[发明专利]一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用

说明书

本发明是关于一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用，该硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，以质量百分比计，包括以下组分：SiO₂47～65％，B₂O₃ 8～15％，Na₂O 10～15％，CaO 4～10％，TiO₂ 8～13％，ZrO₂ 4～6％，CeO₂ 0.5～10％，CaF₂ 0～2.5％，Cr₂O₃ 0～2.5％，P₂O₅ 0～2.5％，Fe₂O₃ 0～2.5％。本发明的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备工艺简单，可广泛应用于高放核废物的固化处理。本发明采用多组分固化基材，通过调整固化基材的组成和含量，及调节熔制工艺，可同时固化多种放射性核素；将放射性核素禁锢于晶体结构中，可有效固化高放废物中的锕系元素，大幅提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。

技术领域

本发明属于放射性核废物的处理与处置领域，具体是涉及一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用。

背景技术

高放废物主要是乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体、准备直接处置(一次通过式)的乏燃料及相应放射性水平的其他废物。高放废物的体积虽然不足核燃料循环所产生的放射性废物体积的1％，但其所含放射性量超过核燃料循环总放射性量的99％。高放废物中含有镎、钚、镅、锝、碘、锶、铯等放射性核素，其主要特点是放射性持续时间长、核素毒性大和发热性等。这些放射性核素一旦进入生物圈，危害极大。如何对高放废物进行安全处置也成为了世界性难题。

目前，以液态形式存储于钢罐中的存储方式存在极大的安全隐患，且暂存库容量目前已达到饱和状态，急需解决其处理与处置的问题。历史遗留放射性废液，特别是高放废液，固化进程较慢；放射性核废液，尤其是高放废液治理难度之大，维护费用之高都制约着核电事业的发展，其安全处理与处置已成为制约我国核事业发展的关键因素之一。

由于高放废液的组分受反应堆材料类型、乏燃料后处理工艺等决定，不同国家的高放废液组分存在较大差异。各国都根据特定组分的高放废液，开发和研究与之匹配的固化基材和固化工艺，实现固化体制备工艺和性能的最优化。中国高放废液的固化处理与处置的研究历史已表明，直接引进国外的固化体配方和工艺固化中国高放废液，在工艺和组分上都存在“不适应性”。此外，这类高放废液累积量较大，适合该废液特点的固化体配方及其适于工程化的固化工艺目前仍处于研究探索阶段，无法满足中国高放废液的特殊处理要求。开发适用于中国核电特点高放废液的新型固化体配方及其适于工程化应用的制备技术，将为中国高放废液固化处理与处置的工程化应用提供重要的理论依据和技术支撑，对推动高放废液固化实现自主保障具有重要的推动作用。

玻璃固化是目前核工业高水平放射性废物固化的最佳措施，核素以网络外提形式存在于玻璃中，但是部分核素受溶解度的影响，包容能力低，直接导致核废固化体包容量低，并且玻璃固化体缺乏长期安全稳定性评价方法，其安全性受到质疑。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量，可避免直接引进国外的固化体配方和工艺固化中国高放废液，在工艺和组分上都存在“不适应性”。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。