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专利名称:气体流出物中钌的捕获方法与设备的制作方法
技术领域:
本发明涉及气体流出物中钌的捕获方法与设备。
本发明特别地应用于过滤核燃料再处理气体流出物,其中含有或可能含有钌。
钌是一种在核反应时产生的原子裂变产物。它在辐照的燃料棒中。它占整个裂变产物的6质量%,其同位素103Ru和106Ru是放射性的。
在核燃料再处理的这些方法中,燃料棒首先进行切割,并溶解于硝酸中。构成这些棒的大多数化合物,其中包括钌,这时变成硝酸盐溶液。这种溶解的溶液接着送到液-液提取车间。在该方法的这个步骤中,钌是在称之裂变产物(PF)溶液的含水相中。这种溶液送到玻璃化车间,在这里,这种溶液在炉中煅烧,由此得到呈氧化物形态的这些元素再进行玻璃化处理。
于是,钌随其它放射性元素一起被玻璃化。然而,氧化物形态的RuO4的挥发性极高,尽管采用这种处理方法捕获了由这些方法排出的气体流出物,但还是有一部分,当然微不足道的部分主要通过处理管道的可能泄漏而跑掉。
这种气态RuO4的钌这时可能转移到建筑物的通风设备中,到达通风设备管道中。这时它经过了通风系统的所有过滤阻挡层。这时它到了第一级通气孔,并排到环境中。
直到今天,在大多数辐照燃料再处理设备中,这些设备的含钌气体流出物穿过所有两个过滤器,它们清除了其中较粗的微粒,从而防止非常快地堵塞下面过滤段。它们然后通过置于屏蔽箱中的第一和第二阻挡层过滤器。
特别地,正是对这些过滤元件,优选地,本发明可以与其配合,构成一种防止钌排掉的非常有效手段。
现有技术状况当钌为固体RuO2形态时,采用完全过滤捕获钌是相对简单的。实际上玻璃化车间便是这种情况,该车间在其通风系统有许多过滤阻挡层。第一、第二和第三阻挡层的非常高效(THE)过滤器不让RuO2固体微粒通过。当然,THF过滤器只是捕获在上游生成的RuO2。如果在THF过滤器下游还原RuO4时,很显然可能将其中的RuO2排到环境中。
事实上,THF阻挡层的玻璃纤维过滤介质并不能截住气态RuO4,这时它会送到烟囱中,任选地同时在通道上还原成RuO2。一种捕获这种RuO4的办法因此是在过滤阻挡层上游还原成RuO2,然后用THE过滤器捕获它。
还可以让含有钌的气体流出物通过还原介质,例如聚(4-乙烯基吡啶)(PVP)或用作催化剂的潮湿金属表面。但是,在室温下有效的固体捕获剂,特别是市售的PVP,会造成非常高的阻力损失,因此迫使人们要显著地提高通风机的功率。
还可以使用水溶液,任选地有反应剂(例如碱)的水溶液洗涤气体流出物。但是,捕获空气的
CO2使碱碳酸盐化迫使人们大量更换反应剂,于是产生庞大体积的液体流出物。
一般而言,这些系统的效率显得很有限。事实上,现有技术的这些过滤元件拦截了大部分的气溶胶,但是它们不能有效地捕获RuO4。
由于显而易见的生态学问题,因此实际上需要一种有效捕获主要存在于辐照核燃料再处理厂气体流出物中的钌的方法。
本发明的公开本发明人研制了符合这种要求的捕获钌的方法和设备。
特别地,本发明捕获在气体流出物中的钌的方法,其特征在于该方法包括让所述的气体流出物与一种含有至少一种亚烷基二醇聚合物和/或至少一种亚烷基二醇共聚物的溶液或含水浆体接触,其中这种或这些亚烷基含有2-6个碳原子。
另外,本发明涉及上述溶液或含水浆体在捕获气体流出物中钌的应用。
本发明的方法可以用一种气体洗涤设备实施,这种聚合物或共聚物这时用作反应剂添加到洗涤水中,或者用于生产捕获钌的滤芯(cartouche)。所述的滤芯例如包括其上沉积一种亚烷基二醇聚合物或一种亚烷基二醇共聚物的基体,其中这种或这些亚烷基有2-6个碳原子。
例如在洗涤气体流出物的设备中,本发明借助上述水溶液中的聚合物或共聚物,能够出乎意外地达到与碱相当的效率,同时避免了上述碳酸盐化的问题。
根据本发明方法,可用于洗涤气体流出物的洗涤设备是本技术领域:
的技术人员已知的设备。例如,可以涉及填充塔、文丘里洗涤器等。
在采用滤芯实施的情况下,本发明的方法与设备基于上述聚合物和共聚物而具有灵活性,这样有利地能够构思适合于现有辐照核燃料处理设备捕获钌。另外,需要使用聚合物的量是非常低的,因此能够确实地避免任何安全性问题,必需定期更换时,还不会给本发明产生的废物带来管理的困难。
