[发明专利]通过在金属罐内的玻璃化而封存废料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过在金属罐内的玻璃化而封存、包封废料的方法。

更准确而言，根据本发明的方法为使用热金属罐作为制备坩埚的玻璃化废料封存方法的一种改进。

因此可将本发明的技术领域通常定义为通过封存、涂布或固定来处理废料或流出物。

更特别地，本发明的技术领域为通过玻璃化封存废料，更准确而言，通过在热金属罐中的玻璃化来进行废料封存。

所述废料可为固体废料，或特别为溶液形式的液体废料。

其可为核废料，但也可为含有矿物质，特别是污染性金属和/或污染性金属离子的任何工业或生活废料。

例如，这种废料可包括来自生活废料焚化的固体残余物，特别是由源自焚化废气的中和及处理的锅炉灰渣、飞灰和滤饼所形成的残余物。

在使用热金属罐、锅的玻璃化方法中，在高温下将废料和玻璃化添加剂加入金属罐从而使得废料分解反应发生，且包含于废料中的矿物质，如化学有毒的元素或放射性物质嵌入玻璃晶格。

取决于所用的玻璃化方法，在金属罐被熔融玻璃填满之后，或者将玻璃倒入容器中，在该容器中玻璃冷却，该方法称为“热坩埚”法；或者将金属罐移出炉子，然后冷却并用作最终玻璃的容器，该方法称为“罐内熔融”法。本公开适用于后一种类型的方法。

背景技术

目前工业生产的封存包封玻璃，如用于核废料或生活废料焚化残余物的封存玻璃源自优化它们的组成，甚至它们的生产温度(若生产温度未被与方法或玻璃组成相关的约束条件所固定)的制剂研究。

这些组成和温度优化的目的在于获得具有如下性质的玻璃制剂：

-在废料被封存之后减少废料的体积，

-与工业方法中的生产，特别是目前可用的方法可相容，

-就其储存而言，改进最终玻璃基体的封存质量(化学耐久性、耐辐照性、耐浸出性等)。

因此，核废料如裂变产物的玻璃化的现有方法通常包括两个步骤，蒸发-煅烧裂变产物溶液以获得煅烧碎玻璃，然后玻璃化所形成的煅烧碎玻璃。例如，蒸发-煅烧步骤可在电阻炉中加热的旋转管中进行。本领域技术人员已知该方法。

然后将例如玻璃熔块形式的形成玻璃的玻璃化添加剂加入该煅烧碎玻璃以生成封存玻璃。例如在La Hague工厂中，封存玻璃为主要由约80％的SiO₂(二氧化硅)、B₂O₃(氧化硼)、Al₂O₃(氧化铝)和Na₂O(氧化钠)组成的硼硅酸盐玻璃。

在如上所述的用于封存核废料的现有玻璃化方法中，玻璃化添加剂如玻璃熔块的作用仅是提供元素，从而使得在它们与废料混合之后将得到具有所需性质(一些性质如上所述)的废料在玻璃中的封存。

在使用热金属罐的罐内废料玻璃化方法的特定情形中，熔化玻璃与金属罐之间存在强相互作用。

过去所用的限制与玻璃浴的化学相互作用、金属罐的腐蚀及其完整性的损失的措施使用数种操作的组合，即有限的玻璃浴温度、玻璃浴在热金属罐中的极短停留时间以及提供良好耐腐蚀性的特殊钢的使用。

这些措施的基本目的是避免加热的金属罐的腐蚀和保持所述罐的完整性，且它们是部分有效的，但是这些措施具有需要使用用于熔化罐的昂贵金属材料(这对方法的总成本具有不利影响)、限制玻璃生产持续时间和温度(这减小了可生产的玻璃的范围以及可进行处理的废料的范围)的劣势。

此外，对于一些玻璃化方法的配置，在热金属罐中的玻璃生产过程中可发生出乎意料的严重挥发、脱气和起泡现象，而且极度损害玻璃化方法(特别是放射性核废料的玻璃化)的顺利进行的这些现象的起源仍未完全得以阐明。

脱气通常指化学元素以气体形式从玻璃浴离开。

起泡通常指气泡在熔融玻璃浴表面上的积聚。

起泡可导致熔融的玻璃溢出熔融罐。

起泡是玻璃浴中的脱气现象的可能后果。

迄今为止还未找到这些挥发、脱气和起泡问题的解决方法。

此外，在热金属罐废料玻璃化方法中常常观察到在玻璃中形成分散或沉淀、沉降的金属物质或硫化物，它们的存在非常令人困扰。

最后，有时不可能封存一些元素例如Cd。

因此，考虑到如上所述，需要一种通过在加热的金属罐中玻璃化而封存、包封废料的方法，其中挥发、脱气和起泡现象得以消除或至少得以限制。

还需要一种也可任选地降低金属罐的腐蚀并消除在玻璃中分散或沉淀的金属物质或硫化物的形成的方法。