[发明专利]用于通过玻璃化而包容物质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过玻璃化而包容(包封或限制，containment)物质(材料，substance)的方法。

所针对的物质主要是无机废物或溶液中的废物。本发明可以例如在玻璃基质中包容核废物。

本发明还可以包容包括无机物的任何工业废物，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。

本发明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。

背景技术

在通过玻璃化核废物或家庭垃圾焚烧残渣而加以包容的繁难实例中，目前工业上产生的玻璃是配制研究(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，只要后者还没有被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，

-使得可以根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。

现有技术描述的玻璃料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被并入到该玻璃料中的氧化态不是任何优化的主题。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从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)溶液以便获得煅烧产物(煅烧砂，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(包封玻璃或限制玻璃，containment glass)。例如，在La Hague设施中，后者是硼硅酸盐玻璃，主要由大约80％的SiO₂(硅石)、B₂O₃(硼酸酐)、Al₂O₃(氧化铝)和Na₂O(氧化钠)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，相比于根据本发明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玻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、硫化物等，或者加入氧化剂如硫酸盐、硝酸盐等。

对于本发明的发明人来说，必须克服与现有技术的包容技术相关的大量缺陷：

-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，即使气体处理系统由于放射性介质而变得复杂，

-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味着该公司必须保证另外的参数以便获得规定的玻璃：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)可能的变化，

-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、碳质材料等的破坏，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/或强烈还原物接触可导致放热反应，这在废物玻璃化工艺的情况下是希望限制的，以保证最大的安全度和避免对该工艺的维护工序。

一般地，裂变产物(煅烧砂)或待玻璃化的废物的氧化物的并入(incorporation)程度的范围是上述玻璃质量的12％至18％。对于所有已知的核玻璃，根据废物的组成和玻璃类型，通常按质量计在6％和20％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。