專利名稱:一種鍶銫共固化體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核廢料工業(yè)處理技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種鍶銫共固化體的制備方法。
背景技術(shù)：
高放廢液是后處理I3UREX流程排除的IAW廢液，它集中了乏燃料中95%以上的放射性，包含有殘存的鈾钚(約O. 5-0. 25%)、次錒系元素(Minor Actinides，即MA)镎、镅和鋦以及長壽命的裂變元素，是一種放射性高、毒性強(qiáng)的廢液，目前還沒有理想的工業(yè)處理技術(shù)。高放廢液是核能應(yīng)用過程中產(chǎn)生的危害性最大也是最難管理的廢物(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)。它的妥善處理處置早已成為世界性難題,并已成為制約核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。針對(duì)高放廢液，國際上先后提出了“分離一嬗變”(Partitioning andTransmutation,即 P&T)和“分離一整備(Partitioning and Conditioning 即 P&C)的技術(shù)思路，并成為國際研究熱點(diǎn)。P&T就是從高放廢液中分離超鈾元素和長壽命裂變產(chǎn)物(如Tc-99等)，再通過嬗變方法轉(zhuǎn)化成短壽命或穩(wěn)定核素。而P&C是在尚不具備嬗變的條件下，通過分離方法將錒系元素和高放射性、高釋熱元素Sr-90和Cs-137分離出來，使高放廢液變成低毒性的中低放廢液，將分離出的高放射性元素分別進(jìn)行整備處理，以減少需要深地質(zhì)處置的廢物量。顯而易見，無論實(shí)施“分離一嬗變”還是“分離一整備”，有效實(shí)現(xiàn)高放廢液的分離是不可缺少的環(huán)節(jié)。
針對(duì)我國濃縮的高放廢液，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院提出了分離法處理高放廢液流程。在該流程中，高放廢液首先經(jīng)三烷基氧膦(TRPO)流程分離除去超鈾元素變成非α廢液；然后用冠醚和杯芳烴冠醚共萃取流程分別將Sr-90和Cs-137去除；最后得到的中低放廢液和流程中產(chǎn)生的其它二次廢液混合濃縮固化成水泥固化體，送地表處置。流程中產(chǎn)生的Sr、Cs廢物以固定為主。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)選用鐵憐酸鹽玻璃固化CsCl和SrF2廢物，研究結(jié)果表明，玻璃的熔制溫度比硼硅酸玻璃低，銫的揮發(fā)損失小，玻璃固化體的化學(xué)穩(wěn)定性高，熔制工藝簡單。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.)選用類似于輝石，榍石組成物質(zhì)，用冷坩堝熔制技術(shù)處理俄羅斯PA”Mayak”分離流程中產(chǎn)出的鍶銫廢物(W — 2)，處理溫度為1600美國采用蒸氣重組的方法來處理Cs/Sr物流的轉(zhuǎn)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 (作為平衡氣)混合氣體以及700°C條件下，以鋁硅酸鹽做為礦化劑，為了使銫離子和鍶離子完全礦化，所需要的粘土量是完全礦化量的200%。測試結(jié)果表明，銫鍶都能完全礦化，使之能以固態(tài)形式暫存
從上述研究看出，Sr與Cs的固化方法大多是轉(zhuǎn)化成玻璃或陶瓷固化體，這種方法大多需要在高溫(大于1200°C)條件下煅燒，而銫在溫度高于1100°C易于揮發(fā)；美國采用蒸氣重組的方法在700°C條件處理Cs/Sr物流，但其所需要的粘土量是完全礦化量的200%， Cs/Sr包容量小。