《《处理与处置》(3)废物产生和最小化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《处理与处置》(3)废物产生和最小化（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、放射性废物处理与处置李全伟西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室放射性废物处理与处置第三章 放射性废物的产生和废物最小化 内容提要n3、放射性废物的产生和废物最小化（p2450 ）n3.1核燃料循环前段废物n3.2反应堆运行废物n3.3核燃料循环后段废物n3.4核设施退役废物n3.5放射性同位素和核技术利用废物与伴生放 射性矿废物n3.6废物最小化放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n放射性物质在国民经济中的应用而产生的放射 性废物：n核燃料循环前段废物n反应堆运行废物n核燃料循环后段废物n核设施退役废物n放射性同位素和核技术利用废物n伴生放射性矿废
2、物放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.1核燃料循环前段废物n“前处理”：铀矿开采、铀水冶、铀精制、 铀转换、铀富集和燃料元件制造。n铀矿开采n废石n废气n废水蕴藏巨大能量的铀矿石核燃料循环前段流程图 采 矿 和 水 冶精 制转 换富 集燃料元件制造反 应 堆 运 行金属铀黄饼天然UO2UF4UO2/UO3UF6低浓铀或高浓铀燃料组件放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n废石n采矿产生的废石：露天开采1t铀矿石产生46t ，地下采掘产生0.51.2t；n选矿产生的废石：放选法废石率为15%30%n废石中含铀量为（13）10-4g/g，比正常土 壤
3、天然本底高410倍；表面辐照剂量率为（ 77200）10-8Gy/h，高315倍；废石表面 氡析出率为（7200）10-2Bq/（m2s），高 570倍。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n废气n氡及氡子体、放射性气溶胶、铀尘n措施：除尘降氡，建立良好通风系统， 采取湿式作业n氡的照射是人受天然辐射照射最重要的 来源。氡及其短寿命子体对人体产生内 照剂量的主要途径是吸入并沉积在呼吸 道内，由它发射的粒子对气管支气管上 皮基底细胞产生很大的照射剂量。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n废水n露天开采废水、地下采矿废水、铀矿石 堆废水及冲洗车辆水、废
4、石场废水n开采1t铀矿石产生0.55t废水，铀浓度 0.25mg/L，比正常本底高4100倍。n处理方法：石灰石中和沉淀法除铀； 离子交换法除铀；软锰矿吸附法除 镭；重晶石吸附法除镭等。铀矿开采露天铀矿场放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n地浸、堆浸和原地爆破浸出法n地浸向地下注入大量化学试剂，可能会 污染地下水和周围环境。n严格设计，及时封闭和地下环境恢复。堆浸提铀现场放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n铀水冶n尾矿砂：铀浸出率约为95%，5%的铀残 留在尾砂中，处理1t铀矿石产生1.11.2t 尾砂，不属于放射性废物，但释放氡气， 作为一类特
5、殊废物应建坝存放。n水冶废水：处理1t铀矿石产生58t废水， 石灰乳中和法外，离子交换树脂除铀，吸 附剂除镭。n水冶废气：铀尘、氡、气溶胶放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n铀精制n工艺方法：将铀化学浓缩物提纯和铀氧化物制 备的工艺阶段称为铀的精制。纯化的方法有溶 剂萃取法、离子交换法和分步结晶法等。磷酸 三丁酯（TBP）萃取法是典型的精制工艺。n精制产品：硝酸铀酰UO2（NO3）2、重铀酸铵 （NH4）2U2O7、三碳酸铀酰铵（NH4）4UO2 （CO3）3、八氧化三铀U3O8等。n铀精制产生少量含天然铀低放废物。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最
6、小化n铀转化：六氟化铀的生产和转化n从铀水冶厂来的U3O8原料，从后处理厂 来的硝酸铀酰溶液或三碳酸铀酰铵原料 。n第一步：用氢气还原六价铀 U3O8 2H23UO2 2H2On第二步：把UO2氢氟化为四氟化铀UF4注：U3O8是由UO2和UO3复合而成的同素异价氧化物 。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n第三步：用氟气把UF4氟化为六氟化铀UF6n六氟化铀氢气还原为四氟化铀：n四氟化铀水解为二氧化铀：伊朗纳坦兹 铀浓缩工厂伊朗伊斯法罕 的铀转化工厂放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n铀转化的废物n主要是固体CaF2，此外还有含CaF2、Ca
7、（OH）2和少量铀的泥浆废物，CaF2含铀 量很低，但体积较大，经审管部门批准 可作一般工业废物处理。武器级铀-235制造的原子弹放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n铀的富集n铀-235和铀-238，化学性质相同，仅在质量上 有微小的差别，只能利用因质量不同而引起的 效应，如速度效应、离心力效应和电磁效应来 使同位素分离。 （1）气体扩散法 （2）离心机法 （3）激光分离法n早期用过电磁分离法。美国早期电磁分离装置Y12 电 磁 分 离 设 施 的 女 操 作 人 员换班的女操作员，谁会把她们与核武器联系起来呢？气体扩散分离法原理图中国60年代建成的气体扩散厂离心机原理
8、示意图美国俄亥俄州波特茅斯地下基地正在生产的离心分离厂放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n激光分离法n利用235U与238U质量差所引起的激发能差 别。n原子激光法是将金属铀蒸发，然后用一 定波长的激光束将铀-235原子激发到一 个特定的激发态或电离态，但不能激发 或电离铀-238原子。再施加电场收集通 向收集板的铀-235原子。 放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n分子激光法首先用红外线激光照射六氟 化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光 谱，从而导致原子能态的提高。再利用 紫外线激光器分解这些分子，分离出铀- 235。n铀浓缩生产的废物n产生
