[发明专利]富钙钛锆石型人造岩石的自蔓延高温合成与致密化方法

说明书

技术领域

本发明属于人造岩石的制备，涉及富钙钛锆石型人造岩石的自蔓延高温合成与致密化方法。采用本发明制备的富钙钛锆石型人造岩石特别适用于高水平放射性废料处理；钙钛锆石型人造岩石是锕系元素的主要寄生相，对于稀土元素也有很好的包容性，在处理高放废料方面具有良好的发展前景。

背景技术

自蔓延高温合成(简称为SHS)技术(即：采用自蔓延准等静压装置的制备方法)是一项重要的材料制备技术，它利用化学反应自身放热维持反应的持续进行，从而合成具有指定成分与结构的产物。与传统工艺相比，SHS技术具有反应速度快、能耗小、设备简单、操作方便等优点，受到国内外各研究机构的高度重视。自前苏联学者Merzhanov在1967年发明，40多年来SHS技术得到了广泛研究，现已发展成为介于燃烧科学和材料科学之间的新学科，采用SHS工艺可以合成陶瓷材料、金属基与陶瓷基复合材料、金属间化合物、梯度材料、高温超导等高技术结构与功能材料，在工业生产中得到广泛应用。

现有技术中，高放废料的处置主要有地下贮槽中暂存、固化和长期贮存。目前，应用和研究的固化体材料有玻璃、塑料、水泥、沥青、人造岩石等，其中玻璃和人造岩石是国内外研究比较多的两种高放废料固化基材。玻璃固化技术比较成熟，但是玻璃在高温高压的环境下易受水或水蒸气的影响，产生组织结构发热变化，最终导致材料的整体破坏，而人造岩石由于其高致密度、化学稳定性强、抗辐照性强以及抗浸出性能强的优点，引起各国的高度重视和广泛的兴趣。

人造岩石分为A、B、C、D、E、F体系，其主要矿相为钙钛锆石、碱硬锰矿、烧绿石、钙钛矿、金红石、尖晶石、霞石等。A、B体系主要固化典型高放废料，包容量为0～10wt.％；C体系固化对象是商业动力堆后处理高放废液，包容量为5～22wt.％，并且配方灵活，物理性能高，化学稳定性好；D体系处理对象是军用高放废料，包容量为60～70wt.％，其包容量高；E体系固化对象是动力堆高放废料，包容量为0～10wt.％，包容量较小，但是热释率小，化学稳定性高；F体系固化对象是“一次通过式”乏燃料，包容量为0～50wt.％，F体系的优点在于可以包容含铀量高的废液。

钙钛锆石由于其对于锕系元素以及稀土元素的高包容性被广泛研究，现有技术中，钙钛锆石的制备主要分为液相法和固相法。液相法主要包括氢氧化物法、溶胶-凝胶法，液相反应法制备钙钛锆石型人造岩石固化体,工艺较复杂,原料的成本较高。固相法采用固相反应法,工艺简单,原料易得且价格较低。因此,用固相法制备富钙钛锆石型人造岩石固化体更适合于工程化应用，但是现有的固相法其合成周期长，且合成温度高，实用性差，对于工程化应用仍需改善其工艺。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种富钙钛锆石型人造岩石的自蔓延高温合成与致密化方法。从而提供一种有效提高包容量及元素包容范围的富钙钛锆石型人造岩石块体及合成方法。

本发明的内容是：富钙钛锆石型人造岩石的自蔓延高温合成与致密化方法，其特征是包括下列步骤：

a、配料：按四水硝酸钙(Ca(NO₃)₂.4H₂O)15～35％、氧化钙(CaO)3～15％、二氧化锆(ZrO₂)5～25％、钛粉(Ti)5～20％、二氧化钛(TiO₂)5～35％、氧化钡(BaO)1～5％、三氧化二铝(Al₂O₃)3～30％的组分及质量百分比取各组分原料；

b、磨料：将上述组分原料混合均匀、并经干法球磨10～30min后，过筛，得混合料、并使混合料的粒径小于20目；

c、压制成型：取10～100g混合料装入模具中，采用5～100MPa压力将混合料压制成直径为10～50mm的圆柱形坯料(4)；