含有高濃度硼酸的廢料漿的固化方法

一種重量百分比含量大于30%的硼酸廢漿的固化方法。減少核設施中放射性廢料的重要性日益增加，急切希望濃縮各種廢料，硼酸料漿就是一種這樣的廢料。高效的蒸發(fā)器現在能夠在核電廠(chǎng)中產(chǎn)生重量比濃度大于50%的硼酸。目前濃縮高濃度硼酸廢料的方法是依靠水泥固化。這種方法包括添加硅酸鹽水泥和必要的多種其它添加劑，以便抑制硼對水泥水合作用的減緩。水泥固化所得到的封裝效果(廢料量/產(chǎn)品量)限制在約為0.80，在材料可以運送前需要等幾天時(shí)間。在硼酸廢料漿中有時(shí)發(fā)現離子交換樹(shù)脂，它們表現出對水泥固化的另一種阻礙作用。
一種固化和減少液體中放射性硼酸鹽含量的方法。消石灰和硅酸鹽水泥添加到含硼的水溶液中，多達30%的水泥可以由硅藻土取代?？梢蕴砑铀ＡШ土姿峄蛄姿釟潲}以增加強度，加速固化，提高抗浸析能力。硼酸鹽通常存在于四硼酸鈉廢液中，但也存在于硼酸鉀或硼酸之中。
一種使用硬質(zhì)凝膠處理廢液的方法。通過(guò)把硅酸鈉或甲醛添加到某些金屬清洗廢液中，凝膠產(chǎn)物就產(chǎn)生了。這樣一種溶液含有可溶解在肼和EDTA中金屬腐蝕產(chǎn)物。
使用四硼酸鈉捕集放射性廢水。四硼酸鈉添加到廢水中以后，通過(guò)加熱可使該混合物變稠，直到剩余的水量不大于鍵合四硼酸鈉的結晶水量為止。這種濃縮物排進(jìn)容器中，在里面冷卻和結晶，這樣水就同時(shí)進(jìn)入到固體結晶物中。
一種處理放射性廢料的方法，是把這種廢料摻合到能變硬的基體形成體中實(shí)現的。堿或堿金屬硅酸鹽添加到一種水泥型粘合劑中形成基體材料。據說(shuō)，這種方法促進(jìn)了各種含有硼酸液的普通核電廠(chǎng)放射性廢料的固化作用。
如上面所指出的，以前的廢料處理方法使用水泥產(chǎn)生一種固化產(chǎn)物，利用抗水合減緩劑加快在有廢料存在時(shí)水泥的固化。所使用的這樣一種抗水合減緩劑是硅酸鈉，它不僅用在含有硼酸的廢料中，并且還用在許多象油一類(lèi)的其它廢料中。使用水泥時(shí)，硅酸鈉的作用是，在有不同的廢料產(chǎn)物存在時(shí)，加快水泥固化。
因此，本發(fā)明歸屬于一種固化重量百分比含量大于30%的硼酸廢料漿的方法。它包括把硅酸鈉添加到廢漿中，以一份硼酸料漿比0.1至0.4份硅酸鈉(按重量計)，并且混合攪拌。
只要求添加一種成分，即硅酸鈉。由于硼酸的存在，這種工藝并不受到阻礙，相反正是硼酸及其低PH值環(huán)境，使該工藝生成了干燥堅硬的產(chǎn)物。這種工藝產(chǎn)生的封裝效果可以超過(guò)0.97。另外，離子交換樹(shù)脂漿也可以用硼酸在固化基體中經(jīng)過(guò)顆粒封裝處理。這項工藝可以在40%或濃度更高的硼酸中完成，脫水顆粒樹(shù)脂的百分率可以高達廢料總量的40%。
為了分別得到包括制備硅膠和四硼酸鈉在內的有關(guān)機理的定性數據，進(jìn)行了制備這兩種化合物的一系列基礎試驗。硅膠是通過(guò)降低幾種不同濃度的硅酸鈉溶液的PH值制備的，硅酸鈉溶液的濃度范圍按其中固體的重量百分數計為4.7%～28.6%。用來(lái)制備該溶液的硅酸鈉是Metso顆粒2048。硫酸的PH值調節在3～6之間。在這種低PH值環(huán)境下，硅酸鹽解離，形成了通常稱(chēng)作硅膠的長(cháng)的SiO2鏈。提高PH值這種反應很容易的可逆。在這些試驗中生成的硅膠具有低溶解性，但其結構質(zhì)量差。
四硼酸鈉是通過(guò)把硼酸和氫氧化鈉一起溶解的方法制備的，解離出的硼和鈉離子化合形成了四硼酸鈉鹽。所使用的硼酸與氫氧化鈉重量比為3∶1，該產(chǎn)物結構性能好但易于溶解。
通過(guò)把硅酸鈉與硼酸混合，上述兩種反應發(fā)生了。硅膠是通過(guò)用硼酸降低硅酸鈉溶液的PH值產(chǎn)生的，而四硼酸鈉是通過(guò)鈉和硼酸鹽離子的化合生成的。硅膠和四硼酸鈉的化合形成了具有所期望的結構和溶解特性的產(chǎn)物。當使用硼酸重量百分比含量大于30%的硼酸廢料漿并在其中加入硅酸鈉(硼酸廢料漿與硅酸鈉的重量比為1∶0.1～0.4)時(shí)，便會(huì )得到令人滿(mǎn)意的反應結果。例如，當使用硼酸的重量百分比含量為50%的硼酸料漿時(shí)，產(chǎn)生結果的混合比是1份硼酸料漿比0.25份硅酸鈉(按重量計)。
