本發明涉及一種用于核反應堆裝置中密封、保存、隔離放射性廢液的鈹硅酸鹽玻璃。
背景技術：
在核反應堆等核燃料再生設備中會產生中等放射性的放射性廢水，目前主要通過瀝青化或水泥固化來處理。但是，采用瀝青處理有幾個主要缺點：穩定性降低，易著火，使用范圍有限，機械強度低。采用水泥處理的費用適中、運用簡單、機械強度好，穩定性持久。但是水泥固化有二個顯著的缺點：包覆后廢料體積加倍；影響所獲得材料的預期壽命。另外，現在人們也在研究采用玻璃密封放射性廢液，由于其具有無定形狀態，因此相比常用的瀝青和水泥具有明顯優點。但是由于玻璃是亞穩態材料，由于鈉等堿性元素的存在，導致玻璃對化學侵蝕的敏感性較強，造成玻璃基體改變，密封穩定性不好。為了部分抵消鈉的有害作用，在石英玻璃中加入硼，從而提供稱作“硼硅酸鹽玻璃”的玻璃。但是，硼硅酸鹽玻璃的穩定性、機械強度以及抗腐蝕能力仍不能滿足人們密封中等放射性廢液的需要。
技術實現要素：
本發明公開了一種鈹硅酸鹽玻璃，其對輻射具有極高的穩定性、極好的機械強度、極高的抗化學腐蝕能力，該玻璃可以在體積縮小的情況下很好的密封、保存、隔離廢液。本發明的鈹硅酸鹽玻璃包括質量百分比表示的以下成分：a)SiO2：42-49b)BeO：15-20c)Na2O：11-14d)Al2O3：5-10e)至少一種過渡元素的氧化物：3-6.5；f)至少一種稀土元素氧化物：3-6.5；g)NpO2：3-6.5；h)HfO2：5-8；并且，所述玻璃的組成成分的重量百分比進一步地滿足下列不等式：(1)SiO2+Al2O3＜60％(2)71％＜SiO2+BeO+Na2O＜85.5％(3)BeO/Na2O＞1.3。在優選實施例中，所述玻璃中BeO的含量為16～19%；更優選19%。在優選實施例中NpO2的含量為4～5%。本發明還公開了一種處理中等放射性的放射性廢液的方法，其中，將選擇性添加有焙燒助劑的所述廢液焙燒，從而獲得焙燒產物，然后將玻璃化助劑添加到所述焙燒產物中，在水冷坩堝中將所述焙燒產物和所述玻璃化助劑熔化，得到玻璃熔料，然后將所述玻璃熔料冷卻，由此獲得上述鈹硅酸鹽玻璃。本發明的玻璃具有特殊組成的成分及范圍，首先具有常規硅酸鹽玻璃均包括的SiO2、Na2O、Al2O3，保證玻璃的常規性能，在此基礎上，本發明的玻璃具有BeO，Be元素很好的抵銷了玻璃中Na元素對其化學腐蝕性帶來的不利影響，極大地增強了玻璃的穩定性和耐腐蝕能力，這是現有技術中尚未發現的，包括HfO2很大程度的增強了機械強度，也是現有技術中尚未有人采用的；另外，由于具有過渡元素氧化物、稀土氧化物和錒系元素氧化物，有利的增強了其穩定性和抗腐蝕能力。與現有技術中的硼硅酸鹽玻璃適合密封高放射性廢液不同，本發明的鈹硅酸鹽玻璃始于密封中等放射性的放射性廢液。采用本發明的玻璃密封中等放射性廢料，克服了瀝青處理或水泥膠結有關的缺陷。另外，本發明的玻璃可以容易地通過下文所述的焙燒、水冷坩堝玻璃化類型的方法獲得。具體實施方式下面結合具體實施方式詳細描述本發明的鈹硅酸鹽。本發明的鈹硅酸鹽玻璃包括質量百分比表示的以下成分：a)SiO2：42-49b)BeO：15-20c)Na2O：11-14d)Al2O3：5-10e)至少一種過渡元素的氧化物，優選Fe2O3、Cr2O3、MnO2、TcO2、RuO2：3-6.5；f)至少一種稀土氧化物，優選為，La2O3、Nd2O3、Gd2O3、Pr2O3、CeO2：3-6.5；g)至少一種錒系元素氧化物，例如UO2、ThO2、Am2O3、PuO2、CmO2、NpO2：3-6.5；h)HfO2：5-8；并且，所述玻璃的組成成分的重量百分比進一步地滿足下列不等式：(1)SiO2+Al2O3＜60％(2)71％＜SiO2+BeO+Na2O＜85.5％(3)BeO/Na2O＞1.3。實施例1：本發明的鈹硅酸鹽玻璃包括質量百分比表示的以下成分：a)SiO2：45b)BeO：16c)Na2O：11d)Al2O3：5e)至少一種過渡元素的氧化物：5；f)至少一種稀土元素氧化物：5；g)NpO2：5；h)HfO2：8。實施例2本發明的鈹硅酸鹽玻璃包括質量百分比表示的以下成分：a)SiO2：46b)BeO：16c)Na2O：11d)Al2O3：5e)至少一種過渡元素的氧化物，優選Fe2O3、Cr2O3、MnO2、TcO2、RuO2：4.5；f)至少一種稀土元素氧化物：5.5；g)NpO2：5；h)HfO2：7。實施例3本發明的鈹硅酸鹽玻璃包括質量百分比表示的以下成分：a)SiO2：45b)BeO：19c)Na2O：11d)Al2O3：5e)至少一種過渡元素的氧化物，優選Fe2O3、Cr2O3、MnO2、TcO2、RuO2：4.5；f)至少一種稀土元素氧化物：4.5；g)NpO2：4；h)HfO2：7。本發明還公開了一種處理中等放射性的放射性廢液的方法，其中，將選擇性添加有焙燒助劑的所述廢液焙燒，從而獲得焙燒產物，然后將玻璃化助劑添加到所述焙燒產物中，在水冷坩堝中將所述焙燒產物和所述玻璃化助劑熔化，得到玻璃熔料，然后將所述玻璃熔料冷卻，由此獲得上述鈹硅酸鹽玻璃。其中所述焙燒助劑選自硝酸鋁、硝酸鐵、硝酸鋯、稀土硝酸鹽、或它們的混合物。其中所述焙燒助劑是硝酸鋁和硝酸鐵的混合物。所述焙燒產物和所述玻璃化助劑的熔化在1,200℃到1,300℃、優選1,250℃的溫度下進行。本發明的玻璃首先具有常規硅酸鹽玻璃均包括的SiO2、Na2O、Al2O3，保證玻璃的常規性能，在此基礎上，本發明的玻璃具有BeO，鈹相比硼可以更好的抵銷玻璃中Na元素對其化學腐蝕性帶來的不利影響，且不會產生寄生效應，極大地增強了玻璃的穩定性和耐腐蝕能力，這是現有技術中尚未發現的。玻璃中包括的HfO2可以增強其機械強度；另外，由于具有過渡元素氧化物、稀土氧化物和錒系元素氧化物，增強了其穩定性和抗腐蝕能力。從以上對本發明的描述可明顯得知，本發明可以以許多形態來進行變化。而這些變化將不能被認為超過了本發明的技術思想和范圍。并且，對于本領域技術人員而言，這些顯而易見的變型方式都包括在本發明保護的范圍之內。