因此要尋求在低溫條件下將Cs/Sr物流轉(zhuǎn)型為能滿足近地表處置幾百年要求的簡單處理方法，降低銫的揮發(fā)，操作條件更易控制，減少放射性元素對(duì)操作人員的損害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決背景技術(shù)中所述的尋求在低溫條件下將Cs/Sr物流轉(zhuǎn)型為能滿足近地表處置幾百年要求的簡單處理方法，降低銫的揮發(fā)，操作條件更易控制，減少放射性元素對(duì)操作人員的損害的問題，根據(jù)上述各種Sr與Cs的固化方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合高放廢液分離出的Sr與Cs反萃液的組成，雜質(zhì)元素很少，有利于分子篩對(duì)Sr與Cs的吸附，提供一種鍶銫共固化體的制備方法，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子篩為基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存條件下低溫協(xié)同共固化轉(zhuǎn)型成多晶相固化體，解決Cs的揮發(fā)問題和達(dá)到同時(shí)固化Sr的目的，鍶銫共固化體的制備方法的具體步驟為
I)在燒杯中，按液固比為10 I (重量比)加入0. 05 0. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在燒杯中，加入0. 01 0. lmol/L的HNO3溶液，按氧化鍶占整個(gè)鍶銫固化體的重量比例為5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸鍶溶液，按氧化銫占整個(gè)鍶銫固化體的重量比例為5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸銫溶液，配制成混合溶液，然后加入步驟I)處理過的ZSM3)將步驟2)所得的鍶銫固化前驅(qū)體按照5K/min程序升溫到923 1323 K，煅燒2 5小時(shí)，自然冷卻到室溫，得到鍶銫多晶相固化體。
所述鍶銫共固化前驅(qū)體程序升溫為將鍶銫共固化前驅(qū)體置于馬弗爐中，溫度升到923K、1023K、1123K、1223K 或 1323K 煅燒。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供的方法是在比較溫和的條件下，在Sr和Cs共存條件下低溫固化轉(zhuǎn)型成鍶銫多晶相固化體，避免在高溫條件下煅燒制備固化體，減少了銫的揮發(fā)，既解決了 Cs的揮發(fā)問題，又達(dá)到了同時(shí)固化Sr的目的，保證了在放射條件下實(shí)驗(yàn)的安全性和可操作性，為研發(fā)從高放廢液分離出的Sr法提供參考。


圖I為實(shí)施例I中不同溫度煅燒條件下鍶銫共固化體的X射線衍射圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。以改進(jìn)的ZSMI)在燒杯中，按液固比為10 I (重量比)，加入O. 05 — O. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在燒杯中，加入O. 01 O. lmol/L的HNO3溶液，按氧化鍶占整個(gè)鍶銫固化體的重量比例為5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸鍶溶液，按氧化銫占整個(gè)鍶銫固化體的重量比例為5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸銫溶液,配制成混合溶液置于燒杯中，然后加入步驟I)處理過的ZSM3)將步驟2)所得的鍶銫固化前驅(qū)體按照5K/min速率程序升溫到923 1323 K，煅燒2 5小時(shí)，自然冷卻到室溫，得到鍶銫多晶相固化體。
下面通過實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例I
用去離子水分別溶解硝酸鍶和硝酸銫，制備O. 5mol/L的硝酸鍶溶液和O. I mol/L硝酸銫溶液，配制O. I mol/L的硝酸溶液。常溫下在燒杯中，按液固比為10 1，加入O. Imol/L的HNO3和ZSM — 5分子篩，攪拌處理10小時(shí)，離心分離得到改進(jìn)的ZSM — 5分子篩；在燒杯中，加入0. lmol/L的HNO3溶液，按氧化鍶占整個(gè)鍶銫共固化體的重量比例為5%加入0. 5mol/L硝酸鍶溶液，按氧化銫占整個(gè)鍶銫共固化體的重量比例為15%加入0. 