[發明專利]一種通過電解池處理含有硝酸的放射性廢液的方法

在審

• 申請號: 202111131807.5
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113929185A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 張虎;歐陽應根;趙晶
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;G21F9/06;G21F9/20;C02F101/16
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 王浩然

本公開涉及一種通過電解池處理含有硝酸的放射性廢液的方法，該電解池包括陰極區和陽極區，所述陰極區和所述陽極區之間設置有隔膜，所述陰極區中的陰極的材料為具有通孔的鈦金屬材料，所述陽極區中的陽極的材料為鉑金屬材料或碳材料；所述方法包括將所述含有硝酸的放射性廢液引入所述陰極區，并且在所述陰極區中維持流動狀態，以使得所述含有硝酸的放射性廢液在流經所述通孔時發生電解。

技術領域

本公開涉及核化工領域，具體地，涉及一種通過電解池處理含有硝酸的放射性廢液的方法。

背景技術

從乏燃料元件中提取和純化鈾、钚、镎及其他放射性同位素的過程中，使用了大量的水、汽、化學試劑和萃取劑，隨之產生大量的放射性廢液。根據放射性水平的差異可將放射性廢液分為高放廢液和中、低放廢液。為便于貯存或后續處理，放射性廢液處理的首要問題是減容，一般采用蒸發濃縮。但由于廢液中硝酸濃度高，限制了廢液的可濃縮倍數，因此需要脫除溶液中的硝酸以提高廢液的蒸發濃縮倍數。現有的方法是向廢液中加入甲醛、甲酸等脫硝劑，利用脫硝劑與硝酸之間的化學反應將硝酸分解為NOx，實現廢液脫硝。但是采用甲醛和甲酸進行廢液脫銷的不足之處在于：①試劑的消耗量大，且反應過程中產生大量放射性氣體需處理。②反應過程中需要嚴格控制脫硝劑甲醛(甲酸)與硝酸的摩爾比在1.5:1，當摩爾比大于1.5時，甲醛釋放的質子使溶液酸度比脫硝前還高；當摩爾比小于1.5時，硝酸的脫硝速度太慢，需要數小時才能完成脫硝反應。而且隨著脫硝反應的進行，溶液中硝酸濃度會不斷變化，因此在反應過程中不斷調整甲醛的量是比較困難的。③甲醛(甲酸)的脫硝反應溫度需要控制在90℃附近，但是在此溫度下，高放廢液中的鋯、鉬會形成沉淀，造成操作困難。④甲醛(甲酸)的脫硝反應存在誘導期，在誘導期之前甲醛不與硝酸發生反應。反應的誘導期難以控制，從而導致反應難以精確控制。

電化學脫硝方面，電解硝酸的還原電勢與硝酸根濃度及氫離子濃度密切相關。隨著硝酸濃度的逐漸降低，陰極極化電勢增大，析氫反應將成為陰極的主要電極反應，導致溶液中硝酸濃度降低到一定程度(約2-3mol/L)后，繼續電解，硝酸濃度會維持不變，因此，一般情況下，繼續采用電解的方法將無法進一步脫除硝酸。

目前電解脫硝研究主要集中在處理水溶液中低濃度硝酸鹽的污染，大量研究集中在負載有不同金屬催化劑的電極材料方面，將電化學與化學催化相結合提高電流效率，但此類方法無法用于高濃度硝酸溶液中硝酸的脫除。

因此，亟需開發一種將放射性溶液電解脫硝的方法，用于脫除廢液中的高濃度硝酸。

發明內容

本公開的目的是提供一種通過電解池直接處理含有硝酸的放射性廢液的方法，可以有效脫除放射性廢液中的高濃度硝酸。

為了實現上述目的，本公開提供了一種通過電解池處理含有硝酸的放射性廢液的方法，所述電解池包括陰極區和陽極區，所述陰極區和所述陽極區之間設置有隔膜，所述陰極區中的陰極的材料為具有通孔的鈦金屬材料或具有通孔的金屬鍍鉑材料，所述陽極區中的陽極的材料為鉑金屬材料或碳材料；

所述方法包括將所述含有硝酸的放射性廢液引入所述陰極區，并且在所述陰極區中維持流動狀態，以使得所述含有硝酸的放射性廢液在流經所述通孔時發生電解。

根據本公開，其中，所述通孔的孔徑為0.5-5mm，所述陰極的孔隙率為40-90％，所述具有通孔的鈦金屬材料為金屬鈦、鈦鋁合金和鈦鎳合金中的至少一種，所述鉑金屬材料為金屬鉑、鈦基鍍鉑和鎳基鍍鉑中的至少一種，所述碳材料為石墨、玻碳、碳氈和碳纖維中的至少一種。

根據本公開，其中，所述通孔的孔徑為1-3mm，所述陰極的孔隙率為50-85％。

根據本公開，其中，所述陰極區中的液體含有硝酸、錒系元素、裂片元素和穩定元素中的至少一種。