CN103265169A - 一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法。含较高浓度硫酸根的高放废液，由于硫在硼硅酸盐熔体中溶解度较低，使硫常常成为废物包容量的限制因素。熔制过程中会产生分离的黄相，严重危害玻璃固化体包容和隔离核素的作用。该方法是调节废含铅玻璃化学组成，混合均匀后，980～1100℃熔融2～4h，使其充分熔化为玻璃液，然后浇铸在700～850℃模具中成型，放入退火炉400～550℃保温1～3h，得到高放射性核废料玻璃固化基材。本发明方法以废含铅玻璃为主要原料，通过调整玻璃化学组成制备新型放射性废料玻璃固化基材，变废为宝，实现了铅玻璃的资源化利用，玻璃固化体稳定好、熔制过程中不易产生黄相。

Description

一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法
技术领域
本发明属于放射性废物处理处置领域，特别涉及一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法。
背景技术
核电站在利用核能发电的同时难免产生一些放射性废物，这类废物对自然环境和生物体具有强烈的破坏作用，因此如何有效处理处置核废物成为安全利用核能的关键。固化核废料是处理高放射性废料的一种重要方法，目前的固化技术有陶瓷固化、玻璃陶瓷固化、玻璃固化、人造岩石固化和自蔓延高温固化。陶瓷固化对高放废物中放射性元素包容量大，晶体相对于玻璃体的热稳定性强，但陶瓷固化对放射元素的选择性强，废物中的大部分无放射性废料对陶瓷固化效果影响很大。玻璃陶瓷固化可有效解决陶瓷固化存在的问题，放射元素大部分被固化在晶格中，无放射性的废物和少量未固化在晶格中的元素则被固化在外层玻璃基体中；但这种固化方式热处理过程较为复杂，尚处于研究阶段。玻璃固化即将核废液浓缩蒸干后与具有适当组成的矿物粉体材料混合，经高温烧结成玻璃固体后在专用的贮存场内密闭贮存。这种方法具有固化体强度高、密实性好、结构稳定，被固化的放射性核素经水浸泡时浸出率很低，因而安全性高，在欧美日等国家己成为一种较为成熟的技术应用。
硼硅酸盐玻璃固化高放废物是目前国际公认的较好方法，产生的玻璃固化体具有良好的化学耐久性，熔制温度在可接受范围。然而对于含较高浓度硫酸根的高放废液，由于硫在硼硅酸盐熔体中溶解度较低，使得硫常常成为废物包容量的限制因素。熔制过程中会产生分离的黄相，严重危害玻璃固化体包容和隔离核素的作用，因此提高玻璃中硫包容量对于含高浓硫酸盐的高放废液玻璃固化来说至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法，该方法以废含铅玻璃为主要原料，通过调整玻璃化学组成制备新型放射性废料玻璃固化基材，变废为宝，实现了铅玻璃的资源化利用，玻璃固化体稳定好、熔制过程中不易产生黄相。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
步骤(1).调节废含铅玻璃化学组成，使废含铅玻璃中各组分百分含量如下：45～60﹪SiO2、 7～14﹪B2O3、4～10﹪Al2O3、0.2～2.5﹪CaO、6～13﹪Na2O、1～4﹪Fe2O3、10～25﹪PbO；
步骤(1)可根据废含铅玻璃的化学组成添加工业原料，调节废含铅玻璃中各组分百分比。
步骤(2).将调节化学组成后的废含铅玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，980～1100℃熔融2～4h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至700～850℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中400～550℃保温1～3h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
所述的废含铅玻璃为CRT屏玻璃、CRT锥玻璃、灯管玻璃、防辐射玻璃中的一种或多种。
对于含较高浓度硫酸根的高放废液，由于硫在硼硅酸盐熔体中溶解度较低，熔制过程中会产生分离的黄相，严重危害玻璃固化体包容和隔离核素的作用。本发明方法以废含铅玻璃为主要原料，通过调整玻璃化学组成制备新型放射性废料玻璃固化基材，变废为宝，实现了铅玻璃的资源化利用，玻璃固化体稳定好、熔制过程中不易产生黄相，可实现大规模推广应用。
具体实施方式
    下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
实施例1
步骤(1).调节黑白电视机CRT屏玻璃的化学组成，使CRT屏玻璃中各组分百分含量如下：45﹪SiO2、14﹪B2O3、10﹪Al2O3、2.5﹪CaO、13﹪Na2O、4﹪Fe2O3、11.5﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的CRT屏玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，1100℃熔融4 h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至700℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中550℃保温1 h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例2
步骤(1).调节CRT锥玻璃的化学组成，使CRT锥玻璃中各组分百分含量如下：60﹪SiO2、7﹪B2O3、 4﹪Al2O3、0.2﹪CaO、6﹪Na2O、1﹪Fe2O3、21.8﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的CRT锥玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，980℃熔融2 h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至850℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中400℃保温3 h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例3
