CN112382429B - 一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 - Google Patents
一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112382429B CN112382429B CN202011278158.7A CN202011278158A CN112382429B CN 112382429 B CN112382429 B CN 112382429B CN 202011278158 A CN202011278158 A CN 202011278158A CN 112382429 B CN112382429 B CN 112382429B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass
- combustible solid
- nuclear waste
- ash
- glass fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
- C03C3/093—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium containing zinc or zirconium
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
- G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
- G21F9/302—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
- G21F9/305—Glass or glass like matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/005—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture of glass-forming waste materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
- G21F9/32—Processing by incineration
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/34—Disposal of solid waste
- G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供了一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法。针对核设施运行过程产生的玻璃纤维和棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃固体废物焚烧灰渣的化学组成特性,本发明以玻璃纤维作为可燃废物焚烧灰渣的玻璃基体,按不同比例组合,通过协同处理的方法,达到最小化添加剂的目的。本发明所提供的玻璃固化体满足放射性废物固化体的均匀性、密度、抗冲击性及化学稳定性等指标要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维与可燃固体核废物的协同处理方法,具体涉及一种中低水平放射性玻璃纤维与棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化处理的方法,属于核废物固化处理领域。
背景技术
我国核电机组在建规模近年长期保持全球第一,预计2030年核电发展规模达到1.3亿千瓦,发电量占比接近10%。但随之而来的核废物存量不断增长,为我国核电可持续发展带来挑战。核废物按放射性水平分为高、中、低三类,其中中低放废物占比超过97%(体积百分比),玻璃纤维与棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃废物是这些中低放废物的主要来源。玻璃纤维是核设施通风系统中常用的高效过滤材料及输水管道中的防腐材料,棉布、塑料、橡胶与吸水纸等可燃废物主要来源于核防护及核设施检修。
目前核电厂主要采用水泥固化的方法处理玻璃纤维,以装桶压缩的方式处理棉布、塑料、橡胶与吸水纸等可燃废物。但水泥固化存在废物增容、固化体抗浸出性差的问题,装桶压缩减容有限,且核素并未得到有效固定,二者当前处理方式均为后续处置带来经济负担和安全隐患。
