[发明专利]一种放射性废物处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及核废料处理领域，尤其涉及一种放射性废物处理方法及装置。

背景技术

自20世纪60年代我国发展核军事工业以来，特别是近年来核电站的建造与运行，在核燃料循环、反应堆运行、乏燃料处理、核设施退役、放射性同位素以及其他核技术利用的过程中会产生大量放射性废物。该放射性废物中包括固体可燃性废物（木头、纸张、塑料和衣服等），有机和无机淤积物，金属和其他不可燃、非金属废物（绝热材料、玻璃、土壤和混凝土等）放射性废物。放射性废物治理工作属于核工业科研生产链中的一环，解决废物治理方法和废物出路问题是保证国土和环境安全的需要，也是核工业可持续发展的前提。

目前放射性废物的处理方法通常为：分类——压缩减容、水泥固化或者混凝土固定——包装后送往暂存库贮存——浅地层处置。该方法因技术成熟而被核工业单位，特别是核电站广泛采用，但是处理工艺复杂、处理速度慢、废物包容率低、压缩后的废物核素浸出率高。随着我国核工业和核电事业的发展，放射性废物的减容问题必将日益突出。

等离子体危险废物处理技术是环境界公认的最先进的无害化减容处理技术，可对危险化学品、持久性有机污染物（POPs）、废农药、焚烧灰渣、医疗废物、放射性废物等进行安全减容处理，且极少产生二次污染，已经得到国内外环保与卫生部门的高度重视，并在发达国家已进入应用阶段。等离子体处理技术，是将表观温度高达10⁴K的热等离子体作为热源，对所有可燃或难燃、不燃的固体（或有机溶剂）废物进行熔融——热解处理。热等离子体的能量密度高，能够在短时间内使无机废物熔融、有机废物热解气化。与其他减容处理技术相比，熔融——热解处理可以显著减少最终废物的量，达到高减容比（处理前废物量/处理后废物量）。此外，熔融体经过冷却后，可以得到化学稳定性、机械稳定性和热稳定性卓越的固化体，将放射性核素稳定地封闭在固化体中，其核素浸出率极低，整备后即可处置，大大改变善了废物包的安全性能。

但是，发明人在实施本发明的过程中发现，现有的等离子体危险废物处理方法及装置还是存在明显的缺陷。

现有的等离子体危险废物处理装置以一根石墨电极作为主电极，下电极为炉底电极，炉体内部有多层耐火材料、保温材料为炉衬。虽然该装置可以处理放射性废物，然而由于该炉采用了炉底电极，因此会导致电弧炉常见的通病——底部电极消耗严重，底部电极氧化消耗后，由于无法更换，只能砸掉整个炉体重新砌炉。同时，因为该炉的炉体采用多层耐火材料、保温材料为炉衬，炉衬直接接触熔融体，导致放射性核素进入炉衬材料，造成炉衬的污染，扩大了污染范围；而且此种炉型的炉体直接受到放射性废物熔融体的侵蚀，特别是强酸、强碱性放射性废物的腐蚀，因而消耗快，使用寿命短。炉衬材料被熔融体侵蚀后只能打开炉膛重砌炉衬，增加操作人员受辐照的风险，炉衬消耗严重的甚至整个炉体退役报废，产生大量二次废物。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种放射性废物处理方法及装置，无需底部电极，炉体无需耐火材料和保温材料，炉壁具有冷却装置，炉膛内的熔融体在临近炉内壁的区域凝固，形成一层“凝壳”，“凝壳”的存在使炉壁不与熔融体直接接触，防止放射性核素污染炉体，并且使炉体不受处理对象和熔融体的侵蚀，因而装置的耐腐蚀性更强，使该专用装置特别适合处理核工业产生的包括强酸性、强碱性等在内的腐蚀性极强的废物。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种放射性废物处理方法，包括：

向放射性废物处理装置的炉体内投入无放射性的无机废物，并通过电极拉弧，在所述无机废物的上方形成热等离子体区域；

加热投入所述炉体内的无机废物，使所述无机废物熔融并形成熔池；

启动冷却装置，将所述炉体冷却至25℃~150℃，使炉体内附着在内壁上的无机废物凝固形成凝壳；

向炉体内投入待处理的放射性废物，使所述放射性废物的有机成分被热解，产生的气体排出炉体；所述放射性废物的无机成分进入熔池，熔融后形成熔融体排出炉体。

其中，所述通过电极拉弧，在所述无机废物的上方形成热等离子体区域，包括：

开启电源，控制所述放射性废物处理装置的电极相互接触并形成通路；所述电极由所述放射性废物处理装置的炉盖或炉体上部插入炉体内；

将相互接触的电极拉开，使各电极之间形成电弧；并通过在轴线方向上贯穿所述电极的通孔，向炉体内输入等离子体工作气体；

所述等离子体工作气体在电弧作用下被加热，在炉体内的无机废物上方形成热等离子体区域。