一種用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及核電站低中水平放射性廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低中放射性廢物玻璃固化處理的固化體及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核能的開發(fā)和利用給人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的放射性廢物，給人類的生存環(huán)境帶來了較大的威脅。因此，如何安全有效地處置放射性廢物，使其最大限度的與生物圈隔離已成為核工業(yè)、核科學(xué)面臨的日益迫切的重要課題，是影響核能持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。
[0003]對放射性廢物的處置，人們認(rèn)為最合理的措施是首先將放射性廢物進(jìn)行固化處理，然后將得到的放射性廢物固化體進(jìn)行最終的地質(zhì)處置。對放射性廢物進(jìn)行有效的固化處理可以達(dá)到三個目的:一、使液態(tài)的放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成便于安全運(yùn)輸、儲存和處置操作的固化體；二、將放射性核素固結(jié)，阻擋放射性核素進(jìn)入人類生物圈；三、減少廢物的體積。
[0004]目前的固化技術(shù)有陶瓷固化、玻璃陶瓷固化、人造巖石固化和玻璃固化等。其中，陶瓷固化對低中放廢物中放射性元素包容量大，晶體相對于玻璃體的熱穩(wěn)定性強(qiáng)，但陶瓷固化對放射元素的選擇性強(qiáng)，廢物中的大部分無放射性廢料對陶瓷固化效果影響很大；玻璃陶瓷固化可有效解決陶瓷固化存在的問題，放射元素大部分被固化在晶格中，無放射性的廢物和少量未固化在晶格中的元素則被固化在外層玻璃基體中，但這種固化方式熱處理過程較為復(fù)雜，尚處于研宄階段；人造巖石固化處理雖固化體的地質(zhì)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及抗輻照性都較好，但其固化工藝復(fù)雜，與含高濃度鈉鹽等廢物的相容性較差，對低中放廢物中元素的選擇性很強(qiáng)，其技術(shù)要求甚高，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室理論研宄階段，且使用的設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)高，處理過程中材料和能源的消耗量都很大；玻璃固化為將核廢液濃縮蒸干后與具有適當(dāng)組成的礦物粉體材料混合，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成玻璃固體后在專用的貯存場內(nèi)密閉貯存，這種方法具有固化體強(qiáng)度高、密實(shí)性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，被固化的放射性核素經(jīng)水浸泡時(shí)浸出率很低，因而安全性高，在歐美日等國家己成為一種較為成熟的技術(shù)應(yīng)用，然而制成的廢物固化體要么體積及重量過大且成本過高，要么契合度低，無法改變廢物固化體中化學(xué)形態(tài)的不足，輻照穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于低中放射性廢物玻璃固化處理的固化體及方法，能夠用于與低中放廢物進(jìn)行玻璃固化處理，實(shí)現(xiàn)廢物固化體的減容最大化，更加契合放射性廢物處理中“廢物最小化”的價(jià)值追求，并提高廢物固化體的性能水平，實(shí)現(xiàn)廢物固化體的無機(jī)化、安定化。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體的制備方法，所述方法包括:
a、配料:主要以組份Si02、H3B03、Na2C03、CaO為原料，并按S12 55-65重量份、H3BO314-21重量份、Na2CO3 14-21重量份、CaO 8-12重量份的比例稱取各原料；
b、混合:將各原料放入混合設(shè)備中混合均勻，制成混合物料；
C、熔融:將所述混合物料在1250°C恒溫熔制2.5-3小時(shí)，制得熔融體；
d、成型:將所述熔融體澆注到已預(yù)熱至500°C的模具中成型，制得成型物；
e、退火:將所述成型物置于500°C的溫度下保溫0.5~1小時(shí)，然后以0.5~1°C /min的降溫速率降至室溫，即制得產(chǎn)品。