玻璃固化是将核废物与玻璃添加剂按一定比例混合,然后高温熔融、浇铸成玻璃体的技术。玻璃固化具有减容比高、固化体抗浸出性强的特点。由于玻璃固化涉及高温(~1200℃)过程,其设备投资及运行成本较高,通常仅用于固化处理高放废液。但如果综合考虑后期的处置成本及安全隐患,玻璃固化在中低放废物处理方面同样具有一定优势。例如,韩国已开始利用玻璃固化技术处理本国核电厂产生的中低放废物,美国汉福特场址(Hanford Site)的低活性废物(Low activity waste,LAW)也将进行玻璃固化。
关于玻璃固化中低放玻璃纤维与棉布等可燃核废物现有专利技术有:①张劲松等人发明的一种用于中低水平放射性玻璃纤维的玻璃基体组合物及由其制备的玻璃固化体(中国专利申请号:201410534248.6),公开了玻璃固化中低水平放射性玻璃纤维所需添加剂的组成。②张劲松等人发明的一种用于中低水平放射性可燃废物焚烧灰的玻璃基体组合物及由其制备的玻璃固化体(中国专利申请号:201410534421.2),分别提供了适用于玻璃固化棉布、塑料、橡胶与吸水纸焚烧灰渣的玻璃添加剂组成。③金得万等人发明的用于混合废弃物玻璃化的玻璃组合物及利用其的混合废弃物的玻璃化方法(中国专利申请号:201380081452.0),根据实际产生的手套、工作服、塑料、橡胶等可燃混合废物,开发了一种适合固化可燃混合废物焚烧灰渣的玻璃添加剂组成。
放射性玻璃纤维与可燃废物灰渣的现有玻璃固化专利均需引入较多玻璃添加剂(玻璃基体组合物),以满足熔融工艺及固化体性能要求。核废物玻璃固化过程中,为了最小化固化体体积,缓解后期处置压力,一般在配方设计过程中,需最小化玻璃添加剂含量。因此,现有实现方法与设计要求存在方向偏差,本领域技术人员致力于克服这个偏差。
发明内容
本发明的目的是:提供一种中低水平放射性玻璃纤维与棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化处理的方法,降低玻璃添加剂用量,提高减容比例。
为了实现上述目的,本发明提供了一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,包括如下步骤:
可燃固体核废物焚化后得到灰渣,上述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的一种或多种;
玻璃纤维、灰渣与添加剂按比例混合后,制成混杂玻璃固化体;
玻璃纤维、灰渣与添加剂的比例如下(以氧化物计):
玻璃纤维占比5~90wt%;
灰渣占比10~90wt%;
添加剂占比不大于10wt%;
且上述三者合计为100wt%。
在一些实施例中,将玻璃纤维、灰渣与添加剂充分混合,然后进行以下步骤:
置于1100~1400℃保温1~3小时,获得玻璃液;
将玻璃液浇注成型,制得固化体;
在500~600℃下对固化体退火处理,保温1~3小时,然后自然冷却至室温,得到混杂玻璃固化体。
在一些实施例中,添加剂包括:CaO、Li2O、Na2O、B2O3中的一种或多种的组合,其中CaO以CaCO3形式引入,Li2O以Li2CO3形式引入,Na2O以Na2CO3形式引入,B2O3以B2O3或H3BO3形式引入。
在一些实施例中,混杂玻璃固化体包括:SiO2:30~55wt%、CaO:5~35wt%、B2O3:2~15wt%、Al2O3:5~10wt%、Na2O:5~12wt%、K2O:1~6wt%、TiO2:0~12wt%、BaO:1~5wt%、ZnO:1~5wt%、MgO:0~5wt%、Fe2O3:0~1wt%、P2O5:0~5wt%、SO3:0~1wt%。
在一些实施例中,混杂玻璃固化体中还包括:Co2O3、SrO、Cs2O,且各自含量不超过1wt%。
在一些实施例中,可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意一种。
在一些实施例中,可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意两种。
在一些实施例中,可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意三种。
在一些实施例中,可燃固体核废物为棉布、塑料、橡胶、吸水纸的组合物。
本发明具有如下有益效果:
(1)根据玻璃纤维自身成玻的特性,与可燃废物灰渣按比例混合,将添加剂的使用量降至10wt%以下,对中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣的综合包容率提升至90wt%以上;
(2)所制得的玻璃固化体具有良好的化学稳定性,能有效拦截放射性核素向环境中的迁移;
(3)本发明制备玻璃固化体工艺简单,可在等离子熔炉、陶瓷电熔炉或冷坩埚熔炉上实施,具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明三个实施例中获得的玻璃固化体的XRD谱图。
具体实施方式
