[发明专利]一种放射性废物固化体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于放射性废物固化处理的方法，涉及一种放射性废物固化体的制备方法。特别适用于高放废物的人造岩石固化处理。

背景技术

随着人类社会对能源需求的日益增加，煤炭、石油的日益枯竭，人类不得不寻找安全、有效的能源，在这种情况下核能得到了大力的发展和推广，目前，核电与水电、火电一起成为世界能源的三大支柱。前苏联切尔诺贝利核事故、美国三里岛核事故、日本福岛核事故等灾难性核安全事件造成了人们对核辐射的恐慌，引起了世界各国对安全利用核能的高度重视。随着核技术广泛应用，产生了大量的高放废物，对人类的生存环境造成极大的危害，如何安全处置高放废物，已成为制约核技术可持续发展的瓶颈。当今世界对高放废物的处置主要是将核废料进行玻璃固化或陶瓷固化，然后将玻璃固化体或陶瓷固化体进行深地质处置库。玻璃固化工艺技术已经比较成熟，并实现了少量的工程化应用，但由于其固化介质材料是玻璃相，玻璃相属于不稳定的介稳相，因此，玻璃固化体要达到万年以上的安全地质处置，其长期安全性是令人担忧的。

人造岩石固化体的地质稳定性、化学稳定性、热稳定性和抗辐照性能，都比玻璃固化体好得多，因此，人造岩石被广泛认为是第二代高放废物固化体，是固化处理高放废物尤其是锕系高放废物理想的介质材料。锕系核素具有半衰期长、生物毒性高等特点，其安全有效的处理和处置已成为目前国内外比较关注的一个课题。

近三十多年来，国内外在钙钛锆石、烧绿石等人造岩石固化处理高放废物进行了较深入、全面的研究，取得了可喜研究成果，但要实现工程化应用尚不少工程技术难题需要解决，也有很多基础科学问题需要解决。在过去的研究中，由于钙钛锆石、烧绿石、锆石等矿物的制备条件较苛刻，一般采用氢氧化物法、溶胶-凝胶法等繁琐、精细的工艺来制备人造岩石固化体，这对于需要遥控操作的高放废物人造岩石固化处理的工程化应用是极其不利的。采用氧化物固相反应法制备钙钛锆石、烧绿石、锆石等人造岩石固化体的温度（1400-1600℃），期望获得矿物的纯度低，不利于工程化应用，固化体的性能不理想。

钙钛锆石（CaZrTi₂O₇）和榍石（CaTiSiO₅）具有优异的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性、抗辐照性能，是自然界最稳定的矿物之一，是固化锕系高放废物理想的矿物。钙钛锆石是锕系核素的主要寄生相，它与榍石相相结合，能够很好地固溶锕系核素，其组合矿物人造岩石固化体具有很好的长期稳定性。因此，它们是固化从高放废物中分离出来的锕系元素的理想的固化介质材料。

国内外对钙钛锆石及富钙钛锆石型人造岩石固化体的晶相了大量的研究，主要研究工作集中在氢氧化物法和溶胶-凝胶法制备钙钛锆石及其固化体，该工艺原料价格较高，工艺较繁琐，工艺控制要求高。采用氧化物固相反应法（以ZrO₂、TiO₂、CaCO₃为原料）制备钙钛锆石固化体，由于ZrO₂的化学稳定好，钙钛锆石的合成温度及其固化体的烧结温度较高，期望获得矿物的纯度较低。因此，现有的钙钛锆石基人造岩石固化处理技术存在诸多不足，不利于工程化应用。

现有技术中，在人造岩石固化高放废物的研究中，对榍石及钙钛锆石、榍石组合矿物固化处理锕系元素的研究报道较少，有关热压烧结制备钙钛锆石和榍石组合矿物固化体的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，针对人造岩石固化体制备工艺较繁琐的问题，为了提高钙钛锆石和榍石组合矿物固化体的性能，提供一种原料廉价易得、工艺简单、性能良好的放射性废物固化体的制备方法；本发明采用ZrSiO₄ (可使用天然锆英石，也称锆石，主要化学成分为ZrSiO₄；也可使用人工合成的ZrSiO₄)、CaCO₃、TiO₂等较廉价的原料，通过配方设计，采用简洁实用的热压烧结技术，在较低的温度下制备高纯度、高致密度的钙钛锆石和榍石组合矿物固化体，为钙钛锆石、榍石基固化处理锕系核素高放废物的工程化应用奠定基础。

本发明的内容是：一种放射性废物固化体的制备方法，其特征是包括下列步骤：