一种硼硅酸盐固化玻璃、制备方法及其应用技术

一种硼硅酸盐固化玻璃、制备方法及其应用，首先是氧化物的质量百分组成为SiO230～55,B2O315～30,Al2O32～6,ZnO 2～10,MoO32～10,ZrO22～10,RE2O32～10(RE是La、Nd、Ce的一种或几种),M2O 5～20(M是Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种),MeO 5～15(Me是Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种)，且固化玻璃中O/(Si+B)的摩尔比为2.0～2.5。其次是将原料按照配方的比例称量并混匀，熔炉中熔融、浇注、成型、退火，制得硼硅酸盐固化玻璃。本发明专利技术固化了乏燃料后处理的高放废液中大量存在的稀土、钼、锆等元素，对几种重要元素的质量包容率最高达30％，适用于我国高放射性核废料的固化处理。放射性核废料的固化处理。放射性核废料的固化处理。

【技术实现步骤摘要】
一种硼硅酸盐固化玻璃、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于高放射性核废料的处理方法，涉及一种硼硅酸盐固化玻璃、制备方 法及其应用，适用于核工业等领域所排放的高放射性的固化处理。

技术介绍

[0002]世界上对高放射性核废料最广泛的处理技术是对核废料进行玻璃包容固化处 理。具体过程是将高放射性核废料同玻璃基材原料混合均匀后，投入玻璃熔炉中熔 融并均化，最后冷却、成型获得玻璃固化体，把放射性核素包容在玻璃固化体内， 阻止其向外界环境迁移。
[0003]我国目前的高放射性核废料中含U和Pu等高放射性元素以及Np、Am、Cm等 锕系元素，这些元素具有强的放射性，在模拟固化玻璃研究中一般用非放射性的氧 化钕、氧化镧、氧化铈等来代替；同时，在核废料处理后端，切削等流程会产生较 多的金属锆粉及锆的块体；另外，使用过的U
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核燃料会产生一定量的金属钼和钼 的氧化物，在经过核废料的溶解、聚集和蒸发后，其中的钼通常转变为磷钼酸盐和 钼酸锆沉淀。因此，在核废料固玻璃配方研究中，模拟废料的源项往往需要同时固 化高含量的稀土氧化物、氧化锆、氧化钼。
[0004]综上，针对核废料固化研究中，同时含有大量稀土氧化物、氧化锆、氧化钼等 源项的难题，有必要开发一种可以同时包容以上几种源项，并且满足核废料连续熔 炼的固化玻璃。