除非另作定义,本专利的权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件,并不排除其他元件或者物件。
玻璃纤维是核电厂通风系统中常用的高效过滤材料及输水管道中的防腐材料,是一类用量较大的耗材。在核电厂使用过的玻璃纤维具有放射性,所占体积较大,一般将其熔融,以此进行减容处理。玻璃纤维本身就是玻璃态材料,1400~1500℃热处理条件下,处理的最终产物为透明玻璃,但其粘度较大,不利于在玻璃固化熔炉中出料。因此,需额外添加剂降低玻璃高温粘度。
核电厂操作人员所穿工作服是棉质的,且需经常换新。核电厂运行过程中产生的可燃废物中,棉布占比最高。此外还有橡胶手套、吸水纸、塑料用品等,塑料主要为聚乙烯(PE)。以上这些固体废物的安全处理,是一个不容忽视的问题。棉布、橡胶、塑料、纸都是可燃物,可以先对其进行充分焚化,使体积和重量都大幅减少,重量能够减少90%以上。上述固体废物焚化后的灰渣是一些无机氧化物,再对灰渣进行分析和处理。
利用XRF和ICP-OES对灰渣进行成分分析。棉布灰渣的主要成分为SiO2、TiO2、BaO、Na2O、CaO,塑料灰渣的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO,橡胶灰渣的主要成分为CaO,吸水纸灰渣的主要成分为TiO2、Na2O、CaO。通过以上数据可知,棉布、塑料、橡胶、吸水纸充分焚化后得到的灰渣中,多数都含有CaO与Na2O,而CaO、Na2O是一类常用于降低玻璃高温粘度的添加剂。另一方面,玻璃纤维本身就是一种玻璃基体,可与棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃废物的灰渣混合,通过配方设计,形成满足核废物熔融工艺及固化体性能要求的玻璃配方。本发明基于上述构想展开。
棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃废物的焚烧灰渣组成差异较大,是玻璃配方设计的难点,因此,本发明综合考虑玻璃纤维与可燃废物焚烧灰渣的氧化物组成和作为示踪剂添加的Co、Sr、Cs氧化物(每种示踪剂氧化物设计占比为0.2wt%,以最终玻璃固化体的氧化物为100wt%计),以玻璃纤维为玻璃基体,按一定比例与棉布、塑料、橡胶、吸水纸等可燃固体废物中的一种或多种灰渣混杂,通过配方设计与实验,最小化每种混杂废物外来添加剂用量,进行放射性玻璃纤维与可燃核废物焚烧灰渣协同玻璃固化。达到最小化玻璃添加剂,控制固化体体积的目的。
为此,本发明提供了一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,包括如下步骤:
步骤一,可燃固体核废物焚化后得到灰渣,上述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的一种或多种。例如,可燃固体核废物选自:(1)棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意一种;(2)棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意两种组合;(3)棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意三种组合;(4)棉布、塑料、橡胶、吸水纸的组合。
可燃固体核废物焚化时,应尽可能充分焚化,使其中的碳、氢、氮等可挥发元素完全脱出,最后灰渣中仅留有固体无机氧化物。可燃固体核废物大规模焚化时,可以允许灰渣中残留少量的碳、氢、氮等元素,但必须满足一定的标准。例如,灰渣中残留的碳元素应低于焚化前可燃固体核废物中碳元素总量的5%。
棉布在460℃以上温度,保温1小时以上,直至H2O与CO2全部脱出,仅留下无机氧化物,此时视为充分焚化,这些无机氧化物即棉布灰渣。棉布灰渣中,按照质量百分数计的成分为SiO2:10~40wt%、Na2O:1~8wt%、K2O:1~5wt%、Al2O3:2~10wt%、CaO:5~75wt%、MgO:0~6wt%、BaO:0~15wt%、TiO2:0~15wt%、Fe2O3:0~3wt%、P2O5:0~5wt%、SO3:0~2wt%。
塑料在510℃以上温度,保温1小时以上,直至H2O与CO2全部脱出,仅留下无机氧化物,此时视为充分焚化,这些无机氧化物即PE灰渣。PE灰渣中,按照质量百分数计的成分为SiO2:60~70wt%、Al2O3:5~30wt%、CaO:10~20wt%、MgO:1~3wt%。
橡胶在730℃以上温度,保温1小时以上,直至H2O与CO2全部脱出,仅留下无机氧化物,此时视为充分焚化,这些无机氧化物即橡胶灰渣。橡胶灰渣中,按照质量百分数计的成分为CaO:80~90wt%、TiO2:0~8wt%、MgO:0~5wt%、ZnO:0~5wt%、SiO2:0.5~2wt%、Al2O3:0.1~1wt%、SO3:1~5wt%。
