[發明專利]一種含鐵高磷酸鹽玻璃、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202111563430.0
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114105472B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 錢敏;薛天鋒;陳樹彬;胡麗麗;王欣;張麗艷;孫焰;王文婷;裴廣慶;凡思軍;翁澤安;徐永春
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C3/21
• 分類號: C03C3/21;C03C10/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種含鐵高磷酸鹽玻璃及其制備方法，其特征首先是氧化物的質量百分比為P₂O₅52~65，Fe₂O₃2~15，Al₂O₃2~15，MoO₃2~10，ZrO₂4~10，RE₂O₃1~10（RE是La、Nd的一種或兩種）,M₂O 0~10（M是Li、Na、K、Rb、Cs中的一種或幾種），MeO 0~15（Me是Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或幾種），RE₂O₃、MoO₃、ZrO₂的質量百分比之和不高于25，且玻璃中氧、磷的摩爾比為3~3.8。其次是將原料稱量并混勻，熔爐中熔融、澆注、成型、退火，制得含鐵高磷酸鹽玻璃。本發明的特點是固化了乏燃料后處理的高放廢液中大量存在的鋯元素，同時可以包容少量鉬及稀土元素，質量包容率之和最高可達25%。制備的玻璃含有少量的含磷、含鋯的晶相，適用于我國高放射性核廢料的固化處理。

技術領域

本發明涉及一種含鐵高磷酸鹽玻璃，用于模擬放射性核廢料的固化處理，特別適用于模擬核工業等領域所排放的高放射性廢料的固化處理。

背景技術

隨著核能技術的快速發展，積累了越來越多的有害核廢料。2021年，我國核能及核科技發展產生的乏燃料超過了1450噸，乏燃料累計總量超過1萬噸。高放射性廢液的放射性強、半衰期長，會造成環境以及生態系統的高污染，隨著我國核電的發展和未來乏燃料后處理廠的運行，高放廢液的處理處置成為影響核能可持續發展的關鍵問題之一。

世界上對高放射性核廢料最廣泛的處理技術是對核廢料進行玻璃包容固化處理。具體過程是將高放射性核廢料同玻璃基材原料混合均勻后，投入玻璃熔爐中熔融并均化，最后冷卻、成型獲得玻璃固化體，把放射性核素包容在玻璃固化體內，阻止其向外界環境遷移。

高放射性核廢料中殘存少量U和Pu等高放射性元素以及Np、Am、Cm等錒系元素，這些元素具有強的放射性，因此在模擬固化玻璃研究中一般由稀土金屬氧化釹、氧化鑭、氧化鈰等來代替；同時，在核廢料處理后端，切削等流程會產生較多的金屬鋯粉及鋯的塊體；另外，使用過的U²³⁵核燃料會產生一定量的金屬鉬和鉬的氧化物，在經過核廢料的溶解、聚集和蒸發后，其中的鉬通常轉變為磷鉬酸鹽和鉬酸鋯沉淀。因此，在核廢料固玻璃配方研究中，模擬廢料的源項往往需要同時包容高含量的稀土氧化物、氧化鋯、氧化鉬。硼硅酸鹽玻璃具有良好的成玻璃性能及化學穩定性，是最早使用的玻璃固化基質材料。但是，如果含有大量的氧化鉬，在硼硅酸鹽玻璃中熔融的時候，容易產生黃相，漂浮在玻璃熔液上方，不能均勻的包容進玻璃基體，不能起到固化的作用。進一步，由于不同核電站產生的高放射性廢液元素的成分和比例不盡相同，因此硼硅酸鹽玻璃不能滿足所有核電站產生的多種高放射性廢料的固化處理要求。

而磷酸鹽玻璃具有熔制溫度低、粘度小的特點，摻入氧化鐵后，制備的鐵磷酸鹽玻璃化學穩定性好，對Cr₂O₃、MoO₃、U₃O₈、Bi₂O₃、SO₃等高放射性廢料包容量大，是玻璃固化基材的理想備選材料。

美國專利US4847008提出了在磷酸鹽玻璃里加入氧化鉛、氧化鐵等成份，制備的鉛鐵磷酸鹽玻璃耐酸侵蝕性比硼硅酸鹽玻璃強10²-10³倍，但是鉛屬于揮發性強的有害物質，在玻璃固化熔制過程中，容易因為鉛的揮發帶出放射性強的元素。中國專利CN101826376A，公布了一種以氧化鐵、五氧化二磷、硼酸為主要原料，用于放射性核廢物固化處理的鐵磷玻璃固化基材，結合了硼硅酸鹽玻璃輻射穩定性好及鐵磷酸鹽玻璃廢物包容量大的優點，但是這兩項專利中均沒有體現包容源項的具體內容。