[发明专利]一种含铁高磷酸盐玻璃、制备方法及其应用

说明书

一种含铁高磷酸盐玻璃及其制备方法，其特征首先是氧化物的质量百分比为P₂O₅52~65，Fe₂O₃2~15，Al₂O₃2~15，MoO₃2~10，ZrO₂4~10，RE₂O₃1~10（RE是La、Nd的一种或两种）,M₂O 0~10（M是Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种），MeO 0~15（Me是Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种），RE₂O₃、MoO₃、ZrO₂的质量百分比之和不高于25，且玻璃中氧、磷的摩尔比为3~3.8。其次是将原料称量并混匀，熔炉中熔融、浇注、成型、退火，制得含铁高磷酸盐玻璃。本发明的特点是固化了乏燃料后处理的高放废液中大量存在的锆元素，同时可以包容少量钼及稀土元素，质量包容率之和最高可达25%。制备的玻璃含有少量的含磷、含锆的晶相，适用于我国高放射性核废料的固化处理。

技术领域

本发明涉及一种含铁高磷酸盐玻璃，用于模拟放射性核废料的固化处理，特别适用于模拟核工业等领域所排放的高放射性废料的固化处理。

背景技术

随着核能技术的快速发展，积累了越来越多的有害核废料。2021年，我国核能及核科技发展产生的乏燃料超过了1450吨，乏燃料累计总量超过1万吨。高放射性废液的放射性强、半衰期长，会造成环境以及生态系统的高污染，随着我国核电的发展和未来乏燃料后处理厂的运行，高放废液的处理处置成为影响核能可持续发展的关键问题之一。

世界上对高放射性核废料最广泛的处理技术是对核废料进行玻璃包容固化处理。具体过程是将高放射性核废料同玻璃基材原料混合均匀后，投入玻璃熔炉中熔融并均化，最后冷却、成型获得玻璃固化体，把放射性核素包容在玻璃固化体内，阻止其向外界环境迁移。

高放射性核废料中残存少量U和Pu等高放射性元素以及Np、Am、Cm等锕系元素，这些元素具有强的放射性，因此在模拟固化玻璃研究中一般由稀土金属氧化钕、氧化镧、氧化铈等来代替；同时，在核废料处理后端，切削等流程会产生较多的金属锆粉及锆的块体；另外，使用过的U²³⁵核燃料会产生一定量的金属钼和钼的氧化物，在经过核废料的溶解、聚集和蒸发后，其中的钼通常转变为磷钼酸盐和钼酸锆沉淀。因此，在核废料固玻璃配方研究中，模拟废料的源项往往需要同时包容高含量的稀土氧化物、氧化锆、氧化钼。硼硅酸盐玻璃具有良好的成玻璃性能及化学稳定性，是最早使用的玻璃固化基质材料。但是，如果含有大量的氧化钼，在硼硅酸盐玻璃中熔融的时候，容易产生黄相，漂浮在玻璃熔液上方，不能均匀的包容进玻璃基体，不能起到固化的作用。进一步，由于不同核电站产生的高放射性废液元素的成分和比例不尽相同，因此硼硅酸盐玻璃不能满足所有核电站产生的多种高放射性废料的固化处理要求。

而磷酸盐玻璃具有熔制温度低、粘度小的特点，掺入氧化铁后，制备的铁磷酸盐玻璃化学稳定性好，对Cr₂O₃、MoO₃、U₃O₈、Bi₂O₃、SO₃等高放射性废料包容量大，是玻璃固化基材的理想备选材料。

美国专利US4847008提出了在磷酸盐玻璃里加入氧化铅、氧化铁等成份，制备的铅铁磷酸盐玻璃耐酸侵蚀性比硼硅酸盐玻璃强10²-10³倍，但是铅属于挥发性强的有害物质，在玻璃固化熔制过程中，容易因为铅的挥发带出放射性强的元素。中国专利CN101826376A，公布了一种以氧化铁、五氧化二磷、硼酸为主要原料，用于放射性核废物固化处理的铁磷玻璃固化基材，结合了硼硅酸盐玻璃辐射稳定性好及铁磷酸盐玻璃废物包容量大的优点，但是这两项专利中均没有体现包容源项的具体内容。