实验室规模熔盐氧化装置处理废混合离子交换树脂的研究

• 作者: 王跃霖 薛云 郑仰海 马福秋 张密林 颜永得
• 来源期刊: 原子能科学技术
• 关键词: 熔盐氧化 混合树脂 放射性固体废物
• 年，卷（期）: 2024,（2）
• 所属期刊栏目: 化学
• 页码范围: 71-78
• 页数: 8页
• 语种: 中文

摘要

为给熔盐氧化法处理废树脂的工程化应用提供理论指导，本文采用处理能力为1.25 kg/批次的实验室规模处理装置对与核电厂使用的同类型废混合离子交换树脂进行处理。结果表明，该方法处理废树脂的优越性主要体现在对酸性尾气的吸收作用(将N、S元素以硝酸盐和硫酸盐的形式截留)和对废树脂体积的高效减容。针对核电厂常用的混合离子交换树脂(由强碱性阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂组成),熔盐氧化装置处理结果表明，酸性气体产物(NO、NO2、SO2、H2S)在反应开始0.5 h后即能降低至10 mg/m3,0.5 h后气体产物主要为CO2。SEM图像表明，树脂结构在熔盐氧化后由完整的球状变为破碎的颗粒，氧化后废盐中仍剩余62.1%的碳酸盐，树脂中的S、N元素在废盐中的截留率分别为22.77%和59.6%。XRD结果表明，碳酸熔盐能吸收SO2并将其转化为硫酸盐。对Li2CO3、Na2CO3、K2CO3在不同温度下与SO2生成硫酸盐的反应吉布斯自由能(ΔG)进行了热力学计算，结果表明在200～800℃范围内3种碳酸盐均能与SO2自发反应，ΔG随着温度的升高而降低，800℃时Li2CO3、Na2CO3、K2CO3的ΔG分别为-2.800、-41.626、-69.590 KJ/mol, K2CO3是SO2主要的吸收剂。经熔盐氧化后，树脂降解率达98.36%,减容比(氧化前树脂体积/氧化后废盐体积)达6.9。以上结果表明，熔盐氧化是一种理想的处理废混合离子交换树脂方法，有较大的工程应用潜力。