[發明專利]一種二次燃燒合成固化高放廢物的制備方法

無效

• 申請號: 200810050175.8
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101295551A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 張瑞珠;郭志猛
• 申請（專利權）人: 華北水利水電學院
• 主分類號: G21F9/00
• 分類號: G21F9/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所（普通合伙）
• 代理人: 徐皂蘭

技術領域：

本發明涉及一種二次燃燒合成固化高放廢物的制備方法，它屬于環保領域，主要用于高水平放射性廢物鍶、銫等的有效處理。

背景技術：

燃燒合成(Combustion?Synthesis，簡稱CS)是一種利用化學反應放熱，使反應持續進行以合成新材料的新技術，它具有反應速度快、設備簡單、能源低、操作方便，周期短等優點。燃燒合成自1967年俄國學者Merzhanov院士發明后，40年來得到了迅速的發展，并在工業生產中得到廣泛應用。采用燃燒合成進行放射性廢物的固化是一個新的思路。目前，俄羅斯、美國、法國、印度、中國等國家開展了有關這方面研究工作，1998年俄國學者I.P.Borovinskaya?I.P.Borovinskaya等人在實驗室中采用CS致密化方法，將放射性廢物固化在類礦石材料中。采用Fe₂O₃作為氧化劑，利用燃燒合成反應制取鈣鈦礦的方法。此種方法所制得的固化體密度為3.9g/cm³，對廢物的包容量為25％。

發明內容：

本研究首次采用新型CrO₃為氧化劑，并首次采用二次燃燒合成加壓/致密一體化技術制備鈦酸鍶固化體，使固化體的性能得到了顯著的提高。如密度高達4.2g/cm³～5.8g/cm³，孔隙率更小(＜0.2％)，最大包容量可達36％，浸出率浸出率皆小于0.1×10^-1g/m²·d(沸水中浸煮的浸出率)，比玻璃固化體低2～3數量級(玻璃浸出率12±0.4)。說明該廢物固化體的化學穩定性好，是目前最理想的廢物固化體，能長期、穩定的固化核廢物。

本發明的目的是針對以上的不足，為了提高固化效果及廢物包容量而研制的一種二次燃燒合成固化高放廢物的制備方法，它采用二次燃燒合成技術，合成制備鈣鈦礦固化高放廢物Sr²⁺核素。先合成包容有Sr²⁺核素的鈣鈦礦粉料，然后再和鋁熱劑按一定比率混合。鋁熱反應是一個強放熱反應，其反應絕熱溫度達3735K，目的是取得更高的反應溫度，使合成反應在液態下完成，提高核廢物的包容量(最大包容量可達36％)，并使所得固化體的密度更高，孔隙度更小，進而可減小固化體包容核素的浸出率，取得更好的固化效果。

本發明的技術方案是這樣實現的，其反應式是：

反應方程為：

2CrO₃+3Ti+4CaO+TiO₂+xSrO＝4CaTiO₃+xSrO+2Cr+Q????①

鋁熱反應：

Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃+Q。????②

本發明可以是這樣實現的：其制備方法是，

第一步、取基本原料，采用三氧化鉻CrO₃、鈦粉Ti、氧化鈣CaO和二氧化鈦TiO₂作為原料，將反應所需原料裝入不銹鋼球磨罐，磨至70μm以下，過篩后，按三氧化鉻CrO₃、鈦粉Ti、氧化鈣CaO和二氧化鈦TiO₂的摩爾比2∶3∶4∶1混粉，根據各自分子量及含量，加入不同配比的氧化鍶SrO，質量分數不超過40％，把全部反應所需原料，裝入不銹鋼球磨罐，球磨30分鐘，制為粉末料，裝入深色密封瓶備用；

第二步、第一次燃燒合成(CS)，將粉末料取出，其粉末數量可根據模具大小而定，加入10％～30％的高放熱材料5，利用鎢絲在原料粉體局部引燃，合成反應自發進行并持續直到反應結束，生成鈣鈦礦固化體粉末；