技术实现思路

[0005][0006]针对上述现有高放射性废液中较高含量的铀、钚、钼、锆及锕系元素并存的现 状，提出一种成玻璃性能好、化学稳定性高、适合核废料固化处理的核废料硼硅酸 盐玻璃固化体。其中，在模拟高放射性元素铀、钚及锕系元素时，采用氧化钕、氧 化镧或氧化铈等来替代。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种硼硅酸盐玻璃，其特点在于：所述玻璃的组分质量百分比为：
[0009][0010]其中RE2O3是La2O3、Nd2O3和Ce2O3稀土氧化物中一种或几种，M是碱金属 Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种，Me是碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba中的一种 或几种，且O/(Si+B)的摩尔比为2.0～2.5。
[0011]优选的，所述的硼硅酸盐玻璃的组分质量百分比为：
[0012][0013]本专利技术还提供了一种上述的硼硅酸盐固化玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)、按照玻璃组分及质量百分比称取原材料，并且混合均匀，得到混合料；
[0015](2)、把混合料盛入坩埚，放入温度在1150～1300℃不等的熔炉中熔化，澄清1～3 小时，得到澄清均匀的玻璃熔体；
[0016](3)、将澄清均匀的玻璃熔体浇注在预热至350～450℃的不锈钢模具中成型，随后 转移到预热到450～550℃的退火炉中；
[0017](4)、在退火炉中保温1～5小时，然后降至室温，得到硼硅酸盐固化玻璃。
[0018]上述制备方法中，步骤(1)所述的按照玻璃组分及质量百分比称取原材料时， B2O3来自B2O3、硼酸中的一种或多种；Al2O3来自Al(OH)3、铝的碳酸盐、铝的硝 酸盐中的一种或多种；M2O来自碱金属的碳酸盐、硝酸盐中的一种或多种；所述 MeO来自碱土金属的碳酸盐、硝酸盐中的一种或多种。
[0019]下面对本专利技术作进一步说明，本专利技术要求O/(Si+B)的摩尔比控制在2.0～2.5, 制备的固化玻璃在浇注、退火后，呈玻璃无定形态。玻璃组分中O/(Si+B)的摩尔 比值较大，可包容更多钼这类元素，避免了黄相的产生。当O/(Si+B)值低于2.0 时，玻璃网络体不足，容
易析晶；若大于2.5，玻璃修饰体不足，同样会导致分相及 析晶。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术提供的玻璃配方可以包容质量百分比之和达30％的氧化锆、氧化钼及稀 土氧化物，而无明显析晶，符合核工业标准EJ1186
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2005中对固化体析晶率的要求。 获得的玻璃固化体化学稳定性性能优异，对易产生黄相的氧化钼的固化率比较高， 达到95％以上，适合连续熔炉的冷坩埚或焦耳陶瓷加热炉的漏料工艺。
附图说明
[0022]图1是本专利技术7个实施例的玻璃固化体的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0023]实施例中提供的硼硅酸盐玻璃的组分质量百分比为：
[0024][0025]其中RE2O3是La2O3、Nd2O3、Ce2O3等稀土氧化物的其中一种或几种，M是碱 金属Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种，Me是碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba中的 一种或几种。且O/(Si+B)的摩尔比为2.0～2.5。
[0026]实施例中上述玻璃的制备方法包括以下步骤：
[0027]1)、按照玻璃组分及质量百分比称取原材料，并且混合均匀，得到混合料；
[0028]2)、把混合料盛入坩埚，并根据组成及质量百分比的不同放入温度在 1150～1300℃不等的熔炉中熔化，澄清1～3小时，得到澄清均匀的玻璃熔体；
[0029]3)、将澄清均匀的玻璃熔体浇注在预热至350～450℃的不锈钢模具中成型，随后 快速转移到预热到450～550℃的退火炉中；
[0030]4)、在退火炉中保温1～5小时，然后以1℃/分钟的速率降至室温，得到所述硼硅 酸盐固化玻璃。
[0031]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]表1给出本专利技术的7个实施例的玻璃配方、O/(Si+B)的摩尔比值及固化玻璃 中氧化钼的固化百分率：
[0033]表1
[0034][0035]实施例1：
[0036]按照表1中实施例1配方氧化物的质量百分组成：称取二氧化硅40克、三氧化 二硼20克、氧化铝4克、氧化锌5克、碳酸锂9.9克、碳酸铷1.2克、碳酸铯1.2 克、碳酸钙16.6克、碳酸锶7.1克、氧化锆2克、氧化钼4克、氧化镧2克、氧化 钕2克，混合均匀，得到混合料，把混合料盛入氧化铝坩埚，在1250℃的熔炉中 熔化，澄清1小时，得到澄清均匀的玻璃熔体；将澄清均匀的玻璃熔体浇注在预热 至390℃的不锈钢模具中成型，随后快速转移到预热至525℃的退火炉中；在退火 炉中保温2.5小时消除应力，然后以1℃/分钟的速率降至室温，得到用于放射性核 废料玻璃固化处理的硼硅酸盐玻璃。用ICP光谱仪测试固化体中氧化钼的固化率为 98％。测试固化玻璃的X射线衍射图谱，如图1所示，实施例1的固化玻璃为无定 形态，无析晶峰，适合高放射性核废料固化玻璃的连续熔炼。
[0037]实施例2：
[0038]按照表1中实施例2配方氧化物的质量百分组成：称取二氧化硅42克、硼酸 26.6克、氧化铝2克、氧化锌2克、碳酸钠17.1克、碳酸钾14.6克、碳酸钡6.4 克、氧化锆2克、氧化钼10克、氧化铈2克，混合均匀，得到混合料，把混合料盛 入氧化铝坩埚，在1250℃的熔炉中熔化，澄清1小时，得到澄清均匀的玻璃熔体； 将澄清均匀的玻璃熔体浇注在预热至3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼硅酸盐玻璃，其特征在于：所述玻璃的组分质量百分比为：其中RE2O3是La2O3、Nd2O3和Ce2O3稀土氧化物中一种或几种，M是碱金属Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种，Me是碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种，且O/(Si+B)的摩尔比为2.0～2.5。2.如权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃，其特征在于：所述玻璃的组分质量百分比为：。3.一种权利要求1或2所述的硼硅酸盐固化玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、按照玻璃组分及质量百分比称取原材料，并且混合均匀，得到混合料；(2)、把...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛天锋，李忠镝，阮苠秩，陈树彬，胡丽丽，邓路，王欣，钱敏，张丽艳，王文婷，裴广庆，凡思军，陈泽坤，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：