[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910130593.6
• 申請(qǐng)日: 2019-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN109650726A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖其龍;劉金鳳;王輔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C10/02
• 分類號(hào): C03C10/02;C03B5/16;C03B19/02;C03B25/00;G21F9/30
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

本發(fā)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(shí)，得玻璃熔體與磷酸鋯鈉微晶相的混合物，經(jīng)成型、退火，即制得磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材。本發(fā)明制得的磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化基材化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、熱穩(wěn)定性較好；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)潔實(shí)用，熱處理溫度較低，固化體成分易于控制，易于實(shí)現(xiàn)高放核廢料固化處理的遠(yuǎn)程遙控操作和工程化應(yīng)用，可廣泛用于高放廢物的固化處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(fā)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(yè)等領(lǐng)域所排放的放射性核廢物的固化處理。

背景技術(shù)

核能作為一種技術(shù)比較成熟的高效清潔能源，對(duì)國(guó)家調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、確保能源安全、推進(jìn)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化等具有積極而深遠(yuǎn)的意義。核能的和平利用已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，對(duì)我國(guó)及世界人民生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有著深遠(yuǎn)的影響，已成為人類前進(jìn)步伐不可忽缺的部分。但核事業(yè)的發(fā)展不可避免要產(chǎn)生核廢物，特別是近幾年以及將來大量核設(shè)施的退役，將產(chǎn)生大量的放射性廢物，尤其是高放廢物。如何對(duì)高放核廢料中的所有組分進(jìn)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(guó)內(nèi)外核事業(yè)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

玻璃固化是目前對(duì)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?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其最重要的原因是熔融冷卻的玻璃固化工藝操作簡(jiǎn)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(zhǎng)期(四五百年至1萬年以上)安全性評(píng)價(jià)等還不夠理想。因此，必須找到更高穩(wěn)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(wěn)定的、較為理想的固化基材。但純晶體陶瓷材料對(duì)高放核廢料中元素的選擇性很強(qiáng)，其制備工藝及其復(fù)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(shè)備復(fù)雜，造價(jià)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(jié)晶相和玻璃相組成的質(zhì)地堅(jiān)硬、密實(shí)均勻的復(fù)相材料，通過成分設(shè)計(jì)和工藝調(diào)整，將長(zhǎng)壽命的核素或“不溶”組分固化進(jìn)入玻璃陶瓷材料結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)核廢料中所有組分有效的“禁錮”于固化體結(jié)構(gòu)中，在廢物包容種類及包容量上，可與現(xiàn)階段已工程化的玻璃固化媲美，甚至更好。然而，現(xiàn)有技術(shù)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(jié)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(jìn)行高溫?zé)崽幚恚鼓繕?biāo)晶相從玻璃相中析出的合成工藝。燒結(jié)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(jié)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(jié)法工藝類似于陶瓷固化工藝，極其繁瑣且設(shè)備要求高。放射性廢物固化處理的研究和實(shí)踐歷史都表明，這兩種工藝都不夠簡(jiǎn)潔，不易實(shí)現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明通過成分和工藝參數(shù)調(diào)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(diào)性大和磷酸鋯鈉陶瓷晶相能長(zhǎng)期穩(wěn)定“禁錮”多種長(zhǎng)壽命核素的優(yōu)點(diǎn)；從而本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)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(jiǎn)潔有效的磷酸鋯鈉玻璃陶瓷固化體制備工藝方法。

本發(fā)明的內(nèi)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：