CN110981205A - 一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法 - Google Patents

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孙扬善
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王萍萍
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周刚
王巍巍
曹欣
王田禾
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Abstract

本发明涉及一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法，其特征在于：（1）.一水合氢氧化铯溶于20％‑40％硅溶胶中，铯金属离子和硅原子的摩尔比为1:2，搅拌12‑24h得硅酸铯溶液；（2）加入偏高岭土粉体，控制硅离子与铝离子摩尔比为2:1，搅拌60‑90min，倒入模具，60‑90℃放置5‑7天，得到块状固体，研磨得含铯前驱体粉末；（3）将下列原料SiO2 50‑65%，Al2O3 4‑8%，B2O315‑20%，Na2CO3 15‑25%，CaCO3 8‑10%混合，熔融、成型、冷却制成玻璃，研磨成玻璃粉末；（4）含铯前驱体粉末和玻璃粉末按质量比1:4‑5混合，1000‑1200℃熔融2‑5h，成型、冷却。本发明有益效果：工艺简单，熔融温度低，过程容易控制；化学稳定性好，固化效果明显，抗浸出率高。

Description

一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及放射性污染土壤处理领域，具体涉及一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法。
技术背景
核能作为一种技术比较成熟的高效清洁能源，对国家调整能源结构、确保能源安全、推进节能减排、应对气候变化等具有积极而深远的意义。核能的迅速发展在为人类造福的同时也遗留下大量的放射性污染土壤。土壤中的放射性核素会对动植物以及人类的生命健康造成危害。由于放射性核素的多样性和土壤成分的复杂性，放射性污染土壤的治理与修复成为当下的难题。
2011年日本福岛核电站泄漏，导致大量放射性核素Cs泄漏，污染了周边大量的土壤，使其对动植物及人类的生命健康产生危害，放射性铯的半衰期为30.7年，具有长期的健康危害。
对放射性核废物，目前世界各国对其进行处理比较一致的意见是：先将放射性废物进行固化处理，然后将固化体包装后进行深层永久地质处置。传统的固化体为玻璃固化体，但玻璃始终处于热力学的亚稳态，具有自发析出不可控晶体的趋势，在地质处置过程中，长期受到辐射、较高温度、潮湿等环境影响下会严重影响玻璃网络结构的致密性和稳定性。
现有处理放射性铯污染土壤的方法主要有有机/无机复合吸附法（CN201710297852.5），水热法（CN201410735155.X，CN201610081478.0），亲水性树脂吸附法（CN201280064939.3，CN201480009436.5，CN201380005974.2），但这些方法主要为吸附法，固化效果并不理想，而且只针对单一放射性铯元素，铯污染土壤中还含有少量锕系及镧系放射性元素。
发明内容
针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法，从而为放射性核废物Cs的固化处理提供一种新的有效的固化基材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）.将一水合氢氧化铯（CsOH.H2O）（模拟放射性核素）溶解于质量浓度为20％-40％的硅溶胶中，控制铯金属离子和硅原子的摩尔比为1:2，搅拌12-24小时后获得硅酸铯溶液；
（2）在步骤（1）得到的硅酸铯溶液中加入偏高岭土粉体（模拟土壤），控制硅离子与铝离子的摩尔比为2:1，搅拌60-90分钟，得到含铯前驱体料浆，将含铯前驱体浆料倒入模具中，在60-90℃放置5-7天，得到块状固体，将块状固体粉碎研磨，得到含铯前驱体粉末；
（3）以质量百分数计，将下列原料SiO2 50-65%，Al2O3 4-8%，B2O315-20%，Na2CO3 15-25%，CaCO3 8-10% 混合均匀后倒入坩埚，将坩埚置入马弗炉，以10℃/min升温，在1300℃-1500 ℃的温度下熔融1.5-4小时后，再经成型和冷却制得硼硅酸盐玻璃，将硼硅酸盐玻璃粉碎研磨后得硼硅酸盐玻璃粉末；
（4）将步骤（2）得到的含铯前驱体粉末和步骤（3）得到的玻璃粉末按照质量比1:4-5混合均匀后，在1000-1200 ℃的温度下熔融2-5小时，然后成型、冷却即制得一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃。
进一步，所述一种用于处理放射性铯污染土壤的微晶玻璃，其密度介于2.4-2.9g/cm3，150-500 ℃的平均热膨胀系数在5.0-6.0×10-7/℃，玻璃化的转变温度≤600 ℃。
本发明的有益效果：1. 本发明的制备方法工艺简单，熔融温度低，生产过程容易控制；
2.将放射性铯元素固化在铯榴石晶体中，铯榴石晶体被玻璃包裹住，对铯元素提供二次保护，防止其渗出；3.固化放射性铯元素的同时，也可固化少量锕系和镧系放射性元素；
4.制备的铯榴石基微晶玻璃可用于固化含铯放射性土壤，用于高放废物的固化处理，化学稳定性好，固化效果明显，抗浸出率高，显示出极好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1的扫描电镜图谱，图1表明所制备的样品中铯榴石晶粒被玻璃相包裹着；
图2是实施例1的X射线衍射图谱，图2表明所制备样品的X射线衍射峰与数据库中铯榴石数据(Referencecode:00-029-0407)相符合，即实施例1中的晶体为铯榴石相。
具体实施方式
一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法，具体实施步骤如下：
实施例1：
1.将一水合氢氧化铯（CsOH.H2O）（模拟放射性核素）40.84g溶解于质量浓度为30％的43.60g硅溶胶中，经机械搅拌12小时后获得硅酸铯溶液；
2.硅酸铯溶液中加入29.26g偏高岭土粉体（模拟土壤），机械搅拌60分钟，将浆料倒入模具中，置于烘箱中在60℃的温度下静置 5天，得到块状固体，将块状固体粉碎研磨，得到含铯前驱体粉末；
3.将干燥后的分析纯SiO2 55g，Al2O3 4g，B2O317g，Na2CO319g，CaCO35g经研磨混合均匀后，倒入坩埚，将坩埚置入马弗炉，以10℃/min的升温速率在1400℃的温度下熔融2小时后，再经成型和冷却制得硼硅酸盐玻璃，将硼硅酸盐玻璃研磨成硼硅酸盐玻璃粉末；
4.将含铯前驱体粉末10g和硼硅酸盐玻璃粉末40g混合均匀后在1000℃的温度下熔融2小时，然后成型、冷却即制得一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃。
实施例2
1.将一水合氢氧化铯（CsOH.H2O）（模拟放射性核素）61.26g溶解于质量浓度为30％的65.40g硅溶胶中，经机械搅拌24小时后获得硅酸铯溶液；
2.硅酸铯溶液中加入43.89g偏高岭土粉体（模拟土壤），机械搅拌90分钟，将浆料倒入模具中，置于烘箱中在70℃的温度下静置7天，得到块状固体，将块状固体粉碎研磨，得到含铯前驱体粉末；
3.将干燥后的分析纯SiO2 58g，Al2O3 4g，B2O315g，Na2CO3 16g，CaCO37g经研磨混合均匀后，倒入坩埚，将坩埚置入马弗炉，以10℃/min的升温速率在1500 ℃的温度下熔融2小时后，再经成型和冷却制得硼硅酸盐玻璃，将硼硅酸盐玻璃研磨成硼硅酸盐玻璃粉末；
4.将含铯前驱体粉末20g和玻璃粉末100g混合均匀后在1100℃的温度下熔融3小时，然后成型、冷却即制得一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃。

