申请日2015.05.08
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号B09B3/00
摘要
提供了一种用于固化废料的方法。该方法包括：从废料中除去过量的水;将至少一种聚合物与废料混合以提供聚合物‑废物混合物;以及固化聚合物‑废物混合物中的聚合物，以提供具有包封废料的连续聚合物基质的固化的整料废料形式。
权利要求书
1.一种用于固化废料的方法，包括：
从废料中除去过量的水;
将至少一种聚合物与废料混合以提供聚合物-废物混合物;以及
固化聚合物-废物混合物中的聚合物，以提供具有包封废料的连续聚合物基质的固化的整料废料形式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化的整料废料形式具有比所述废料的原始体积小的约50%至约98%的体积。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化的整料废料形式具有比所述废料的原始体积小的约75%至约95%的体积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，从废料除去过量的水包括使所述废料脱水或干燥所述废料中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括至少部分地分解所述废料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，分解所述废料包括将废料加热到约150℃至约250℃的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，响应于将废物加热到约150℃至约250℃的温度，所述废料包括约0%至约80%的体积减少。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述废料通过热油、高压蒸汽、电阻加热、微波加热中的至少一个被加热或者通过它们的任何组合被加热。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括在干燥之后冷却所述废料。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括在从废料中除去过量的水之后，将所述废料存储和计量到混合器，其中，将所述废料存储和计量到所述混合器包括体积计量或重量计量。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述至少一种聚合物与所述废料混合以提供所述聚合物-废物混合物之前，将所述至少一种聚合物计量到所述混合器。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种聚合物包括热固性聚合物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述热固性聚合物包括环氧树脂、乙烯基酯树脂或网络、聚酯树脂体系、玻璃纤维树脂体系中的至少一种或者包括它们的任何组合。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括在多个废物容器中分配所述聚合物-废物混合物。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括关闭和传送所述多个废物容器。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个废物容器中的每一个采用至少一种聚合物衬里。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个废物容器中的每一个包括调平机构。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述调平机构包括震动器、振动器、超声波诱导器、分度台中的至少一个或者它们的任何组合。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述废物包括放射性废物或危险废物中的至少一种。
20.一种用于固化废料的方法，包括：
使废料脱水以除去过量的水;
干燥废料;
将废料存储和计量到混合器;
将聚合物计量到混合器;
在混合器中将聚合物与废料混合以提供聚合物-废物混合物;
将所述聚合物-废物混合物分配在多个废物容器中;以及
固化所述聚合物-废物混合物中的聚合物，以提供具有包封废料的连续聚合物基质的固化的整料废料形式。
说明书
用于树脂、固体和污泥固化、稳定化和减少处理体积的方法
技术领域
本发明涉及一种用于树脂和污泥固化、稳定化和废物体积减少的方法，其中包含在其中并且通过该方法处理的颗粒状固体废物是有害的或放射性的。
背景技术
目前树脂和污泥固化/稳定化的方法涉及使用原位方法或混合方法，其最多能够提供没有体积增加的范围至其中体积增加多达废物的起始原始体积六倍的范围。
在过去，水泥是树脂和污泥固化的最初选择，但所得到的产品通常是原始废物体积的三到六倍。水泥通常不是非常强的产品，这是由于其与主题废物不相容，其中水泥通常随着固化树脂和其它污泥组分的再水合而崩解。通常，存在于树脂或污泥中的其它化学品也不与水泥基质相容，导致强度问题的相同损失。特别地，当用水泥固化时，离子交换树脂导致离子交换树脂在水从树脂被吸入水泥基质中时脱水。随后，随着额外的水从环境进入水泥基质，树脂再水合，导致膨胀，然后可能致使水泥崩解。
沥青是过去用于树脂、污泥和液体的固化的另一种产品。沥青在升高的温度下熔融，并且加入废物，使水作为蒸汽闪蒸出来。沥青在升高的温度下是易燃的，这导致火灾和需要广泛的灭火系统。还必须缓慢地加入废物以防止通过排气系统的蒸汽爆发，这已知是发生的。尽管沥青提供了每单位体积废物更高的废物装载量，但是树脂和污泥的体积增加通常是起始原始废物体积的约两倍。
