[科普中国]-放射性废物固化

简介

**释文：**放射性废物固化是使气态、液态或固体废物转变为性能指标满足处置要求的整块性固化体。其目的是形成一种适于装卸、运输和暂存，性能满足处置要求的物体。已开发的废物固化的方法很多，有水泥固化、沥青固化、聚合物固化、玻璃固化、人造岩石固化等等。使用最多的是水泥固化，最有发展前景的是玻璃固化。水泥固化、沥青固化、聚合物固化通常用于固化低于中水平的放射性废液、化学泥浆、蒸残液和废物树脂等。玻璃固化主要用于固化高放废液，人造岩石固化主要用于固化锕系核素废物。不同类型废物应选用不同固化方法，综合考虑安全性、可行性和经济性。放射性废物安全有效的处置是世界各国关注的重要课题,也是核工业健康、可持续发展的重要保证。1

借助于固化基材把放射性废物转化为稳定的固体，使放射性核素（见放射性、核素）固定的处理技术。固化产物称为固化体。固化体应具有尽可能好的化学稳定性（尤其是低的浸出率）、机械稳定性、热稳定性和辐照稳定性。固化方法应使废物包容量高，固化基材与废物组分相容性好和工艺简单，处理费用低。20世纪50年代以来，已研究过多种固化方法,有些已用于工业,但还没有一种普遍适用于固化各类放射性废液的方法。（见彩图）

背景理想的固化体要求具有优越的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性、较高的货载量,要求设备简单,生产能力大,投资和运行费用低,无废气净化问题,原料易得,固化生产过程二次污染少。现在的主要固化方法(玻璃固化、陶瓷固化、水泥固化)各有优缺点。目前对于高放废液主要用玻璃固化,对于中、低废物主要用水泥固化。2

高放废物固化普遍认为固化处理是贮存和处置高放（射性）废液的安全可行的方法。高放废液固化方法按固化体形式可分为四类：

①放射性废物玻璃固化，主要为形成硼硅酸盐玻璃固化体和磷酸盐玻璃固化体（见玻璃）；

②放射性废物陶瓷固化，使放射性核素作为晶体的组成部分而固定的固化方法,主要有玻璃-陶瓷固化体（合适组成的硼硅酸盐玻璃固化体经热处理而部分析晶的产物）、过煅烧陶瓷固化体（废液与硅、铝、锶等添加剂一起转化为煅烧物后再经高温处理的产物）、交换剂热压陶瓷固化体（用特制的水合氧化物型无机离子交换剂吸附放射性核素后再经热压烧结的产物）等；

③放射性废物复合固化，主要有包覆煅烧物固化体（煅烧物颗粒用碳化硅、热解碳或氧化铝等惰性材料包覆的产物）、金属固化体（煅烧物颗粒或玻璃珠嵌入低熔点金属或合金的产物）、多隔离层固化体（陶瓷固化体颗粒用惰性材料包覆后嵌入低熔点金属或合金的产物）等；

④放射性废物合成岩石固化，废液和霞石、碱硬钛矿石、白榴石和氧化锆等高温熔融，形成与天然岩石晶体结构相同的固体，放射性核素作为晶体组成部分而固定。

硼硅酸盐玻璃固化体稳定性较好、工艺简单，但有可能析出晶体，改变玻璃性质，影响长期贮存的安全性。陶瓷固化体和复合固化体稳定性好，但工艺复杂，技术上要求较高。

合成岩石是基于天然岩石的长期稳定性的一种固化方法，70年代中开始研究，80年代颇受重视。

中、低放废物固化按固化基材分为三种：

①放射性废物水泥固化（见水泥），它最早投入工业规模应用，其工艺和设备简单，处理费用低，但固化体浸出率较高，只适合于处理放射性水平较低的废物；

②放射性废物沥青固化，已用于工业，固化体稳定性好，但工艺和设备复杂，适用于处理放射性水平较高的废物；

③放射性废物塑料固化，适于处理中、低放射性水平的废物，是晚于前两种方法的一种新的方法。