[发明专利]一种含锶放射性石墨的高温自蔓延固化方法

说明书

技术领域

本专利涉及石墨，特别涉及放射性石墨的处理方法。

背景技术

在核工业运行的过程中难免要产生出一定的放射性废物，如果这些放射性废物得不到安全而有效的处理和处置，不仅会影响和制约核工业的可持续性发展，还会危及人类自身的延续。尤其在前不久发的日本福岛核事故又一次引起了人类对于放射性有害物质的极大关注。

对于中低放废物的处理和处置当前已经有了比较好的措施，而对于高放废物的处理一直未能得到很好的解决。目前，对于高放废物处理技术方面的研究主要集中在高温固相反应法、机械球磨反应法、湿化学法、高温高压法和高温自蔓延法等。Muthuraman曾在1994年率先提出利用自蔓延高温合成技术制备人造岩石固化高放废物。高温自蔓延反应(Self-propagating-High-temperature Synthesis，SHS)，又称为自增殖反应或燃烧合成(Combustion synthesis)，是指在高真空或介质气氛中点燃原料引发化学反应，化学反应放出的热量使得邻近物料温度骤然升高而引起新的化学反应并以燃烧波的形式蔓延至整个反应物，当燃烧波推进前移时反应物发生反应得到产品。与传统固化处理方法相比，自蔓延反应速率高 (反应持续时间约为0.05-5.0 s)、工序少、流程短、工艺简单、能耗低，一经引燃就不需要对其进一步提供任何能量；对设备的要求低，可以远程控制；不需要考虑自蔓延处理本身产生的核退役设施，因此在核废物高温晶格固化稳定化处理方面有独特的优势。随后，俄罗斯、美国、法国和印度等一些国家研究学者开展了此方面的研究。北京科技大学的张瑞珠等在国内率先利用SHS技术进行SrTiO₃的制备，开展高放废物固化方面的研究工作。而利用高温自蔓延技术进行放射性石墨处理方面的研究在国内外均未见相关报道。

发明内容

本发明针对含锶放射性石墨（如：含有⁹⁰Sr），以石墨、钛和含锶放射性石墨为原料，根据放射性石墨的组成进行固化体的配方设计，将设计好配比的石墨、钛和含锶放射性石墨混合、细化并压制成型；再对成型后的样品引燃，样品自行燃烧后获得含锶放射性石墨固化体，为实现含锶放射性石墨的大规模处理和处置提供技术支持。

本发明的目的在于通过改变石墨、钛和含锶放射性石墨的粒度、球磨时间和保温时间等，通过正交实验方法，并结合粒度分析仪、扫描电子显微镜等手段进行分析，优选出一种含锶放射性石墨的大容量复合固化方法。

本发明的技术方案是：一种含锶放射性石墨的高温自蔓延固化方法，它是首先对含锶放射性石墨的组成及含量进行分析，以石墨、钛和含锶放射性石墨为原料进行固化体配方设计，再对原料进行混合、细化及预压处理，再在1500～3000 ℃条件下对成型后的样品引燃，样品自行燃烧后获得含锶放射性石墨固化体实现固化；具体依次包括如下步骤：

A 、对含锶放射性石墨的组成及含量进行测试分析；

B、 配方设计：石墨总量与钛的摩尔比为0.8:1.2～1.2:0.8；锶与钛的摩尔比为0～0.25:1；

C、 原料的混合、细化处理：按照质量比为1:2～1:2.5的原料与磨球比，在固化体原料中（石墨、钛和含锶放射性石墨）加入相应质量的直径为4 mm的刚玉（Al₂O₃）球或二氧化锆（ZrO₂）球，并在球磨罐中利用球磨机干法研磨，研磨时间为3～10 hrs；

D、 原料的成型：在8～15 MPa的压力下，将混合、细化处理过的原料预压成型；

E、固化体的高温自蔓延制备：在1500～3000 ℃条件下对成型后的样品引燃，样品自行燃烧后获得放射性石墨固化体。

本发明方法技术操作简单，生产效率高，重复性好，可以制备出性能稳定的含锶放射性废物固化体而实现固化，可广泛用于核电站等相关领域所排放出含锶放射性核石墨的大规模处置。

具体实施方式