[发明专利]一种微波法制备高放射性废液玻璃陶瓷固化体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波法制备高放射性废液玻璃陶瓷固化体的方法。具体涉及一种以微波为加热源制备高放废液组合矿物玻璃陶瓷固化体的方法。

背景技术

随着核工业迅速发展，必将产生大量放射性核废料，如何安全有效的处理这些核废料已成为制约核工业发展的瓶颈。比较可行的方法是将放射性核素采用晶格取代的方式固化在陶瓷体中，经研究证明在地质处置不超过400℃条件下，钙钛锆石是较为优良的陶瓷固化体，但是现实高放废液核素种类多，单一固化基材无法满足。因此，采用性能稳定的多基材组合矿物固化的形式可以固化高放废液的全部组分，且相对于玻璃基固化体具有固化含量高、化学性能稳定、机械性能强、耐辐射性能好等优点。

常规制备固化体的方法如等静压法、冷压烧结法和放电等离子体烧结法等存在着合成温度高、时间长、能耗高和技术复杂等缺点，而微波加热技术由于其加热速度快、加热均匀、合成温度低、节能高效、安全无害等优点，在近30年陶瓷制备工业中得到迅速发展。

目前以玻璃作为高放废物固化基材方面国内专利有2个。中国专利CN101857355A公开了一种用于固化高放射性核废料的玻璃珠的生产方法，该方法将原料加热、澄清，加入木炭粉、炭黑混合后放入玻璃珠电热回转炉滚动成球形，再经退火和冷却最终制备出核废料固化玻璃珠；中国专利CN101826376A公开了一种用于放射性核废物玻璃固化基材的制备方法，该专利采用(NH₄)H₂PO₄、Fe₂O₃、H₃BO₃为原料，经配料、混合、在1100℃～1250℃的温度下熔融2～3.5小时后，再经成型和退火制得以铁硼磷体系玻璃为基材的玻璃固化体。但玻璃基材固化体相对于陶瓷基材固化体其机械稳定性、耐辐照性能、化学稳定性和热稳定性较低，不利于长期地质处置。

以陶瓷基材固化高放废物的国内专利有2个。中国专利CN1767077公开了一种高放射性废物固化处理基材的制备方法，该专利以天然锆英石、CaCO₃和TiO₂为原料，经细磨、振磨后在1150℃～1350℃的温度下煅烧20～60分钟，制备出钙钛锆石和榍石的人造岩石固化体；中国专利CN101070243公开了一种榍石的合成方法，该专利以碳酸钙，二氧化钛，和二氧化硅或偏硅酸为原料，经配料、细磨、烘干后，在1100℃～1350℃的温度下煅烧30-60分钟，获得高纯度的榍石。但采用普通电炉制备固化体耗能高，加热、冷却耗时长，生产成本高不能满足社会的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能源消耗少，工艺简单，生产成本低，具有优异物理、化学和机械性能的制备高放射性废液玻璃陶瓷固化体的方法。

本发明采用微波法处理高放射性废液，使高放废液的减容和陶瓷固化相结合，减少了更换设备时造成的污染与浪费，且可在同一设备中完成，只需调节温度条件即可达到减容与固化的效果。高放废液的微波处理分为两个阶段：第一阶段为高放废液的减容处理，即在低温条件下将高放废液中的水以及大部分酸根离子转变为气体形式释放出去，少部分酸根离子转变为小分子形式；第二阶段为固化处理，即在高温条件下使放射性核素离子以取代的方式进入固化基材的晶格内部，最后进行玻璃化处理，使固化体的体积进一步减小。

一种微波法制备高放射性废液玻璃陶瓷固化体的方法，依次包括以下步骤：

A、原料混合：将钛酸钙、硅酸锆、碳酸钙、氧化钛、氧化锆和氧化硅中的几种加入高放废液和质量分数1~2%的助烧剂粉末，放入搅拌磨中混合均匀后放置于刚玉坩埚中；

B、 原料脱酸：将盛放原料的坩埚置于微波烧结炉中，将温度升至600~800℃，保温30~60min，除去高放废液中的酸根离子；

C、高放废物固化烧结：将微波烧结炉的温度上升至1300~1500℃，保温1~3h；

D、高放废物固化体玻璃化：将微波烧结炉的温度下降至600~800℃，保温1~2h后，微波功率降低为0W，使样品自然冷却至室温。