一种锶铯共固化体的制备方法技术

本发明专利技术属于核废料工业处理技术领域，公布一种锶铯共固化体的制备方法，采用改性ZSM-5A分子筛为基，吸附Sr和Cs，步骤为：用HNO3溶液处理ZSM-5A分子筛；按氧化锶和氧化铯各占整个锶铯共固化体5-15wt％配制硝酸锶溶液和硝酸铯溶液的混合溶液，然后加入改进ZSM-5A分子筛，搅拌后陈化静置和搅拌蒸发，再烘干得到锶铯共固化前驱体；将锶铯固化前驱体程序升温煅烧，再自然冷却到室温得到锶铯固化多晶体。本发明专利技术避免在高温条件下煅烧制备固化体，解决了Cs的挥发问题，达到同时固化Sr目的，保证在放射条件下实验的安全性和可操作性，本发明专利技术适用于核废液中分离出的锶和铯溶液的固化处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核废料工业处理
，特别涉及。
技术介绍
高放废液是后处理I3UREX流程排除的IAW废液，它集中了乏燃料中95%以上的放射性，包含有残存的铀钚(约O. 5-0. 25%)、次锕系元素(Minor Actinides，即MA)镎、镅和锔以及长寿命的裂变元素，是一种放射性高、毒性强的废液，目前还没有理想的工业处理技术。高放废液是核能应用过程中产生的危害性最大也是最难管理的废物(J. J. Laidler andJ.C. Bresee. The U. S.Advanced Fuel Cycle Initiative: Development of SeparationTechnologies. Proc. Int. Cnf. for Advances for Nuclear Fuel Cycles, ATalante2004, Nimes, France)。它的妥善处理处置早已成为世界性难题,并已成为制约核能可持续发展的关键因素之一。针对高放废液，国际上先后提出了“分离一嬗变”(Partitioning andTransmutation,即 P&T)和“分离一整备(Partitioning and Conditioning 即 P&C)的技术思路，并成为国际研究热点。P&T就是从高放废液中分离超铀元素和长寿命裂变产物(如Tc-99等)，再通过嬗变方法转化成短寿命或稳定核素。而P&C是在尚不具备嬗变的条件下，通过分离方法将锕系元素和高放射性、高释热元素Sr-90和Cs-137分离出来，使高放废液变成低毒性的中低放废液，将分离出的高放射性元素分别进行整备处理，以减少需要深地质处置的废物量。显而易见，无论实施“分离一嬗变”还是“分离一整备”，有效实现高放废液的分离是不可缺少的环节。针对我国浓缩的高放废液，清华大学核能与新能源技术研究院提出了分离法处理高放废液流程。在该流程中，高放废液首先经三烷基氧膦(TRPO)流程分离除去超铀元素变成非α废液；然后用冠醚和杯芳烃冠醚共萃取流程分别将Sr-90和Cs-137去除；最后得到的中低放废液和流程中产生的其它二次废液混合浓缩固化成水泥固化体，送地表处置。流程中产生的Sr、Cs废物以固定为主。主要固化方式有玻璃固化，陶瓷固化及其他固化方法。M. G. Mesko 等(M. G. Mesko, D. E. Day, B. C. Bunker. Immobilization of CsCl andSrF2 in iron phosphate glass. Waste Management, 2000，20:271-278)选用铁憐酸盐玻璃固化CsCl和SrF2废物，研究结果表明，玻璃的熔制温度比硼硅酸玻璃低，铯的挥发损失小，玻璃固化体的化学稳定性高，熔制工艺简单。I.A. Sobolev等(I.A. Sobolev, S.A.Dmitriev, S. V. Strfanevsky. Development of synroc melting process forconditioning of partitioned HLW. Recod’ 98，457-464.)选用类似于辉石，榍石组成物质，用冷坩埚熔制技术处理俄罗斯PA”Mayak”分离流程中产出的锶铯废物(W — 2)，处理温度为1600美国采用蒸气重组的方法来处理Cs/Sr物流的转型(J. D. Law, T. G. Garn,R. S. Herbst, D. H. Meikrantz, et al. Development of Cesium and Strontium Separationand Immobilization Technologies in Support of an Advanced Nuclear Fuel Cycle.WM，06 Conference, February 26-March 2, 2006, Tucson, AZ)。在通入 3. 75%H2、4. 98%C0和CO2 (作为平衡气)混合气体以及700°C条件下，以铝硅酸盐做为矿化剂，为了使铯离子和锶离子完全矿化，所需要的粘土量是完全矿化量的200%。测试结果表明，铯锶都能完全矿化，使之能以固态形式暂存从上述研究看出，Sr与Cs的固化方法大多是转化成玻璃或陶瓷固化体，这种方法大多需要在高温(大于1200°C)条件下煅烧，而铯在温度高于1100°C易于挥发；美国采用蒸气重组的方法在700°C条件处理Cs/Sr物流，但其所需要的粘土量是完全矿化量的200%， Cs/Sr包容量小。因此要寻求在低温条件下将Cs/Sr物流转型为能满足近地表处置几百年要求的简单处理方法，降低铯的挥发，操作条件更易控制，减少放射性元素对操作人员的损害。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决
