[发明专利]一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材及其制备方法。本发明通过将CaCO₃、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、CeO₂、Na₂CO₃·10H₂O和Fe₂O₃基质材料按一定比例充分混合后，经高温熔制，低温去应力，不同温度成核晶化处理，制得钙钛锆石玻璃陶瓷基材。本发明所得基材的晶相单一，主要为钙钛锆石相，基材结构致密，无孔洞或微孔存在，晶界极少，具有良好的抗浸出能力和抗腐蚀能力，对我国高放核废，尤其是TRPO高放核废的玻璃陶瓷固化具有重要意义。

技术领域

本发明属于放射性废物的处理与处置领域。具体涉及一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材及其制备方法。

背景技术

核能作为一种清洁能源，对减少温室气体的排放起着至关重要的作用，然而，核能在开发利用的同时，也会产生大量的放射性废物，特别是高放废物，对人类健康和环境有很大的潜在危害。放射性废物中的高放废物，由于其具有很强的放射毒性和很长的半衰期，已成为放射性废物处理与处置的世界性难题，对高放废物的处置方法中，比较可行的方法是先对高放废物进行固化处理，再进行多屏障深地质掩埋。

目前，对放射性废物的固化主要有玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷这三种固化体。玻璃固化体几乎可以固化所有的放射性废物，具有废物减量大的特点，但是，玻璃固化体对锕系核素的固溶度很低，且在热力学上属于热稳态，在高温及潮湿的环境中容易发生结构变化而导致放射核素加速浸出。陶瓷固化体的各项固化性能都优于玻璃固化体，特别适用于锕系核素的固化，然而，陶瓷固化体需要高温烧结而成，且不易获得单相固化体。玻璃陶瓷固化体可以很好的融合玻璃和陶瓷两种固化体的优点，克服二者的缺点，是一种具有很大前景的固化体，其中，钙钛锆石基玻璃陶瓷固化体是目前最具应用前景的固化体之一。

当前我国的高放废物主要是经由混合三烷基氧膦(TRPO)工艺产生的，其化学成分中，除了次锕系核素、稀土元素和钼元素外，还有大量的铁元素，铁元素含量达5.56wt％。在高放废物的固化中，不论是玻璃还是陶瓷固化体，或是玻璃陶瓷固化体，一般都采用高温热处理进行固化体的制备。然而，在高温下，铁在不同的熔体(烧结体)体系环境中，有可能与体系的其他多价态元素(特别是锕系核素)发生氧化还原反应，从而导致他们的价态出现多样性，体系中元素价态的多样性有可能导致固化体出现各种不稳定因素。基于以上考虑，在采用玻璃陶瓷固化体作为TRPO高放废物的固化基材时，铁元素是需要考虑的一个重要因素。

中国专利CN 111039674 A公开了一种固化TRPO模拟废物的锆酸钆陶瓷及其制备方法，其所述TRPO模拟废物为含An的α模拟废物，所述含An的α模拟废物中元素组分为Y、Pr、Mo、Nd、Ru、Sm、Pd、Eu、La、Gd和Ce。但目前仍未有一种含铁的玻璃陶瓷固化基材，亦没有相关的制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为克服现有TRPO高放核废固化处理方法的缺陷和不足，提供一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材。

本发明的第二个目的是提供一种含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明在探索和实验的过程中发现，铁元素的加入会导致钙钛锆石玻璃陶瓷的晶相发生改变，不再是钙钛锆石相；也有的钙钛锆石玻璃陶瓷中出现了晶相杂化；同时还有的钙钛锆石玻璃陶瓷中出现了孔洞或微孔。这些现象的出现会影响钙钛锆石玻璃陶瓷固化体对高放核素的固化能力，也会对固化体的抗浸出能力和抗腐蚀能力造成影响。本发明通过大量的摸索和优化，获得了含铁的钙钛锆石玻璃陶瓷基材及其制备方法。