稀土废渣放射性环境污染治理新方法

   

   稀土费渣放射性环境污染治理方法

                           王勇1、4赵淑权 王昱

(主要有以下单位协助完成1 新疆沙巨高新技术有限公司830000; 2中国军事科学院新疆放射性环境检测中心;3 中国科学院新疆物化技术研究所环境科学与技术研究室;4 联系方法:18351518643.Email:df1583@126.com

摘要:本方法是一种稀土废渣放射性环境污染治理新方法,包括生产配方和工艺。它涉及到工业放射性固体废渣处理,工业固体建材产品的生产加工。主要解决了传统稀土放射性废渣的治理不彻底、易造成二次污染、占用空间大、耗费时间长、治理成本高、废物得不到充分利用的问题。它是通过专用设备浓缩分离稀土废渣中放射性成分,并在其中添加有机无机添加剂,用物理和化学调试方法,改变稀土废渣的原有结构特点,一次性达到国家《建筑材料放射性核素限量》标准通过<<GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准>>豁免标准。同时赋予它新的经济价值。如果这种方法得到应用,可降低环境污染的治理成本,并创造出良好的经济效益。申请专利号:201410601959.0

   关键词   稀土  放射性  环境  污染  治理

1引言 我国现在已是稀土储量和开采量都占世界第一位的稀土生产大国。稀土资源占世界储量的80%。以氧化物(REO)计达3 600万吨,远景储量1亿吨。 随着稀土被广泛应用于国民经济发展的各个领域,消耗量呈逐年递增趋势,人们的观念也发生了变化。原来单纯的原材料开发销售,也在向稀土推广应用更深领域方面转变。随之而来的大量稀土固体废弃物也出现了迅猛增长。不但给稀土生产带来了巨大的压力,同时也给环境治理带来了巨大的挑战。这是目前我国稀土生产行业普遍存在的,不可回避的,比较紧迫的问题。

2技术领域 本方法为我国稀土生产行业稀土费渣放射性环境污染治理的新方法。涉及到工业放射性固体废渣处理,及固体建材产品的生产加工。    

3背景技术 传统的稀土放射性废渣的处理,国内外目前一般的做法是通过固化和深埋,或包装后沉入大海来实现放射性能的自然消减。固化方法分为水泥、沥青、玻璃化三种。以上这些方法共同的点是并没有把稀土费渣的放射性降下来,而是采取了对稀土放射性废渣的包裹、紧固、屏蔽的临时方法,使它们不能移动和分散,放射性能受到限制在储藏这些放射性废渣漫长的岁月里,一旦这些包裹物破损,这些高放射性废渣照样可以扩散开来污染环境,这是它们最致命的弱点。总结一下这些方法的缺点是:处理风险大、治理不彻底,易造成二次污染、占用空间大、耗费时间长、治理成本高、废物得不到充分利用。

   由于没有其它新的、好的方法出现,这些方法一直沿用至今。

4方法内容  本方法是一种稀土废渣放射性环境污染治理的系统新方法,包括生产配方和生产工艺。它把稀土废渣放射性污染治理过程,打造成一种系统的产业化运作模式。它是通过对稀土废渣放射性进行初选,选取放射性比活度在5000Bq/Kg以上的,浓缩分离放射性成分,然后采取物理和化学调制相结合的方法改变稀土废渣结构形态,使降低放射性标准和赋予产品经济价值功能在同一工序中一次完成到位,不留后患,大大降低了稀土废渣放射性治理成本,同时又使治理的过程创造出新的经济价值,这是一种新型、良性治理环境污染的新方法、新模式。

我们首先将稀土放射性废渣加水搅拌溶解,保持不沉淀的浓度,然后取样化验,如果放射性比活度在5000Bq/Kg以上,则应先分析提取物的物理化学性质,专用设备浓缩分离稀土废渣中放射性成分,去除或降低稀土废渣中的放射性比活度PH值在6以下时,应采取中和酸性措施降低PH值,然后再进行下道工序。放射性比活度在5000Bq/Kg以下时,直接进入下道工序。

经处理的稀土放射性废渣溶液中加入无机粘接剂,和多种功能添加剂,提高添加物的分子反应热,分子间产生了强烈的电子争夺,使物质分子间的电场发生了根本的变化,并且在产品成型的过程中形成有机、无机的双重聚合,小分子变成了大型、超大型分子,大大强化了这种分子间作用力。使原来稀土放射性废渣强度低、松散结构,转化成高强度、高耐磨耐水耐高温的致密性结构。

