CN114160554B - 一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法 - Google Patents

一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法 Download PDF

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Abstract

一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法。本发明属于废弃树脂处理领域。本发明为解决现有处理阳离子交换废树脂的方法存在的放射性核素被废气夹带排出、难以固定的技术问题。本发明的方法按以下步骤进行：步骤1：将碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾混合均匀，得到三元共晶盐混合物，然后加入含放射性元素的废弃阳离子交换树脂继续混合均匀；步骤2：将步骤1后的混合物在750～850℃下加热处理1.5h～2.5h，完成含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的处理。本发明通过三元碳酸共晶熔盐的用量及处理温度的综合调控，实现了在大幅度降低三元碳酸共晶熔盐用量的基础上高效处理含钴阳离子交换树脂的目的，大部分的钴仍被保留在熔盐中，处理效果显著。

Description

一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交 换树脂的方法
技术领域
本发明属于废弃树脂处理领域，具体涉及一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法。
背景技术
阳离子树脂在核工业中被广泛用于去除放射性污染物。装载有放射性核素的树脂不能再生和利用，它们应得到合理的处理以最大限度地减少对环境的危害。
常见的处理废树脂的方法包括水泥固化、焚烧、热解等。由于水泥粘合剂和树脂珠粒之间缺乏适当的粘附力，用水泥固化方法处理树脂废料时，常存在着包容量低、固化体增容比较大、核素浸出率高等问题。传统热解或焚烧虽然能最大限度的减少废物体积，但是放射性核素会随着尾气的排放而逸散到空气中。因此在处理废树脂时，不仅要遵循废物最小化的原则，彻底地处理掉废树脂，同时也要有效地截留放射性核素、减少其逃逸。
发明内容
本发明为解决现有处理阳离子交换废树脂的方法存在的放射性核素被废气夹带排出、难以固定的技术问题，而提供了一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法。
本发明的一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾混合均匀，得到三元共晶盐混合物，然后加入含放射性元素的废弃阳离子交换树脂继续混合均匀；
步骤2：将步骤1后的混合物在750～850℃下加热处理1.5h～2.5h，完成含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的处理。
进一步限定，步骤1中所述三元共晶盐混合物中碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的质量比为1：(0.78～1.16)：(0.89～1.33)。
进一步限定，步骤1中所述三元共晶盐混合物中碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的质量比为1：0.97：1.11。
进一步限定，步骤1中所述三元共晶盐混合物与含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的质量比为(0.8～1.2)：1。
进一步限定，步骤1中所述三元共晶盐混合物与含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的质量比为1：1。
进一步限定，步骤1中所述含放射性元素的废弃阳离子交换树脂为含Co的废弃阳离子交换树脂。
进一步限定，步骤1中所述含放射性元素的废弃阳离子交换树脂中放射性元素的含量为1.6wt％～2.4wt％。
进一步限定，步骤1中所述含放射性元素的废弃阳离子交换树脂中放射性元素的含量为2wt％。
进一步限定，步骤2中将步骤1后的混合物在800℃下加热处理2h，完成含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的处理。
本发明与现有技术相比具有的显著效果：
本发明利用熔融碳酸盐中碳酸根可以与含钴阳离子交换树脂中钴反应，并将其氧化为四氧化三钴的特点，用三元碳酸共晶熔盐氧化含钴阳离子交换树脂，并将钴转变为了具有良好热稳定性的四氧化三钴，并通过三元碳酸共晶熔盐的用量及处理温度的综合调控，实现了在大幅度降低三元碳酸共晶熔盐的用量的基础上高效处理含钴阳离子交换树脂的目的，在800℃下氧化2h，氧化效率高达95.64％，钴的截留效率为97.3％，大部分的钴仍被保留在熔盐中。
附图说明
图1为对比例1处理后的产物的XRD图；
图2为未进行离子交换的阳离子交换树脂的热重曲线图；
图3为实施例1处理后的产物的XRD图。
具体实施方式
实施例1、本实施例的一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾按照质量比1：0.97：1.11混合均匀，得到三元共晶盐混合物，然后加入含Co的废弃阳离子交换树脂继续混合均匀；所述三元共晶盐混合物与含Co的废弃阳离子交换树脂的质量比为1：1；所述含Co的废弃阳离子交换树脂中Co的含量为2wt％；
步骤2：将步骤1后的混合物在800℃下加热处理2h，完成Co的废弃阳离子交换树脂的处理。
本实施例中Co含量为2wt％的废弃阳离子交换树脂按下述步骤模拟获得：
步骤(1)：称量0.4g无水CoCl2，充分溶解后定容至50mL，制备成浓度为0.0615mol/L的CoCl2水溶液来模拟含有放射性核素的废水；
步骤(2)：①使用1mol/LHCl溶液充分浸润阳离子交换树脂(杭州争光树脂厂生产的核级732型阳离子交换树脂，其结构为苯环上带有磺酸基官能团的苯乙烯-二乙烯苯共聚物)2h，然后使用去离子水冲洗阳离子树脂7-8次至溶液pH值为7；②使用1mol/LNaOH溶液充分浸润阳离子交换树脂2h，然后使用去离子水冲洗阳离子树脂7-8次至溶液pH值为7；重复步骤①-②的操作3-5次，然后将阳离子交换树脂在湿态下保存，得到预处理后阳离子交换树脂；
步骤(3)：取5mL步骤1得到的溶液与2g步骤2得到的预处理后的阳离子交换树脂置于10mL离心管中，在25℃温度下，以120r/min的转速震荡48h，完成离子交换，然后将离子交换后的树脂在101℃条件下干燥12h，获得Co含量为2wt％的废弃阳离子交换树脂。
对比例1：本实施例与实施例1不同的是：待处理树脂为未进行离子交换的阳离子交换树脂(杭州争光树脂厂生产的核级732型阳离子交换树脂，其结构为苯环上带有磺酸基官能团的苯乙烯-二乙烯苯共聚物)。
对比例1处理后的产物的XRD图如图1所示，从图1可以看出，在800℃下氧化阳离子交换树脂2h，废盐中包括NaK3(SO4)2，这表明产生的SO2被碳酸熔盐有效地吸收并转变成了稳定的无机物。
未进行离子交换的阳离子交换树脂的热重曲线如图2所示，从图2可以看出，在800℃下氧化2h，阳离子交换树脂就能被有效地破坏。
本发明实施例1处理后的产物的XRD图如图3所示，从图3可以看出，钴四氧化三钴的形式存在。综上可以看出三元碳酸共晶盐熔盐法是一种有效处理含钴阳离子交换树脂、截留放射性核素钴的方法。
利用电感耦合等离子技术ICP，采用德国赛默飞世尔的电感耦合等离子发射仪对实施例1处理后的产物中的Co2+含量进行检测，检测参数如下：功率为1150W，冲洗20s，长波10s，短波5s，每个样品重复测量3次。结果显示，在800℃下氧化2h，氧化效率高达95.64％，钴的截留效率为97.3％，大部分的钴仍被保留在熔盐中。

Claims (1)

1.一种用三元碳酸共晶熔盐处理含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1：将碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾混合均匀，得到三元共晶盐混合物，然后加入含放射性元素的废弃阳离子交换树脂继续混合均匀；所述三元共晶盐混合物中碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的质量比为1：0.97：1.11，所述三元共晶盐混合物与含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的质量比为1：1，所述含放射性元素的废弃阳离子交换树脂为含Co的废弃阳离子交换树脂，所述含放射性元素的废弃阳离子交换树脂中放射性元素的含量为2wt％；
步骤2：将步骤1后的混合物在800℃下加热处理2h，完成含放射性元素的废弃阳离子交换树脂的处理。
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