可以根据应用条件,例如根据使用温度、气体流出物中其它化学粒子性质,必要时使用基体的性质、成本、通风设备功率等,选择这种聚合物或共聚物。根据本发明,选择在本发明中可使用聚合物和共聚物的性质如下-有利地,这种聚合物或共聚物溶于水,以便通过浸渍水溶液而沉积在基体上,-有利地,这种聚合物或共聚物的组成是简单的,例如只是由碳、氧和氢组成,这样降低了本发明方法与设备的成本,-这种聚合物或共聚物因含有一个或多个还原基团-OH,通过与氢氧化钠还原作用的类似作用,能捕集(捕集或捕获-在本发明中等同使用的两个术语)RuO4。
优选地,这种聚合物或共聚物具有羟基末端。在这种情况下涉及在末端有端羟基的亚烷基二醇聚合物和共聚物。
有利地,根据本发明,这种亚烷基二醇聚合物例如可以选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇或它们的混合物。
有利地,这种亚烷基二醇共聚物是一种由选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇的聚合物组成的共聚物。例如,这种亚烷基二醇共聚物可以是一种同时以乙二醇、丙二醇、丁二醇为基的共聚物。
有利地,根据本发明,这种亚烷基二醇共聚物可以是下式(I)式中m和p是整数,例如各自是1≤m≤8和3≤p≤12。
式(I)共聚物例如可以是聚乙二醇、聚丙二醇共聚物。
根据本发明,在本发明的方法与设备中可以使用只是上述聚合物或共聚物的溶液或浆体、上述不同亚烷基二醇聚合物的混合物,或上述不同亚烷基二醇共聚物的混合物,或一种或多种上述聚亚烷基二醇和一种或多种上述聚亚烷基二醇共聚物的混合物。另外,本说明书中术语“聚合物或共聚物”或“亚烷基二醇聚合物或共聚物”当然都覆盖了本发明的这些不同实施方式。
为了用固体基体捕获钌,上述这些聚合物还具有的优点是因其润湿性能而很容易在基体上沉积成薄层,因此阻力损失和展开表面特性优于现有技术的产品。
因此,实施本发明而使用一种基体时,将这种聚合物或共聚物含水浆体沉积在这种基体上。这种实施方式能有利地降低基体与环境水分的界面张力,因此有利于捕获在基体表面上待处理气体流出物中的水,因此有利于吸附钌及其还原。
本发明关心的钌的形态主要是RuO4和RuO2。与基体接触后,RuO4可以被沉积在该表面上的这种聚合物或共聚物吸附,并且与其反应。事实上,上述这些聚合物和共聚物有利于RuO4吸附而制约其解吸,因此能使RuO4在其表面上停留足够长的时间,能使其还原。另外,这些聚合物和共聚物的羟基官能有可能使这种形态的钌还原成RuO2。本发明因此能够同时达到有利于捕获钌RuO4和其还原的化学操作。
另外,有利地,根据本发明,优选地可以选择下述这种基体,以便在低阻力损失下,其基体有很大的表面与待处理气体流出物接触。事实上,流出物中的钌通过碰撞与这种表面接触,优选的是捕获钌最多时,其碰撞率也可能是最高的。因此,在气体流出物穿过其基体时希望避免阻力损失时,非常优选地,这种基体是分开的基体,例如纤维状基体,像羊毛或纤维团,优选地非压实的纤维状基体。纤维状基体的另一个优点是保留任何可能钌(RuO2)的固体微粒。在这样一种基体的情况下,让所述的流出物穿过这种纤维状基体,这样对这种基体接触气体流出物很有利。
根据本发明,这种基体例如可以是金属棉,优选地低密度和高展开表面的金属棉,例如不锈钢(inox)棉。事实上,这样一种基体能够达到非常高的效率,同时只是产生非常低的阻力
(charge)损失,不需要更换现有的通风机。这种基体还可以是玻璃棉。
可以采用本技术领域:
的技术人员已知的任何适当办法把这种聚合物或共聚物沉积在这种基体上。优选地,例如这种基体是纤维时,为了能让气体流出物通过,同时如果必要还应制约这些阻力损失,这种办法不能堵塞这种基体。有利地,在本发明中使用的这些聚合物和共聚物是溶于水的,因此能够制备称之浸渍溶液的水溶液,例如在所述的浸渍溶液中通过简单浸渍可以实现将这些聚合物或共聚物沉积在这种基体上。这种溶液的浓度主要是根据在这种基体上沉积的聚合物或共聚物量来确定的。在下面这些实施例中描述了这种溶液的制备方法。优选地,浸渍之后,这种基体,例如构成其基体的这些纤维,在其整个表面上,即在纤维的情况下,在构成基体的整个纤维上,覆盖一层所选择的聚合物或共聚物含水浆体或其薄膜。