步骤(1).调节灯管玻璃的化学组成，使灯管玻璃中各组分百分含量如下：58.5﹪SiO2、9﹪B2O3、6﹪Al2O3、1.5﹪CaO、12﹪Na2O、3﹪Fe2O3、10﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的灯管玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，1000℃熔融3 h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至750℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中450℃保温2 h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例4
步骤(1).调节防辐射玻璃的化学组成，使防辐射玻璃中各组分百分含量如下：54﹪SiO2、8﹪B2O3、5.5﹪Al2O3、0.5﹪CaO、6﹪Na2O、1﹪Fe2O3、25﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的防辐射玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，990℃熔融2.5h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至780℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中460℃保温2.5h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例5
步骤(1).调节彩色电视机CRT屏玻璃的化学组成，使CRT屏玻璃中各组分百分含量如下：56.8﹪SiO2、9.1﹪B2O3、8.8﹪Al2O3、1.6﹪CaO、8.2﹪Na2O、3.5﹪Fe2O3、12﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的CRT屏玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，1050℃熔融3h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至810℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中520℃保温1.5h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例6
步骤(1).调节灯管玻璃的化学组成，使灯管玻璃中各组分百分含量如下：48.6﹪SiO2、10.6﹪B2O3、6.4﹪Al2O3、1.8﹪CaO、7.4﹪Na2O、3.2﹪Fe2O3、22﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的灯管玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，1080℃熔融3.5h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至800℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中530℃保温2.5h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例7
步骤(1).调节彩色电视机CRT屏玻璃与CRT锥玻璃的化学组成，使彩色电视机CRT屏玻璃与CRT锥玻璃中各组分百分含量如下：48.9﹪SiO2、11﹪B2O3、6﹪Al2O3、0.9﹪CaO、11.7﹪Na2O、3.5﹪Fe2O3、18﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的彩色电视机CRT屏玻璃与CRT锥玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，990℃熔融2h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至800℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中440℃保温3h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
实施例8
步骤(1).调节黑白电视机CRT屏玻璃、CRT锥玻璃、灯管玻璃的化学组成，使黑白电视机CRT屏玻璃、CRT锥玻璃、灯管玻璃中各组分百分含量如下：49.33﹪SiO2、11.4﹪B2O3、9.7﹪Al2O3、0.23﹪CaO、7.38﹪Na2O、1.06﹪Fe2O3、20.9﹪PbO；
步骤(2).将调节化学组成后的黑白电视机CRT屏玻璃、CRT锥玻璃、灯管玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，1010℃熔融3.2h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至805℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中490℃保温2.5h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
上述实施例1～8步骤(1)可根据废含铅玻璃的化学组成添加工业原料，调节废含铅玻璃中各组分百分比。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1).调节废含铅玻璃化学组成，使废含铅玻璃中各组分百分含量如下：45～60﹪SiO2、 7～14﹪B2O3、4～10﹪Al2O3、0.2～2.5﹪CaO、6～13﹪Na2O、1～4﹪Fe2O3、10～25﹪PbO；
步骤(1)可根据废含铅玻璃的化学组成添加工业原料，调节废含铅玻璃中各组分百分比；
步骤(2).将调节化学组成后的废含铅玻璃放入滚筒球磨机研磨混合均匀，980～1100℃熔融2～4h，使其充分熔化为玻璃液；
步骤(3).将玻璃液浇铸在预热至700～850℃的模具中，冷却至成型；
步骤(4).将成型物放入退火炉中400～550℃保温1～3h后，自然冷却至常温，得到高放射性核废料玻璃固化基材。
2.如权利要求1所述的一种高放射性核废料玻璃固化基材的制备方法，其特征在于所述的废含铅玻璃为CRT屏玻璃、CRT锥玻璃、灯管玻璃、防辐射玻璃中的一种或多种。
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