[发明专利]新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料的制备方法，包括以下步骤：将原料混合后，进行预烧得到前驱体，在前驱体中加入烧结助剂后机械活化，成型、烧结得到新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料；其中，原料中磷源为磷酸二氢铵或五氧化二磷；原料中A、B、Ln、An元素的原料为硝酸盐、金属醇盐或氧化物中的一种；A为+1或+2价元素，B为+4价元素，Ln为+3或+4价的镧系元素，An为+3或+4价的锕系元素。本发明制备的新型磷酸盐复合陶瓷固化体中NZP型陶瓷和独居石陶瓷都是化学稳定性优异的固化体材料，故该磷酸盐复合陶瓷固化体对废物的包容量大，稳定性好。

技术领域

本发明属于新型复合陶瓷材料领域，涉及一种新型磷酸盐复合陶瓷固化体的制备方法，特别适于含多元裂变和(次)锕系放射性核素的高放射性核废物的固化处理。

背景技术

高放废液(High Level Liquid Waste，HLLW)是乏燃料经后处理工艺过程中对U、Pu分离和回收后所产生的萃余液。HLLW中不仅残留有U和Pu，还有次量锕系核素(Np、Am、Cm)以及包括Sr、Cs等裂变核素在内的三十多种元素的上百种同位素。HLLW不但具有强放射毒性，而且核素组分复杂，具有多元性特点(多种不同价态和离子半径的裂变及锕系核素)，处理和处置难度大。对于HLLW的处理，目前世界上公认的是采用“固化-深地质处置”方案。其中陶瓷固化体由于具有更优异的性能，被认为是继玻璃固化体之后的第二代高放废物固化体。例如，钙钛锆石(CaZrTi₂O₇)、烧绿石(A₂B₂O₇)、锆英石(ZrSiO₄)等陶瓷被广泛研究用于固化高放废物。但由于高放废物中含有裂变核素、锕系(次锕系)核素等多种放射性核素，而以上陶瓷固化体由于受晶体结构限制更多地用于固化锕系核素，这使其在处理组分复杂的HLLW时存在一定的局限性。

磷酸锆钠(NaZr₂(PO)₄，NZP)型陶瓷和独居石型((Ln,An)PO₄，Ln和An分别代表镧系和锕系元素)陶瓷都是潜在的陶瓷固化材料，具有耐辐照强，浸出率低，化学稳定性好等优异性能，近些年得到广泛关注。NZP型材料具有特殊的晶体结构，Na位和Zr位可以被多种离子取代，其丰富的离子取代性使得其在固化多种放射性核素方面成为可能；而独居石在自然界中稳定存在，常有U、Th、Pu等类质同像元素取代Ce，La的位置，故可固化高放废液中半衰期长的镧系、锕系元素以及其它高放射性核素。因此，利用NZP型和独居石型的晶体结构特点，可将具有这两种晶相的复合陶瓷材料用于固化HLLW中的多元放射性核素。然而，目前国内外没有关于NZP型-独居石型复合陶瓷用于核素固化领域的相关报道。

本发明的目的是提供一种可以同时固化多元放射性核素的新型磷酸盐复合陶瓷固化体，并针对当前陶瓷固化体制备周期长、工序繁杂的不足，提供了一种简便且高效节能的制备方法，实现了合成和烧结一体化，极大地缩短了制备周期，而且所制得固化体致密度高，力学性能好，化学稳定性优异。本发明为高放废物的固化处理提供了一种新的有效的固化材料体系及制备方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料的制备方法，包括以下步骤：

将原料混合后，进行预烧得到前驱体，在前驱体中加入烧结助剂后机械活化，成型、烧结得到新型磷酸盐复合陶瓷固化体材料；

其中，原料中磷源为磷酸二氢铵或五氧化二磷；原料中A、B、Ln、An元素的原料为硝酸盐、金属醇盐或氧化物中的一种；A为+1或+2价元素，B为+4价元素，Ln为+3或+4价的镧系元素，An为+3或+4价的锕系元素。