[发明专利]一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法

说明书

本发明公开了一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法，其特征是：按Na₂SiO₃ 30～40份、CaF₂ 7～9.5份、H₃BO₃ 6～8.5份、Nb₂O₅ 15～25份、TiO₂ 3.5～6份、Nd₂O₃ 12～18.5份、Al(OH)₃ 2～4.5份、SiO₂ 3.5～6.5份的重量份配比取各原料；以无水乙醇或/和水为介质，将原料放入球磨设备中球磨；干燥；1200℃～1400℃保温1～3小时；转移到保温炉中，降温到450～500℃保温1～4小时，冷却即制得。本发明制备的烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材结构稳定性好、化学稳定性好，可靠性高，可用于高放核废物的固化处理。

技术领域

本发明属于高放核废物的玻璃陶瓷固化基材的制备，涉及一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法。本发明是以烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷为固化基材的放射性核废物固化处理方法，适用于核工业等领域所排放的高放核废物的固化处理。

背景技术

核能是一种高效清洁的能源，核能的和平利用对国家调整能源结构、推进节能减排、应对气候变化产生了深远的影响。近半个世纪以来，随着核电站的发展和军用核武器的退役，产生了越来越多的高放核废物(简称HLW)，如何安全有效的处置这些高放核废物，特别是半衰期长、放射性高的钚和少量锕系元素，已成为高放核废物处置的主要问题，将其与人类生存的环境隔离，对核燃料的循环发展具有重要影响。

到目前为止，国际上公认的最安全的高放核废物处置方法是将其埋在地下的永久性处置库中，在玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷等稳定基体中分离和固化高放核废物是普遍接受的方法，但是玻璃固化存在核废物包容量不理想和陶瓷固化存在元素选择性强的局限，所以玻璃陶瓷固化是潜在的可以产业化的、较理想的固化处理技术，而硼硅酸盐玻璃是目前HLW固化基质中最成熟的基质，但是对锕系元素的包容量低和高温下的不稳定性给高放核废物的处理带来了困扰。具有烧绿石结构的复杂氧化物在固化高放核废物领域有潜在的应用前景，近几十年来得到了广泛的关注。烧绿石型氧化物通常的化学式表示为A₂B₂O₇，其中A和B位点通常分别呈现8和6配位，其八分之一的阴离子位点存在空位，因其这样独特的结构使得烧绿石可以包含各种各样的锕系元素，具有结构性能稳定、核素包容能力强、浸出率低、耐辐照能力强等优越性能。因此，将具有烧绿石结构的晶相与硼硅酸盐玻璃复合，制得富烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷作为高放核废物的固化基材，具有广泛的应用前景和巨大的工业价值。然而，现有技术中，富烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材难于合成，且制备玻璃陶瓷固化体的主流方法仍然是熔融-析晶法和烧结法。熔融-析晶法需要高温再热处理，不利于晶相和成分的控制；烧结法类似于陶瓷固化工艺，过程繁琐且设备要求高。本领域的研究和实践历史表明，这两种工艺不够简洁，不易实现高放核废物固化处理的工程化。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法。本发明通过成分和工艺参数设计，采用高温熔融-迅速降温-缓慢冷却-退火的工艺流程制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，制备出来的烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体兼具硼硅酸盐玻璃材料包容废物种类多、成分可调性大和烧绿石相陶瓷相核素包容能力强、浸出率低等优点；因此，本发明提供了一种以烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷材料为高放核废物的固化基材，也为高放废物的固化处理提供一种新的简洁有效的烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体制备工艺方法。

本发明的内容是：一步法制备烧绿石相硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的方法，其特征是包括下列步骤：