一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種放射性污染碳材料的液相氧化消解法，目的在于提供一種在液相中將碳氧化成氣體的方法作為放射性污染碳材料的處理手段。該方法包括如下步驟：球磨含氧化鉬基團的物質與碳材料的混合物、熱處理球磨后的混合物、液相氧化熱處理后的混合物。本發(fā)明首先利用熱處理使碳進入鉬原子間的間隙，以此降低碳的粒徑，提高碳的化學活性；然后利用氧化劑將間隙中的碳在液相中氧化為氣體，同時將含鉬部分轉變?yōu)樗苄糟f酸。此技術發(fā)明能夠起到反應條件溫和、能耗低、操作安全度高且利于碳材料上核素的回收的技術效果。
【專利說明】
一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及的是放射性廢物處理技術領域，尤其是一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法。【背景技術】
[0002]涉核過程產生了大量放射性污染碳材料，如核反應堆內用于慢化/反射中子的石墨層、放射性材料熔煉鑄造中使用的石墨坩堝、模具等。針對放射性污染碳材料的處理，至今未有周全、成熟的解決方案?，F(xiàn)有的焚燒技術可勉強用于放射性污染水平較低的碳材料的減容，一旦涉及放射性污染水平較高的碳材料，如鈾污染的石墨坩堝、模具，在目前的焚燒裝置無法確保能夠完全截留鈾氣溶膠的事實基礎上，焚燒處理此類放射性污染碳材料是不可行的。
[0003]碳，尤其是核工業(yè)中使用的高純碳，是優(yōu)良的熱導體，這一性質決定碳難以蓄熱， 若以焚燒的方式氧化碳，則需要持續(xù)的高能量輸入使碳的溫度維持在1000°c以上，此過程的能耗極高，且高溫下裝置的密封性能下降會伴生放射性氣溶膠泄漏的隱患。蒸汽重整利用高溫水蒸氣將碳氧化成氣體(C+H2〇4⑶+H2)，也可以作為一條放射性污染碳材料的處理路線。但水對碳的顯著氧化發(fā)生在l〇〇〇°C以上，在此條件下裝置的連接件極有可能因熱膨脹而發(fā)生吻合失效，從而導致放射性氣溶膠泄漏。
[0004]由此可見，對于放射性污染碳材料的氧化處理，需要盡可能地降低反應條件，擬制放射性氣溶膠生成，確保處理過程安全、穩(wěn)定、可靠。
【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術所存在的不足，而提供一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法的技術方案，該方案首先利用熱處理使碳進入鉬原子間的間隙，以此降低碳的粒徑，提高碳的化學活性;然后利用氧化劑將間隙中的碳在液相中氧化為氣體，同時將含鉬部分轉變?yōu)樗苄糟f酸，能夠起到反應條件溫和、能耗低、操作安全度高且利于碳材料上核素的回收的效果。
[0006]本方案是通過如下技術措施來實現(xiàn)的:一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，包括有以下步驟:a.使用行星式球磨機以固定的球磨公轉速度研磨含氧化鉬基團的物質與碳材料的混合物，得到第一級粉末；b.將步驟a中得到的第一級粉末放入加熱爐中，在流動的含氫氣體或純氫氣中，熱處理第一級粉末后，自然冷卻得到第二級粉末；c.將第二級粉末加入含氧化劑的水中，使其中的碳被氧化消解。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:步驟a中，碳材料與含氧化鉬基團的物質的組分配比按照重量份計為:碳材料1份、含氧化鉬基團3-50份。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:步驟b中，含氫氣體為氫氣與惰性氣體的混合氣。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:步驟c中，氧化劑為雙氧水、高錳酸鹽、臭氧、重鉻酸鹽中的一種或自由組合。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:含氧化鉬基團為三氧化鉬、二氧化鉬、仲鉬酸銨、磷鉬酸、硅鉬酸中的一種或自由組合。
[0011]作為本方案的優(yōu)選:碳材料為活性炭或碳納米管或石墨或碳纖維或炭黑。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:行星式球磨機的球磨公轉速度為200-800轉/分鐘。
[0013]作為本方案的優(yōu)選:行星式球磨機的研磨時間為1-5小時。
[0014]作為本方案的優(yōu)選:惰性氣體為氬氣或氦氣。[〇〇15]作為本方案的優(yōu)選:步驟b中，熱處理的升溫速率為1-20°C/分鐘，加熱至500-900 °C，維持溫度1-5小時。
[0016]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于該方案利用熱處理使碳進入鉬原子間的間隙，降低了碳的粒徑，提高了碳的化學活性，因此，可以利用氧化劑將間隙中的碳在液相中氧化為氣體，同時含鉬部分轉變?yōu)樗苄糟f酸，能夠起到反應條件溫和、能耗低、操作安全度高且利于碳材料上核素的回收的效果。[〇〇17]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有實質性特點和進步，其實施的有益效果也是顯而易見的?！揪唧w實施方式】
[0018]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0019]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0020]實施例1(1)將帶有核素的天然鱗片石墨、三氧化鉬按重量比1:20混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至800°C，維持溫度4小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升30wt%雙氧水中，6小時后測定液體中無有機碳含量， 天然鱗片石墨的消解率為100%，核素的回收率為96%。
[0021]實施例2(1)將活性炭、三氧化鉬按重量比1:15混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以300轉/ 分鐘的公轉速度研磨3小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氦氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以5°C/分的升溫速率升溫至700°C，維持溫度2小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3 )取1克得到的粉末加入20毫升30wt%高錳酸鉀水溶液中，6小時后測定液體中無有機碳含量，活性炭的消解率為100%。
[0022]實施例3(1)將天然鱗片石墨、三氧化鉬按重量比1:10混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以 500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至800°C，維持溫度4小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升臭氧水溶液中(臭氧流量:40毫升/分鐘)，6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為81%。
[0023]實施例4(1)將天然鱗片石墨、仲鉬酸銨按重量比1:40混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以 500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至800°C，維持溫度4小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升30wt%雙氧水中，6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為 97%。
[0024]實施例5(1)將天然鱗片石墨、三氧化鉬按重量比1:30混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以 500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至600°C，維持溫度5小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升30wt%雙氧水中，6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為 79%〇
[0025]實施例6(1)將天然鱗片石墨、磷鉬酸按重量比1:30混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以 500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至800°C，維持溫度4小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升30wt%雙氧水中，6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為 85%。
[0026]實施例7(1)將天然鱗片石墨、二氧化鉬按重量比1:20混合后置于球磨罐中，采用行星式球磨以 500轉/分鐘的公轉速度研磨5小時；(2)取2克得到的粉末放入管式爐中，在氬氣流速為30毫升/分鐘、氫氣流速為50毫升/ 分鐘的氬氣氫氣混合氣中以2°C/分的升溫速率升溫至750°C，維持溫度5小時，關閉氣體，自然冷卻后得到粉末；(3)取1克得到的粉末加入20毫升30wt%雙氧水中，6小時后測定天然鱗片石墨的消解率為 92%。
[0027]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:包括有以下步驟:a.使用行星式球磨機以固定的球磨公轉速度研磨含氧化鉬基團的物質與碳材料的混 合物，得到第一級粉末；b.將步驟a中得到的第一級粉末放入加熱爐中，在流動的含氫氣體或純氫氣中，熱處理 第一級粉末后，自然冷卻得到第二級粉末；c.將第二級粉末加入含氧化劑的水中，使其中的碳被氧化消解。2.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 步驟a中，碳材料與含氧化鉬基團的物質的組分配比按照重量份計為:碳材料1份、含氧化鉬 基團3-50份。3.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 步驟b中，含氫氣體為氫氣與惰性氣體的混合氣。4.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 步驟c中，氧化劑為雙氧水、高錳酸鹽、臭氧、重鉻酸鹽中的一種或自由組合。5.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 含氧化鉬基團的物質為三氧化鉬、二氧化鉬、仲鉬酸銨、磷鉬酸、硅鉬酸中的一種或自由組 合。6.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 碳材料為活性炭或碳納米管或石墨或碳纖維或炭黑。7.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 行星式球磨機的球磨公轉速度為200-800轉/分鐘。8.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 行星式球磨機的研磨時間為1-5小時。9.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所述 惰性氣體為氬氣或氦氣。10.根據(jù)權利要求1所述的一種放射性污染碳材料的液相氧化消解方法，其特征是:所 述步驟b中，熱處理的升溫速率為1-20°C/分鐘，加熱至500-900°C，維持溫度1-5小時。
【文檔編號】G21F9/30GK106024088SQ201610339632
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】龐敏, 唐燦, 陳曉謀, 牟濤, 劉艷, 萬小崗
【申請人】中國工程物理研究院材料研究所