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(shè)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(xiàn)在能夠在核電廠中產(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(yùn)送前需要等幾天時(shí)間。在硼酸廢料漿中有時(shí)發(fā)現(xiàn)離子交換樹脂，它們表現(xiàn)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(dá)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(qiáng)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(jié)晶水量為止。這種濃縮物排進(jìn)容器中，在里面冷卻和結(jié)晶，這樣水就同時(shí)進(jìn)入到固體結(jié)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(xiàn)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(jù)說，這種方法促進(jìn)了各種含有硼酸液的普通核電廠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(jì))，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(jiān)硬的產(chǎn)物。這種工藝產(chǎn)生的封裝效果可以超過0.97。另外，離子交換樹脂漿也可以用硼酸在固化基體中經(jīng)過顆粒封裝處理。這項(xiàng)工藝可以在40%或濃度更高的硼酸中完成，脫水顆粒樹脂的百分率可以高達(dá)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(nèi)的有關(guān)機(jī)理的定性數(shù)據(jù)，進(jìn)行了制備這兩種化合物的一系列基礎(chǔ)試驗(yàn)。硅膠是通過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?jǐn)?shù)計(jì)為4.7%～28.6%。用來制備該溶液的硅酸鈉是Metso顆粒2048。硫酸的PH值調(diào)節(jié)在3～6之間。在這種低PH值環(huán)境下，硅酸鹽解離，形成了通常稱作硅膠的長的SiO2鏈。提高PH值這種反應(yīng)很容易的可逆。在這些試驗(yàn)中生成的硅膠具有低溶解性，但其結(jié)構(gòu)質(zhì)量差。
四硼酸鈉是通過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(jié)構(gòu)性能好但易于溶解。
通過把硅酸鈉與硼酸混合，上述兩種反應(yīng)發(fā)生了。硅膠是通過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(jié)構(gòu)和溶解特性的產(chǎn)物。當(dāng)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)，便會得到令人滿意的反應(yīng)結(jié)果。例如，當(dāng)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(jié)果的混合比是1份硼酸料漿比0.25份硅酸鈉(按重量計(jì))。
產(chǎn)生這種反應(yīng)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(diào)節(jié)，并且該工藝中需要的步驟數(shù)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)。通過加熱可以使料漿粘度降低，但在大氣壓力下決不會完全溶解。
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，在觀察到粘度突然增加以前繼續(xù)混合。對于少量樣品全部混合過程需要5至10分鐘，一但反應(yīng)開始，該混合物只需要幾秒鐘即可固化;幾分鐘內(nèi)產(chǎn)品干燥，堅(jiān)硬備以運(yùn)輸。
用X射線衍射分析產(chǎn)品表明，形成的化合物是四硼酸鈉+水合物。在這種反應(yīng)中生成的硅膠，由于是非晶態(tài)物質(zhì)沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，X射線衍射裝置不能判明。但是在本節(jié)一開始時(shí)所敘述的一系列基礎(chǔ)試驗(yàn)中確實(shí)表明，當(dāng)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(yīng)力試驗(yàn)。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(jié)構(gòu)，直徑3英尺，高6英尺。圓筒放在水壓機(jī)上測定其極限強(qiáng)度，使用水泥和硅酸鈉的試樣表明強(qiáng)度低于100磅/英寸2，而只使用硅酸鈉的試樣極限強(qiáng)度在500～700磅/英寸2之間。
一種滿標(biāo)內(nèi)容器試驗(yàn)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(kuò)大問題。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，一個混合攪拌葉片以30轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢枘酀{，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(nèi)混合物固化。圓筒密封24小時(shí)，然后切一半檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量。在整個的基體中，產(chǎn)品完全干燥堅(jiān)硬，混合物均勻一致，沒有裂縫、鼓泡。通過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(yàn)進(jìn)一步表明，硼酸廢料漿中存在的離子交換樹脂顆粒沒有阻礙也沒有降解通過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。這可以通過添加一種象硫酸這樣的酸來達(dá)到目的。然后再加入硅酸鈉，反應(yīng)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意的產(chǎn)品。
進(jìn)一步的試驗(yàn)表明，密切相關(guān)的物質(zhì)硅酸鉀，在與硼酸反應(yīng)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(rèn)為是，與硼酸反應(yīng)，硅酸鉀不能生成四硼酸鈉+水化合物。
權(quán)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(jì))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(jù)權(quán)項(xiàng)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%的離子交換樹脂和重量百分比大于40%的硼酸。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)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(jì))硅酸鈉混合。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)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(fù)到其原有的PH值。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)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(jiān)硬的產(chǎn)品生成。該工藝并不受存在高于40％脫水顆粒樹脂的限制。