吸水纸在480℃以上温度,保温1小时以上,直至H2O与CO2全部脱出,仅留下无机氧化物,此时视为充分焚化,这些无机氧化物即吸水纸灰渣。吸水纸灰渣中,按照质量百分数计的成分为TiO2:50~60wt%、CaO:10~50wt%、SiO2:0~30wt%、Na2O:10~20wt%、Al2O3:2~6wt%、MgO:0~3wt%、B2O3:0.5~2wt%、K2O:0~1wt%、SO3:1~3wt%。
步骤二,玻璃纤维、灰渣与添加剂按比例混合后,先置于400~700℃下保温30~90分钟,以燃尽玻璃纤维中的有机物(利用玻璃固化熔炉实际生产中,一般能量密度较大或混合物在冷帽层逐步升温,可省略此步),再置于1100~1400℃保温1~3小时,获得玻璃液;将玻璃液浇注成型,制得固化体;在500~600℃下对固化体退火处理,保温1~3小时,然后自然冷却至室温,得到混杂玻璃固化体。
玻璃纤维自身按照氧化物质量百分数计为SiO2:50~85wt%、B2O3:1~10wt%、CaO:5~15wt%、K2O:0~6wt%、Na2O:1~15wt%、Al2O3:5~8wt%、BaO:0~5wt%、ZnO:0~5wt%、MgO:0~0.5wt%、TiO2:0~0.5wt%、Fe2O3:0~0.5wt%、SO3:0~0.5wt%。
玻璃纤维、灰渣与添加剂的比例如下:玻璃纤维占5~90wt%,灰渣占比10~90wt%,添加剂占比不大于10wt%,且上述三者合计为100wt%。
添加剂采用CaO、Li2O、Na2O与B2O3中的一种或多种。其中,CaO以CaCO3的形式引入,Li2O以Li2CO3的形式引入,Na2O以Na2CO3的形式引入,B2O3以B2O3或H3BO3的形式引入。CaO、Li2O与Na2O是玻璃网络修饰体,可降低玻璃熔制温度和玻璃高温粘度的作用,但Li2O与Na2O降低玻璃化学稳定性,而CaO一般提高玻璃化学稳定性。B2O3是玻璃网络形成体,是硼硅酸盐玻璃的基本组成。
玻璃纤维的主要成分是SiO2,SiO2是玻璃网络形成体,是硼硅酸盐玻璃的基本组成。过多SiO2会导致玻璃高温粘度变大,影响熔融效率,因此玻璃纤维占比不超过90wt%。棉布、塑料、橡胶、吸水纸可燃废物灰渣虽成分差异大,但主要包括CaO、SiO2、Al2O3、TiO2、Na2O。其中,Al2O3是玻璃网络中间体,一般起增强玻璃化学稳定性、抵抗玻璃析晶倾向的作用,而TiO2易导致玻璃析晶。所以,上述灰渣占比在10~90wt%范围内,按设定比例组合。
通过上述方法获得的混杂玻璃固化体包括:SiO2:30~55wt%、CaO:5~35wt%、B2O3:2~15wt%、Al2O3:5~10wt%、Na2O:5~12wt%、K2O:1~6wt%、TiO2:0~12wt%、BaO:1~5wt%、ZnO:1~5wt%、MgO:0~5wt%、Fe2O3:0~1wt%、P2O5:0~5wt%、SO3:0~1wt%。
若在混杂玻璃固化体中加入了示踪剂,那么混杂玻璃固化体中还应包括:Co2O3、SrO、Cs2O,各自含量不超过1wt%。
实施例1
废物源项的成分对玻璃配方设计起到至关重要的作用,利用X射线荧光光谱仪(XRF)及全谱直读等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对焚烧后的灰渣进行成分测试,其结果如表1所示。
表1可燃灰渣成分(wt%,氧化物计)
成分 | 棉布 | PE塑料 | 橡胶 | 吸水纸 | 玻璃纤维 |
SiO<sub>2</sub> | 34.82 | 63.22 | 0.54 | 56.73 | |
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.19 | 0.78 | 5.52 | ||
Na<sub>2</sub>O | 6.81 | 18.32 | 6.83 | ||
K<sub>2</sub>O | 2.34 | 0.83 | 5.91 | ||
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 9.66 | 22.42 | 0.31 | 4.37 | 6.39 |
CaO | 5.85 | 10.85 | 84.07 | 12.05 | 11.53 |
MgO | 5.03 | 1.63 | 2.79 | 2.39 | 0.37 |
BaO | 14.09 | 0.10 | 3.57 | ||
ZnO | 0.31 | 3.14 | 2.72 | ||
TiO<sub>2</sub> | 13.90 | 0.19 | 5.93 | 58.96 | 0.13 |
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0.71 | 0.44 | 0.13 | ||
