[发明专利]集成的离子交换处置和处理系统

说明书

公开了用于临时储存和随后通过热压固结废物材料的罐容器。在实施方案中，罐容器包含至少一种离子交换材料，并且构造该罐容器以：在离子交换材料与污染离子交换之后容纳该离子交换材料而没有释放污染离子；和通过热等静压固结。还公开了使流体废物与离子交换材料接触，其中离子交换材料位于罐容器中；将罐容器抽空；和热等静压(HIP)罐容器直至该罐容器在HIP条件下塌陷。

这一申请要求2017年1月6日提交的美国临时申请号62/443,254的优先权权益，其通过引用以其全文并入本文。

技术领域

公开的实施方案整体上涉及用于临时储存和随后通过热压固结废物材料的罐容器(canister)。还公开了使用公开的罐容器作为热等静压(HIP)罐和对其中含有的材料进行HIP来处理受污染的离子交换材料例如受放射性污染的HEPA过滤器的方法。

背景

离子交换是用于从受污染的液体废物流去除放射性同位素的最常见和有效的处理方法之一。尽管其发展阶段领先，在许多国家中研究离子交换技术的各个方面以改进在它应用于放射性废物管理方面的效率和经济性。废离子交换剂被认作问题废物，在许多情况下其需要在固定过程中的特殊方法和预防措施以满足可接受的处置标准。

例如，可采用几种方式处理废离子交换树脂和介质，其中通过溶解或物理去除(其需要处理过程)从壳体(筒)去除该介质。由于与处理放射性材料有关的危险，这是有问题的。

一些提出的处理废离子交换介质的方法包括焚化树脂并产生灰，然后可将灰固定在水泥、沥青、聚合物、玻璃或陶瓷中的方法。供选择地，可将它们仅封闭在高完整性容器中。然而，这些选择中每个都具有缺点。例如，水泥容易得到并且不贵。它还与大范围的材料相容并且具有优异的辐射稳定性。然而，已知由于有机珠状树脂的存在因而水泥溶胀，其可引起含有水泥的基体开裂。另外，这可引起废物装载量可能低的问题。因此，最终废物形式的体积通常大于原始的废物体积。它还对许多放射性核素例如铯具有中等的耐浸出性。

关于基于沥青的固定，已知这种材料具有良好的耐浸出性并可处理良好的废物装载量。然而，已知废物形式将在中等温度下软化，并因而需要容器维持结构稳定性。另外，如果与水长期接触，有机珠状树脂可溶胀并损害废物形式。因此，有机废物形式可为易燃的并且经受生物降解。其还具有比水泥更低的辐射稳定性。

关于使用基于聚合物的固定，各种各样的聚合物可供使用，其中许多具有良好的耐浸出性。然而，聚合物通常比沥青或水泥更贵。另外，废物中痕量材料可影响聚合反应。另外，聚合物通常具有比水泥更低的辐射稳定性。

如所述，每种已知的可能基体有限制。进一步，离子交换材料的类型有限制。例如，有机离子交换树脂随着长期暴露于辐射而分解。结果是，将有机树脂焚化为灰的选项虽然有效地稳定化学化合物，但是其没有固定放射性元素并因而需要进一步加工。

在无机离子交换介质的情况下，可通过化学途径提取放射性元素。供选择地，一旦从壳体去除，可使用提出的技术之一例如水泥胶结或玻璃化来直接处理介质。然而，现有技术具有与部署相关的实质问题，例如大的废物体积提高、在处理松散材料过程中污染扩散的高可能性、在玻璃化工艺过程中放射性气体的释放、与现有水泥基质的化学不相容、和在胶结废物形式中关键放射性核素的低保持。因此，无机离子交换介质虽然对放射损害更具抵抗性，但是目前没有以适合于长期储存或处置的形式使用。

虽然离子交换系统是降低短期风险和防止活性扩散的高度有效的方法，但是它们的临时储存和长期处置选项存在它们自有的挑战。这些担忧包括：通过水的辐射分解产生H₂的潜在风险；通过废离子交换剂的自加热产生蒸汽，从而导致容器加压；在改变溶液化学组成的情况下释放所吸附的放射性核素；在盐水溶液中临时储存包装的腐蚀；和在粒状材料的储存中固有的分散风险。