熔盐氧化法处理中低放射性废物
一、研究背景
随着能源消耗的增加，发展核电受到各国的普遍青睐。世界核协会(WNA)表示，截至2021年1月，核电有32个国家使用，在运核电机组441台，总装机容量392.4GW。中国的核工业是从1991年开始发展起来的。如图1-1，截至2021年11月，中国已有51台运行核电机组和22台在建核电机组。
图1-1 中国核电厂分布示意图
然而，随着核电的发展，产生了三种类型的放射性废物，分别是低水平放射性废物、中水平放射性废物和高水平放射性废物，对环境造成了潜在危害。低放射性废物包括受到轻微辐射污染的日常废物，例如纸张、手套、塑胶容器、用完即弃的罩衣和套鞋。中放射性废物包括在废气及废液处理过程或维修工作中，所收集的带辐射的树脂和化学沉淀物、过滤器等。而高放射性废物主要是指放射性乏燃料。废有机离子交换树脂(IERs)在中放射性废物中占有相当大的比例，如表1-1，主要产生于废水的净化和澄清过程。
表1-1 核电站每台机组每年产生的放射性废树脂占电站总废物量的关系
国内外对于处理放射性废树脂进行过许多尝试性试验，目前废树脂的处理方法主要有水泥固化（如图1-2）、玻璃固化、湿法氧化（如图1-3）、装高牢固性容器(HIC)、蒸汽重整、焚烧（如图1-4）以及熔盐氧化等。
图1-2 水泥固化流程图
图1-3 湿法氧化法流程图
图1-4 废树脂焚烧流程示意图
其中，熔盐氧化法作为一种无焰氧化的方法，处理废树脂时氧化效率高，减容比也较大，反应条件温和、安全性高且能对放射性核素进行有效地截留，因此受到了广泛的关注。
二、熔盐氧化法介绍
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2.1 熔盐的介绍
熔盐是原本固态的盐在高于其熔点后所产生一种常温或高温的离子液体，由于其含一种或多种无机盐，其具有较好的导热性与导电性，是一种良好的反应与储能介质。熔盐是具有诸如高热容，高沸点，热导性良好，化学稳定性和蒸汽压较低的具有良好热交换性能的工程流体。因此，熔盐被广泛应用于电化学，储能，材料制备，废物处理等领域。
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2.2 熔盐氧化法的优势
熔盐氧化(Molten Salt Oxidation)简称MSO，是一种在熔盐体系中，将有机废物与空气充分混合后，进行高效、安全无机化处理的方法，其应用领域广泛，可对医疗废物、高危废物、放射性废物、弹药等固体废物进行有效处理等。如图2-1所示，为实验室熔盐氧化使用的井式炉实物图，与传统的热解法相比，熔盐氧化具有操作温度低，尾气量少且易处理的特点。
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2.3 熔盐氧化法的实验装置
MSO反应器如图2-2所示。将树脂和熔盐在坩埚中混合，然后在加热器中进行熔盐氧化过程。反应后在坩埚中加入1mol/L HCl，以完全溶解废盐。对溶液进行抽滤，得到不溶于水的氧化残渣及含有废盐的滤液。之后对其进行XRD、XPS、SEM-EDS、气体质谱及红外光谱等分析，研究其氧化效果。
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2.4 熔盐氧化法的研究现状
国外对熔盐氧化技术开展的研究较多，目前已经开展了对废塑料、阳离子树脂、含有机物的废浆液、煤油混合物和多氯联苯污染废油的处理。熔盐氧化技术不仅可以处理固体有机废物，还可以处理含有机固体废物的浆液。
韩国原子能研究所[1]采用熔融碳酸盐作氧化剂处理卤化塑料、橡胶、卤代塑料、聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管、以及乳胶手套。如图2-3，在实验室规模的MSO反应器中以0.3~0.5 kg·h -1进料量进行处理。
美国橡树岭国家实验室[2]于1993年开展了熔盐氧化法处理放射性废物的研究，如图2-4。这项工作的处理对象为放射性混合废物，并获得了废物的减容系数、处理效率和最佳运行条件。实验用95%的碳酸钠和5%氯化钠作为熔盐氧化体系，并用该体系在900°C，0.3 m3 /s的空气流速下处理聚乙烯基氯化物、TBP和离子交换树脂的混合物。
