放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于等离子体废物处理方法，涉及一种放射性废石棉等离子体高温熔融固 化方法。
【背景技术】
[0002] 目前，等离子体技术已经在机械、冶金、材料等领域广泛应用，将等离子体技术应 用于废物处理是近二十年来发展起来的新工艺。等离子体处理废物技术是利用等离子体炬 产生的高温热等离子体将废物快速分解破坏，其中有机物热解为可燃性的小分子物质，无 机物被高温熔融后生成类玻璃体残渣。该技术具有反应速度快、二次污染小、适用范围广等 特点，它克服了传统处理技术如焚烧、化学处理等二次污染大、工艺复杂、对废物有选择性 等缺点，特别适合于废石棉、石棉、焚烧飞灰等危险废物的环保处理。采用等离子体高温熔 融固化技术可获得高于1500°c的高温，不产生二噁英（Dioxin)类物质，处理更为彻底。
[0003] 石棉材料主要应用于核设施的设备保温，在设备维修及退役过程中，会产生被放 射性核素污染的石棉废物。对石棉废物的最终处置方法以填埋为主，但是在填埋之前，需要 对石棉废物进行处理，通常的处理方法包括压缩装桶、水泥固化等等，其主要缺点是增容或 减容比小，废物体不稳定。
[0004] 等离子体高温熔融固化处理石棉废物，可以防止石棉纤维散发到空气环境中，通 过高温改变石棉纤维结构，变成为稳定的玻璃体，是一种有效的固化处理手段，是解决石棉 污染最为彻底的方法。
[0005] 中国专利200980114075.X"将含有石棉的固体废弃物无害化的方法"中，在处理 含石棉的废弃物时，将作为其处理剂的碱金属硅酸盐以固体状态与含石棉的废弃物混合、 加热。该方法可将处理过程中的能量成本抑制在低水平，但安全性不够高，石棉废物的处理 不够彻底。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，它的减容比 1?、广物稳定。
[0007] 本发明是这样实现的，放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，它包括如下步 骤，
[0008] 步骤1.按照质量比为3:1?5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在 1400?1600°C温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体， 废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔 渣收集，冷却形成玻璃体；
[0009] 步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为 2. 5:1?1:1 ;在900?1000°C的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入 外送空气助燃，产生烟气；
[0010] 步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180?220°C;
[0011] 步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟 气温度降至70°C以下；
[0012] 步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100?150°C，排放剩余烟气。
[0013] 所述的步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰均返回到步骤1进 行熔融。
[0014] 所述的步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，所述添加剂优选为 硼硅酸盐，将废石棉与添加剂的混合物在1500°C温度范围的环境中进行加热。
[0015] 所述的步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950°C的燃烧室中将上 述可燃性气体和空气的混合气体点燃，产生烟气.
[0016] 所述的步骤3中，烟气急速降温至190°C;
[0017] 所述的步骤4中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液；
[0018] 所述的步骤5中，将所述烟气加热至120°C。
[0019] 本发明的优点是，减容比大、产物稳定；它将废石棉高温熔融分解，放射性核素与 添加剂一起高温熔融，生成稳定的玻璃体,放射性核素被包容在玻璃体中，浸出率低,利于 最终处置；步骤1熔融温度为1400?1600°C，步骤2燃烧室温度大于900°C，废石棉熔融分 解及气体燃烧彻底，不会产生二噁英等有毒物质，废物减容及减重效果明显；产生的烟气经 过冷却、除尘、高效过滤、洗涤、再加热处理，改善净化效果；步骤2中燃烧产生的飞灰和步 骤3除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融处理，减少二次污染。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法流程图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
[0022] 放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，包括如下步骤，
[0023] 步骤1.按照质量比为3:1?5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在 1400?1600°C温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体， 废石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔 渣收集，冷却形成玻璃体；
[0024] 步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为 2. 5:1?1:1 ;在900?1000°C的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入 外送空气助燃，产生烟气；
[0025] 步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180?220°C;
[0026] 步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟 气温度降至70°C以下；