经检测,这种利用稀土放射性废渣生产的建材产品内照射指数IRa=0.709,外照射指数Ir=0.718,全部达到国家《建筑材料放射性核素限量》标准。

经上海辐射环境监督站检验报告2015G001为中铝稀土常熟公司中和渣样品,2015G002为中和渣经处理后生产的建材

    (说明:Ir分母项为<<GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准>>豁免标准值,分子项为放射性核素对应的实测值。)

    根据以上计算结果,稀土渣生产的产品放射性外照射指数为  0.01503 Bq/Kg )小于1,也就是低于<<GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准>>豁免标准。可以获得豁免支持。经过治理,稀土渣做成的建材产品的放射性下降了97.3%。

5稀土废渣产品还具有以下方面的特性:

  1)高放热   这种产品在硬化时要释放出很高的热量。它的放热量为1000~13500J/g主原料,最高反应体系的中心温度可达140℃,在夏季可能会超过150℃。普通水泥的水化热仅为300~400J/g水泥,因此这种无机胶凝材料是普通水泥水化热的3~4倍。

  2)高强度    这种产品的抗压强度可以轻易达到62.5MPa。一般这种无机胶凝材料的抗压强度均可达到62.5MPa以上,大部分可达到90MPa以上。在其质量保证、配比合理、工艺科学的情况下,还可以达到140MPa左右。试验表明,这种无机胶凝材料与无机集料之质量比为1:1时,其一天的抗压强度可达34MPa、抗折强度9MPa。28天抗压强度达142MPa,抗折强度达26MPa。用其生产的免蒸压砌块的压缩强度等于或高于同等级别的蒸压混凝土砌块,这一结果达到了国内最高水平。

  3)高耐磨   他的耐磨性是普通硅酸盐水泥的三倍。我们曾用这种无机胶凝材料和常规32.5级普通硅酸盐水泥各制一块地面砖,放在一起养护28天后进行耐磨试验,普通硅酸盐水泥地面砖的磨抗长度为34.7mm,而这种无机胶凝材料制成的地面砖磨抗长度只有12.1mm,相当于水泥地面砖的1/3,这一结果和国外的同类试验相吻合。因此这种无机胶凝材料特别适合生产地面砖及其他高耐磨制品,尤其是磨料磨具如抛光砖磨块等。同时也适合于做公路路面甚至机场跑道。

  4)耐高温、低温    在各种无机胶凝材料中,只有这种无机胶凝材料同时具备即耐高温、又耐低温的特性。这种无机胶凝材料的主要成分耐火性是2800℃,居所有常用耐火材料之首。因此,这种无机胶凝材料建材制品一般均有耐高温的特性。

   这种无机胶凝材料不但耐高温性能优异,耐低温性能也非常优异。在一般情况下,可耐-30℃的低温。

  5)抗盐卤腐蚀    这种无机胶凝材料由于使用偏酸性盐作调和剂,也就是说它本身就有盐卤成分,所以它就不怕盐卤腐蚀,而且遇盐卤还会增加强度。这就使它可以克服普通水泥及混凝土制品的不足,用于高盐卤地区或海洋固定建筑。

  6)收缩率低   这种无机胶凝材料的收缩系数是2‰,是所有建筑材料里最低的。也就是说使用这种无机胶凝材料浇筑出来的试块,浇筑时和干燥后尺寸几乎不会发生变化。例如用这种无机胶凝材料施工出来的防水层不会产生裂口。用它施工出来的机场跑道和路面干燥后也不会产生裂缝。

  7)耐水性能大幅提高   由于添加了有机功能添加剂,大幅提高了产品的耐水性和韧性,体积吸水率可以和有机材料相媲美。

6这种产品主要使用范围

它可以用来铺设乡间道路,施工方法和水泥相同,甚至机场跑道。其特点是收缩系数小,不用留板缝,二是耐磨系数高,使用周期长。还可以用以生产马路砖、路沿石,景观石。可以用来生产仿木板、木条,用作包装箱、托盘、托架材料。其特点是防水防潮,不燃烧,并且价格低廉。用这种材料生产的包装箱出口是不用做虫害检验的。