5mol/L硝酸銫溶液，配制成混合溶液置于燒杯中，然后加入改進(jìn)的ZSM圖I為本實(shí)施例的樣品在不同溫度條件下煅燒的鍶銫共固化多晶體X射線衍射圖，從圖I中可以看出在經(jīng)過923K煅燒后,ZSM — 5分子篩結(jié)構(gòu)已坍塌，在923K煅燒后，固化體已初步形成銫榴石晶體結(jié)構(gòu)，只是衍射峰強(qiáng)度較弱，隨著煅燒溫度到1023K后，銫榴石晶體(PDF:47-0471)已形成并伴有少量的硅酸鍶(PDF:77-0233)出現(xiàn)，1123K以后的溫度煅燒，衍射峰強(qiáng)度增加，形成更加完善的銫榴石和硅酸鍶混和晶體。樣品的比表面測試數(shù)據(jù)如表I所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出，鍶銫多晶固化體在不同溫度煅燒后，比表面積均很小，原始的ZSM實(shí)施例2
用去離子水分別溶解硝酸鍶和硝酸銫，制備O. I mol/L的硝酸鍶溶液和O. 5 mol/L硝酸銫溶液,然后配制O. 01mol/L和O. 05 mol/L的兩種硝酸溶液。常溫下在燒杯中，按液固比為10 1，加入0. 05 mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子篩，攪拌處理8小時(shí)，離心分離得到改進(jìn)的ZSM實(shí)施例3
用去離子水分別溶解硝酸鍶和硝酸銫，制備0. 3 mol/L的硝酸鍶溶液和0. 3mol/L硝酸銫溶液,然后配制0. 05mol/L和0. 08 mol/L的硝酸溶液。常溫下在燒杯中，按液固比為10 I加入0. 08 mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子篩，攪拌處理7小時(shí)，離心分離得到改進(jìn)的ZSM實(shí)施例4
用去離子水分別溶解硝酸鍶和硝酸銫，制備0. 2 mol/L的硝酸鍶溶液和0. 2 mol/L硝酸銫溶液，然后配制0. 05mol/L和0. 06 mol/L的硝酸溶液。常溫下在燒杯中，按液固比為10 I加入0. 06mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子篩，攪拌處理9小時(shí)，離心分離得到改進(jìn)的ZSM表I不同條件對(duì)樣品比表面積的影響
權(quán)利要求
1.一種鍶銫共固化體的制備方法，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子篩為基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存條件下低溫協(xié)同共固化轉(zhuǎn)型成多晶相固化體，解決Cs的揮發(fā)問題和達(dá)到同時(shí)固化Sr的目的，鍶銫共固化體的制備方法的具體步驟為 1)在燒杯中，按液固比為10 I加入O. 05 O. lmol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子篩，攪拌處理5 10小時(shí)，離心分離得到改進(jìn)的ZSM2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種鍶銫共固化體的制備方法，其特征在于，所述鍶銫共固化前驅(qū)體程序升溫為將鍶銫共固化前驅(qū)體置于馬弗爐中，溫度升到923K、1023K、1123K、1223Κ 或 1323Κ 煅燒。
專利摘要
本發(fā)明屬于核廢料工業(yè)處理技術(shù)領(lǐng)域：
，公布一種鍶銫共固化體的制備方法，采用改性ZSM－5分子篩為基，吸附Sr 和Cs，步驟為用HNO3溶液處理ZSM－5分子篩；按氧化鍶和氧化銫各占整個(gè)鍶銫共固化體5－15wt％配制硝酸鍶溶液和硝酸銫溶液的混合溶液，然后加入改進(jìn)ZSM－5分子篩，攪拌后陳化靜置和攪拌蒸發(fā)，再烘干得到鍶銫共固化前驅(qū)體；將鍶銫固化前驅(qū)體程序升溫煅燒，再自然冷卻到室溫得到鍶銫固化多晶體。本發(fā)明避免在高溫條件下煅燒制備固化體，解決了Cs的揮發(fā)問題，達(dá)到同時(shí)固化Sr目的，保證在放射條件下實(shí)驗(yàn)的安全性和可操作性，本發(fā)明適用于核廢液中分離出的鍶和銫溶液的固化處理。
文檔編號(hào)G21F9/12GKCN102208223SQ201110110126
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年4月29日
發(fā)明者文明芬, 陳靖, 王建晨 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan