贮存在SEPEC的高放废液存在对环境造成污染的威胁,必须把它固化成一种稳定的形式,以便于长期、安全地贮存。国际上对高放废液的固化处理通常采用玻璃固化方法,自上世纪50年代以来,玻璃固化已开发了许多工艺,主要有罐式法、煅烧-熔融两步法、焦耳加热陶瓷熔炉法、冷坩锅法等。目前国际上应用得多的是焦耳加热陶瓷熔炉,国外电熔炉运行和管理已有许多成功经验,但也有不少教训。为此针对SEPEC的高放废液进行了长期的玻璃固化配方研究。通常玻璃组成的设计与确定采取如下步骤:（1）列出设计玻璃的性能要求;（2）拟定玻璃的组成;（3）实验、测试、确定组成,（4）在池炉中进行生产试验。为VPC项目进行玻璃研制工作的主要目的是我国已颁行业标准《放射性废物体和废物包特性鉴定》EJ1186-2005所规定的。它包括玻璃的物理和化学性能、质量参数等。高放废液中硫和钠含量高,腐蚀产物的含量也高。这使我们预想到氧化物残渣只能慢慢地在熔池顶部反应并熔融,这使得形成玻璃的动力学过程变慢。硫在硼硅酸盐熔融体中的溶解性较低,这会引起废物玻璃对硫的包容能力受到限制。因此,提供硫包容进硼硅酸钠玻璃中的方法对这个项目非常重要。研究工作分如下几个方面有步骤地进行:第一方面研究工作,要准确测定待固化处理的对象-高放废液。第二方面研究工作,对前期实验室研究推荐的配方开展工业规模台架运行验证试验。考察长期运行功能;测定在工业规模玻璃固化装置上的处理能力;测定工艺性能和产品质量;评价产品玻璃的熔融浇注行为、均匀性;研究熔池顶部可能出现的黄相;分析试验重复性等。第三方面研究工作,需要在实验室研制一种能提高硫包容能力的硼硅酸盐玻璃,以达到玻璃中废物氧化物的包容率至少为16wt%,并避免在熔融玻璃池顶部出现黄相的积累,以及能够达到规定的废物玻璃标准。第四方面研究工作,对在实验室研制的、为了增加对硫包容能力的废物玻璃进行工艺验证。通过工艺运行验证:能够容易溶解VPC模拟废液中的硫;具有易于玻璃熔制的性能;玻璃符合规定的质量要求。根据高放废液分析测试结果表明:高放废液中氧化物总量为108 g/l,氧化物残渣主要由4种氧化物构成,即:Na₂O 45.1g/l、Fe₂O₃ 19.7g/l、UO₂ 12.4g/l和Al₂O₃ 8.8g/l。SO₃的含量为4.6g/l,剩下的14.8g/l废物氧化物由12种其它氧化物组成。在放射化学上最重要的成分是:Cs₂O为0.73g/l,SrO为0.23g/l。高放废液含1.5mol/l的自由硝酸。使用前期实验室研制推荐的配方,分别在德国和中国进行了四轮冷台架运行试验。验证试验结果表明:（1）工艺装置的处理能力可达到45l/h;四轮运行数据具有较好的重复性。（2）由于SEPEC的高放废液中硫的含量比较高,硫未能完全溶解进入废物玻璃中,以Na₂SO₄的形式,分离成液态的第二相（黄相）,漂浮在熔融玻璃池的顶部,在运行期间富集起来。（3）大约三分之一的试验样品的化学稳定性没能符合我国已颁标准EJ1186-2005规定的要求。（4）试验产生的玻璃均匀性、透明性、外观质量都很好。寻找对硫有符合要求包容能力的玻璃配方,这个目的是不容易达到的。硫在玻璃熔融体中形成一种相对较大的四面体结构,它们不容易被玻璃网络吸收。关键的废物玻璃组成设计思路是:（1）废物玻璃组成中,SiO₂作为主要的玻璃网络形成氧化物,在Na₂O/（B₂O₃+Al₂O₃）的分子比大于1时,B₂O₃和Al₂O₃具备形成四面体的组成条件,起到补网作用,SiO₂、B₂O₃和Al₂O₃以四面体为结构单元组成不规则的连续网络,是废物玻璃的骨架。（2）Li₂O、CaO、MgO、BaO等碱性氧化物成分产生混合碱效用,既维持好的工艺性能和废物玻璃质量,又使玻璃网络解聚,有利于包容高放废液氧化物。（3）添加如Sb₂O₅和V₂O₅这样的氧化物,它们作为玻璃化学反应:SO₄^2-≒O^2-+SO₂+1/2O₂的氧源,当熔融体中O^2-和O₂越多,则平衡向左移动,硫能够尽量以SO₄^2-的形式留在玻璃熔融体里,有更多机会被包容进玻璃网络中,而不是以SO₂或SO₃的形式进入尾气。在实验室总共准备了180个玻璃批样,对每个含有所有废物氧化物的样品进行研究。先找到几种提高硫包容能力的玻璃化学成分,确定了硫在这种废物玻璃中所呈现的化学形式,把对硫包容能力有希望的废物玻璃成分再进行审查,选择出候选的废物玻璃成分。对废物玻璃的工艺参数和质量参数进行进一步的测量,对候选的废物玻璃配方稍微作一些改进,以满足规定的数据,在这些改进后,产生预选的废物玻璃。在最后一步,对该预选的废物玻璃成分又进一步作了微小的改进,这个工作的结果是,确定最后的废物玻璃—即推荐配方。最后的VPC废物玻璃的工艺测试验证是在德国FZK-INE的PVA冷台架上进行的。进行的该玻璃配方试验是为了验证在工艺规模下的这些关键性能:能够容易溶解模拟废液中的硫;具有易于玻璃熔制的性能;玻璃质量符合规定要求。空气鼓泡搅拌装置用于支持加快硫包容进玻璃熔融体的动力学过程。由两根Inconel 690做成的鼓泡管构成,它们浸没在玻璃液面下3cm的地方,从而能够达到预期的鼓泡效果,使玻璃池上部熔融体得到有效混合,并且使硫包容进熔融体中。在玻璃配方试验期间,完成了60次玻璃浇注。运行期间,废物玻璃中硫的含量从开始的零点朝目标水平增长,在经过处理了1.5m³VPC模拟废液后,玻璃样中的硫含量已经在约0.7wt%(以SO₄^2-形式)量级。经过生产出3个容器的玻璃后,已经开始达到了玻璃中硫的目标值（目标值为0.816wt%）。对废物玻璃所进行的工艺和质量参数的比较已由中方和德方的两个实验室使用相同的测试方法完成了,结果显示相互之间符合性上非常好,数据满足规定要求。硼硅酸盐玻璃对硫的包容能力,主要依赖于玻璃的化学成分。已冷却的玻璃中的硫以带两个负电荷的SO₄^2-四面体形式出现,负电荷主要通过熔融体中的Na⁺阳离子平衡,硫原子与玻璃网络没有任何配位,它在玻璃中是孤立的。维持16wt%废物氧化物包容率,废物玻璃中硫的最高浓度为1.28wt%(以SO₄^2-形式),工艺生产的废物玻璃中包容的硫是相当均匀的,其含量能达到根据模拟废液中硫的浓度计算的目标值。未发现在测试试验期间玻璃样品中和浇注进容器的玻璃中存在分离的黄相。