[发明专利]一种低温液相烧结制备铯榴石微晶玻璃的方法

说明书

本发明公开了一种低温液相烧结制备铯榴石微晶玻璃的方法，使用活化高岭土、硼酸、一水合氢氧化铯和氢氧化钠作原料，进行适当配比称量后，采用水溶液固相球磨工艺制粉，而后进行成型和常压烧结。本发明采用一种低温液相烧结方式，可在较低的烧结温度制备出铯榴石微晶玻璃，并对铯进行有效固化。

技术领域

本发明属于铯榴石微晶玻璃技术领域，具体涉及一种低温液相烧结制备铯榴石微晶玻璃的方法。

背景技术

为了实现可持续发展，人类迫切地需要新的替代能源。目前，达到工业应用并可以大规模替代化石燃料的能源主要是核能。核电发展很好地遵守了可持续发展的某些原则,但仍有一些重要方面需要考虑。分别是铀的供应,核废物处置,核燃料安全循环以及核电厂运行安全等问题。其中，乏燃料所产生的核废物包含高放射性核素(如Sr⁹⁰、Cs¹³⁷、锕系元素等)，其具有较长的衰变周期和辐射剂量，对生物圈必然产生潜在的威胁，因此科学安全地对核废物进行处理是一个重要课题。

科学安全处置高放射性废物的主流思想是，采用玻璃或陶瓷对放射性核素进行固化以形成致密的显微结构或晶体结构从而有效阻止其对环境的迁移。随后，采用深地质(500-1000米)埋藏方式，对固化体进行存放直至核素衰变至对生物圈无害，但这将经历上百年乃至数万年的时间，因而对固化材料的长期稳定性提出要求。高钠高射性废液是高放废料中的一种典型代表，其包含乏燃料处理后的放射性长衰变周期元素Sr⁹⁰、Cs¹³⁷和若干种钠盐。其中，铯的迁移能力较强，而且采用高温烧结的方式，极易造成其挥发而形成二次无污染。加之，钠离子具有较强的活性，采用玻璃固化对其长期稳定性不利。

现有技术中，铯榴石微晶玻璃的制备方法主要有高温玻璃熔制-析晶、溶胶凝胶法、前驱体法，现有技术方法需要的合成温度较高，这不可避免的会造成Cs高温挥发，腐蚀设备，其所形成的Cs气载物也难以捕捉和搜集，带来二次污染。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低温液相烧结制备铯榴石微晶玻璃的方法，采用低温液相烧结方式，可在较低的烧结温度制备出结构致密的铯榴石微晶玻璃，并对Cs进行有效固化。

本发明采用的技术方案如下：

一种低温液相烧结制备铯榴石微晶玻璃的方法，包括以下步骤：

S1.将活化高岭土、硼酸、一水合氢氧化铯和氢氧化钠混合，加入球磨罐中；其中混合物中Cs、Na、Al、Si、B和O的摩尔比为0.01-2:0.01-2:2-10：2-6:0.01-6:1-40；

S2.向S1步骤的球磨罐中加水，进行球磨，得到浆体；

S3.将S2步骤得到的浆体在温度为60-90℃烘干，得到粉体；

S4.将S3步骤得到粉体磨细，然后进行成型，并在≤950℃进行烧结，即得。

铯榴石微晶玻璃的晶结构具有类天然的似长石结构，可稳定阻止Cs元素的迁移，但常规的固相工艺环节复杂且制备温度往往超过1000℃，容易造成包括Cs和Na等活泼碱金属的挥发和迁移，从而无法有效控制其迁移。

通过使用活化高岭土、氢氧化钠和一水合氢氧化铯并加入硼酸后，可使碱金属离子与硼酸形成极低的液相烧结环境，从而可以极大降低铯榴石结晶所需的活化能，并在低于950℃的条件下形成致密的铯榴石微晶玻璃结构。由于铯榴石的烧结温度较低，可极大地避免高温烧结铯榴石时所导致的铯元素挥发的情况发生。

而本发明的铯榴石微晶玻璃制备方法，还可以极大地吸收高钠高放废料中的钠，且由于较低的烧结温度并避免了微晶玻璃工艺中的高温熔制环节，而有益于废料固化过程中的各种操作和控制。该种铯榴石微晶玻璃制备工艺及方法可用于放射性废料和各种废弃放射性铯源的处理，也可以用于日常相关废弃元素的固化处理。