[发明专利]用于放射性石墨固化处理的SiC基复相陶瓷固化体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于放射性石墨固化处理的SiC基复相陶瓷固化体的制备方法，其特征是：以硅粉、石墨粉、MgO、Al(OH)₃为原料，通过制备MgAl₂O₄粉体、制备Si‑C粉体、制备SiC‑MgAl₂O₄复相粉体、加入聚乙烯醇、溶胶造粒、成型及排胶、以及真空热压烧结等步骤，在较低温度下制得SiC基复相陶瓷固化体。本发明采用安全廉价的原料，简便实用的真空热压烧结技术，在较低温度下制备抗辐照稳定性、化学稳定性、机械稳定性、热稳定性优良的SiC基复相陶瓷固化体。制备的SiC基复相陶瓷固化体特别适用于高放射性活度石墨废物的陶瓷固化处理。

技术领域

本发明属于放射性废物固化处理，涉及一种用于放射性石墨固化处理的SiC基复相陶瓷固化体的制备方法。本发明制备的SiC基复相陶瓷固化体特别适用于高放射性活度石墨废物的陶瓷固化处理。

背景技术

随着能源需求的增加和环保意识的提高，在资源、经济、安全方面，核能仍作为优选的能源，但产生的放射性废物制约了核能的可持续发展，因此如何安全有效处理处置放射性废物是国内外面临的难题。石墨在核反应堆中广泛用作中子慢化剂、反射层材料和核燃料套管等，因核反应堆的退役，产生的放射性石墨数量庞大，目前据统计约25万吨，随着核技术的发展，退役的放射性石墨数量将持续增加，对人类的生存环境造成威胁，因此放射性石墨的安全有效处理处置引起了国内外的高度关注。放射性石墨根据活度高低可分为中低放和高放石墨，其中高放石墨除可燃、具有魏格纳能外，因含有的放射性核素半衰期长，比如¹⁴C(5730年)、⁴¹Ca（103000年）、⁵⁹Ni（76000年）等具有放射性活度高、危害大，其处理技术要求高，是退役石墨安全有效处置的难点。

根据《放射性废物管理规定》，高放废物经安全处理之后需要进行深地质处置。国内外针对放射性石墨处理的研究较少，对高放石墨处理处置的报道甚少。目前，放射性石墨的处理方法主要有焚烧、蒸汽热解、水泥固定、陶瓷固化等，焚烧和蒸汽热解主要的特点是能大幅度减容，但避免不了¹⁴C和易挥发核素的排放；水泥固定虽已有工程应用，但水泥固化增容较大、未能避免魏格纳能的影响且在深地质储存中的长期稳定性受到质疑，使得其工程应用并未推广。考虑到技术性、经济性和安全性，焚烧、蒸汽热解、水泥固定等适合中低放石墨的处理，高放石墨的处理处置需要陶瓷固化才能满足。

现有技术中，针对高放石墨的固化处理，国内外对自蔓延TiC-Al₂O₃基陶瓷固化高放石墨进行了较多的研究，但该方法在固化处理过程中有废气（CO、CO₂等）放出，固化体的致密性差，未反应的石墨和副产物较多，固化体性能有待提高，特别是固化体增容比很大（理论上固化体是石墨重量的10.6倍，实际可达20倍以上），处置费用极其昂贵。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种用于放射性石墨固化处理的SiC基复相陶瓷固化体的制备方法。针对沾污、腐蚀及辐照深度大的高放石墨的安全固化处理，本发明为安全处理处置高放石墨，选择性能优异的SiC-MgAl₂O₄为固化材料（SiC为基质相，MgAl₂O₄为烧结粘结相），以硅粉、石墨粉、MgO、Al(OH)₃为原料，通过配方设计和固相反应工艺，采用简便实用的真空热压烧结技术，实现SiC晶格固溶C，以及MgAl₂O₄对模拟放射性核素Ca、Sm和Eu的晶格固溶，以期实现¹⁴C等长寿命核素在SiC-MgAl₂O₄复相材料中的晶格固化，通过热压烧结在较低温度下制备烧结良好、性能优异的SiC基复相陶瓷固化体，拟解决高放石墨安全固化处理的关键技术问题，从而为SiC基复相陶瓷固化处理高放石墨的工程化应用奠定基础。