用于通过玻璃化而包容物质的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备玻璃料的方法，该玻璃料用于通过玻璃化来包容（限制）包含至少一种可氧化或可还原化学物质的材料，还涉及一种用于通过玻璃化来包容所述材料的方法。用于制备玻璃料的方法包括在粗玻璃料中混入至少一种氧化还原偶的步骤，其中氧化还原偶的性质和量使得可以将所述至少一种化学物质保持在其氧化或还原状态。该包容方法包括混合并热熔化所获得的玻璃料和待包容的材料。本发明专利技术使得可以优化诸如放射性核素、金属和准金属的污染物的包容。所述材料可以是核废物或来源于家庭垃圾焚烧的物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过^皮璃4匕而包容(包佳'于或卩艮制，containment) #勿质(才才泮+, substance)的方；去。所4十对的物质主要是无才几废物或〉容液中的废物。本专利技术可以例如在3皮璃基质中包容核废物。本专利技术还可以包容包括无4几物的任何工业废物，尤其是污染性 金属和/或污染性金属离子。例如可以提及的是核废物、来源于家庭 垃圾焚烧的固体残渣，尤其是由锅炉底灰、飞，，灰、来源于中和以 及处理焚化烟的滤饼构成的残渣。本专利技术提供了对用于通过玻璃化来包容废物的现有技术方法 的改进。
技术介绍
在通过3皮璃〗匕核废物或家庭垃;及焚夂免残渣而加以包容的^会7,实例中，目前工业上产生的Jf皮璃是配制研究(formulation study )的 结果，其中这些配制研究优化了它们的组成，或者甚至它们的生产 温度，只要后者还没有^皮与玻璃的工艺或组成有关的限制条件固定。这些组成和温度优化的目的在于获得一种玻璃制剂，其同时 -使得可以减小包容后的废物的体积，-可以与在工业方法中的生产相容，尤其是那些目前可获得的方法，-使得可以才艮据其储存方面改进最终玻璃基质的包容质量(化学 稳定性、辐射抗性、抗浸出性等)。在目前的玻璃化工艺中，玻璃料(玻璃粉，glass frit)的作用 仅仅是提供玻璃化辅料，其使得可以在与废物混合之后实现它们的 包容。现有一支术描述的3皮璃神+中、没有一种具有对最终玻璃的氧化还 原平衡的任何作用，这是因为不包含任何多价物质，即可以不同氧 化度存在于玻璃中的物质或者以其中它们^皮并入到该玻璃料中的 氧化态不是任<可优化的主题。另外，可以存在于玻璃料中的各种多 价物质的氧化还原平衡-,人来不是任何关注的主题。目前用于玻璃化核废物的工艺通常包括两个步骤蒸发-煅烧裂 变产物(fission-product)溶液以1更获得:晚烧产物(煅烧石少，calcine )， 接着玻璃化所获得的煅烧产物。蒸发-煅烧步骤可以例如在通过电阻 炉加热的旋转管中实施。这种工艺对于本领域技术人员来说是已知的。然后将玻璃形成体或玻璃料加入到煅烧产物中以生成包容玻 璃(包去:J^皮璃或卩艮制3皮璃，containment glass )。侈'B口，在La Hague 设施中，后者是硼硅酸盐玻璃，主要由大约80%的Si02 (硅石)、 B203 (硼酸酐)、A1203 (氧4b铝)和NazO ( fUt钠)构成。传统玻璃生产者(器皿制造商)优化它们的玻璃的氧化还原态， 以便优化颜色，从而防止夹杂气体以及优化它们的玻璃液(或玻璃浴，glass bath)的热性能。然而，在传统玻璃生产者的玻璃中，相 比于根据本专利技术的核废物包容玻璃而言，多价物质的浓度非常低， 并且开发用于调节它们的3皮璃的氧化还原的方法是基于向它们的 玻璃配料中加入还原剂如焦炭、；琉化物等，或者加入氧化剂如石克酸 盐、硝酸盐等。对于本专利技术的专利技术人来说，必须克力良与现有纟支术的包容纟支术相 关的大量缺陷-需在工艺输入处处理另外的材料流，-需处理的另外的气体流，即4吏气体处理系统由于》丈射性介质而 变4寻复杂，-除了废物和玻璃料的那些流之外，向工艺增加材料流的事实意 口未着该公司必须保证另外的参凄t以^更获得失见定的玻璃为了获得期 望的氧化还原态，废物流和还原剂流或氧化剂流必须是紧密相关 的，而这种相关很难并且需要考虑到例如废物流的氧化还原水平 (redox level )可能的变4匕，-在这种工艺中要使用的还原剂和氧化剂必需是强烈的，因为，除了必须根据氧化态(希望以该氧化态包容它们)被氧化或还原的 多价物质之外，这种反应受到周围介质的氧化剂或还原剂例如鼓泡 气、硝酸盐、^灰质材料等的石皮坏，它们将首先与其反应，因而这不 利于精确控制玻璃的氧化还原态，-同强烈氧化物和/或强烈还原物4妄触可导致》丈热反应，这在废 物玻璃化工艺的情况下是希望限制的，以保i正最大的安全度和避免^ji亥工艺的纟*护工序。一般地，裂变产物(煅烧砂O或待玻璃化的废物的氧化物的并入(incorporation )程度的范围是上述3皮璃质量的12 %至18 % 。对 于所有已知的核玻璃，々艮据废物的组成和玻璃类型，通常4妄质量计 在6%和20 0/。之间变化。对于金属如处于氧化态+IV的铈，最大值 为按质量计的2%。因此并入程度受到限制。因此，有必要进一步改进通过玻璃化-渚如上述的毒性废物、尤 其是核废物的包容，以及开发用于包容所述废物的工艺，其易于在 工业水平实现，更经济并且更^f氐危险，同时利用目前可利用或简化 的工厂。包容J皮璃必须更加坚实，更密集，长期更稳、定，更耐浸出和辐 射，并且必须使其可以4诸存更多废物同时进一步减小储存体积。
技术实现思路
本专利技术4吏得可以实现上述目的，其中通过简单和合理地在期望 水平调节玻璃液的氧化还原态，并借助于用具有氧化还原能力的 玻璃料代替传统的玻璃料，相比于现有技术的玻璃化工艺，无需对 用于通过玻璃化包容材料的工业控制方法添加任何其他的限制，并 且不产生任<可另外的进口和出口材冲+流。为此，本专利技术涉及一种制造氧化还原玻璃津+的方法，该玻璃料 用于通过玻璃化包4舌至少一种可氧化或可还原的化学物质的材料 而进4于包容，所述方法包4舌以下步-骤(a1 )选一奪至少一种氧化还原偶(氧化还原电对，redox couple )， 其J吏得可以将所述至少 一种化学物质保持在《合定的氧化还原平衡，(a2 )对于纟合定量的所述材津+，确定存在的所述化学物质的量，(a3)对于所述给定量的所述材料，通过化学计量确定对于将 所述至少一种化学物质^f呆持在所述纟会定的氧化还原平4軒必需的所 述至少一种氧化还原偶的最小量，(a4)可选地，调节所述至少一种氧化还原偶的所述最小量以 4更考虑到该材诗+和/或4且3皮璃沖牛和/或在其中通过玻璃化该材料而进 行包容的环境中的其他氧化或还原元素，(a5)将至少所述最小(可选;也力口以调整)量的所述至少一种 氧化还原偶并入(通过混合)到一定量的湘JE皮璃津牛或者它的前体中， 其中的粗玻璃料或者它的前体适合用于包容所述给定量的材料，并 将该混合物置于足以获得玻璃熔融体的温度下，以及(a6 )冷却获得的玻璃熔融体并对其进4于加工以便获得用于通 过玻璃化而包容所述材津+的氧化还原玻璃泮+。本专利技术还涉及一种可通过这种方法获得的氧化还原玻璃料。有 关这种玻璃料的细节通过解释说明本专利技术而在下文给出。本专利技术还涉及一种用于通过玻璃化包括至少一种可氧化或可 还原化学物质的材料而进行包容的方法，所述方法包括以下步骤(a ) 4安适合于通过玻璃化包容所述材^十的比例混合和热熔才艮 据本专利技术的方法获得的氧化还原玻璃料和所述待包容的材料，以及(b)玻璃化该混合物以便包容所述材料。本专利技术的氧化还原玻璃料(用于本专利技术的包容工艺)是在本发 明的方法的步骤U6)中获得的玻璃料。根据本专利技术的 一 种变形，待包容的废物可直接与在本专利技术的方 法的步骤(a5)中获得的玻璃熔融体进行混合，然后将在本专利技术的包容工艺的步一骤(b)之后的混合物加以^皮璃4b。在这种变形中， 用于制备玻璃料的步骤(a6)没有被应用。