[发明专利]一种用于放射性核废物玻璃固化基材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于处理放射性污染材料的方法，涉及一种用于放射性核废物 玻璃固化基材的制备方法，适用于核工业等领域所排放的放射性核废物的 固化处理。

背景技术

核能作为一种技术比较成熟的高效清洁能源，对国家调整能源结构、 确保能源安全、推进节能减排、应对气候变化等具有积极而深远的意义。 核能的和平利用已有半个多世纪的历史，对我国及世界人民生活水平的提 高和科学技术的进步有着深远的影响，已成为人类前进步伐不可忽缺的部 分。但核事业的发展不可避免要产生核废物，特别是近几年以及将来大量 核设施的退役，将产生大量的放射性废物，尤其是高放射性核废物(一下 称高放废物)。如何对其安全有效的处理与处置，使其最大限度的与生物 圈隔绝，已成为目前国内外核事业发展亟待解决的关键问题之一。

对放射性核废物，目前世界各国对其进行处理比较一致的意见是：先 将放射性废物进行固化处理，然后将固化体包装后进行深层永久地质处 置。其中，固化处理是至关重要的一步。低放废物的固化处理工艺与技术 已比较成熟，且得到了工程化的应用。高放废物固化处理主要有人造岩石 固化和玻璃固化两种。人造岩石固化处理虽固化体的地质稳定性、化学稳 定性、热稳定性及抗辐照性都较好，但其固化工艺复杂，与含高浓度钠盐 等废物的相容性较差，对高放废物中元素的选择性很强，且其技术要求甚 高，目前尚处于实验室理论研究阶段；另外，人造岩石固化处理中使用的 设备复杂，造价高，处理过程中材料和能源的消耗量都很大。因此，目前 世界各国对高放废物进行固化处理的首选方式是玻璃固化。

现有技术中，用于玻璃固化处理的基材主要有硼硅酸体系玻璃和磷酸 盐体系玻璃。硼硅酸盐体系玻璃因熔融温度低、化学稳定性和辐照稳定性 好，得到过广泛的应用，但该体系玻璃对废物中“有害杂质”(如：磷酸 盐、钼酸盐、硫酸盐、氧化铁和其他一些重金属氧化物)的溶解性非常差， 造成所制备的固化体易出现“黄相”而性能达不到要求；为满足性能要求 又不得不在固化处理前对核废物进行预处理，或通过延长熔制时间、提高 熔制温度，或以降低包容量为代价来降低此类“杂质”在固化体中的含量， 这在提高减容比和降低成本等方面都是不可取的。而铁磷酸盐体系玻璃对 此类“杂质”有较好的包容能力，且具有化学稳定性好，熔融温度低和组 成可调性大等特性，使该体系玻璃作为固化基础玻璃具有独到的优势；但 铁磷酸盐体系玻璃固化体的辐照稳定性和热稳定性相对硼硅酸盐玻璃固 化体较差，使其实际应用受到限制。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种简单有效、 以铁硼磷体系玻璃为基材的用于放射性核废物玻璃固化的基材的制备方 法，从而为放射性核废物固化处理提供一种新的有效的固化基材。

本发明通过在Fe₂O₃-P₂O₅体系玻璃中以不同的方式不同量加入B₂O₃， 调节熔制工艺，并结合扫描电子显微镜(SEM)测试、X射线衍射(XRD) 测试和化学稳定性测试等手段进行分析，来确定一种以铁硼磷体系玻璃为 基材的放射性核废物玻璃固化处理方法。

本发明的内容是：一种用于放射性核废物玻璃固化基材的制备方法， 其特征是包括以下步骤：

a、配料：主要以组份(NH₄)H₂PO₄(磷酸二氢铵)、Fe₂O₃(氧化铁)、H₃BO₃(硼酸)为原料，并按(NH₄)H₂PO₄45～75重量份、Fe₂O₃15～35重量份、 H₃BO₃5～15重量份的比例取各原料；

b、混合：将各原料放入混合设备中混合均匀，制成混合物料；

c、熔融：将混合物料在1100℃～1250℃的温度下加热熔融2～3.5小 时，制得熔体；

d、成型：将熔体浇注到已预热至700℃～850℃的模具中成型，制得 成型物；

e、退火：将成型物置于400℃～500℃的温度下保温1～2小时，然后 以0.5～1℃/min的降温速率降到室温，即制得产物。