一种采用深地质核库方式处理核废料的方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核废料的处理方法与设备。具体涉及一种采用深地质核库方式处理核废料的方法与装置。
【背景技术】
[0002]目前，核废料处理，一直是世界各国也包括发达国家的一个非常棘手的难题，就我们国家而言，现有的核废液累计总量就达到上万立方米(还不包括固体核废料)。再加上核电站每年产生的400吨核废料，预计2020年积存量将再增加上万吨。估计60年后中国将会产生核废料八万三千余吨。这将相当于美国全国的核乏燃料还多。据有关资料记载，我国是1986年开始探索核废料地质处置的。至今没有实质性的突破。核废料按物理状态可分为固体、液体和气体3种；按比活度又可分为高水平(高放)、中水平(中放)和低水平(低放)。高放核废料放射性极，强对人危害太大，且只占核废料总量的I %暂时可不考虑处理；核废料变成粉末状有两种方法可以实现。一是高压粉碎，二是机械粉碎，粉碎后的粒径在0.45?0.9mm之间。现有的核废料处理方法有如下:一、海床下储存；二、冰冻处理；三、埋入浅设区；四、宇宙空间；五、地面石棺；六、深地质核库和深度铅孔。上述方法存在下列问题:1、海床下储存的缺点是倒入海沟肯定污染海水；2、冰冻处理是将核废料装在容器里放入北冰洋或其他永冻层。利用核废料自身热量溶化冰层沉入冰下，但最终还是在海里；3、宇宙空间，有科学家想用火箭将核废料送入太空，但是火箭也有发射失败的可能，至今没有实施；4、埋入浅设区建地下库，核废料还要先进行固化处理，成本太高，用人送进又不安全。我国大约在2030年才能建设，这也是世界公认的有效方法；5、地面石棺，就是将核废料用若干厚的水泥将核废料罩起来，如切尔诺贝利核电站采取的就是这个方法；6、深地质核库和深度钻孔，深度钻孔将核废料放置孔内，容积有限。我们这种方法正好迎合了世界公认的深地质核库法，只是人不用进入，只要通过设备加方法就能实现。而且一次可以处理万方以上核废料永久储存于地下。目前，还未见采用该方法及处理设备方面的报导。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有核废料处理成本高，不安全，对处理人员的身体危害大的问题，提供了一种采用深地质核库方式处理核废料的方法与装置，解决该问题的具体技术方案如下:
[0004]—种采用深地质核库方式处理核废料的装置，它由原料输送器、原料搅拌罐、液态废料输送管路、添加剂箱、粉状废料输送器、输出栗、供液栗、供液管汇、输出管汇、混合液输送管路、高压注入栗、高压管路、井口密封装置、供排液栗联通管、第一阀门和第二阀门组成，原料输送器设在原料搅拌罐的左侧，原料输送器的输出端与原料搅拌罐顶部连通，液态废料输送管路的输出端与原料搅拌罐的上部连通，液态废料输送管路的输入端与液态废料源连接，添加剂箱设在原料搅拌罐的上方，添加剂箱的下端与原料搅拌罐的顶部连通，粉状废料输送器的输出端与原料搅拌罐的上部连通，供液栗的输入端与供液管汇连接，供液栗的输出端与原料搅拌罐连接，输出栗的输入端与原料搅拌罐连接，供排液栗联通管设在供液栗输出管路与输出栗输入管路之间，在供排液栗联通管左侧供液栗输出管路上设有第一阀门，在供排液栗联通管上设有第二阀门，输出栗的输出端与输出管汇的输入端连接，输出管汇输出端与混合液输送管路输入端连接，混合液输送管路的输出端与高压注入栗的输入端连接，高压注入栗的输出端与高压管路输入端连接，在高压管路的末端设有井口密封装置。
[0005]本发明的一种采用深地质核库方式处理核废料的方法，该方法包含下列步骤:
[0006]步骤一、钻井，深度为花岗岩层；
[0007]步骤二、花岗岩层造缝，由装置的供液管汇经供液栗再经供排液栗联通管由装置的输出栗传送至输出管汇，再由输出管汇传送至混合液料输送管路，再由高压注入栗经高压管路和井下的输送管路将液体注入地下的花岗岩层，高压注入栗的压力为40?140兆帕/厘米2，将花岗岩层挤压出缝隙，在此过程中装置的第一阀门关闭，在供排液栗联通管上的第二阀门打开；
[0008]步骤三、步骤二造缝完成后，按重量份取聚丙烯酰胺2?4份、固井水泥45?55份、调剖剂1.5?2.5份、石英砂2?8份、抗高温试剂0.5?1.5份、放射性物质20?30份、缓凝剂0.5?5份或增凝剂2?5份和水30?60份；
[0009]步骤四、采用上述所述的处理装置，将步骤三中所述的石英砂和固井水泥由装置的原料输送器送至装置的原料搅拌罐内，所述的放射性物质(核废料)分别由粉状废料输送器或液态废料输送管路输送至装置的原料搅拌罐内，所述的调剖剂、抗高温试剂、缓凝剂和增凝剂由装置的添加剂箱送至原料搅拌罐内，水由供液管汇经供液栗输送至原料搅拌罐内搅拌混合均匀，形成携砂料液，在此过程中第一阀门打开，在供排液栗联通管上的第二阀门关闭；
[0010]步骤五、将步骤四混合后的携砂料液由装置的输出栗传送至输出管汇，输出管汇传送至混合液料输送管路；