本专利技术的一个基本特点是调节包容玻璃料的氧化还原态，其中 通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造氧化还原玻璃料的方法，所述氧化还原玻璃料用于通过玻璃化来包容包含至少一种可氧化或可还原的化学物质的材料，所述方法包括以下步骤：　　　　（ａ↑［１］）选择至少一种氧化还原偶，所述氧化还原偶使得可以将所述至少一种化学物质保持在给定的氧化还原平衡，　　　　（ａ↑［２］）对于给定量的所述材料，确定存在的所述化学物质的量，　　　　（ａ↑［３］）对于所述给定量的所述材料，通过化学计量确定对于将所述至少一种化学物质保持在所述给定的氧化还原平衡必需的所述至少一种氧化还原偶的最小量，　　　　（ａ↑［４］）可选地，调节所述至少一种氧化还原偶的所述最小量以便考虑到所述材料的和／或粗玻璃料的和／或在其中将实施玻璃化所述材料而进行包容的环境中的其他氧化或还原元素，　　　　（ａ↑［５］）通过混合将可选调节的至少所述最小量的所述至少一种氧化还原偶并入到一定量的粗玻璃料或者它的前体中，所述粗玻璃料或者它的前体适合用于包容所述给定量的材料，并使所述混合物达到足以获得玻璃熔融体的温度，以及　　　　（ａ↑［６］）冷却获得的所述玻璃熔融体并对其进行加工以便获得用于通过玻璃化而包容所述材料的氧化还原玻璃料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2005-7-15 05522181.一种用于制造氧化还原玻璃料的方法，所述氧化还原玻璃料用于通过玻璃化来包容包含至少一种可氧化或可还原的化学物质的材料，所述方法包括以下步骤(a1)选择至少一种氧化还原偶，所述氧化还原偶使得可以将所述至少一种化学物质保持在给定的氧化还原平衡，(a2)对于给定量的所述材料，确定存在的所述化学物质的量，(a3)对于所述给定量的所述材料，通过化学计量确定对于将所述至少一种化学物质保持在所述给定的氧化还原平衡必需的所述至少一种氧化还原偶的最小量，(a4)可选地，调节所述至少一种氧化还原偶的所述最小量以便考虑到所述材料的和/或粗玻璃料的和/或在其中将实施玻璃化所述材料而进行包容的环境中的其他氧化或还原元素，(a5)通过混合将可选调节的至少所述最小量的所述至少一种氧化还原偶并入到一定量的粗玻璃料或者它的前体中，所述粗玻璃料或者它的前体适合用于包容所述给定量的材料，并使所述混合物达到足以获得玻璃熔融体的温度，以及(a6)冷却获得的所述玻璃熔融体并对其进行加工以便获得用于通过玻璃化而包容所述材料的氧化还原玻璃料。2. —种用于通过玻璃化包容包含至少一种可氧化或可还原的化学物质的才才术斗的方法，所述方法包4舌以下步艰《(a) 将根据权利要求1所述的方法获得的氧化还原玻璃比例进4于混合和热溶化，以及(b) 玻璃化所述混合物以便包容所述材冲+。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一种化学物 质是放射性核素、金属或非金属元素或阳离子、准金属、硫、 或者它们的混合物。4. 才艮据4又利要求1或2所述的方法，其中，当所述至少一种化学 物质是金属元素或阳离子时，所述至少一种化学物质选自As、 Cd、 Ce、 Cr、 Cs, Fe、 Hg、 Li、 Mg、 Mn、 Mo、 Na、 Ni、 Pb、 Sb、 Tc、 Ti、 V、 Zn、银了系元素3口 Pu、石克、或者它们的盐， 或者这些元素、阳离子和/或它们的盐的两种或更多种的混合 物。5. 才艮据斥又利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一种化学物 质是镧系元素或邻了系元素。6. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述氧化还原偶是选自包4舌Fe、 Cr、...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维耶皮内，蒂埃里布利斯索恩，阿涅丝格朗让，索菲舒勒，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]