专利名称:一种锶铯共固化体的制备方法
技术领域：
本发明属于核废料工业处理技术领域：
，特别涉及一种锶铯共固化体的制备方法。
背景技术：
高放废液是后处理I3UREX流程排除的IAW废液，它集中了乏燃料中95%以上的放射性，包含有残存的铀钚(约O. 5-0. 25%)、次锕系元素(Minor Actinides，即MA)镎、镅和锔以及长寿命的裂变元素，是一种放射性高、毒性强的废液，目前还没有理想的工业处理技术。高放废液是核能应用过程中产生的危害性最大也是最难管理的废物(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)。它的妥善处理处置早已成为世界性难题,并已成为制约核能可持续发展的关键因素之一。针对高放废液，国际上先后提出了“分离一嬗变”(Partitioning andTransmutation,即 P&T)和“分离一整备(Partitioning and Conditioning 即 P&C)的技术思路，并成为国际研究热点。P&T就是从高放废液中分离超铀元素和长寿命裂变产物(如Tc-99等)，再通过嬗变方法转化成短寿命或稳定核素。而P&C是在尚不具备嬗变的条件下，通过分离方法将锕系元素和高放射性、高释热元素Sr-90和Cs-137分离出来，使高放废液变成低毒性的中低放废液，将分离出的高放射性元素分别进行整备处理，以减少需要深地质处置的废物量。显而易见，无论实施“分离一嬗变”还是“分离一整备”，有效实现高放废液的分离是不可缺少的环节。
针对我国浓缩的高放废液，清华大学核能与新能源技术研究院提出了分离法处理高放废液流程。在该流程中，高放废液首先经三烷基氧膦(TRPO)流程分离除去超铀元素变成非α废液；然后用冠醚和杯芳烃冠醚共萃取流程分别将Sr-90和Cs-137去除；最后得到的中低放废液和流程中产生的其它二次废液混合浓缩固化成水泥固化体，送地表处置。流程中产生的Sr、Cs废物以固定为主。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)选用铁憐酸盐玻璃固化CsCl和SrF2废物，研究结果表明，玻璃的熔制温度比硼硅酸玻璃低，铯的挥发损失小，玻璃固化体的化学稳定性高，熔制工艺简单。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.)选用类似于辉石，榍石组成物质，用冷坩埚熔制技术处理俄罗斯PA”Mayak”分离流程中产出的锶铯废物(W — 2)，处理温度为1600美国采用蒸气重组的方法来处理Cs/Sr物流的转型(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 (作为平衡气)混合气体以及700°C条件下，以铝硅酸盐做为矿化剂，为了使铯离子和锶离子完全矿化，所需要的粘土量是完全矿化量的200%。测试结果表明，铯锶都能完全矿化，使之能以固态形式暂存
从上述研究看出，Sr与Cs的固化方法大多是转化成玻璃或陶瓷固化体，这种方法大多需要在高温(大于1200°C)条件下煅烧，而铯在温度高于1100°C易于挥发；美国采用蒸气重组的方法在700°C条件处理Cs/Sr物流，但其所需要的粘土量是完全矿化量的200%， Cs/Sr包容量小。因此要寻求在低温条件下将Cs/Sr物流转型为能满足近地表处置几百年要求的简单处理方法，降低铯的挥发，操作条件更易控制，减少放射性元素对操作人员的损害。
发明内容
本发明目的是为了解决背景技术中所述的寻求在低温条件下将Cs/Sr物流转型为能满足近地表处置几百年要求的简单处理方法，降低铯的挥发，操作条件更易控制，减少放射性元素对操作人员的损害的问题，根据上述各种Sr与Cs的固化方法存在的优缺点，结合高放废液分离出的Sr与Cs反萃液的组成，杂质元素很少，有利于分子筛对Sr与Cs的吸附，提供一种锶铯共固化体的制备方法，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子筛为基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存条件下低温协同共固化转型成多晶相固化体，解决Cs的挥发问题和达到同时固化Sr的目的，锶铯共固化体的制备方法的具体步骤为
I)在烧杯中，按液固比为10 I (重量比)加入0. 05 0. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在烧杯中，加入0. 01 0. lmol/L的HNO3溶液，按氧化锶占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入0. I 0. 5mol/L硝酸铯溶液，配制成混合溶液，然后加入步骤I)处理过的ZSM3)将步骤2)所得的锶铯固化前驱体按照5K/min程序升温到923 1323 K，煅烧2 5小时，自然冷却到室温，得到锶铯多晶相固化体。
所述锶铯共固化前驱体程序升温为将锶铯共固化前驱体置于马弗炉中，温度升到923K、1023K、1123K、1223K 或 1323K 煅烧。
本发明的有益效果为本发明提供的方法是在比较温和的条件下，在Sr和Cs共存条件下低温固化转型成锶铯多晶相固化体，避免在高温条件下煅烧制备固化体，减少了铯的挥发，既解决了 Cs的挥发问题，又达到了同时固化Sr的目的，保证了在放射条件下实验的安全性和可操作性，为研发从高放废液分离出的Sr法提供参考。