根据它耐高温,高耐磨,耐海水腐蚀的特点,可以用它来生产航母甲板涂料,发泡后也可用来做船体的隔热保温隔音层,及海岛建筑保温墙体材料。

另外它最大用途是用来生产建筑墙体材料。如生产自保温墙体材料,主要使用在非承重墙体上,不用做外墙保温就可以达到65%,甚至75%的节能标准。它可以做框剪结构墙体的浇筑摸板,使混凝土浇筑和保温一次完成。它还可以代替发泡苯板、挤塑板做外墙保温,同时还可以做防火隔离带及彩钢板夹芯板。它即有高性能保温特点,同时又有燃烧级别高的优点,同时具备有机、无机保温材料的优点。(容重57 kg/m3时,导热系数为0.031[W(m·K)],体积吸水率≤4%,燃烧级别达到A级,)这些都是目前国内保温材料所不能达到的。

7具体实施方式(以下为实施方法实例,由中铝稀土江苏公司配合完成

   1)、生产方法:取稀土厂废渣(含酸溶渣、中和渣、库容渣。但酸溶渣要加入CaO中和至PH值6左右,放射性比活度在5000Bq/Kg以上,需降放射性处理方可使用),根据配方添加其它材料,反应时间为一小时左右,然后脱模湿切割,20℃左右温度,自然养护28天,检测合格后出厂。

2)、测量稀土废渣放射性核素:根据GB 6566-2010《 建筑材料放射性核素限量》标准,取江苏阜宁稀土厂稀土酸溶渣2Kg,经烘干室烘干,测核素放射性比活度:Ara(Bq/kg)740.96,Atb(Bq/kg)1931.37,Ak(Bq/kg)微量。说明这些放射性固体废弃物中,钍含量均接近或高于GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》,属于不能豁免范围。但也低于GB9133-1995《放射性废弃物的分类》标准,属低放射性废物。

3)、测量稀土废渣产品放射性核素,结论根据GB 6566-2010《 建筑材料放射性核素限量》标准,按生产方法,取以上江苏阜宁稀土厂稀土酸溶渣,加入CaO中和致PH值6左右,扣除水分,根据权利要求 1中的配方投料进行生产。产品经自然干燥28天,进行检测,放射性比活度:Ara(Bq/kg) 141.82 ,降低80.9 Atb(Bq/kg)31.34,降低98.4 Ak(Bq/kg)901.9,为添加其它材料所带来。通过计算得出内照射指数:Ira (Bq/kg)0.709,外照射指数Ir(Bq/kg)0.718。该数据低于GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》要求,可以应用在民用主体建筑上。

取中铝稀土常熟公司中和渣,按以上方法操作,经上海辐射环境监督站检验:

α430 Bq/Kg,总β265 Bq/Kg 单位( Bq/Kg

  238U  < 28  232Th = 10   226Ra = 16    40K < 6.3

根据以上计算结果,稀土渣生产的产品放射性外照射指数为  0.01503 Bq/Kg )小于1,低于<<GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准>>豁免标准。可以获得豁免支持。并且稀土渣产品的放射性水平比原来下降了97.3%。

8经济效益分析:

该项目的实施,必须依托现有大型稀土加工企业。一是利用其稀土渣库房作为生产基地,安放稀土渣放射性处理设备,可露天建立化浆池,来处理稀土渣放射性。这个基地应处于周围稀土加工企业的中心位置,以减少运输成本。这一工序单条生产线运营成本约为60万元。另外与之配套,年加工30万方建材产品设备投资约300万元。

稀土渣放射性处理工序应有10%盈利水平,建材生产工序,参照现有产品市场价格可约有50%盈利水平。新开发的产品使用功能盈利水平应超过50%。

9参与研究实验员情况介绍

赵淑权——上海复旦大学核医学研究所专家,1994年进修于布鲁克海文国家实验室(BNL),中国科学研究交流中心研究员,中国科学家协会专家委员会特邀研究员。被评为201506月《中国科学家》刊物封面人物。我国最早对稀土渣检测技术进行研究探讨,具有放射性核素检测的独到见解和丰富经验。曾对我国放射性环境污染治理、公众环境卫生保护,作出过巨大贡献。工作之余,参与了整个实验过程,并提出试验理论指导。计划建立和完善我国稀土行业废渣放射性检验标准和检验方法。

邱光怀——中铝稀土江苏公司总工程师,在职。有着三十多年生产加工稀土工艺技术经验。提供试验场所,试验样品,参与并监督试验、检测全过程。

王兰明——西安核仪器厂的总工程师,现退休在家。我国现有卫生防预站60%以上的检测设备都是他设计。并且对现有厂里放射性检测设备进行调试,对检测技术有独到见解。