[发明专利]一种用于抑制放射性元素挥发的玻璃固化添加剂及玻璃固化方法

说明书

本发明涉及一种用于抑制放射性元素挥发的玻璃固化添加剂及玻璃固化方法，属于放射性废弃物固化处理技术领域。所述添加剂由天然矿物吸附剂和玻璃形成剂组成，具体为2～10份硅铝基天然矿物，1～5份钛基天然矿物，40～60份二氧化硅，15～25份硼酸，10～20份碳酸钠和1～10氧化钙；多孔结构的天然矿物吸附剂能够有效吸附中低放固体废弃物高温热处理过程中挥发的放射性元素；本发明还提供了一种抑制放射性元素挥发的玻璃固化方法，所述方法在热处理之前增加了低温热解步骤，有效促进废弃物中氯元素单独挥发，减少高温段氯元素对放射性元素挥发的促进作用，从而抑制放射性元素在热处理及熔融过程中的释放。

技术领域

本发明涉及一种用于抑制放射性元素挥发的玻璃固化添加剂及玻璃固化方法，属于放射性废弃物固化处理技术领域。

背景技术

热处理技术处置中、低水平放射性固体废物的减容效果明显，主要使用焚烧法和高温熔融法。热处理技术将可燃物质燃烧挥发，剩余的灰渣采用玻璃固化方法，最终形成性质稳定的玻璃体，该方法减容比极大、最终产物性质稳定，受到行业内的重视。

但是，在热处理过程中，中、低水平放射性固体废物中会有一些放射性元素受热挥发为气态。以最受人们关注的铯(Cs)、钴(Co)和锶(Sr)为例，铯是一种极易挥发元素，钴在高温下有一定挥发性，而锶的化学性质则相对稳定。此外，中、低水平放射性固体废物中含有的树脂、橡胶、塑料或木屑中一般会含有一定量的氯(Cl)元素，氯会与放射性元素形成低熔点的氯化物，明显促进放射性元素的挥发，尤其是属于碱金属元素的铯。

专利申请CN 104658627A公开了一种用于低中放废物玻璃固化处理的固化体的制备方法，所述方法以组份SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃和CaO为原料，经配料及混合，在1250℃的温度下熔融2.5～3小时后，浇注到已预热至500℃的模具中成型，并置于500℃的温度下保温0.5～1小时，然后以0.5～1℃/min的降温速率降至室温，即制得产品。所述方法直接将低中放废物在高温下进行热处理，在高温下，部分放射性元素(如铯)具有很强的挥发性，同时废弃物所含的氯元素的释放也会对放射性元素的挥发起到明显促进作用。挥发的放射性元素富集于细颗粒物或超细颗粒物中，难以被过滤系统捕集，随后释放到外界环境中造成严重污染。因此，在设计热处理工艺及玻璃固化过程中需特别考虑放射性元素热挥发的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的放射性废弃物热处理工艺及玻璃固化过程中放射性元素热挥发的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种用于抑制放射性元素挥发的玻璃固化添加剂；

本发明的目的之二在于提供一种抑制放射性元素挥发的玻璃固化方法；所述方法通过优化玻璃固化工艺和在添加玻璃形成剂的同时添加吸附剂，实现在保证玻璃体性质稳定的前提下，抑制放射性元素的热挥发。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种用于抑制放射性元素挥发的玻璃固化添加剂，所述添加剂由天然矿物吸附剂和玻璃形成剂组成，所述天然矿物吸附剂为硅铝基天然矿物和钛基天然矿物；所述玻璃形成剂为二氧化硅、硼酸、碳酸钠和氧化钙；具体地，所述添加剂中各组成成分及重量份如下：

所述硅铝基天然矿物为高岭土、硅藻土、沸石和蛭石中的至少一种；

所述钛基天然矿物为钛铁矿、钛磁铁矿、锐钛矿和金红石中的至少一种；

一种抑制放射性元素挥发的玻璃固化方法，所述方法具体步骤如下：

(1)将中、低水平放射性固体废物在250～500℃、保护性气氛下进行低温热解，时间为5～60min，得到热解焦；

所述中、低水平放射性固体废物为核电厂实际运行中产生的可燃固体废弃物，各组分和重量份如下：