SrO | 0.64 | ||||
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> | 4.49 | 0.60 | 0.22 | 0.13 | |
SO<sub>3</sub> | 1.98 | 0.14 | 3.00 | 1.73 | 0.17 |
SUM | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
本实施例按玻璃纤维氧化物重量占比60wt%,棉布灰渣氧化物重量占比30wt%,化学添加剂CaO重量占比5wt%,化学添加剂Na2O重量占比5wt%进行配比,并加入占玻璃固化体0.2wt%的Co2O3、0.2wt%的SrO、0.2wt%的Cs2O的模拟核素混合均匀(玻璃配方名义组成见表2),称取20g混合料,置于100mL刚玉坩埚内,移至550℃马弗炉中保温1h后再移至1300℃马弗炉中保温1h,接着用坩埚钳将坩埚取出,并将玻璃液倒在预热过的铜板上浇注成型,得到玻璃固化体,最后置于500℃下退火2h,并随炉冷却。
表2实施例1玻璃配方名义组成(氧化物计)
通过光学显微镜观察,本实例制得的固化体均质,未发现其它夹杂物,XRD衍射谱图呈现典型的非晶态馒头峰(图1),证明制备的固化体为玻璃态。阿基米德排水法测得密度为2.73g/cm3。利用放射性废物体和废物包的特性鉴定(EJ1186-2005)附录D中的重锤自由落体冲击法,测的SA/E值为10.5cm2/J,满足EJ1186-2005中玻璃固化体的抗冲击性能要求(不大于12cm2/J)。利用国际通用的固化体化学稳定性测试方法:产品一致性检测(ProductConsistency Test,PCT)(ASTM C 1285-02),评估所制得的玻璃固化体化学稳定性,表3为该玻璃固化体产品一致性7天测试结果,元素浸出值均低于0.2g/m2,满足此类玻璃固化体化学稳定性要求。
表3实施例1玻璃固化体产品一致性7天测试结果
实施例2
本实施例按玻璃纤维氧化物重量占比60wt%,棉布灰渣氧化物重量占比20wt%,橡胶灰渣氧化物重量占比20wt%,化学添加剂氧化物重量占比0wt%(即不使用额外的添加剂)进行配比,并加入占玻璃固化体0.2wt%的Co2O3、0.2wt%的SrO、0.2wt%的Cs2O的模拟核素混合均匀(玻璃配方名义组成见表4),称取20g混合料,置于100mL刚玉坩埚内,移至1300℃马弗炉中保温1h,接着用坩埚钳将坩埚取出,并将玻璃液倒在预热过的铜板上浇注成型,得到玻璃固化体,最后置于500℃下退火2h,并随炉冷却。
表4实施例2玻璃配方名义组分(氧化物计)
通过光学显微镜观察,本实例制得的固化体均质,未发现其它夹杂物,XRD衍射谱图呈现典型的非晶态馒头峰(图1),证明制备的固化体为玻璃态。阿基米德排水法测得密度为2.78g/cm3。用重锤自由落体冲击法,测的SA/E值为11.4cm2/J。表5为该玻璃固化体产品一致性7天测试结果,元素浸出值均低于0.2g/m2,满足此类玻璃固化体化学稳定性要求。
表5实施例2玻璃固化体产品一致性7天测试结果
实施例3
本实施例按玻璃纤维氧化物重量占比45wt%,棉布灰渣氧化物重量占比36wt%,塑料灰渣氧化物重量占比9wt%,化学添加剂CaO重量占比10wt%进行配比,并加入占玻璃固化体0.2wt%的Co2O3、0.2wt%的SrO、0.2wt%的Cs2O的模拟核素混合均匀(玻璃配方名义组成见表6),称取20g混合料,放置于100mL刚玉坩埚内,置于1300℃马弗炉中保温1h,接着用坩埚钳将坩埚取出,并将玻璃液倒在预热过的铜板上浇注成型,得到玻璃固化体,最后置于500℃下退火2h,并随炉冷却。
表6实施例3玻璃配方名义组分(氧化物计)
通过光学显微镜观察,本实例制得的固化体均质,未发现其它夹杂物,XRD衍射谱图呈现典型的非晶态馒头峰(图1),证明制备的固化体为玻璃态。阿基米德排水法测得密度为2.82g/cm3。用重锤自由落体冲击法,测的SA/E值为11.2cm2/J。表7为该玻璃固化体产品一致性7天测试结果,元素浸出值均低于0.2g/m2,满足此类玻璃固化体化学稳定性要求。
表7实施例3玻璃固化体产品一致性7天测试结果
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,包括如下步骤:
所述可燃固体核废物焚化后得到灰渣,所述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的一种或多种;
所述玻璃纤维、所述灰渣与添加剂按比例混合后,置于1100~1400℃熔融并保温,从而获得玻璃液;所述玻璃液冷却后制成混杂玻璃固化体;
所述玻璃纤维、所述灰渣与所述添加剂的比例如下:
所述玻璃纤维占比5~90wt%;
所述灰渣占比10~90wt%;
所述添加剂占比不大于10wt%;
且上述三者合计为100wt%;
