[发明专利]磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的一步法制备方法

说明书

本发明公开了磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的一步法制备方法，其特征是：按P₂O₅ 40～68重量份、Fe₂O₃ 15.5～38重量份、B₂O₃ 2～12重量份、ZrO₂ 3.5～18重量份、Na₂O 1～8.5重量份的配比取各原料，混合，在1100℃～1300℃保温1～3小时，得玻璃熔体与磷酸锆钠微晶相的混合物，经成型、退火，即制得磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材。本发明制得的磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材化学稳定性优异、热稳定性较好；本发明工艺简洁实用，热处理温度较低，固化体成分易于控制，易于实现高放核废料固化处理的远程遥控操作和工程化应用，可广泛用于高放废物的固化处理。

技术领域

本发明属于放射性废物的玻璃陶瓷固化方法，涉及磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的一步法制备方法。本发明是以磷酸锆钠玻璃陶瓷为固化基材的放射性核废物固化处理方法，适用于核工业等领域所排放的放射性核废物的固化处理。

背景技术

核能作为一种技术比较成熟的高效清洁能源，对国家调整能源结构、确保能源安全、推进节能减排、应对气候变化等具有积极而深远的意义。核能的和平利用已有半个多世纪的历史，对我国及世界人民生活水平的提高和科学技术的进步有着深远的影响，已成为人类前进步伐不可忽缺的部分。但核事业的发展不可避免要产生核废物，特别是近几年以及将来大量核设施的退役，将产生大量的放射性废物，尤其是高放废物。如何对高放核废料中的所有组分进行“一次性”安全有效的处理与处置，使其最大限度的与生物圈隔绝已成为目前国内外核事业发展亟待解决的关键问题之一。

玻璃固化是目前对高放废物唯一可行的工程化处理方法。之所以玻璃固化能够实现产业化，其最重要的原因是熔融冷却的玻璃固化工艺操作简单。但玻璃固化体中高放核废料中部分元素在玻璃材料中的“溶解度”较低，玻璃固化体的废料包容量和中长期(四五百年至1万年以上)安全性评价等还不够理想。因此，必须找到更高稳定性的固化基材以更好的固化高放废物。陶瓷固化基材和玻璃陶瓷固化基材都是比玻璃基材更稳定的、较为理想的固化基材。但纯晶体陶瓷材料对高放核废料中元素的选择性很强，其制备工艺及其复杂，与含高浓度钠盐等废物的相容性较差，不可能一次性固化高放废物中的全部组分。另外，陶瓷固化处理中使用的设备复杂，造价高，处理过程中材料和能源的消耗量都很大。玻璃陶瓷固化是将固化体制成由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料，通过成分设计和工艺调整，将长寿命的核素或“不溶”组分固化进入玻璃陶瓷材料结构中的微晶相晶格，其他一些短寿命核素或不具有放射性的组分“溶解”于玻璃相，实现核废料中所有组分有效的“禁锢”于固化体结构中，在废物包容种类及包容量上，可与现阶段已工程化的玻璃固化媲美，甚至更好。然而，现有技术中，制备玻璃陶瓷固化体的方法仍然主要是熔融-析晶法和烧结法。熔融-析晶法是将原料高温完全熔融，获得玻璃固化体后再进行高温热处理，使目标晶相从玻璃相中析出的合成工艺。烧结法是将制好的玻璃淬冷，磨成粉末后和放射性废料一起压制成型，然后烧结的工艺。从工艺制度上看，熔融-析晶法有高温再热处理的过程，且再次热处理不利于晶相和成分的控制；烧结法工艺类似于陶瓷固化工艺，极其繁琐且设备要求高。放射性废物固化处理的研究和实践历史都表明，这两种工艺都不够简洁，不易实现放射性核废料固化处理的工程化，因此也难以将性能较好的玻璃陶瓷固化工程化。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的一步法制备方法。本发明通过成分和工艺参数调整，采用高温熔融-冷却的工艺制备磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的方法，制备出来的磷酸锆钠玻璃陶瓷固化体兼有玻璃材料废物包容量大、包容废物种类多、成分可调性大和磷酸锆钠陶瓷晶相能长期稳定“禁锢”多种长寿命核素的优点；从而本发明提供了一种简单有效，以磷酸锆钠玻璃陶瓷材料为高放射性核废物的固化基，为高放废物的固化处理提供一种新的简洁有效的磷酸锆钠玻璃陶瓷固化体制备工艺方法。

本发明的内容是：磷酸锆钠玻璃陶瓷固化基材的一步法制备方法，其特征是步骤为：