[发明专利]热压烧结制备ZrO2

说明书

一种热压烧结制备ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用，包括以下步骤：步骤一、将两种原料ZrO₂和SiO₂混合后进行研磨；步骤二、将研磨后的原料烘干；步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28～35MPa，温度为1400～1600℃条件下煅烧1～6h，得到ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷。本发明在较低温度及较短时间下，可制得高合成率、高致密性及高强度的陶瓷固化基材，该方法大大提高陶瓷合成率、致密性及强度，同时大大降低合成温度及缩短合成时间，节能高效，并且采用该方法对放射性核素进行固化，其放射性核素浸出率低，固化体具有较好的化学稳定性。

技术领域

本发明属于放射性核素固化技术领域，具体为一种热压烧结制备ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用。

背景技术

高放废物（HLW）因存在放射性水平高、半衰期长、生物毒性大、释热量高、产生高能粒子及成份复杂等特点，其处理处置尤为棘手。固化-深地质处置是当前国际普遍认同的高放废物处理处置策略，是一项复杂的系统工程，尚有大量科学及技术问题亟待研究。高放废物具有核素种类多、组分复杂（常含有大量裂变产物、后处理过程添加的化学成分等）及波动性大等特点。这就对高放废物固化基材提出了苛刻的要求，尤其是要求对核素种类、价态等具有良好的适应性。

锆石（ZrSiO₄）被认为是人造岩石（陶瓷）固化锕系核素的候选基材。综合国内外学者和项目组前期研究发现，ZrSiO₄对特定核素（U、Pu 等）和模拟核素（Nd、La、Ce 及 Eu 等）具有一定的固化能力。然而，单相ZrSiO₄陶瓷对固化处理核素具有较高的针对性，很难实现复杂组分放射性废物的同时固化处理，不具备良好的适应性，且核素固溶量也偏低。同时，ZrSiO₄陶瓷固化体的合成相当困难，目前，主要采用传统高温固相法合成，存在烧结温度高（1550-1700 ℃）、耗时（48 h）以及致密性差等问题。在实际高放废物固化处理过程中，固化体合成温度过高存在诸多不利。一方面，固化处理温度太高会造成低熔点放射性核素挥发，产生气溶胶，导致二次污染，不利于高放废物的有效固化处理；另一方面，高的固化处理温度对设备要求高，工艺苛刻。这些均严重制约高放废物陶瓷固化的工程化应用。

开发适合同时固化复杂组分废物兼具良好固化能力及综合稳定性的固化基材，以及快速、高效且具有工程化应用前景的陶瓷固化体合成新方法，是当前高放废物处理处置研究领域的难点和瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种热压烧结制备ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷的方法及对放射性核素固化的应用。本发明针对单相ZrSiO₄陶瓷核素适应性差、固溶量低，以及传统制备方法存在高温、耗时等问题，采用热压烧结方法制备ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷固化基材，具有低温、快速及高效等优点。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种热压烧结制备ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷的方法，包括以下步骤：

步骤一、将两种原料ZrO₂和SiO₂混合后进行研磨；

步骤二、将研磨后的原料烘干；

步骤三、将烘干的原料置于热压烧结炉中，在压力为28~35MPa，温度为1400~1600℃条件下煅烧1~6h，得到ZrO₂/ZrSiO₄复相陶瓷。