技术介绍
中所述的寻求在低温条件下将Cs/Sr物流转型为能满足近地表处置几百年要求的简单处理方法，降低铯的挥发，操作条件更易控制，减少放射性元素对操作人员的损害的问题，根据上述各种Sr与Cs的固化方法存在的优缺点，结合高放废液分离出的Sr与Cs反萃液的组成，杂质元素很少，有利于分子筛对Sr与Cs的吸附，提供，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子筛为基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存条件下低温协同共固化转型成多晶相固化体，解决Cs的挥发问题和达到同时固化Sr的目的，锶铯共固化体的制备方法的具体步骤为I)在烧杯中，按液固比为10 I (重量比)加入0. 05 0. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在烧杯中，加入0. 01 0. lmol/L的HNO3溶液，按氧化锶占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸铯溶液，配制成混合溶液，然后加入步骤I)处理过的ZSM3)将步骤2)所得的锶铯固化前驱体按照5K/min程序升温到923 1323 K，煅烧2 5小时，自然冷却到室温，得到锶铯多晶相固化体。所述锶铯共固化前驱体程序升温为将锶铯共固化前驱体置于马弗炉中，温度升到923K、1023K、1123K、1223K 或 1323K 煅烧。本专利技术的有益效果为本专利技术提供的方法是在比较温和的条件下，在Sr和Cs共存条件下低温固化转型成锶铯多晶相固化体，避免在高温条件下煅烧制备固化体，减少了铯的挥发，既解决了 Cs的挥发问题，又达到了同时固化Sr的目的，保证了在放射条件下实验的安全性和可操作性，为研发从高放废液分离出的Sr法提供参考。附图说明图I为实施例I中不同温度煅烧条件下锶铯共固化体的X射线衍射图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术进一步说明。以改进的ZSMI)在烧杯中，按液固比为10 I (重量比)，加入O. 05 — O. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在烧杯中，加入O. 01 O. lmol/L的HNO3溶液，按氧化锶占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸铯溶液,配制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锶铯共固化体的制备方法，其特征在于，采用改性ＺＳＭ－５Ａ分子筛为基，吸附Ｓｒ和Ｃｓ，在Ｓｒ和Ｃｓ共存条件下低温协同共固化转型成多晶相固化体，解决Ｃｓ的挥发问题和达到同时固化Ｓｒ的目的，锶铯共固化体的制备方法的具体步骤为：１）在烧杯中，按液固比为１０∶１加入０．０５～０．１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＯ３溶液和ＺＳＭ－５Ａ分子筛，搅拌处理５～１０小时，离心分离得到改进的ＺＳＭ－５Ａ分子筛，待在步骤２）使用；２）在烧杯中，加入０．０１～０．１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＯ３溶液，按氧化锶占整个锶铯固化体的重量比例为５～１５％加入０．１～０．５ｍｏｌ／Ｌ硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯固化体的重量比例为５～１５％加入０．１～０．５ｍｏｌ／Ｌ硝酸铯溶液，配制成混合溶液，然后加入步骤１）处理过的ＺＳＭ－５Ａ分子筛，其中ＺＳＭ－５Ａ分子筛与混合溶液的固液比为１∶３，搅拌后陈化静置１０～２４小时，然后搅拌蒸发，最后于１２０℃下烘干３小时，得到锶铯固化前驱体；３）将步骤２）所得的锶铯固化前驱体按照５Ｋ／ｍｉｎ程序升温到９２３～１３２３Ｋ，煅烧２～５小时，自然冷却到室温，得到锶铯多晶相固化体。

【技术特征摘要】
1.一种锶铯共固化体的制备方法，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子筛为基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存条件下低温协同共固化转型成多晶相固化体，解决Cs的挥发问题和达到同时固化Sr的目的，锶铯共固化体的制备方法的具体步骤为 1)在烧杯中，按液固比为10 I加入O. 05 O. lmo...

【专利技术属性】
技术研发人员：文明芬，陈靖，王建晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11