(1)将核反应所使用的块体放射性石墨进行粉碎处理,粉碎后的放射性石墨的粒径为100mm到150mm;
(2)将取粉碎后的4kg放射性石墨放入微波烧结炉中,在空气气氛、常压条件下,以100℃/min的加热速率由室温28℃加热至3000℃,然后在3000℃保温80min。
(3)关闭电源,自然冷却至室温。将反应产生的气体及粉尘按其粒径大小分别吸附过滤收集处理。
本实施例的放射性石墨被充分燃烧生成气体,去除率为98%以上。
Claims (8)
1.一种放射性石墨的处理方法,包括如下步骤:采用微波烧结技术对放射性石墨进行处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于:所述处理是在微波烧结炉中进行的。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法,其特征在于:所述处理的温度为800℃~3000℃;所述处理时间为3min~4320min。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的处理方法,其特征在于:所述处理是在空气气氛、常压条件下进行的。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的处理方法,其特征在于:所述处理的升温速率为10℃/min~100℃/min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的处理方法,其特征在于:所述放射性石墨的一次性处理量为0kg~2000kg,但不为0。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的处理方法,其特征在于:所述方法还包括在微波烧结处理之前对石墨进行粉碎的步骤。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的处理方法,其特征在于:所述方法还包括在微波烧结处理之后对产生的非石墨低微波活性组分和气体进行处理的步骤。
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