一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，涉及核设施退役及放射性废物治理技术领域。制备方法为：将高硫高放废液与添加剂混合，然后经过蒸发盐化、脱硝、煅烧、澄清均化和冷却即可得到高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体。本发明专利技术通过在高硫高放废液中加入可溶性的钡盐，钡盐可与硫酸根形成稳定的酸钡盐，再与玻璃珠熔融，形成均匀稳定的玻璃体。使得硼硅酸盐玻璃固化体中硫的溶解度从≤1％增加至≥2％，有效提高了玻璃固化体对硫的包容量，避免黄相的产生，使制备的玻璃固化体有较为优良的性能。有较为优良的性能。有较为优良的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法


[0001]本专利技术涉及核设施退役及放射性废物治理
，具体为一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法。

技术介绍

[0002]高放废液为核燃料后处理过程中产生的高水平放射性废液，含有辐照核燃料中总裂变产物的97％以上，主要包括硝酸、硝酸钠、裂变产物及超铀元素等成分，具有放射性强、释热率大、腐蚀性强等特点。这些高水平放射性废液一旦进入环境，必然对环境造成严重的危害，所以必须对这类废物进行严格管理、妥善处理。玻璃固化是目前国际上唯一工业应用的高放废液处理方法，通过对废液进行浓缩、煅烧，使废液中的盐分转化为氧化物后，再与玻璃添加剂一起熔融，最终形成稳定的玻璃固化体。目前国内外已经开展了硅酸盐玻璃固化体、铁磷酸盐玻璃固化体、硅铝酸盐玻璃固化体、陶瓷体、微晶玻璃。其中，硼硅酸盐玻璃因具有良好的抗辐照、化学稳定性和耐水性等，成为很多国家进行高放废液玻璃固化时的首选。
[0003]高硫高放废液是一种含有硫的高放射性废液，硫是乏燃料后处理过程中引入的，我国高放废液中SO3含量＞4％，由于硫酸盐在硼硅酸盐玻璃中的溶解度较低(SO3≤1％)，因此在用硼硅酸盐玻璃固化高硫高放废液时均会遇到“黄相”问题，即在玻璃熔制过程中产生分离的黄色第二相(主要成分为SO3、Na2O、MoO3、Cr2O3和CaO)。黄相容易吸附90Sr、137Cs等核素且易溶于水，会导致玻璃固化体抗浸出性能显著下降，因此，在玻璃固化过程中必须避免产生黄相。
[0004]“黄相”问题是很多国家在处理高硫高放废液时均遇到的难题，目前，国内外针对“黄相”问题主要有以下几种解决方法：(1)加入还原剂如碳粉、蔗糖等使硫酸盐分解成气体(SO2)挥发，但该方法加重了尾气处理和二次废液处理负担，同时废液中的硝酸盐也可能被还原分解；(2)通过提高熔制温度，延长熔制时间，增大SO2挥发量，但该过程中会缩短熔炉的使用寿命，并增大易挥发放射性元素(如Ru)的挥发量，降低熔炉的生产能力；(3)降低包容量，但这在提高减容比和降低成本等方面都是不可取的；(4)优化硼硅酸盐基础玻璃组分，或采用鼓泡、机械搅拌等措施提高硼硅酸盐玻璃对硫酸盐的包容能力，但这些措施对提高硼硅酸盐玻璃对硫酸盐的包容能力是有限的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，制得的玻璃固化体对高硫高放废液中硫包容量高，能有效解决黄相析出问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将1L高硫高放废液与2～4g添加剂混合，得混合液；
[0009]S2：蒸发：取步骤S1得到的混合液60ml，将其与45～55g的玻璃珠混合均匀，并在100～200℃温度条件下完成高硫高放废液的蒸发和盐化；
[0010]S3：脱硝：将蒸发盐化后的混合液进行两次脱硝，第一次脱硝为在温度200～600℃条件下煅烧1～2h；第二次脱硝为在温度600～800℃条件下煅烧2～3h；
[0011]S4：煅烧：将脱硝后的混合液在800～1000℃条件下煅烧1～2h，得熔融液体；
[0012]S5：澄清均化：将熔融液体进行澄清均化，得玻璃液，澄清池中温度为1000
‑
1150℃；
[0013]S6：冷却：将澄清均化后的玻璃液在500～700℃温度条件下退火1～2h，然后自然冷却至室温，即得高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体。
[0014]进一步地，步骤S1中所述添加剂的添加量为2g。
[0015]进一步地，步骤S2中所述玻璃珠的添加量为50g。
[0016]进一步地，所述步骤S1中高硫高放废液为核燃料后处理过程中产生的高水平放射性废液，含有辐照核燃料中总裂变产物的97％，主要成分为硝酸、硝酸钠及裂变产物。