產(chǎn)生這種反應的工序只要求混合。由于料漿通常保持在不停的攪拌狀態(tài)下并且維持在高溫，因此不要求溫度和PH值調節，并且該工藝中需要的步驟數目少，硼酸的重量百分比含量大于30%的硼酸料漿在環(huán)境溫度下是粘稠的，必須保持在攪拌狀態(tài)。通過(guò)加熱可以使料漿粘度降低，但在大氣壓力下決不會(huì )完全溶解。
混合時(shí)將硅酸鈉慢慢添加到料漿中。堿和酸混合時(shí)產(chǎn)生了熱，在觀(guān)察到粘度突然增加以前繼續混合。對于少量樣品全部混合過(guò)程需要5至10分鐘，一但反應開(kāi)始，該混合物只需要幾秒鐘即可固化;幾分鐘內產(chǎn)品干燥，堅硬備以運輸。
用X射線(xiàn)衍射分析產(chǎn)品表明，形成的化合物是四硼酸鈉+水合物。在這種反應中生成的硅膠，由于是非晶態(tài)物質(zhì)沒(méi)有結晶結構，X射線(xiàn)衍射裝置不能判明。但是在本節一開(kāi)始時(shí)所敘述的一系列基礎試驗中確實(shí)表明，當硅酸鈉放在低PH值環(huán)境下，硅膠產(chǎn)生了。
對已固化的硼酸重量百分比含量為50%的樣品作了壓應力試驗。第一組樣品使用水泥和硅酸鈉作為固化劑，而第二組固化劑只使用下面的硅酸鈉水泥和硅酸鈉 硅酸鈉水 23.15重量百分比 40.0重量百分比硼酸 23.15重量百分比 40.0重量百分比水泥 46.30重量百分比 -硅酸鈉7.41重量百分比 20.0重量百分比這些試樣具有圓筒型結構，直徑3英尺，高6英尺。圓筒放在水壓機上測定其極限強度，使用水泥和硅酸鈉的試樣表明強度低于100磅/英寸2，而只使用硅酸鈉的試樣極限強度在500～700磅/英寸2之間。
一種滿(mǎn)標內容器試驗在55加侖圓筒中進(jìn)行，以測定在固化中是否存在任何按比例擴大問(wèn)題。含有14.4加侖的水和120磅硼酸的重量百分比為50%的硼酸料漿在圓筒中制備，一個(gè)混合攪拌葉片以30轉/分攪拌泥漿，將60磅的硅酸鈉慢慢添加到泥漿中。攪拌20分鐘以后，混合物開(kāi)始固化，混合攪拌葉片隨即停止攪拌并從圓筒中取出。5分鐘內混合物固化。圓筒密封24小時(shí)，然后切一半檢驗產(chǎn)品質(zhì)量。在整個(gè)的基體中，產(chǎn)品完全干燥堅硬，混合物均勻一致，沒(méi)有裂縫、鼓泡。通過(guò)讀出廢料體積對已固化的產(chǎn)品體積的比率，測定出封裝效果為98%。
試驗進(jìn)一步表明，硼酸廢料漿中存在的離子交換樹(shù)脂顆粒沒(méi)有阻礙也沒(méi)有降解通過(guò)添加硅酸鈉生成的產(chǎn)品，只要硼酸的重量百分比濃度高于40%。
在某些情況下，生產(chǎn)硼酸廢料漿人員添加氫氧化鈉中和廢料中產(chǎn)品的酸度。如果硼酸用氫氧化鈉中和，將降低PH值。這可以通過(guò)添加一種象硫酸這樣的酸來(lái)達到目的。然后再加入硅酸鈉，反應則可進(jìn)行。但是，固化已中和的硼酸廢料漿時(shí)，先添加硅酸鈉，以保證在添加硫酸一類(lèi)的酸降低PH值至中和前的程度以前，硅酸鈉充分溶解。然后固化將迅速發(fā)生，形成一種如上所述的滿(mǎn)意的產(chǎn)品。
進(jìn)一步的試驗表明，密切相關(guān)的物質(zhì)硅酸鉀，在與硼酸反應中不能產(chǎn)生如同硅酸鈉所具有的期望性質(zhì)的產(chǎn)品。這可以被認為是，與硼酸反應，硅酸鉀不能生成四硼酸鈉+水化合物。
權利要求
1.一種硼酸的重量百分比含量大于30%的廢料漿的固化方法，其特征在于以一份的硼酸料漿對0.1至0.4份(按重量計)的硅酸鈉的比率把硅酸鈉添加到廢料漿中并且混合攪拌。
2.根據權項1所述的方法，其特征在于廢料漿中含有重量百分比小于40%的離子交換樹(shù)脂和重量百分比大于40%的硼酸。
3.根據權項1所述的方法，其特征在于一份硼酸廢料漿與大約0.25份(按重量計)硅酸鈉混合。
4.根據權項1，2或3的方法，其特征在于降低廢料漿的酸度，并在添加硅酸鈉后，酸加入到所得到的混合物中，使酸度降低的料漿恢復到其原有的PH值。
5.根據權項4所述的方法，其特征在于酸是硫酸。
含有高濃度硼酸，即硼酸的重量百分比含量大于30％的廢料漿的固化方法。把硅酸鈉添加到硼酸廢液中并且混合攪拌；一種干燥、堅硬的產(chǎn)品生成。該工藝并不受存在高于40％脫水顆粒樹(shù)脂的限制。