上述玻璃纤维、灰渣与添加剂比例均以氧化物计。
2.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,将所述玻璃纤维、所述灰渣与所述添加剂充分混合,然后进行以下步骤:
置于1100~1400℃保温1~3小时,获得玻璃液;
将所述玻璃液浇注成型,制得固化体;
在500~600℃下对所述固化体退火处理,保温1~3小时,然后自然冷却至室温,得到所述混杂玻璃固化体。
3.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述添加剂包括:CaO、Li2O、Na2O、B2O3中的一种或多种的组合,其中CaO以CaCO3的形式引入,Li2O以Li2CO3的形式引入,Na2O以Na2CO3的形式引入,B2O3以B2O3或H3BO3的形式引入。
4.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述混杂玻璃固化体包括:SiO2:30~55wt%、CaO:5~35wt%、B2O3:2~15wt%、Al2O3:5~10wt%、Na2O:5~12wt%、K2O:1~6wt%、TiO2:0~12wt%、BaO:1~5wt%、ZnO:1~5wt%、MgO:0~5wt%、Fe2O3:0~1wt%、P2O5:0~5wt%、SO3:0~1wt%。
5.根据权利要求4所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述混杂玻璃固化体中还包括:Co2O3、SrO、Cs2O,且各自含量不超过1wt%。
6.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意两种。
8.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述可燃固体核废物选自棉布、塑料、橡胶、吸水纸中的任意三种。
9.根据权利要求1所述的一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法,其特征在于,所述可燃固体核废物为棉布、塑料、橡胶、吸水纸的组合物。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011278158.7A CN112382429B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 |
US17/527,175 US20220172854A1 (en) | 2020-11-16 | 2021-11-16 | Method for synergistically vitrifying medium and low-level radioactive glass fibers and combustible solid nuclear waste incineration ashes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011278158.7A CN112382429B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112382429A CN112382429A (zh) | 2021-02-19 |
CN112382429B true CN112382429B (zh) | 2022-12-23 |
Family
ID=74584706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011278158.7A Active CN112382429B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220172854A1 (zh) |
CN (1) | CN112382429B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113990544A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 武汉理工大学 | 一种中低放玻璃纤维与高放废液协同玻璃固化的方法 |
CN115677214B (zh) * | 2022-11-10 | 2024-03-15 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种改善贵重金属沉积的玻璃固化体及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104310781B (zh) * | 2014-10-11 | 2017-07-04 | 中国核动力研究设计院 | 一种用于中低水平放射性可燃废物焚烧灰的玻璃基体组合物及由其制备的玻璃固化体 |
CN106875997A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-06-20 | 杨红波 | 一种处理中低放可降解废物的工艺 |
CN106935305A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-07-07 | 杨红波 | 一种气化处理中低放可降解废物的工艺 |
-
2020
- 2020-11-16 CN CN202011278158.7A patent/CN112382429B/zh active Active
-
2021
- 2021-11-16 US US17/527,175 patent/US20220172854A1/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
glassy wasteforms for nuclear waste immobilization;Micheal I.Ojovan et al.;《Metallurgical and Materials Transactions A》;20111231;第42A卷;第837-851页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220172854A1 (en) | 2022-06-02 |
CN112382429A (zh) | 2021-02-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112382429B (zh) | 一种中低放玻璃纤维与可燃固体核废物焚烧灰渣协同玻璃固化的方法 | |
CN113716871B (zh) | 通过离子交换增强的荧光硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法 | |
CN102584018A (zh) | 一种微波法制备高放射性废液玻璃陶瓷固化体的方法 | |
CN109368952B (zh) | 一种重金属污泥与有机硅废物无害化协同处置的方法 | |
CN111889487A (zh) | 多源固废协同处理的等离子体熔融固化重金属方法 | |
CN108275974B (zh) | 透水砖及利用飞灰制备透水砖的方法 | |
CN113118181B (zh) | 一种危险废物焚烧灰渣协同制备玻璃体及脱碳的方法 | |
CN108687106A (zh) | 飞灰和污泥的协同处理方法 | |
CN110548748A (zh) | 一种废弃scr烟气脱硝催化剂与飞灰的协同熔融处置方法 | |
CN113754288B (zh) | 通过离子交换增强的荧光硅酸锂玻璃陶瓷及其制备方法 | |
CN113896418B (zh) | 一种生活垃圾焚烧飞灰电熔玻璃化制品 | |
CN110586612A (zh) | 一种利用铬渣协同处置焚烧飞灰的无害化处理方法 | |
CN114044630A (zh) | 一种再生多孔玻璃陶瓷及其制备方法和应用 | |
CN106365439A (zh) | 一种无害化和资源化处理冶金危险废物的方法 | |
JP5775564B2 (ja) | アルミニウム及びフイルター放射性廃棄物のガラス化処理方法 | |
CN112573823A (zh) | 一种石化剩余污泥与fcc废催化剂协同无害化处置方法 | |
CN107555802A (zh) | 一种利用垃圾电厂飞灰生产泡沫玻璃的方法 | |
US9183958B2 (en) | Vitrification process method of aluminum and filter radioactive wastes | |
KR20150044440A (ko) | 비가연성 폐기물 용융물 배출용 저점도 조정방법 | |
CN115073013B (zh) | 一种矿物棉的配方及其生产方法 | |
CN118420218A (zh) | 一种用于固化高钙高钛中低放废物灰渣的玻璃基材及其制备方法和应用 | |
CN101033555B (zh) | 清洗剂及其用于上引法无氧铜杆炉熔沟的清洗方法 | |
Kim et al. | Characteristics of vitrification process and vitrified form for radioactive waste | |
CN113979642A (zh) | 不可燃放射性废物的玻璃固化体及协同玻璃固化方法 | |
CN111196676B (zh) | 利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |