密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的密度测量方法

摘要

一种密度测量方法，包括以下步骤：将待测样品分别浸没于不同种类溶剂中，获得所述待测样品浸没于每一种所述溶剂时溢出的溶剂的体积，并根据所述体积以及所述待测样品的质量计算所述待测样品的密度；使所述待测样品在每一种所述溶剂中进行溶解，并计算所述待测样品在每一种所述溶剂中的溶解度；根据所述待测样品在每一种所述溶剂中的所述溶解度以及所述待测样品的所述密度，获得所述密度随所述溶解度变化的拟合函数；在所述溶解度取值为零时，根据所述拟合函数，计算获得一密度，该密度即为所述待测样品的测量密度。上述方法有助于降低利用排液法或排水法测密度时待测样品发生溶解所造成的测量误差，提高密度测量的准确性。

说明书

技术领域

本申请实施例涉及密度测量技术领域，具体涉及一种密度测量方法及放射性废液的煅烧产物的密度测量方法。

背景技术

测量固体样品密度的方法包括排气法和排水法。例如对于易溶于水的样品，可通过排气法测量其密度。例如对于形状不规则的样品，可通过排水法测量其密度。

对于一些多孔固体样品(孔隙包括肉眼观察不到的微孔隙)，样品的孔隙容易吸附水，或者当样品的至少部分组分溶于水时，采用上述排气法和排水法测量该样品的密度，将产生测量误差，无法准确地表征该样品的测量密度，使得测量密度与样品的真实密度相差较大。

乏燃料后处理产生的放射性废液具有比活度高、释热率高、含核素半衰期长和化学成分复杂等特点，如何安全有效地处理放射性废液是影响核事业可持续发展的重要因素之一。近年来，玻璃固化工艺已用于处理放射性废液。玻璃固化工艺先通过煅烧对放射性废液进行预处理，使其转化为氧化物(称之为煅烧产物)，再将其与玻璃基材按一定配比在熔炉中混合、熔融、浇注，经退火后使放射性核素固定在玻璃网络中形成稳定的玻璃固化体。

放射性废液经煅烧工艺获得煅烧产物，煅烧工艺是指将放射性废液与添加剂按一定配比进行蒸发脱硝、干燥浓缩、除去挥发性组分(水和硝酸)得到的金属盐在高温条件下煅烧，金属盐中的不挥发氧化物进一步分解转变，得到非均质的含裂变产物、锕系元素和腐蚀产物的固相煅烧产物体系。

煅烧产物疏松多孔，暴露于空气中时容易吸收空气中的水分或水蒸气，使用排气法测量煅烧产物的体积时，煅烧产物的孔隙吸附有部分水分子，从而改变煅烧产物的孔隙率，造成测量结果不准确，使用排水法测量煅烧产物的体积时，由于煅烧产物部分溶于水，同样造成其体积测量不准确，使得煅烧产物密度测量不准确。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提出一种密度测量方法，包括以下步骤：将待测样品分别浸没于不同种类溶剂中，获得所述待测样品浸没于每一种所述溶剂时溢出的溶剂的体积，并根据所述体积以及所述待测样品的质量计算所述待测样品的密度；使所述待测样品在每一种所述溶剂中进行溶解，并计算所述待测样品在每一种所述溶剂中的溶解度；根据所述待测样品在每一种所述溶剂中的所述溶解度以及所述待测样品的所述密度，获得所述密度随所述溶解度变化的拟合函数；在所述溶解度取值为零时，根据所述拟合函数，计算获得一密度，该密度即为所述待测样品的测量密度。

附图说明

图1是根据本申请实施例的密度测量方法的原理示意图；

图2是本申请一个实施例的密度测量方法的流程示意图；

图3是拟合函数过程中筛选数据的示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

本申请所描述的方法可适用于多孔材料。该多孔材料具有孔隙分布，其暴露于空气中或者浸没于水中时，这些孔隙容易吸附水蒸气或者水分通过一些微孔不断渗入多孔材料，使得多孔材料的孔隙分布、重量等发生改变。密度是多孔材料的一项物理性能，其对材料的机械性能等具有重要影响。

多孔材料例如包括放射性废液经煅烧后的煅烧产物。放射性废液是指核能利用过程中或乏燃料后处理过程中产生的具有比活度高、释热率高、含核素半衰期长、腐蚀性大的放射性废物，其对环境具有较大的危害，必须妥善处理。玻璃固化是处理放射性废液的方法之一，能够将放射性废液转化为玻璃固化体。通常，玻璃固化工艺可以包括对放射性废液预处理，例如采用煅烧的方式将放射性废液转化为煅烧产物。该煅烧产物组成包括金属氧化物，其结构为具有孔隙分布的颗粒状、粉末状或块状。该煅烧产物暴露于空气中时，其表面的孔隙容易吸附空气中的水蒸气。该煅烧产物组成还包括硝酸盐等，使得煅烧产物的部分溶解于水。

采用常规的排气法或排水法测量煅烧产物的密度时，其表面孔隙容易吸附空气中的水蒸气，或者煅烧产物的部分溶解于水，使得煅烧产物的体积或重量的测量变得不准确，因而难以准确获得煅烧产物的测量密度。

本申请实施例根据煅烧产物的性质，在排水法的基础上，优化其体积或重量的测量，从而提高所获得的煅烧产物的测量密度的准确性。

图1示出了本申请实施例的密度测量方法的原理示意图。

采用排水法测量待测样品的密度为：将待测样品完全浸没于水中时，测量排出的水的体积记为V；或者先测量容器中盛有的水的体积记为V

然而，当待测样品的部分溶解于水时，上述体积测量存在误差，从而导致待测样品的密度测量存在误差，使得待测样品的测量密度比实际密度偏大。

在排水法的基础上扩展，可通过将待测样品浸没于不同种类的溶剂中来测量其体积。申请人发现，待测样品在溶剂中的溶解度越小，测得的密度越接近待测样品的真实密度。由此，一方面通过排液法(即采用不同种类的溶剂来代替水)测量待测样品的密度，该密度并非为待测样品最终的测量密度，另一方面，考察待测样品在各溶剂中的溶解度，通过将上述获得的密度和溶解度进行关联，例如将一系列密度和一系列溶解度关联建立两者的对应关系获得拟合函数，通过将拟合函数外推至溶解度为零时得到待测样品的测量密度，来消除待测样品发生溶解所造成的测量误差。即假设待测样品在一些溶剂中不发生溶解，此时利用排液法测量其体积，再根据测得的体积和待测样品的质量获得待测样品的测量密度，该测量密度更接近其真实密度。这里所说的测量密度是指利用上述方法获得的待测样品的密度，以区别于直接用排水法或排液法测量其体积并计算所得的密度。

图2示出了本申请一个实施例的密度测量方法的流程示意图。

密度测量方法，包括以下步骤：

S101、将待测样品分别浸没于不同种类溶剂中，获得待测样品浸没于每一种溶剂时溢出的溶剂的体积，并根据体积以及待测样品的质量计算待测样品的密度。

待测样品包括具有一定孔隙分布的固体材料，例如放射性废液经煅烧后的煅烧产物。该煅烧产物的组成包括能够溶解于水或其他溶剂的部分。本申请所描述的溶剂可以包括有机溶剂，煅烧产物在溶剂中具有一定溶解度。可选地，溶剂为无挥发性或挥发性较小的无毒或毒性较小的溶剂，有利于降低挥发带来的测量误差，同时减少对操作人员的伤害，溶剂例如包括酯类溶剂。

结合图1中原理，这里根据排液法获得的待测样品的密度并非是待测样品最终的测量密度，是用于与后续测量所得的溶解度建立关系。

S103、使待测样品在每一种溶剂中进行溶解，并计算待测样品在每一种溶剂中的溶解度。

待测样品在不同溶剂中具有不同的溶解度，该溶解度例如小于待测样品在水中的溶解度。

对待测样品溶解时，可使待测样品在溶剂中充分溶解，以提高溶解度测量的准确性。例如可通过如下方法对待测样品溶解并获得其溶解度：将质量为m

可以理解的是，还可以采用其他方法获得待测样品在各溶剂中的溶解度。

S105、根据待测样品在每一种溶剂中的溶解度以及待测样品的密度，获得密度随溶解度变化的拟合函数。

由上述方法获得的待测样品的密度和溶解度，例如待测样品在溶剂1中的溶解度为ω

考虑到利用排液法测量待测样品的密度时，待测样品在溶剂中存在一定溶解，通过建立密度和溶解度之间的关系，有助于分析密度随溶解度变化的规律，以便通过一定措施降低或消除溶解对密度测量造成的误差，从而提高密度测量的准确性。

S107、在溶解度取值为零时，根据拟合函数，计算获得一密度，该密度即为待测样品的测量密度。

经实验发现，待测样品在溶剂中的溶解度越小，测得的密度越接近待测样品的真实密度。通过对拟合函数进行外推，使拟合函数的曲线(或直线)与纵坐标相交，交点处对应的密度值即为待测样品的测量密度值。

本申请实施例通过关联待测样品在溶剂(包括水)中的溶解度和利用该溶剂通过排液法测得的样品的密度，来分析两者的变化规律，并结合函数外推来获得待测样品的测量密度，降低溶解对于密度测量造成的误差。

在一些实施例中，待测样品为多孔材料，例如放射性废液经煅烧后的煅烧产物。由于煅烧产物具有孔隙分布，利用上述步骤S101测量密度时，仍存在测量误差。本申请实施例的方法还包括对待测样品预处理，例如在将待测样品浸没于溶剂之前，对待测样品进行破碎处理。破碎前的煅烧产物内部可能包含一些孔隙，在这种情况下进行排液测体积造成体积偏大(即排出的液体的体积偏大)，从而影响密度测量。通过对待测样品破碎，例如将待测样品处理成具有预设尺寸的形状，或者研磨成具有预设尺寸的颗粒状，消除待测样品内部较大的孔隙或者使孔隙暴露，能够提高利用排液法测体积的准确性，从而提高密度测量的准确性。

在一些实施例中，上述步骤S105中，对一系列溶解度和密度进行函数拟合时，可通过筛选数据来提高函数拟合的效果。例如密度随溶解度的变化呈线性变化时，拟合函数为线性方程，以一个溶解度数据和对应的一个密度数据作为一个元素，对获得的所有元素进行筛选，例如当一些元素的数值明显偏离上述线性关系时，可能会影响函数拟合的效果，本实施例可通过剔除这些不合适的元素，而将剩余的元素作为函数拟合的基础来克服函数拟合的误差。

如图3所示，密度随溶解度大致呈线性变化，图中包括5个元素11-15，其中元素12明显偏离拟合函数所在的线性方程，通过将元素12舍弃，以其他四个元素来拟合函数从而提高函数拟合的效果。当然，在一些实施例中，当舍弃元素12之后，还可以通过获得更多符合条件的元素来增加有效元素的数量，通过增加用于函数拟合的元素的数量来提高函数拟合的效果，进一步精确密度随溶解度变化的趋势。

在其他一些实施例中，密度随溶解度呈非线性变化，拟合函数为非线性方程，在这种情况下，可通过例如迭代法、最小二乘法、神经网络方法等对密度和溶解度进行曲线拟合。具体的曲线拟合方法可参考现有技术中的方法，本申请实施例不作限定。

在一些实施例中，待测样品为多孔材料，例如放射性废液经煅烧后的煅烧产物。由于煅烧产物具有孔隙分布，利用上述步骤S101测量密度时，仍存在测量误差。为了降低误差，可对密度测量进行修正。

待测样品浸于溶剂中时，可能存在这样的情况：待测样品对溶剂吸附，或者一部分溶剂通过待测样品表面的微孔不断渗入，使得待测样品在溶剂中称重变得不准确，从而导致密度测量不准确。

在一些实施例中，步骤S101包括：

S1011、将待测样品浸没于溶剂之前，对待测样品表面暴露的至少部分孔隙涂覆防水材料。

S1012、根据待测样品浸没于溶剂时溢出的溶剂的体积和待测样品的质量计算待测样品的密度。假设待测样品浸没于溶剂时溢出的溶剂的体积为V

上式中，ρ'为溶剂的密度。

由此，待测样品的密度可通过如下公式获得：

当待测样品为多孔材料时，利用防水材料阻止多余的水吸附或渗入多孔材料，有助于提高待测样品在溶剂中测量其重量的准确性，从而提高其密度测量的准确性。

其中，防水材料可以喷涂在孔隙(凹陷的)表面，通过控制防水材料的厚度等参数减小其对待测样品测量重量、体积的影响。防水材料例如是高分子材料。防水材料与溶剂不发生任何反应，在溶剂中的溶解度为零，以确保其防水效果。

可以理解的是，上述密度ρ

待测样品如煅烧产物的孔隙例如包括封闭部分孔隙(与外界不相通)和开口部分孔隙(与外界相通)，当煅烧产物浸于溶剂中时，一部分开口孔隙会不断渗入溶剂，经一段时间后趋于稳定。此时待测样品在溶剂中称重时，造成称量不准确。

在另一些实施例中，步骤S101包括：

S1014、测量待测样品被溶剂占据的孔隙的体积。

S1015、根据待测样品浸没于溶剂时溢出的溶剂的体积、待测样品被溶剂占据的孔隙的体积以及待测样品的质量计算待测样品的密度。

假设待测样品浸没于溶剂时溢出的溶剂的体积为V

假设待测样品被溶剂占据的孔隙的体积为V

上式中，ρ'为溶剂的密度。

由此，待测样品的密度可通过如下公式获得：

可以理解的是，上述密度ρ

本申请实施例通过步骤S1011-S1012，或者步骤S1014-S1015来优化步骤S101中获得的密度的准确性。进一步，通过将获得的密度与待测样品在各溶剂中的溶解度关联，建立密度随溶解度变化的关系，来降低溶解对待测样品的测量密度的影响。

根据本申请实施例的密度测量方法，适用于测量放射性废液经煅烧得到的煅烧产物的密度。当然，也适用于测量与煅烧产物性质相近的样品的密度。

对于本申请的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。