[发明专利]一种锶、铯玻璃陶瓷共固化体的低温制备方法

说明书

本发明公开了一种锶、铯玻璃陶瓷共固化体的低温制备方法，包括：取Ba(NO₃)₂、Sr(NO₃)₂、CsNO₃、La(NO₃)₃·6H₂O和Zr(NO₃)₂·5H₂O加入去离子水中，搅拌至溶解；在搅拌后的溶液中加入螯合剂，搅拌螯合；在搅拌螯合后的溶液中加入凝胶剂，搅拌得到透明凝胶；将制得的透明凝胶干燥，然后热处理，获得黑色粉末前驱；取黑色粉末前驱进行热处理，制得多晶固化体，取固化体与玻璃粘结剂进行混合，然后采用液压机压制成块，得到的块体煅烧，使多晶固化体粉末包裹于玻璃相基体中，制成机械稳定性高、抗浸出率低的晶相/非晶相互镶嵌的锶、铯玻璃陶瓷共固化体。

技术领域

本发明涉及放射性核素裂变产物的固化技术领域，具体涉及一种锶、铯玻璃陶瓷共固化体的低温制备方法。

背景技术

锶、铯是在核能开发利用时产生高放废液中放射性核素裂变产物的两种最主要热源，具有放射性强、生物毒性大、核素半衰期长、腐蚀性大等特点，对生物环境的影响不容忽视。目前，工业上对锶、铯的处理方式主要为玻璃固化。尽管其玻璃固化体具有耐β和γ辐照能力好、包容能力强等优点，但玻璃毕竟属于介稳相，热力学稳定性和抗α辐射能力都较差，在处置库数百度高温和潮湿条件下，容易出现反玻璃化或析晶而导致固化体产生裂纹，使得核素浸出率升高；再者，较高的玻璃成型温度会导致铯的挥发。与玻璃固化体相比，陶瓷固化体可将锶、铯固定在陶瓷相的晶格位，基材也具有更高的致密度、更强的抗浸出性和抗α辐射能力。然而，大部分单相的陶瓷基材对放射性核素存在很强的选择性，往往只能包容单一、有限的放射性核素，不能实现对锶、铯的同时固化，后期工业化应用成本高。另外，陶瓷固化体的制备方法主要为高温固相反应法，其过程是将固相反应物相互接触，并通过接触表面和相区扩散、迁移、晶核形成和核长大等过程制备出目标产物，一般合成温度高（～1400-1500℃）、制备时间长（48h），合成过程中极易形成杂相，并会导致铯的挥发。如2005年公开了一篇硕士学位论文（赵昱龙，中国原子能科学研究院，《人造岩石固化模拟90Sr，137Cs核素废物研究》），该论文采用碱硬锰矿、钙钛矿和金红石的矿相组合，对锶、铯进行了同时陶瓷固化研究，发现固化体结构致密、锶铯浸出率低；但该陶瓷固化体的热压烧结温度为1200℃，必然导致大量铯的挥发。2011年公布号为102208223B的中国发明专利申请公开了一种锶铯共固化体的制备方法，该方法以改性ZSM-5A分子筛为基底，通过在溶液中吸附、蒸发并烘干、程序升温煅烧后得到锶铯固化多晶体，实现了对锶、铯的同时、低温固化，解决了铯的挥发问题；但该方法所得固化体为铯榴石和硅酸锶的多晶混合物粉体，未涉及后续的多晶体粘接、成型及固化核素的抗浸出性评价。近年来，玻璃陶瓷固化成为放射性核素及裂变产物固化的一个重要发展方向。玻璃陶瓷固化是将固化体制成良好的晶相/非晶相互镶嵌的复相材料，其固化体的机械稳定性优于玻璃固化体。这种固化技术有效的结合了陶瓷固化与玻璃固化的优点，有希望从本质上解决玻璃固化的核废物包容量不理想和陶瓷固化元素选择性强的局限。

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，提供了一种锶、铯玻璃陶瓷共固化体的低温制备方法，包括以下步骤：