9、少量废物：废排风过滤器和清洗检 修过程产生的废物。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n燃料元件制造n包含核燃料的最小独立结构单元称作燃料元件 。n研究设计：涉及核物理、裂变物理、固体物理 、传热学和质量转移理论、材料科学、化学、 固体和流体力学等综合知识。n制造检测：一般由芯体和包壳组成。长期在强 辐射、高温、高压、高流速的环境下工作，对 芯体和包壳材料、结构和使用寿命有很高的要 求。二氧化铀陶瓷芯块钚-239轻水堆的燃料组件乏燃料元件的运输放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n元件制造产生的废物n含铀固渣n制造混合氧化物燃料元件（MOX）所产 生
10、的钚污染废物，要作长寿命放射性废 物处置。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n“前处理”小结n联合国环境规划署估计：铀矿山对环境的 剂量贡献是水冶厂的3倍，是元件制造厂的 30倍。n中国核工业30年辐射环境质量评价：我国 铀矿冶职业照射集体剂量占核燃料循环系 统的63.3%，环境公众受照集体剂量占核燃 料循环系统的83.4%，我国铀矿山尾矿等排 出氡产生的年集体剂量达2.5人Sv。n“前处理”过程的废物管理是应该加强的。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.2反应堆运行废物n反应堆运行功能：动力堆、生产堆、研究堆n废物的核素来源：裂变过程、活化
11、过程n活化核素绝大多数为短寿命核素，而裂变核素 以长半衰期为特征。n途径：元件泄漏和冷却剂净化，换料大修和设 备检修产生气、液、固体废物。n实施废物最小化，废物量正在不断减少。大 亚 湾 核 电 站研究实验反应堆中国核动力研究院高通量工程试验堆清华大学低温供热实验堆清华大学高温气冷实验堆中国原子能院钠冷实验快堆放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.3核燃料循环后段废物n一次通过：乏燃料不作后处理，永久性的最终 处置。n“后处理”：回收乏燃料中的铀和钚并加以复 用，只将裂变产物作最终处置。n高放废物和长寿命低中放废物n主要核素：239Pu、237Np、241Am、99T
12、c、129I、 90Sr和137Csn废物和超铀废物放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n乏燃料贮存n据IAEA统计，到200年底，全世界积存 的乏燃料约13万t，已进行后处理的乏燃 料约7万t，现在，全世界卸出的乏燃料量 约10500t/a。n贮存废物n废树脂和废树脂再生废液n废空气过滤器和液体过滤器放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n乏燃料后处理 （1）回收铀和钚。相当于22000t石油/1t乏燃料。 （2）转变成公众可接受的易于安全处置的形式。 （3）可提取137Cs、90Sr、99Tc、147Pm等有用元素 。n对后处理的要求：能接受不同的
13、核燃料；适合连 续作业；最少量的直接维修。n分离净化方法：湿法和干法n后处理工艺流程：冷却、首端处理、化学分离（ Purex流程）。普雷克斯（Purex）流程简图美国早期钚元素分离车间内景美国洛斯阿拉莫斯实验室 已经初步加工的铀金属块酒泉原子能联合企业（404厂） 动力堆乏燃料元件中间试验工厂放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n废物产生量（处理1t动力堆乏燃料）：n0.1m3高放废物（含95%放射性）n1m3中放废物（含3%放射性）n4m3低放废物（含1%放射性）n废有机溶剂：0.010.10m3/t燃料n重要核素n气载流出物：3H、14C、85Kr和129I。n液态流
14、出物：3H、137Cs、90Sr和钚。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.4核设施退役废物n退役：使一核设施从服役进入计划的永 久退出服役所需做的工作。n源项调查n放射性去污n拆除解体n环境恢复放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化nIAEA规定的退役“三步曲”： （1）一级退役：监护封存期。设备倒空、清洗、 去污、管线封堵，适当进排风；对厂房内外监测 并定期检查。 （2）二级退役：局部拆除期。设备部分拆除，人 员进出不需监测，不需进排风；对防污染屏障抽 样监测，定期环境检查，厂址有限制开放。 （3）三级退役：最终处置期。设施全部拆除，设 备全部
15、运走，不需监测检查，厂址无限制使用。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n退役废物的特点： （1）绝大部分的是低放固体废物； （2）数量和体积庞大，组分复杂； （3）污染较牢固，不易去除，活化产物不 可能分离与去除。n一座电功率1300MW压水堆退役产生废 物1500018000m3，含放射性约为 21017Bq，99%集中在反应堆堆芯中。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.5放射性同位素和核技术利用废物与伴 生放射性矿废物n同位素废物：来源分散，分类差，夹带 生物废物。n废放射源：226Ra源、60Co源和137Cs源。n伴生矿废物：含有较高
16、水平天然放射性 核素浓度的非铀矿，按建筑材料放射性 核素限量（GB65662001）管理。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n3.6废物最小化n指废物量（体积和重量）和活度，合理可达到 的最小。是放射性废物管理基本原则之一。n从源头抓起n全过程管理n共同负责任n实现废物最小化方法：优化管理、减少源项、 循环利用、减容处理。放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n最重要的措施：优化管理n执行标准n严格分类n质量保证n周密计划n应急准备n培训人员n建数据库n专家把关n集中处理n流动处理放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n最有效的方法：减少源项n先进工艺n优化设计n降低泄漏n减少维修n避免事故n减少污染n分类处理n二次废物放射性废物处理与处置 第三章 放射性废物的产生和废物最小化n最倡导的方向：循环利用n水的循环使用n酸碱回收n含硼废液循环使用n贫化铀再利用nMOX燃料使用n废金属再利用n容器、工具、防护用品多次使用放
