废离子交换树脂的优化处理.docx

文章编号:0258209182(2003)0220165208废离子交换树脂的优化处理罗上庚(中国原子能科学研究院,北京,102413)摘要:核设施产生的废树脂的安全处理、整备和处置是热点问题。本文论述了废树脂的特殊性,解析了各种废树脂处理、整备技术,包括脱水干燥后装入高整体性容器、洗脱、热压、生物降解、焚烧、湿法氧化、沥青固化、聚合物固化、玻璃固化和水泥固化等。重点分析了废树脂水泥固化,讨论了树脂溶胀作用破坏固化体的机理,介绍了克服树脂溶胀作用的方法。强调指出必须重视水泥固化的配方,关键是必须满足处置要求。最后,对优化处理废树脂提出了建议。关键词:废树脂;优化处理;整备;水泥固化;溶胀;核电厂;固化体;处置核电厂运行,核燃料循环过程,放射性废液处理,核设施去污和退役,同位素生产与应用和核化学、放射化学实验,广泛使用离子交换树脂进行分离和纯化。虽然无机离子交换剂有扩大应用的趋势,但有机离子交换树脂具有不可替代的作用,今天仍为主导使用对象。对核电厂来说,反应堆回路冷却水、乏燃料保存池水和工艺废水多用离子交换树脂净化处(2)(3)(4)使用。超过限定辐射水平,不考虑洗脱;树脂颗粒机械磨损太严重,不能再用;预定任务已完成或因改变方案而不再放射性废树脂虽然只占放射性废物总量中很小一部分,但它受到人们高度重视,因为:(1)废树脂富集了放射性核素,虽然多数仍属低中水平放射性废物,但有些废树脂可能比活度很高;(2)废树脂是有机物质,具有可燃性;(3)废树脂辐解或热解、生物降解时,会产生H2、CH4、C2H4、NH3等燃爆性气体;(4)废树脂含较多硫和氮,焚烧产物和降解产物对设备和贮存容器有较强腐蚀性;(5)废树脂长期存放会粉化,在槽罐底部出现板结,造成回取困难;(6)废树脂是弥散性物质,不允许直接处置(除非脱水后装入高整体性容器)。核电厂粒状树脂一般不进行再生使用,粉状树脂则从来不复用。一座1000MW压水堆理1。多数情况采用粒状树脂(φ0135～φ1125mm),强酸型阳离子交换树脂和强碱型阴离子交换树脂),阴阳树脂可分别装柱单独使用或串联使用,或者以一定比例混合后装柱使用。粉状树脂(5～130μm)则多用作预涂层过滤材料。废离子交换树脂的特殊问题通常,离子交换树脂由于以下原因不再使用后,当作废离子交换树脂(以下简称废树脂)处理整备和处置:(1)达到饱和交换容量,不考虑再生;1收稿日期:2002204203;退改日期:2002210230作者简介:罗上庚(1938—),男,1967年北京大学研究生毕业,研究员,博士生导师。165电厂每年产生的废树脂量为十几到三四十/m3(现在有报导降到m3),比活度为107～1013Bq/kg,主要的核素为铯和钴。于实验室研究和中试成果,或者只在个别地方使用,至今尚无广泛使用的工艺流程。已开发的方法大致可分为以下两类:(1)不破坏树脂有机物结构,如洗脱法、压实法、水泥固化、沥青固化、塑料固化和干燥后装入高整体性容器等;(2)破坏树脂有机物结构,如氧化分解(焚烧或湿法氧化)、玻璃固化、生物降解等。废树脂处理和整备技术简介废树脂处理整备技术一直受到人们重视,80年代到90年代初是研究开发的高潮时期。已经研究开发的方法很多(见图1),但多数属2图1废树脂处理和整备方法Fig.1Treatmentandconditioningmethodsforspentresin下面对这些方法作一简要解析211脱水干燥后装入高整体性容器废树脂可用常规的真空过滤或加压过滤、离心过滤脱水。将废树脂装在有搅拌器的容器中,缓慢加热到120～140℃抽出水蒸汽,搅拌可防止树脂沉积在容器的器壁上。德国GNS公司开发了另一种装置,将废树脂装在MO2SAIK高整体性容器(HIC)中,通过夹套加热除去水分后可直接进行处置。这种方法不需加入固化剂,不增加废物体积,工艺也比较简单。但高整体性容器价贵,应用尚不普遍。韩国Yonggwang和Uljin核电站采用此法处理废树6mol/LHCl(300～400ml/100mL树脂),搅拌45～60min,搅拌速度60r/min,所产生CO2被吸收至NaOH溶液中。此法可将9815%以上的14C从树脂上洗下来,洗脱后的树脂容易用水泥固化处理。加拿大安大略公司也开发了从树脂上洗脱1C4技术,可洗脱9919%以上的1C45。洗脱法要使树脂降到非放水平是很难的,并会产生较多二次废物。实际上,此法只能作为少数比活度高的废树脂的一种预处理方法。213热压压实法热压压实法是在加热环境中用超级压实机〗将压实废树脂。德国Philippsburg核电厂6\脂2,3。废树脂脱水后装入200L钢桶中,封上盖,然后在热油加热的环境中,使桶内废树脂加热到一定温度,再送到超级压实机进行压实,压成的饼块装入钢桶中(空隙浇注水泥浆)可送去