[發明專利]一種鹵化物放射性廢物玻璃固化體及其制備方法

有效

• 申請號: 201610192527.8
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105741897B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 喬延波;馬洪軍;孫亞平;劉學陽;錢正華;王帥;陳堃
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21F9/00
• 分類號: G21F9/00;G21F9/34;C03C3/17
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 鄧琪,宋麗榮

技術領域

本發明涉及玻璃固化，更具體地涉及一種鹵化物放射性廢物玻璃固化體及其制備方法。

背景技術

隨著先進核燃料循環方式研究的深入，近年來乏燃料的干法后處理越來越受到關注。在乏燃料干法后處理的過程中，大多選擇鹵化物作為稀釋劑，往往會產生含有金屬鹵化物的熔鹽廢物，如Pu金屬高溫化學處理產生的高放廢物中含有CsCl和SrF₂等。熔鹽反應堆采用熔融的氟化物混合鹽作為主冷卻劑，甚至燃料本身就溶解于氟化物高溫熔鹽中，因此在燃料后處理、燃料鹽分析、燃料載體鹽分離回收以及放廢處理等過程中都會產生各種類型的含氟放射性廢物。含氟放射性廢物大多具有腐蝕性、化學穩定性差、易潮解、熔點低等特點，高放含氟廢物會發生輻解生成含氟氣體，同時熔鹽堆廢物可能含有氟化鈹劇毒成分。如何對鹵化物放射性廢物進行處理處置是放射性廢物管理領域存在的難題之一。

出于放射性廢物管理的要求，需要將含氟放射性廢物轉化成穩定的廢物形態，避免或減少在廢物儲存、轉運和處置過程中放射性核素遷移或彌散的可能。放射性廢物固定化是廢物整備的一種重要方法，處理的對象主要是放射性濃縮廢水，廢樹脂和粉狀放射性固體廢物。固化體基材包括玻璃、水泥、聚合物和瀝青等，由于后三者的固化體化學穩定性差，不適于用來作為中高放射性廢物的固化基材，因此玻璃材料成為固化鹵化物放射性廢物處理的首選基材。

現有技術中壓水堆乏燃料后處理產生的氧化物廢物大多采用硼硅酸鹽玻璃進行固化，能夠將高放廢液中的四十多種放射性核素包裹于玻璃網絡而固定下來，例如在美國高放廢物接收準則中，硼硅酸鹽玻璃是唯一固化體；國際上現有設施的固化對象也主要是氧化物或氧化物類型的廢物。但是傳統的硼硅酸鹽玻璃基體不適合于熔鹽堆產生的含氟放射性廢物的處理，因為氟、氯等鹵素化合物在硼硅酸鹽玻璃中的溶解度很低，這樣使得玻璃固化體對核廢料的包裹率很小，會大大增加廢物固化體的體積。另外，通過高溫水解將氟化物廢物轉化為氧化物后再進行硼硅酸鹽玻璃固化是可能解決問題的方案之一，但是這種過程通常會產生額外的放射性廢液，同時揮發的HF也需要考慮特別的處理。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的鹵化物放射性廢物在硼硅酸鹽的玻璃固化體中的包裹率小的問題，本發明旨在提供一種鹵化物放射性廢物玻璃固化體及其制備方法。

本發明提供一種鹵化物放射性廢物玻璃固化體的制備方法，包括步驟：S1，將含磷化合物、含鋁化合物、碳酸鈉、含鐵化合物和含鉛化物按照55～75％:15-30％:10～30％:0～20％:0～30％的重量比例混合，形成玻璃粉末，其中，該含磷化合物為熔融狀態下能分解為P₂O₅且不引入雜質的原料，該含鋁化合物為熔融狀態下能分解為Al₂O₃且不引入雜質的原料，該含鐵化合物為熔融狀態下能分解為Fe₂O₃且不引入雜質的原料，該含鉛化物為熔融狀態下能分解為PbO且不引入雜質的原料；S2，將鹵化物放射性廢物和玻璃粉末按照10-30％:70-90％的重量比例混合，形成玻璃固化體。

其中，步驟S1提供一種鈉鋁磷酸鹽(Na₂O-Al₂O₃-P₂O₅)體系玻璃，其中可加入不同配比的Fe₂O₃和/或PbO。鈉鋁磷體系玻璃中的金屬離子在玻璃中可形成O-Me-O-P鍵(Me主要為Al離子、Fe離子，也可以是廢物中其他一些金屬陽離子)，形成的O-Me-O-P鍵具有很好的穩定性，增強了玻璃網絡結構穩定性。

在所述步驟S1中，該含磷化合物為(NH₄)H₂PO₅、(NH₄)₂HPO₄、(NH₄)₃PO₄或P₂O₅。

在所述步驟S1中，該含鋁化合物為Al(OH)₃或Al₂O₃。

在所述步驟S1中，該含鐵化合物為Fe₂O₃、FeO或Fe₃O₄。

在所述步驟S1中，該含鉛化物為PbO。