Claims (2)

1.一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）.将一水合氢氧化铯（CsOH.H2O）溶解于质量浓度为20％-40％的硅溶胶中，控制铯金属离子和硅原子的摩尔比为1:2，搅拌12-24小时后获得硅酸铯溶液；
（2）在步骤（1）得到的硅酸铯溶液中加入偏高岭土粉体，控制硅离子与铝离子的摩尔比为2:1，搅拌60-90分钟，得到含铯前驱体料浆，将含铯前驱体浆料倒入模具中，在60-90℃放置5-7天，得到块状固体，将块状固体粉碎研磨，得到含铯前驱体粉末；
（3）以质量百分数计，将下列原料SiO2 50-65%，Al2O3 4-8%，B2O315-20%，Na2CO3 15-25%，CaCO3 8-10% 混合均匀后倒入坩埚，将坩埚置入马弗炉，以10℃/min升温，在1300℃-1500℃的温度下熔融1.5-4小时后，再经成型和冷却制得硼硅酸盐玻璃，将玻璃粉碎研磨后得到玻璃粉；
（4）将步骤（2）得到的含铯前驱体粉末和步骤（3）得到的玻璃粉末按照质量比1:4-5混合均匀后，在1000-1200 ℃的温度下熔融2-5小时，然后成型、冷却即制得一种处理放射性铯污染土壤用微晶玻璃。
2.采用权利要求1所述方法制得的一种用于处理放射性铯污染土壤的微晶玻璃，其特征在于：微晶玻璃的密度介于2.4-2.9g/cm3，150-500 ℃的平均热膨胀系数在5.0-6.0×10-7/℃，玻璃化的转变温度≤600 ℃。
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