[发明专利]一种硼硅酸盐玻璃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固化基材及其制备方法和应用，该硼硅酸盐玻璃固化基材，以质量百分比计，包括以下组分：SiO₂45～65％，B₂O₃8～15％，A1₂O₃3％～15％，Na₂O 7～16％，CaO 0～6％，BaO 1～6％，TiO₂0.5～2.5％，Y₂O₃0.1～10％，Fe₂O₃0.5～2.5％。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，并缩短玻璃固化体的析晶范围，防止玻璃析晶，大幅提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。本发明的硼硅酸盐玻璃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。

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固化基材及其制备方法和应用。

背景技术

核能作为一种高效、清洁的能源，能量密度大，费用成本低，且在发电过程中不产生任何大气污染，因此近年来得到不断蓬勃发展。与此同时，核电站卸出的乏燃料数量也在不断增长，到2020年全球乏燃料量已达到44.5万吨。目前全球卸出的乏燃料仅1/3被后处理，其余仍处于暂存状态，乏燃料贮存压力巨大，对其进行及时、妥善的处理处置成为当前国际研究热点和关注焦点。

而乏燃料后处理会产生大量高放废液，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。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。

国际上对高放废液的处理技术主要可概括为两类：一是对高放废液进行固化处理后，进行深地质处置；二是对高放废液进行分离-嬗变处理，再进行地质处置。前者由于技术相对成熟且应用前景广泛而被当前国际普遍接受，也更适于我国国情。现有技术中，放射性废物的固化处理主要有玻璃固化、陶瓷固化、玻璃陶瓷固化。玻璃固化具有成分可调性大、工艺简单、便于远程操作等特点，能“一次性”固化放射性废物中的所有组分，是目前工程化技术比较成熟的固化方法，在法国、美国、英国、俄罗斯等国家得到了实际的应用。针对放射性废物固化要求耐蚀性好、化学性质稳定等特点。

玻璃固化体对裂变产物有着广泛的包容性，且生产工艺相比陶瓷固化简单，这使得玻璃固化技术成为目前唯一工业应用且发展最成熟的高放废液处理手段。

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固化基材及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是缩短玻璃固化体的析晶范围，以免玻璃在熔制过程中发生析晶现象，影响玻璃固化体的物理化学性能，同时提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。

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。依据本发明提出的一种硼硅酸盐玻璃固化基材，以质量百分比计，包括以下组分：SiO₂ 45～65％，B₂O₃ 8～15％，A1₂O₃ 3～15％，Na₂O 7～16％，CaO 0～6％，BaO 1～6％，TiO₂ 0.5～2.5％，Y₂O₃ 0.1～10％，Fe₂O₃ 0.5～2.5％。