[0027] 步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100?150°C，排放剩余烟气。
[0028] 作为本发明的改进方案，步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰 均返回到步骤1进行熔融。
[0029] 作为本发明的优选方案，步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂， 所述添加剂优选为硼硅酸盐，将废石棉与添加剂的混合物在1500°C温度范围的环境中进行 加热；步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950°C的燃烧室中将上述可燃性气 体和空气的混合气体点燃，产生烟气；步骤3中，烟气急速降温至190°C;步骤4中，所述碱 液为氢氧化钠或氢氧化钙溶液；步骤5中，将所述烟气加热至120°C。
[0030] 实施例1
[0031] 本发明的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法包括以下步骤：
[0032] 步骤1.按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1500°C温度 下进行加热。废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体；废石棉中的无机成分和放射性核 素与添加剂一起，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集，熔渣冷却后得到稳定的玻璃体。所 述添加剂可以为硼硅酸盐。所述加热操作可在等离子体熔融炉中进行，熔渣收集可通过熔 渣收集器完成，此为本领域技术人员公知常识。
[0033] 步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为 2. 5:1 ;在温度为950°C的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入外送空 气助燃，以保证可燃性气体充分燃烧，燃烧后产生烟气。可通过稳燃等离子体炬点燃上述混 合气体，此为本领域技术人员公知常识。
[0034] 步骤3.将步骤2产生的烟气急速冷却至180°C，之后滤除粉尘。所述急冷操作可 通过急冷塔完成；所述过滤除尘操作可通过布袋过滤器和高效过滤器完成，此为本领域技 术人员公知常识。
[0035] 步骤4.将步骤3过滤后的烟气喷入碱液氢氧化钠，以通过中和作用吸收烟气中 Cl2、S02、NOx等酸性气体，去除粉尘，烟气温度降至70°C以下。所述中和操作可通过洗涤塔 完成，此为本领域技术人员公知常识。
[0036] 步骤5.将步骤4产生的烟气加热至120°C，排放剩余烟气。所述加热操作可在再 热器中完成，可将剩余烟气经引风机通过烟?排放，此为本领域技术人员公知常识。
[0037] 采用本方法处理后的产物包括玻璃体和烟气，经过模拟非放核素实验，玻璃体强 度大于70MPa，核素浸出率小于lg/m2.d。排出的气体参数见表1所不，现有技术方法与本 发明方法的对比数据如表2所示。
[0038] 表1烟气成分表
【主权项】
1. 放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：它包括如下步骤， 步骤1.按照质量比为3:1?5:1比例混合废石棉与添加剂，将上述混合物在1400? 1600°C温度范围的环境中进行加热，废石棉中的有机成分分解，生成可燃性气体，废石棉中 的无机成分和放射性核素与添加剂一起，形成熔渣，经过上述高温熔融后，进行熔渣收集， 冷却形成玻璃体； 步骤2.将步骤1所述可燃性气体与空气混合，可燃性气体与空气混合体积比为 2. 5:1?1:1 ;在900?1000°C的燃烧室中将上述可燃性气体和空气的混合气体点燃，充入 外送空气助燃，产生烟气； 步骤3.将步骤2产生的烟气急速降温至180?220°C ; 步骤4.将步骤3产生的烟气过滤，去除粉尘；喷入碱液吸收烟气中的酸性气体，烟气温 度降至70°C以下； 步骤5.将步骤4产生的烟气加热至100?150°C，排放剩余烟气。
2. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤2中燃烧产生的飞灰和步骤4过滤除尘产生的飞灰均返回到步骤1进行熔融。
3. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤1中，按照质量比为3:1比例混合废石棉与添加剂，所述添加剂优选为硼硅酸盐，将 废石棉与添加剂的混合物在1500°C温度范围的环境中进行加热。
4. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤2中，可燃性气体与空气混合体积比为2:1，在950°C的燃烧室中将上述可燃性气体 和空气的混合气体点燃，产生烟气。
5. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤3中，烟气急速降温至190°C。
6. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤4中,所述碱液为氢氧化钠或氢氧化I丐溶液。
7. 如权利要求1所述的放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法，其特征在于：所述 的步骤5中，将所述烟气加热至120°C。
【专利摘要】本发明属于等离子体废物处理方法，涉及一种放射性废石棉等离子体高温熔融固化方法。利用电弧等离子体炬将熔融炉中的温度升至1200℃以上，将废石棉与添加剂按照一定比例一起投入等离子体熔融炉，石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过1500℃以上的高温熔融后，流出到熔渣收集器，冷却后得到稳定的玻璃体。利用电弧等离子体炬将熔融炉中的温度升至1200℃以上，将废石棉与添加剂按照一定比例一起投入等离子体熔融炉，石棉中的无机成分和放射性核素与添加剂一起，经过1500℃以上的高温熔融后，流出到熔渣收集器，冷却后得到稳定的玻璃体。
【IPC分类】C03B37-005
【公开号】CN104556667
【申请号】CN201310466903
【发明人】童洪辉, 程昌明, 兰伟, 耿少飞, 赵淳, 朱海龙, 张刚, 刘川东, 陈伦江
【申请人】核工业西南物理研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月9日