[发明专利]降低放射性核素污染砂土玻璃固化熔化温度的方法

说明书

本发明属于放射性废物的处理领域，为降低放射性核素污染砂土玻璃固化熔化温度的方法，由40‑80份砂土、10‑20份氧化硼、0‑10磷酸钠、0‑50份废玻璃粉组成；先将50‑80份砂土放入到耐高温坩埚中，然后将10‑20份氧化硼（或转换成含相同氧化硼质量比例的硼酸）、0‑10份磷酸钠、0‑50份废玻璃粉，从下至上依序铺放至砂土表层；将坩埚放入高温熔炉或其他加热装置升温至1400℃，保温3‑6小时，冷却后获得均匀的玻璃固化体。本发明降低砂土类放射性废物玻璃固化的熔化温度，减少熔制时间，避免易产生二次污染的步骤，利用废旧玻璃粉降低成本，提高废物包容量，获得物理化学性质较均匀的玻璃固化体。

技术领域

本发明属于放射性废物的处理领域，涉及放射性核素污染砂土的玻璃固化处理，采用的降低砂土玻璃化熔化温度的方法有重要的应用价值。

背景技术

玻璃固化技术是目前国内外较常用的中高放废物处理技术。固态污染物在高温下发生熔融玻璃化而形成致密结晶结构的玻璃状或玻璃-陶瓷状物质，污染核素即被牢固地束缚于玻璃体内。但工业化的玻璃固化工艺主要是针对高放废液的处理，要将浓缩的固体废物与玻璃添加剂混合加热，一是玻璃添加剂的质量比例较高，最高可达70～85wt%，废物包容量较少，二是对污染物和玻璃添加剂的粒径范围有严格要求，三是需要将污染物和添加剂混合均匀。这些工艺措施在大幅降低玻璃成型的温度和能耗的同时，也局限污染物的处理范围。对于不易清洗、分拣、粒径分布范围较宽的砂土类放射性废物来说并不适用，主要体现在：（1）砂土类固体放射性废物本身不易分拣减容，再添加大量的玻璃成型剂不利于废物最小化原则；（2）砂土中含粘土和砾石等，粒度分布范围宽，又含放射性核素，为避免放射性扬尘，要尽量减少破碎、混合等操作；（3）由于颗粒尺寸大、高熔点矿物含量高，砂土玻璃化的熔化温度较高，熔化时间很长，即使达到1600℃的高温，也较难形成均匀的玻璃体。目前国内针对砂土类固体放射性废物，尤其是高放废物砂土的固化处理方法研究有限。

文献检索披露：李平广在浙江大学硕士学位论文“模拟核素的硼硅酸盐玻璃及玻

璃陶瓷固化技术研究”中分别以5wt%和0.5mol%CeO2为模拟物研究SiO2-Al2O3-B2O3-CaONa2O系玻璃固化体和Y2O3-Al2O3-SiO2微晶玻璃固化体的配方、热处理温度（1300℃、1600℃）、结构和化学稳定性。王孝强等在2013，35(3):180-192,《核化学与放射化学》上发表“高硫高钠高放废液玻璃固化配方研究”，发现适当降低废物玻璃中Si和B的含量，提高碱性，添加Sb2O5和V2O5，有利于废物玻璃包容更多的Na2SO4。刘丽君等在2014，36(3):163-168,《核化学与放射化学》上发表“高硫高钠高放废液玻璃固化的配方验证”，废物包容量为12%-16%，玻璃熔制温度为1150℃，搅拌条件下有利于提高玻璃对硫的包容能力。张华等在2015，49(7):1159-1164,《原子能科学技术》上发表“ZnO和CaO对模拟高放废液硅酸盐玻璃固化体性能的影响研究”，针对含较多Fe、Cr、Ni等过渡金属元素的高放废液，研究废物包容量为15％和20％、熔制温度1100℃、添加ZnO(5.6％)和CaO(1.75%)的配方对形成的玻璃固化体的物理化学性能和结构的影响。丁新更等在2013，42（增刊1）：325-328，《稀有金属材料与工程》上发表“硼硅酸盐玻璃固化体结构及化学稳定性研究”，以SiO2、Al2O3、B2O3、CaO、Na2O、TiO2为原料，加入5wt%CeO2作为模拟核素，制备硼硅酸盐玻璃固化体，认为当B2O3含量为15.79wt%时固化体玻璃化转变温度Tg最大，玻璃抗浸出效果最好；加入3wt%TiO2时Ce元素标准浸出率最低。⑥毛仙鹤等在发明专利“一种用于放射性核素污染砂土的固化处理方法”中提出采用铝热剂化学放热的方式自蔓延高温合成固化放射性砂土，与传统熔炉式玻璃固化工艺不同。

综上所述，高放废液的玻璃固化技术已有较广泛和深入的研究，但专门针对难以分拣减容的砂土类放射性废物的玻璃固化配方和工艺研究仍非常有限。

发明内容