[发明专利]一种制备烧绿石型人造岩石固化体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及人造岩石固化体的制备方法，具体说，是涉及一种烧绿石型人造岩石固化体的制备方法。

背景技术

玻璃固化高放射性废液已在一些国家实现工业化，我国也已建成高放射性废液玻璃固化冷台架，开始进行冷实验。但是由于高放射性废液深地质处置库的建造和运行费用日益增大，将高放射性废液总体用玻璃固化是不经济的。因此，目前认为比较可行的办法是将高放射性废液中长寿命的锕系元素和高释热的裂变元素(90Sr，137Cs)分离，固化后进行深地质处置，将剩余的大体积废液作为中低放废物，水泥固化后进行近地表处置，以减少需要深地质处置的废物量。这就需要一种比玻璃固化体包容量大、抗辐照和热浸出性能好的固化体来固化分离后的高放射性废液。人造岩石作为一种多相钛酸盐陶瓷体，由一些地球化学性能稳定的矿相组成，可将废物离子固定其晶格中，是满足这种要求的很有希望的固化体。

烧绿石(Pyrochlore)和钙钛锆石(Zirconolite，CaZrTi2O7)均是自然界中稳定存在的矿相。钙钛锆石是人造岩石中最稳定的矿相，也是包容锕系元素的主要矿相。烧绿石可在制备人造岩石过程中，当金属离子对钙钛锆石的锆位的取代超过一定固溶度时形成。由于它与钙钛锆石具有相近的结构，因此它们具有相同的性能，但研究表明烧绿石型人造岩石可达到较高的包容量，较好的抗浸出性能，是固化锕系元素废液和进行最终地质处置的理想固化体。

目前报道的烧绿石型人造岩石固化体的制备方法主要有如下2种：1)将含有放射性核素的硝酸盐溶液与四氯化钛溶液相混合，将混合溶液与柠檬酸和亚乙基二醇的水溶液混合进行水解反应形成凝胶，干燥后经700℃煅烧15min得到基料，最后将煅烧后得到的粉料成型后在1400℃烧结10～30h。由于此方法需要分两步煅烧，且须经过压片成型，加大了放射性核素挥发造成污染的危险度，使工业化应用受到极大限制。2)用热恒压法，需在含有5％氢气的氮气氛围下，750℃预烧，然后再经200Mpa恒压下煅烧。此方法的整个操作过程复杂，且核裂变产物在高压高温下容易挥发，易造成环境污染的风险。因此，本领域普需研究一种操作简单，适合工业化的烧绿石型人造岩石固化体的制备方法。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题和缺陷，本发明提供一种操作简单、适合工业化的烧绿石型人造岩石固化体的制备方法，以满足工业化处理高放射性废物的要求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种烧绿石型人造岩石固化体的制备方法，包括如下步骤：

a)按照烧绿石型人造岩石基材的组成配方称取各组成原料，球磨成混合均匀的粉末；

b)将步骤a)制得的混合粉末加入高放射性废液中，同时加入有机单体和交联剂，边加边搅拌，使混合均匀；所述有机单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺；

c)在搅拌下加入引发剂，静置使其凝胶化；

d)待浆料完全凝胶化后，进行脱水干燥；

e)将干燥后的凝胶体置入空气炉中进行烧结：先升温到500～900℃，保温0.5～3h，再升温到1000～1500℃，保温1～8h，升温速率控制在2～20℃/min；然后随炉冷却，即得所述的烧绿石型人造岩石固化体。

所述的烧绿石型人造岩石基材的组成配方如下：

上述组成配方是以氧化物形态表式的100重量份的烧绿石型人造岩石固化体为基准。

步骤a)中的球磨可以为湿法球磨工艺也可以为干法球磨工艺，优选湿法球磨工艺。

步骤a)制得的混合粉末的粒径推荐＜0.125mm，优选＜10μm。

步骤b)中所述的烧绿石型人造岩石固化体对高放射性废物的包容量为20％～60％，优选为30％～50％。

步骤b)中混合粉末加入高放射性废液中形成的悬浊液的固相体积分数为30～60％，优选为30～50％。

步骤b)中所述的有机单体的加入量推荐按原料粉体质量基准加入1％～4％，优选为1.5％～3.5％。

步骤b)中所述的交联剂与有机单体的质量比推荐为1∶10～1∶25。

步骤c)中的引发剂推荐为过硫酸铵。

所述的过硫酸铵推荐以水溶液形式加入，水溶液的质量浓度优选为10％。

所述的过硫酸铵引发剂的加入量优选为有机单体质量的3％～8％，优选为4％～7％。

步骤d)中的脱水干燥可为自然干燥、水浴干燥或加热干燥。