[0007]其中，所述步驟a配料中還可以添加有Al2O3，其添加比例不超過6重量份。
[0008]其中，所述步驟a配料中還可以添加有Fe2O3，其添加比例不超過2重量份。
[0009]其中，所述步驟a配料中還可以添加有SO3，其添加比例不超過4重量份。
[0010]其中，所述步驟a配料中還可以添加有MgO，其添加比例不超過3重量份。
[0011 ] 其中，所述步驟a配料中還可以添加有ZnO，其添加比例不超過3重量份。
[0012]其中，所述步驟b中所述混合設(shè)備是球磨混合設(shè)備。
[0013]其中，所述步驟c中所述加熱在攪拌均勻的條件下進(jìn)行。
[0014]其中，所述步驟d中所述熔體澆注在澄清均化的條件下進(jìn)行。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體，所述固化體采用前述的制備方法制備而成。
[0016]實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果:
(1)本發(fā)明所選的硼硅酸鹽玻璃體系具有化學(xué)穩(wěn)定性、輻照穩(wěn)定性、耐久性好的特點(diǎn)，所制備的固化體在90°c去離子水中靜態(tài)浸泡，Si,B,Na,Ca的浸出率遠(yuǎn)小于lg/(m2.d)、失重率小于15g/m2；
(2)本發(fā)明所選擇的目標(biāo)玻璃可廣泛適用于核電站產(chǎn)生的多種技術(shù)廢物，并充分利用各種廢物自有的化學(xué)成分，有利于廢物最小化的最大化實(shí)現(xiàn)，具有顯著的減容、減重效果；
(3)本發(fā)明所得配方具有熔制溫度低的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性好、易于工程化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發(fā)明的范疇。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0020]如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體的制備方法，所述方法包括:
a、配料:主要以組份Si02、H3B03、Na2C03、CaO為原料，并按S12 55-65重量份、H3BO314-21重量份、Na2CO3 14-21重量份、CaO 8-12重量份的比例稱取各原料； b、混合:將各原料放入混合設(shè)備(研缽或球磨設(shè)備)中混合均勻，制成混合物料；
C、熔融:將混合物料在1250°C恒溫熔制2.5-3小時(shí)，制得熔融體；
d、成型:將熔融體澆注到已預(yù)熱至500°C的模具中成型，制得成型物；
e、退火:將成型物置于500°C的溫度下保溫0.5~1小時(shí)，然后以0.5~1°C /min的降溫速率降至室溫，即制得產(chǎn)品一固化體(目標(biāo)玻璃)。
[0021]其中，所述步驟a配料中還可以添加有Al2O3,其添加比例不超過6重量份。
[0022]其中，所述步驟a配料中還可以添加有Fe2O3，其添加比例不超過2重量份。
[0023]其中，所述步驟a配料中還可以添加有SO3，其添加比例不超過4重量份。
[0024]其中，所述步驟a配料中還可以添加有MgO，其添加比例不超過3重量份。
[0025]其中，所述步驟a配料中還可以添加有ZnO，其添加比例不超過3重量份。
[0026]其中，所述步驟b中混合設(shè)備是球磨混合設(shè)備。
[0027]其中，所述步驟c中加熱在攪拌均勻的條件下進(jìn)行為最佳。
[0028]其中，所述步驟d中熔體澆注在澄清均化的條件下進(jìn)行為最佳。
[0029]應(yīng)當(dāng)說明的是，步驟a配料中的組分原料可以添加Al203、Fe203、S03、Mg0和ZnO中的一種或多種組合，還可以是在熔融溫度下能分解為Si02、B203、Na2O和/或CaO且不引入雜質(zhì)的其它原材料。步驟b中混合設(shè)備也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的其它混合設(shè)備。
[0030]作為例子1，用于低中放廢物玻璃固化處理的固化體的制備方法，所述方法包括:
a、配料:主要以組份Si02、H3BO3' Na2CO3、CaO 為原料，并按 S12 58g、H3BO3 17g、Na2CO314g、CaO Ilg的比例稱取各原料；
b、混合:將各原料放入混合設(shè)備(研缽或球磨設(shè)備)中混合均勻，制成混合物料；
c、熔融:將混合物料裝入10mL剛玉坩禍中，送入預(yù)熱至1250°C的箱式電阻爐內(nèi)，在1250°C下熔制2.5小時(shí)，制得熔融