[0011]步骤六、将步骤五混合液料输送管路内的携砂料液由高压注入栗，经高压管路和井下的输送管路注入地下的花岗岩层缝内，高压注入栗的注入压力为30?70MPa，在携砂料液压力的作用下使花岗岩层缝内的水继续沿岩层的水平方向扩散，使携砂料液存留在花岗岩层缝内进行凝固，当处理结束后用固井混凝土将井筒封闭，使核废料永久储存于地下花岗岩层缝内达到核废料的有效处理的目的。
[0012]本发明的一种采用深地质核库方式处理核废料的方法与装置，不需要进行防核辐射处理，一次性处理后该装置将压缩后深埋报废处理，装置采用自动控制和机器人操作即可，解决了处理人员辐射的问题，本发明的处理成本低，装置结构简单，实用性强，处理效率高的优点。本发明的方法一次可以处理万方以上核废料永久储存在地下，成本降低百倍甚至千倍，安全可靠，有效的减少了核废料对环境的污染及危害。本发明适用于粉末状核废料和液体核废料的处理。
【附图说明】
[0013]图1是本发明装置的结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是井下管路和花岗岩层缝内携砂料液凝固的示意图。图2中18也是粉状废料输送器的输送栗连接端，图3中20是地表层，21是输送管柱，22是岩层，24是花岗岩层，25是核废料凝胶固化体。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式的由原料输送器I (用于向搅拌罐内输送花岗岩层造缝用砂和固井混凝土 )、造缝液混合及凝胶原料搅拌罐2(用于凝胶材料的混合搅拌)、液态废料输送栗3(用于将液态核废料输入原料搅拌罐)、添加剂箱4 (用于向原料搅拌罐2内投放添加剂)、粉状废料输送器5 (用于将粉状核废料输入原料搅拌罐)、输出栗6 (用于将造缝液及凝胶混合液输送至高压注入栗)、供液栗7 (用于将造缝液及凝胶混合液混制所需的液体材料输入原料搅拌罐)、供液管汇8 (用于将作业过程中所需的各种液体输送至供液栗)、输出管汇9 (用于将混合后的造缝液及凝胶混合液输出至高压注入栗)、混合液输送管路10、高压注入栗11 (用于造缝液及将凝胶混合液注入花岗岩层)、高压管路12、井口密封装置13和供排液栗联通管14组成，原料输送器I设在原料搅拌罐2的左侧，原料输送器I的输出端与原料搅拌罐2顶部连通，液态废料输送管路3的输出端与原料搅拌罐2的上部连通，液态核废料输送管路3可为多个，由输入液态核废料的量来设计，液态废料输送管路3的输入端与液态废料源连接，添加剂箱4设在原料搅拌罐2的上方，添加剂箱4的下端与原料搅拌罐2的顶部连通，粉状废料输送器5的输入端与核废料运输车连接，粉状废料输送器5的输出端与原料搅拌罐2的上部连通，供液栗7的输入端与供液管汇8连接，供液栗7的输出端与原料搅拌罐2连接，输出栗6的输入端与原料搅拌罐2连接，供排液栗联通管14设在供液栗7输出管路与输出栗6输入管路之间，在供排液栗联通管14左侧供液栗7输出管路上设有第一阀门19-1，在供排液栗联通管14上设有第二阀门19-2，输出栗6的输出端与输出管汇9的输入端连接，输出管汇9输出端与混合液输送管路10输入端连接，混合液输送管路10的输出端与高压注入栗11的输入端连接，高压注入栗11的输出端与高压管路12输入端连接，在高压管路12的末端设有井口密封装置13，密封装置13采用全封、半封或自封式防喷闸，高压管路12的末端与井下的输送管路连通。
[0015]【具体实施方式】二:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的供液管汇8上设有供液孔15，供液孔15由管路与液体源连接。
[0016]【具体实施方式】三:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的原料输送器I和粉状废料输送器5采用螺旋式输料器。
[0017]【具体实施方式】四:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的粉状废料输送器5和液态废料输送管路3的输入端分别与输送栗连接端17和，输送栗连接端16连接。
[0018]【具体实施方式】五:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的本装置为车载式，方便移动，动力源为柴油发动机，高压注入栗采用轴传动。
[0019]【具体实施方式】六:本实施方式所述的的一种采用深地质核库方式处理核废料的方法，该方法包含下列步骤:
[0020]步骤一、钻井，深度为花岗岩层，对花岗岩层进行取样；
[0021]步骤二、花岗岩层造缝，由装置的供液管汇8经供液栗7再经供排液栗联通管14由装置的输出栗6传送至输出管汇9，在由输出管汇9传送至混合液料输送管路10，再由高压注入栗11经高压管路12和井下的输送管路将液体注入地下的花岗岩层