[發明專利]磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的一步法制備方法

在審

• 申請號: 201910130593.6
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN109650726A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 廖其龍;劉金鳳;王輔
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C03C10/02
• 分類號: C03C10/02;C03B5/16;C03B19/02;C03B25/00;G21F9/30
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

本發明公開了磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的一步法制備方法，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℃保溫1～3小時，得玻璃熔體與磷酸鋯鈉微晶相的混合物，經成型、退火，即制得磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材。本發明制得的磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材化學穩定性優異、熱穩定性較好；本發明工藝簡潔實用，熱處理溫度較低，固化體成分易于控制，易于實現高放核廢料固化處理的遠程遙控操作和工程化應用，可廣泛用于高放廢物的固化處理。

技術領域

本發明屬于放射性廢物的玻璃陶瓷固化方法，涉及磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的一步法制備方法。本發明是以磷酸鋯鈉玻璃陶瓷為固化基材的放射性核廢物固化處理方法，適用于核工業等領域所排放的放射性核廢物的固化處理。

背景技術

核能作為一種技術比較成熟的高效清潔能源，對國家調整能源結構、確保能源安全、推進節能減排、應對氣候變化等具有積極而深遠的意義。核能的和平利用已有半個多世紀的歷史，對我國及世界人民生活水平的提高和科學技術的進步有著深遠的影響，已成為人類前進步伐不可忽缺的部分。但核事業的發展不可避免要產生核廢物，特別是近幾年以及將來大量核設施的退役，將產生大量的放射性廢物，尤其是高放廢物。如何對高放核廢料中的所有組分進行“一次性”安全有效的處理與處置，使其最大限度的與生物圈隔絕已成為目前國內外核事業發展亟待解決的關鍵問題之一。

玻璃固化是目前對高放廢物唯一可行的工程化處理方法。之所以玻璃固化能夠實現產業化，其最重要的原因是熔融冷卻的玻璃固化工藝操作簡單。但玻璃固化體中高放核廢料中部分元素在玻璃材料中的“溶解度”較低，玻璃固化體的廢料包容量和中長期(四五百年至1萬年以上)安全性評價等還不夠理想。因此，必須找到更高穩定性的固化基材以更好的固化高放廢物。陶瓷固化基材和玻璃陶瓷固化基材都是比玻璃基材更穩定的、較為理想的固化基材。但純晶體陶瓷材料對高放核廢料中元素的選擇性很強，其制備工藝及其復雜，與含高濃度鈉鹽等廢物的相容性較差，不可能一次性固化高放廢物中的全部組分。另外，陶瓷固化處理中使用的設備復雜，造價高，處理過程中材料和能源的消耗量都很大。玻璃陶瓷固化是將固化體制成由結晶相和玻璃相組成的質地堅硬、密實均勻的復相材料，通過成分設計和工藝調整，將長壽命的核素或“不溶”組分固化進入玻璃陶瓷材料結構中的微晶相晶格，其他一些短壽命核素或不具有放射性的組分“溶解”于玻璃相，實現核廢料中所有組分有效的“禁錮”于固化體結構中，在廢物包容種類及包容量上，可與現階段已工程化的玻璃固化媲美，甚至更好。然而，現有技術中，制備玻璃陶瓷固化體的方法仍然主要是熔融-析晶法和燒結法。熔融-析晶法是將原料高溫完全熔融，獲得玻璃固化體后再進行高溫熱處理，使目標晶相從玻璃相中析出的合成工藝。燒結法是將制好的玻璃淬冷，磨成粉末后和放射性廢料一起壓制成型，然后燒結的工藝。從工藝制度上看，熔融-析晶法有高溫再熱處理的過程，且再次熱處理不利于晶相和成分的控制；燒結法工藝類似于陶瓷固化工藝，極其繁瑣且設備要求高。放射性廢物固化處理的研究和實踐歷史都表明，這兩種工藝都不夠簡潔，不易實現放射性核廢料固化處理的工程化，因此也難以將性能較好的玻璃陶瓷固化工程化。

發明內容

本發明的目的旨在克服上述現有技術中的不足，提供磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的一步法制備方法。本發明通過成分和工藝參數調整，采用高溫熔融-冷卻的工藝制備磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的方法，制備出來的磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化體兼有玻璃材料廢物包容量大、包容廢物種類多、成分可調性大和磷酸鋯鈉陶瓷晶相能長期穩定“禁錮”多種長壽命核素的優點；從而本發明提供了一種簡單有效，以磷酸鋯鈉玻璃陶瓷材料為高放射性核廢物的固化基，為高放廢物的固化處理提供一種新的簡潔有效的磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化體制備工藝方法。

本發明的內容是：磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材的一步法制備方法，其特征是步驟為：