[发明专利]一种用于固化铯的碱硬锰矿陶瓷固化体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于固化铯的碱硬锰矿陶瓷固化体的制备方法，本发明涉及放射性固废处理陶瓷固化体制备技术领域。本发明首先通过水浴的方式制得碱硬锰矿纳米粉，然后再将碱硬锰矿纳米粉冷烧结制得碱硬锰矿陶瓷固化体，缩短了制备碱硬锰矿陶瓷固化体在高温条件的时间，避免了Cs的挥发。同时，冷烧结是一种低温、压力辅助固结工艺，可以在极低的温度下合成致密性块体。

技术领域

本发明涉及放射性固废处理陶瓷固化体制备技术领域，具体涉及一种用于固化铯的碱硬锰矿陶瓷固化体的制备方法。

背景技术

目前，高放废液主要存放于不锈钢贮槽中，对人类的生存环境是一种潜在的威胁，因而，对高放射性核废物进行安全有效的处理受到了世界各国的高度重视。

基于此，现有技术中通常是采用合成岩来固化高放射性核废料，例如铯；采用合成岩来固化高放射性核废料，其原因是合成岩石的固化基材多为在自然环境中物理化学稳定性非常好的矿物或晶体，其固化体在各种复杂自然环境下稳定性良好，放射性核素稳定固溶于晶体中；但是存在迁移率低的问题。

碱硬锰矿陶瓷由于具有较强的灵活性，可以容纳多种掺杂离子进入其晶格结构中并形成稳定的固溶体而被用来固化高放射性核废料。但是目前主要是采用高温固相法来制备碱硬锰矿陶瓷固化体，例如“滕元成，周时光. Cs在碱硬锰矿固溶体中化学固溶量的研究[J].原子能科学技术”中记载，采用高温固相法制备时，其温度高达1300°C，并且在1300°C煅烧时Cs₂O（氧化铯）有一定的挥发量，进而导致铯(Cs)在高温下会挥发。

发明内容

为了解决现有技术中碱硬锰矿陶瓷固化体制备时温度过高导致部分铯挥发的问题，本发明的目的之一是提供一种用于固化铯的碱硬锰矿陶瓷的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于固化铯的碱硬锰矿陶瓷固化体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将CsNO₃（硝酸铯）、Ba(NO₃)₂（硝酸钡）、Al(NO₃)₃（硝酸铝）和助燃剂溶解于去离子水中搅拌制得混合物Ⅰ，将钛酸四丁脂溶于溶剂中制得混合物Ⅱ；

步骤2、将混合物Ⅰ和混合物Ⅱ混合后进行水浴加热直至水分完全蒸发，制得呈胶状的前驱体；

步骤3、将步骤2制得的前驱体置于空气中加热去除前驱体中的有机物，然后研磨并筛分制得呈粉状的前驱体；

步骤4、将步骤3制得的前驱体进行热处理制得碱硬锰矿纳米粉；

步骤5、将碱硬锰矿纳米粉与氢氧化钠溶液（NaOH溶液）混合，经冷烧结制得碱硬锰矿陶瓷固化体。

进一步地，步骤1中CsNO₃、Ba(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、助燃剂和钛酸四丁酯的质量比为1~2:6~9:19~26:18~22:53~60；优选地，CsNO₃、Ba(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、助燃剂和钛酸四丁酯的质量比为1:7:23:20:57。

进一步地，步骤1中助燃剂包括甘氨酸；步骤1中的溶剂为甲醇。

进一步地，步骤3中的加热温度为280~320°C；优选地，步骤3中的加热温度为300°C。

进一步地，步骤2中的水浴加热温度为60~80°C。

进一步地，步骤4中的热处理条件为：800~900°C、空气氛围、2~4h。

进一步地，冷烧结条件是：250~350°C、1GPa~2GPa、0.5~1.5h、空气氛围；优选地，冷烧结条件是：300°C、1.5GPa、1h、空气氛围。