[0017]进一步地，所述步骤S1中添加剂为硝酸钡、碳酸钡、硝酸中的一种或多种。
[0018]进一步地，所述步骤S2中玻璃珠的粒径为1～3mm，且成分包括50～53.44w％的SiO2、12.5～14.6w％的B2O3、4.25～5.21w％的Na2O、2.21～3.16w％的Li2O、4.4～6.12w％的Al2O3、2.21
‑
3.42w％的CaO、1.05
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2.10w％的MgO。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)由于高硫高放废液中含有一定量的硫酸钠，硫酸根在高温状态下会从玻璃中以硫酸钠形式析出，硫酸钠密度低于玻璃密度，因此会导致玻璃分相，出现黄相。本专利技术通过在高硫高放废液中加入可溶性的钡盐，钡盐可与硫酸根形成稳定的酸钡盐，再与玻璃珠熔融，形成均匀稳定的玻璃体。使得硼硅酸盐玻璃固化体中硫的溶解度从≤1％增加至≥2％，有效提高了玻璃固化体对硫的包容量，避免了黄相的产生，使制备的玻璃固化体有较为优良的性能。
[0021](2)本专利技术中还设置有脱硝步骤，且脱硝分两段进行，第一段的温度较低，主要是为了除去结合水，完成废液中硝酸的挥发，第二段的温度比第一段略高，主要是将废液中的硝酸钠和其它硝酸盐分解成氧化物和NO
X
。脱硝分两段进行，且两段温度不同，可以很好的控制脱硝的速度，避免废液中放射性物质被气体带走，进而导致放射性物质损失即玻璃组分的损失。
附图说明
[0022]图1为本专利技术玻璃固化体的晶体测试结果图；
[0023]图2为本专利技术玻璃热重测试数据。
具体实施方式
[0024]下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。
[0025]本专利技术提供一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，包括以下步骤：
[0026]S1：将1L高硫高放废液与2～4g添加剂混合，得混合液；
[0027]S2：蒸发：取步骤S1得到的混合液60ml，将其与45～55g的玻璃珠混合均匀，并在100～200℃温度条件下完成高硫高放废液的蒸发和盐化；
[0028]S3：脱硝：将蒸发盐化后的混合液进行两次脱硝，第一次脱硝为在温度200～600℃条件下煅烧1～2h；第二次脱硝为在温度600～800℃条件下煅烧2～3h；
[0029]S4：煅烧：将脱硝后的混合液在800～1000℃条件下煅烧1～2h，得熔融液体；
[0030]S5：澄清均化：将熔融液体进行澄清均化，得玻璃液，澄清池中温度为1000
‑
1150℃；
[0031]S6：冷却：将澄清均化后的玻璃液在500～700℃温度条件下退火1～2h，然后自然冷却至室温，即得高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体。
[0032]高硫高放废液为核燃料后处理过程中产生的高水平放射性废液，含有辐照核燃料中总裂变产物的97％，主要成分为硝酸、硝酸钠、及裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将1L高硫高放废液与2～4g添加剂混合，得混合液；S2：蒸发：取步骤S1得到的混合液60ml，将其与45～55g的玻璃珠混合均匀，并在100～200℃温度条件下完成高硫高放废液的蒸发和盐化；S3：脱硝：将蒸发盐化后的混合液进行两次脱硝，第一次脱硝为在温度200～600℃条件下煅烧1～2h；第二次脱硝为在温度600～800℃条件下煅烧2～3h；S4：煅烧：将脱硝后的混合液在800～1000℃条件下煅烧1～2h，得熔融液体；S5：澄清均化：将熔融液体进行澄清均化，得玻璃液，澄清池中温度为1000
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1150℃；S6：冷却：将澄清均化后的玻璃液在500～700℃温度条件下退火1～2h，然后自然冷却至室温，即得高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体。2.根据权利要求1所述的一种制备高硫高放废液硼硅酸盐玻璃固化体的方法，其特征在于，步骤S1中所述添加剂的添加量为2g。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，常宇，阮苠秩，田春雨，吴伟，徐卫东，郝文江，周强，孟祥达，徐立国，关沛雯，刘豪，刘盈孜，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：