[发明专利]快速烧结方法在用于合成和稠化碘代磷灰石中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及称作“快速烧结”，还缩写称作SPS(火花等离子体 烧结)和FAST(场活化烧结技术)的方法在用于合成和稠化(或 致密化)碘磷灰石(iodine apatites)或碘代磷灰石(iodoapatites) 中的应用。

本发明尤其发现在用过的核燃料的后处理(或再处理)领域中 的应用，其中它能够用于在磷灰石中调节和储存在该后处理期间产 生的含水流出物中存在的放射性碘，尤其是碘-129。

背景技术

碘是存在于用过的核燃料中的裂变产物，其129同位素具有 15.7百万年的半衰期。

考虑到它对人的放射毒性，其紧密地与它对于甲状腺(其中它 会富集)的亲和力相关联，近年来对于碘在耐久基质中的调节和储 存已进行了一些研究，其中所述耐久基质承受诸如水的载体的传播 (或浸染)。

研究表明，可以在属于磷灰石家族的陶瓷内掺入(或结合)碘。

碘代磷灰石尤其可以通过碘化铅(PbI₂)与化学式 Pb₃(VO₄)_1.6(PO₄)_0.4的磷酸钒酸铅(lead phosphovanadate)之间的按 照以下反应的反应来合成(WO-A-96/18196[1])：

3Pb₃(VO₄)_1.6(PO₄)_0.4+PbI₂→Pb₁₀(VO₄)_4.8(PO₄)_1.2I₂。

该合成可以在密封的石英安瓿中进行，其中温度为约700℃并 且保持时间为约10小时，或经由陶瓷途径，也就是说通过在压力 下进行反应性烧结(C.Guy et al.，C.R.Physique 2002，3，827-837[2]； E.R.Maddrell and P.K.Abraitis，Material Research Society Symposium Proceedings 2004，807，261-266[3])。

在后一种情况下，加入到反应物中的是第三材料，其作用是使 得能够提供碘的防渗安全壳并且其特性取决于所选择的烧结方法 而变化。

因此，在单轴压力或HUP(热单轴加压)下反应性烧结的情况 下，它是反应物之一，在这种特定情况下为可以用作基质的磷酸钒 酸铅[F.Audubert et al.，Solid State Ionics 1997，95(1-2)，113-119[4])。 这使得可以限制在后者的熔点(410℃)以上碘化铅的扩散。于是， 基质不仅用来包含碘而且还用作用于形成碘代磷灰石的可消耗容 器。

在等静压或HIP(热等静加压)下反应性烧结的情况下，可以 使用各种特性(金属、玻璃等)的容器。

在所有情况下，碘代磷灰石的生产需要高于500℃的温度，对 于该温度，在没有防渗安全壳(或防渗密封区)的情况下，将观察 到碘的挥发。确实，在组成为Pb₁₀(VO₄)_4.8(PO₄)_1.2I₂的磷灰石的情况 下，质量损失的开始(如通过热重量分析所确定的)对应于500℃。

此外，反应性烧结可能带来一些困难。确实，达到接近100％ 的反应产率同时保证高的稠化度(或致密化度)，也就是说大于 92％，证明是复杂的。然而，如果期望在深地质层类型部位在其储 存期间使随后经由浸提(通过碘磷灰石)能够被释放的碘的量最小 化，则必须满足这两个条件。

在HUP反应性烧结的情况下，烧结条件的优化使得可以产生 陶瓷-陶瓷(cer-cer)复合材料，其在稠化度为88％的碘代磷灰石核 中结合有重量含量为2.7％的碘。对于这些数值，一部分开气孔保留 在材料中，其通过潜在的载体(以保守假设，其中就碘的传播而言 基质并不提供任何保留作用)而导致有利于碘的活动化的表面的发 展(或形成)。