根据本发明,可以在适当的温度下让流出物与任选地沉积在基体上的聚合物或共聚物溶液或浆体进行接触,以便所面临的这些材料(聚合物,基体)不被破坏。一般在温度20-50℃下进行接触。
在本发明的设备中,这种滤芯还可以包括一种结构,该结构支撑在其上沉积这种亚烷基二醇聚合物或共聚物的基体。根据本发明,这种结构除支撑所述基体的作用外,还可以是
一种适合于将这种滤芯插入气体流出物管道中的预制结构。这种结构例如可以是一种吊篮形状。这种结构优选地是使用适合于在本发明条件下应用的材料制成的,例如用不锈钢制成的。这种结构一般使其滤芯具有其几何形状。
根据本发明,优选地可以改变所述滤芯的几何形状,使置于含钌气体管道中的所述滤芯能方便拆卸,使气体流出物通过所述的滤芯。事实上,这样有可能预制由基体和支撑物构成的组件,其安装不需要对设备作任何的更改,对方法也无须改动。另外,这种滤芯在四周安装有密封垫,于是能使所述的含钌气体流出物通过所述的滤芯,优选地没有漏掉其气体流出物。为了用这种滤芯捕获流出物中全部的钌,这对于将流出物约束通过已浸渍聚合物或共聚物的基体,避免任何泄漏是很重要的。
在一个优选实施方式中,本发明的滤芯因此可以包括-在其上沉积这种亚烷基二醇聚合物或共聚物的基体,所述的表面为玻璃棉或不锈钢棉形式,
-一种支撑所述基体的结构或骨架,其基体上沉积这种亚烷基二醇聚合物或共聚物,所述的结构优选地为吊篮形状,优选地安装金属网的吊篮形状,以及-所述滤芯在四周的密封件,例如密封垫(joints),例如Viton(商标)或硅酮类密封垫,它们使这种气体流出物通过所述的基体。
根据本发明,当然,如果必要的话,可以使用一个或多个滤芯,例如串联安装的多个滤芯,使气体流出物相继通过这些滤芯。
本发明捕获钌所涉及的通风系统特别地是保证从玻璃化室提取和处理的通风系统,和辐照核燃料再处理设备拆卸的通风系统。这些再处理设备的通风系统一般由多个过滤阻挡层组成-直接在室中的中等效率(ME)的预-预过滤器和高效率(HE)的预过滤器,-在屏蔽箱中第一阻挡层和第二阻挡层的非常高效率(THE)过滤器,-在密封箱中第三阻挡层的过滤器(THE),-在烟囱底的HE捕集器。
为了成功捕集RuO4,本发明的至少一个滤芯例如可以插入一个或多个上述过滤元件中。下面这些实施例描述了在一种设备中的本发明本发明滤芯可以放置在第一阻挡层,或者第二阻挡层中。第一阻挡层的这些过滤元件优选地至少约每两年更换一次。特别因捕集的放射性微粒辐照太强时,任选地在堵塞情况下就应更换它们。第二阻挡层的过滤元件一般较少更换,因为没有观察到辐照或堵塞严重加重问题。
在其效率受到损失的情况下,在第一阻挡层安装本发明捕获钌的系统的优点是有利于定期更换这个第一阻挡层。但是,如此安装时,捕获钌的基体或介质会受到更加严重的辐照,因此会加速其老化。
本技术领域:
的技术人员参照附图阅读下面说明性实施例将体会到其它的特征和优点。
附图简要说明-
图1表示实施本发明所使用的试验台。它由玻璃管构成,管中放置浸渍本发明聚合物或共聚物的不锈钢棉圆盘(S)和对照空白圆盘。让含有钌的气体流出物通过这个管。
-图2是一个说明使用浸渍本发明聚合物或共聚物的不锈钢棉圆盘(S)和不锈钢棉对照空白圆盘捕获流出物所保留钌量的图。
-图3是一个图,该图说明了WB12(商标)基体层在室温下捕获钌(以单层%计)的效率,该层浸渍了其分子量(MM)不同的聚合物,浸渍质量比率约100%。
-图4是一个图,该图表明使用本发明不同的聚合物和共聚物时,图1试验台的每个圆盘D1、D2和D3捕集钌的质量%。
-图5是表示一种用于支撑浸渍本发明聚合物或共聚物的基体的结构。这种结构包括两个网状同心圆柱体。
-图6是一种示意图,它表明如何将浸渍本发明聚合物或共聚物的基体安装(这里卷绕)在图5所示结构中心圆柱体周围。
-图7是一种示意图,它表明如何将图5所示结构的外圆柱体安装在基体周围,该基体卷绕在图6所示的中心圆柱体周围,以便形成本发明的滤芯。