在20世纪80年代，陶氏化学开发了一种乙烯基酯苯乙烯聚合物系统，能够使用混合过程固化树脂、污泥和水基液体。该过程包括采用约40%的聚合物装载转鼓，然后在使用高剪切混合过程的同时将废物缓慢加入转鼓中。这个过程能够将废物体积的增加限制到原始废物体积的约1.6倍。该聚合物比水泥或沥青更稳定，并产生更强的产品。该产品对许多化学品较不敏感，并且将可浸出离子降低十倍。这是批准NRC专题报告的第一个产品。该聚合物对一些化学相互作用仍然敏感，包括在加工期间去除一种组分，导致不能正确固化。作为聚合物中主要组分的苯乙烯使聚合物在聚合前高度易燃。因此，这也需要复杂的灭火系统。
在20世纪90年代初，多元化技术服务公司(DTS)开发了一种原位方法，其用于树脂和其他颗粒材料，具有足够的渗透性，以允许乙烯基酯聚合物被拉动通过具有高达6英尺深度的树脂床。树脂必须耗尽;否则可能剥离助催化剂，导致不能固化。聚合物对温度也非常敏感，这可能导致过早固化。聚合物还产生相当强烈的放热(即，在其聚合期间是放热的产物或化合物)，这导致固化过快，通常导致裂纹发展通过形成的整料，这潜在地增加可浸出性并降低整料的整体强度。该方法的优点是没有体积增加，并且其具有在仅最大脱水而不混合的最终废物容器中固化的能力。
DTS后来开发了对化学相互作用较不敏感的高级聚合物。聚合物制剂不涉及催化剂或促进剂的使用。因此更容易控制凝胶化，并且聚合时间可以延长至许多小时或甚至数天。较长和较慢的固化导致低得多的放热反应温度，因此实际上消除了裂化。这也降低了基质的可浸出性。在聚合物凝胶化之前，较慢的聚合反应允许更长的时间将聚合物拉过树脂。此外，放热温度通常远低于水的沸腾温度，因此确保不会出现蒸汽出口。这种原位方法不增加废物的体积，因为只需要聚合物的薄盖，并且固化可以在大容器(200ft3或6m3)中发生。不幸的是，这种方法不能用于污泥、细固体或液体。
法国使用相同类型的聚合物，但使用类似于在原始乙烯基酯苯乙烯方法中使用的螺旋桨型混合方法。混合需要更大量的聚合物，因为混合使树脂与其通常紧密的构型分离以保持足够的流动性来允许混合，从而将最终废物体积增加至原始废物体积的1.4倍。混合需要使用转鼓而不是更大的容器。
因此，本发明的目的包括但不限于改进每单位体积被处理废物的废物装载量;最小化使用每单位体积废物的聚合物;基本上使用任何尺寸和形状的容器来装载废物的能力;降低正在处理的废物的可浸出性的能力;以及通过使该过程自动化来最小化任何人员暴露于这种处理的废物的辐射或化学特性的能力。
本发明的另一个目的是在需要时基本上对正在处理的主体废物的冲洗体积(sluice volume)进行脱水，以使待干燥和蒸发的废物中的水量最小化。
本发明的另一个目的是具有在需要时利用各种设备进行干燥的能力。
本发明的另一个目的是提供作为本发明的方法和过程的一部分的存储和计量，使得存储箱提供缓冲区域，使得可以根据废物容器尺寸来确定混合器的批量大小，并且箱的计量方面有利于干燥固体的进料速率，匹配聚合物进料速率以最小化聚合物使用并确保聚合物基质是连续的。
本发明的另一个目的是提供聚合物计量，使得选择用于本发明的聚合物的所需组分可以以所需比例供应，以确保适当的固化和粘度。
本发明的另一个目的是在混合聚合物和废物时使用高剪切力，比如由连续混合器提供的高剪切力，以使废物体积最小化，使得聚合物/废物混合物类似于从混合器挤出的糊料。在这方面，本发明的一个目的是使用一种混合器，其能够从混合器中挤出或提取大部分(如果不是全部)聚合物废物混合物，而不需要添加任何二次材料。最小化聚合物用量既降低了昂贵的废料体积，又降低了所需的聚合物的量。
本发明的另一个目的是采用调平步骤来解决高废物/聚合物粘度，其目的是将该方法的废物容器装载大于95%，从而通过允许容器将被填充到最大可能水平而不溢出容器来最大化在给定的埋入容器中的废物。
本发明的另一个目的是提供聚合物和废物的更一致的固化，使得与聚合物和废物相关的放热温度较低。
本发明的另一个目的是提供自动关闭和转移以向工作人员提供对辐射或有毒化学品的保护。
本发明的另一个目的是以不允许再水合的方式改变离子交换介质的化学结构，以进一步减少废物介质的体积，使得实现总体积从原始体积减少约70%，并且防止该废料随后暴露于水时的体积膨胀，因为废料实现并保持疏水状态。
因此，开发本方法的教导以克服现有技术中的问题。因此，固化放射性或有毒颗粒固体的技术中的技术人员应当理解的是，在本发明中实现了相对于现有技术的实质性和可区分的方法及功能优点，比如实现更大的废物体积减少和稳定的能力。还应当理解的是，本发明的效率，通过使用不同类型的设备的操作适应性、不同的效用和可区分的功能应用都是本发明的新颖性的重要基础。
发明内容
本发明认识到并解决了现有技术结构和方法的缺点。本发明的某些实施例提供了一种用于固化废料的方法。本发明的一些实施例特别适合于：促进改进每单位体积的最终废物产品的废物装载量;允许使用可变尺寸和形状的容器;降低废物的可浸出性;最小化使用每单位体积废物的聚合物;并使该过程自动化，以便使人员暴露于辐射或化学品最小化。根据一个实施例，所述方法包括从废料中除去过量的水，将至少一种聚合物与废料混合以提供聚合物-废物混合物，以及固化聚合物-废物混合物中的聚合物来提供具有包封废料的连续聚合物基质的固化的整料废物形式。
根据另一个实施例，所述方法可以包括使废料脱水以除去过量的水，干燥废料，将废料存储和计量到混合器，将聚合物计量到混合器，在混合器中混合聚合物和废料以提供聚合物-废物混合物，将聚合物-废物混合物分配在多个废物容器中，并且固化聚合物-废物混合物中的聚合物以提供具有包封废料的连续聚合物基质的固化的整料废物形式。
