[發明專利]一種放射性污染石墨的減容方法

在審

• 申請號: 201710830342.X
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107610801A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 龐敏;潘社奇;王永鵬
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: G21F9/32
• 分類號: G21F9/32
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 沈強

技術領域

本發明涉及放射性廢物處理技術領域，具體涉及一種放射性污染石墨的減容方法。

背景技術

核工業產生了大量的放射性污染石墨。由于體積龐大，若不進行減容處理，對其直接實施深地質處置在費用和實施方面是不可接受的。因此，對放射性污染石墨進行有效的減容處理，對實現廢石墨的最終處置極為重要。下面介紹兩種國際上對放射性污染石墨開展的減容技術研究。

焚燒法：法國針對本國核電站退役產生的放射性污染石墨開發了循環流化床焚燒技術。先將石墨破碎至平均粒徑為1 mm的顆粒，投入流化床中。石墨顆粒處于高速氣流和擾動的環境中，與床層上的粉狀耐火材料顆粒混合，在1100 ℃左右進行焚燒。焚燒煙氣中夾雜的固體顆粒物被旋風分離器收集后，返回流化床再次焚燒。從旋風分離器出來的未燃盡石墨，最后進入后燃燒室完全燃燒。根據此路線建立的原型爐的燃燒效率可達99.8%，減容比可達160。

水蒸汽熱裂解法：此技術是利用化學反應：C+H2O→CO+H2，CO+H2O→CO2+H2，對受污染的石墨進行去污、減容處理。由于石墨具有完整的晶格結構，其化學反應活性很低，水蒸汽對石墨的顯著氧化要在1000 ℃以上才能夠發生，因此，水蒸汽熱裂解法的反應條件很嚴苛，技術難度大。但在理論上，此技術可以實現石墨的完全減容。

上述方法雖然可以實現石墨的大幅度減容，但存在的問題是很明顯的，如反應溫度高（＞1000 ℃），氣體流速大、擾動大。在對放射性污染物的處理過程中，反應溫度高會造成設備連接件之間的吻合能力下降，設備對放射性氣溶膠的密封能力降低，對操作人員的健康和周圍環境造成極大威脅。氣體流速大也會導致放射性核素隨氣流處于擾動狀態，對于放射性核素的密封截留和回收都是不利的。從安全、經濟、放射性核素回收角度出發，降低石墨的燃點，控制反應過程的氣體流速以不產生擾動，是放射性污染石墨減容處理技術的一種發展趨勢。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種放射性污染石墨的減容方法。

本發明的一種放射性污染石墨的減容方法，包括以下步驟：

a、將放射性石墨破碎為平均粒徑小于2mm的顆粒，再與添加劑按一定質量比置入球磨機內球磨，得到所需一級固體粉末；

b、將步驟1得到的一級固體粉末放入加熱爐，通入反應氣體，恒溫加熱，得到二級固體粉末。

作為本方案的優選：步驟a中的添加劑為堿金屬或堿土金屬的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽。

作為本方案的優選：步驟a中的添加劑為過渡金屬氧化物。

作為本方案的優選：步驟a中的石墨與添加劑的質量比為1：0.5~16。

作為本方案的優選：步驟a中的球磨的公轉速度為200~500轉/分鐘，球磨時長為1~5小時。

作為本方案的優選：步驟b中的反應氣體為空氣或氧氣或混合有惰性氣體的氧氣，氣體流速為50~500毫升/分鐘。

作為本方案的優選：步驟b中的惰性氣體為氮氣或氬氣或氦氣。

作為本方案的優選：步驟b中的恒溫加熱的溫度控制為500℃~750℃。

經實驗驗證，采用本發明的方法獲得的石墨的燃點最低可至438℃，石墨的平均氧化速率最高可達183克/小時，氣化率可達99.0%以上，核素保留率可達99.0%以上。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：顯著地降低了石墨的燃點，并將氣體流速控制在不產生擾動的閾值內，實現了石墨的低溫、靜態、完全氧化，能夠有效抑制放射性氣溶膠的擴散，極大地提高了處理過程的安全性，并且為后續的有價值放射性核素的回收提供了有利條件，是一種適用于消除核工業長期堆存的放射性污染石墨的方法。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

實施例1

將帶有U₃O₈的粒徑小于2 mm的石墨（U的質量含量小于5 w%）、三氧化鉬按質量比1：4置于球磨罐中，采用行星式球磨機以350轉/分鐘的公轉速度研磨5小時，取2克得到的粉末置于加熱爐中，以150毫升/分鐘的流量向爐中通入空氣，在650 ℃恒溫1小時。