微波處理放射性廢物

    隨著核技術(shù)和輻射技術(shù)在我們生產(chǎn)生活中的應(yīng)用不斷增多, 放射性廢物已成為不可避免的副產(chǎn)物, 它需要進行穩(wěn)定化處理以長期儲存處置, 減小對人類的危害。玻璃化是處理放射性物質(zhì)的一種很好的方法, 它通過將廢物與二氧化硅或其它添加劑混合, 然后加熱至熔化態(tài), 熔化態(tài)物質(zhì)冷卻后就形成了玻璃態(tài)的物質(zhì)。玻璃化所形成的玻璃態(tài)物質(zhì)將放射性物質(zhì)密封起來, 從而減小其分散能力。這些形成的玻璃態(tài)的物質(zhì)較其它的廢物形態(tài)相比有以下優(yōu)點:

    (1) 形成的玻璃態(tài)物質(zhì)有極好的機械性和熱穩(wěn)定性;

(2) 玻璃化能處理各種范圍的污染物, 而不影響最終形成玻璃態(tài)物質(zhì)的品質(zhì)

(3) 玻璃化能處理大量的有機和無機污染物;

    (4) 在多數(shù)情況下, 玻璃化可以減少污染物容積, 從而降低了處置費用;

    (5) 玻璃化能夠形成較穩(wěn)定的廢物形態(tài);

    (6) 即使被機械性破壞, 玻璃態(tài)物質(zhì)仍然能夠保持其原有的特性。

    玻璃化放射性廢物的方法主要有微波加熱、焦耳加熱、等離子體加熱、電阻加熱、感應(yīng)加熱、電弧爐加熱、旋轉(zhuǎn)焚燒爐加熱等。微波加熱是一種更新更經(jīng)濟有效的方法, 具有其特有的優(yōu)點。微波加熱處理的主要優(yōu)點是能量直接傳遞到被處理的放射性廢物, 不需要電極、耐火襯墊及有關(guān)的輔助裝置, 節(jié)省了投資。此外, 微波加熱比一般的加熱方法具有更高的加熱速率, 這在加熱熱導(dǎo)性能差的廢物時表現(xiàn)最為突出。由于微波熔化是在密閉的儲存容器中進行的, 因而污染物的粘度不是影響控制因子, 這意味著玻璃態(tài)物質(zhì)能包裹更多的廢物, 進而減少廢物儲存設(shè)備的體積。微波加熱具有較廣的適應(yīng)性, 能處理大體積多種類的廢物, 而且設(shè)備易于控制維護。

    微波處理裝置一般包括6 kW 2. 45 GHz 的微波發(fā)生體、波導(dǎo)管、調(diào)諧器、共振腔、放射物操作箱、轉(zhuǎn)盤、螺旋給料器、獨立冷卻器。除了供料室是在放射物操作箱內(nèi)部外, 其它的裝置都裝放在放射物操作箱外, 這樣既減小了裝置被放射污染的可能性, 也更利于操作。處理裝置可以間歇運行, 也能連續(xù)運行。間歇運行一般有以下幾個步驟: 廢物破碎; 破碎的廢物與玻璃化試劑混合后裝入絕緣容器( 包裹著纖維絕緣以減少處理過程中的熱損失) 中; 絕緣容器放入供料室中加熱( 加熱到所需溫度后需保持一定的時間以保證充分的加熱和反應(yīng)的完全) ; 物料冷卻最后處置。

    目前許多學(xué)者已經(jīng)對微波在處理放射性廢物方面的應(yīng)用進行了深入的研究。Petersen 用微波實驗室處理超鈾污泥, 結(jié)果表明污泥體積減小70%, 廢物負(fù)荷為60% ; Komatso 等人在焚燒爐灰中加入137Cs、60Co 及54Mn 并用6 kW2. 45GHz的微波處理, 實驗結(jié)果表明所有的60Co、54Mn 及部分137Cs 完全包裹在最終的玻璃態(tài)產(chǎn)物中, 另一部分137 Cs 揮發(fā)了, 可以通過加入B2O3 減少137Cs的揮發(fā)量;Morrell 等人用微波處理含放射性物質(zhì)的廢水, 并將137Cs 密封于玻璃磚中, 檢測表明99. 99%的137Cs 穩(wěn)定的包裹于玻璃磚中。