图I为实施例I中不同温度煅烧条件下锶铯共固化体的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。以改进的ZSMI)在烧杯中，按液固比为10 I (重量比)，加入O. 05 — O. lmol/L的HNO3溶液和ZSM2)在烧杯中，加入O. 01 O. lmol/L的HNO3溶液，按氧化锶占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯固化体的重量比例为5 15%加入O. I O. 5mol/L硝酸铯溶液,配制成混合溶液置于烧杯中，然后加入步骤I)处理过的ZSM3)将步骤2)所得的锶铯固化前驱体按照5K/min速率程序升温到923 1323 K，煅烧2 5小时，自然冷却到室温，得到锶铯多晶相固化体。
下面通过实施例来详细说明本发明。
实施例I
用去离子水分别溶解硝酸锶和硝酸铯，制备O. 5mol/L的硝酸锶溶液和O. I mol/L硝酸铯溶液，配制O. I mol/L的硝酸溶液。常温下在烧杯中，按液固比为10 1，加入O. Imol/L的HNO3和ZSM — 5分子筛，搅拌处理10小时，离心分离得到改进的ZSM — 5分子筛；在烧杯中，加入0. lmol/L的HNO3溶液，按氧化锶占整个锶铯共固化体的重量比例为5%加入0. 5mol/L硝酸锶溶液，按氧化铯占整个锶铯共固化体的重量比例为15%加入0. 5mol/L硝酸铯溶液，配制成混合溶液置于烧杯中，然后加入改进的ZSM图I为本实施例的样品在不同温度条件下煅烧的锶铯共固化多晶体X射线衍射图，从图I中可以看出在经过923K煅烧后,ZSM — 5分子筛结构已坍塌，在923K煅烧后，固化体已初步形成铯榴石晶体结构，只是衍射峰强度较弱，随着煅烧温度到1023K后，铯榴石晶体(PDF:47-0471)已形成并伴有少量的硅酸锶(PDF:77-0233)出现，1123K以后的温度煅烧，衍射峰强度增加，形成更加完善的铯榴石和硅酸锶混和晶体。样品的比表面测试数据如表I所示，从表中数据可以看出，锶铯多晶固化体在不同温度煅烧后，比表面积均很小，原始的ZSM实施例2
用去离子水分别溶解硝酸锶和硝酸铯，制备O. I mol/L的硝酸锶溶液和O. 5 mol/L硝酸铯溶液,然后配制O. 01mol/L和O. 05 mol/L的两种硝酸溶液。常温下在烧杯中，按液固比为10 1，加入0. 05 mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子筛，搅拌处理8小时，离心分离得到改进的ZSM实施例3
用去离子水分别溶解硝酸锶和硝酸铯，制备0. 3 mol/L的硝酸锶溶液和0. 3mol/L硝酸铯溶液,然后配制0. 05mol/L和0. 08 mol/L的硝酸溶液。常温下在烧杯中，按液固比为10 I加入0. 08 mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子筛，搅拌处理7小时，离心分离得到改进的ZSM实施例4
用去离子水分别溶解硝酸锶和硝酸铯，制备0. 2 mol/L的硝酸锶溶液和0. 2 mol/L硝酸铯溶液，然后配制0. 05mol/L和0. 06 mol/L的硝酸溶液。常温下在烧杯中，按液固比为10 I加入0. 06mol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子筛，搅拌处理9小时，离心分离得到改进的ZSM表I不同条件对样品比表面积的影响
权利要求
1.一种锶铯共固化体的制备方法，其特征在于，采用改性ZSM — 5分子筛为基，吸附Sr和Cs，在Sr和Cs共存条件下低温协同共固化转型成多晶相固化体，解决Cs的挥发问题和达到同时固化Sr的目的，锶铯共固化体的制备方法的具体步骤为 1)在烧杯中，按液固比为10 I加入O. 05 O. lmol/L的HNO3溶液和ZSM — 5分子筛，搅拌处理5 10小时，离心分离得到改进的ZSM2.根据权利要求
I所述的一种锶铯共固化体的制备方法，其特征在于，所述锶铯共固化前驱体程序升温为将锶铯共固化前驱体置于马弗炉中，温度升到923K、1023K、1123K、1223Κ 或 1323Κ 煅烧。
专利摘要
本发明属于核废料工业处理技术领域：
，公布一种锶铯共固化体的制备方法，采用改性ZSM－5分子筛为基，吸附Sr 和Cs，步骤为用HNO3溶液处理ZSM－5分子筛；按氧化锶和氧化铯各占整个锶铯共固化体5－15wt％配制硝酸锶溶液和硝酸铯溶液的混合溶液，然后加入改进ZSM－5分子筛，搅拌后陈化静置和搅拌蒸发，再烘干得到锶铯共固化前驱体；将锶铯固化前驱体程序升温煅烧，再自然冷却到室温得到锶铯固化多晶体。本发明避免在高温条件下煅烧制备固化体，解决了Cs的挥发问题，达到同时固化Sr目的，保证在放射条件下实验的安全性和可操作性，本发明适用于核废液中分离出的锶和铯溶液的固化处理。
文档编号G21F9/12GKCN102208223SQ201110110126
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月29日
发明者文明芬, 陈靖, 王建晨 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan