[发明专利]放射性过滤芯固化处理方法和系统

说明书

本发明的实施例公开了一种放射性过滤芯处理方法和系统，包括如下步骤：将放射性过滤芯的金属框架拆除以获取放射性玻璃纤维；获取放射性玻璃纤维中硅元素的含量；制备固化剂，其中，固化剂中包括硅元素，根据放射性玻璃纤维中的硅元素含量以及固化产物中硅元素含量的期望范围，确定固化剂中硅元素含量的期望范围，并基于固化剂中硅元素含量的期望范围确定固化剂的配方，以根据配方制备固化剂；将放射性玻璃纤维与固化剂混合加热形成熔融态物质；对熔融态物质进行降温，以获得固化产物。根据本发明实施例的放射性过滤芯处理方法和系统能够提高固化产物的质量，获得较为理想的处理效果。

技术领域

本发明涉及化工处理技术领域，特别是涉及一种放射性过滤芯固化处理方法和系统。

背景技术

随着核工业的迅速发展，如何对核工业中产生的大量放射性废物进行处理是亟待解决的问题，固化处理是一种能够较为安全和高效的对放射性废物进行处理的方法。

固化是指选择稳定性较高的固化基质长时间包容这些核素，常用的固化方法有玻璃固化、陶瓷固化、玻璃陶瓷固化、人造岩石固化以及各种水泥固化等等。其中，玻璃固化技术比较成熟，并且，玻璃固化体具有浸出率低、辐照稳定等优点，使得玻璃固化技术成为固化技术研究的热点。

玻璃固化是将高放废液与玻璃基材按一定比例混合后，在高温900-1200度下煅烧、熔融、浇注，经退火后转化为稳定玻璃固化体。以磷酸、磷酸盐或其他含磷物质作玻璃形成剂的称为固化，以和作玻璃形成剂的称为固化。

玻璃固化的研究开始于20世纪50年代末，早期对磷酸盐玻璃固化研究较多，随后发现磷酸盐玻璃固化体贮存一段时间后形成晶体，失去透明性，使的浸出率显著增加，而且磷酸腐蚀性强，熔融器和固化尾气管道需用铂作材料。于是研究工作的重点转向硼硅酸盐玻璃固化。研究结果证明，硼硅酸盐玻璃是较理想的高放废液固化基材。

迄今为止，玻璃固化已经发展了4代，第1代熔制工艺是感应加热金属熔炉，一步法罐式工艺。罐式工艺是将高放废液的蒸发浓缩液和玻璃形成剂同时分别加入金属罐中，金属罐用中频感应加热，分为若干区，废液在罐中蒸发，与玻璃形成剂一起熔融、澄清，最后从下端冻融阀排出熔制好的玻璃。

第2代熔制工艺是回转煅烧路+感应加热金属熔炉两步法工艺，这是在罐式工艺上发展起来的工艺，第1步骤中高放废液先在回转煅烧炉中煅烧成固态煅烧物，第2步把煅烧物与玻璃形成剂分别加入中频感应加热金属熔炉中，在那里熔铸呈玻璃，最后通过冻融阀注入玻璃储罐中。这种工艺的优点是能够进行连续生成，处理量较大，缺点是工艺比较复杂，熔炉寿命不够长。

第3代熔制工艺是焦耳加热陶瓷熔炉工艺，焦耳加热陶瓷熔炉（简称电熔炉）工艺最早是由美国太平洋西北实验室所开发，焦耳加热陶瓷熔炉采用电极加热，炉体由耐火陶瓷材料构成。高放废液与玻璃形成剂分别加入熔炉中，高放废液在熔炉中进行蒸发与玻璃形成剂一起熔铸成玻璃。熔制的玻璃由底部冻融阀或溢流口以批式或连续方式出料。焦耳加热陶瓷熔炉工艺处理量大，熔炉寿命比较长（约5年），缺点是熔炉体积大，给退役带来困难，熔炉底部的贵金属可能会沉积，从而影响出料。

第4代熔制工艺是冷坩埚感应熔炉工艺。冷坩埚是采用高频感应进行加热，炉体外壁为水冷套管和高频感应圈，不使用耐火材料，也无需电极加热。高频（300-13000kHz）感应加热使玻璃熔融，由于水冷套管中连续通过冷却水，因此炉内近套管处形成一层固态玻璃壳体，熔融的玻璃责备包容在自冷固态玻璃层内，顶上通常还有一个冷罩，以限制易挥发物的释放。冷坩埚除了可以熔铸玻璃外，还可以用来熔融废金属、处理乏燃料包壳、焚烧高氯高硫的废塑料和废树脂等。

冷坩埚熔炉的优点是熔制温度高（可达1600-3000℃），可处理对象多，熔融的玻璃不直接与金属接触，腐蚀性小，炉体寿命较长，尾气处理也比较简单。基于此，冷坩埚技术是我国乃至全世界着力研究的热点技术。

放射性过滤芯是核电厂中较为常见的放射性废物之一，过滤芯通常由金属框架和固定在金属框架上的玻璃纤维组成，其中主要需要处理的是放射性的玻璃纤维。