本发明专利技术是关于一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用。该硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，以质量百分数计，包括以下组分：SiO2 50～65％，B2O3 10～15％，Na2O 10～15％，CaO 7～10％，TiO2 10～13％，ZrO2 4～6％，P2O5 0～2.5％，Cr2O3 0～2.5％，Fe2O3 0～2.5％，CaF2 0～2.5％。本发明专利技术的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备工艺简单，可广泛应用于高放废物的固化处理。本发明专利技术采用多组分固化基材，通过调整固化基材的组成和含量，并调节熔制工艺，可同时固化多种放射性核素；将放射性核素禁锢于晶体结构中，可有效固化高放废物中的锕系元素，大幅提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。
【技术实现步骤摘要】
一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用
本专利技术属于放射性废物的处理与处置，特别是涉及一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用，尤其涉及中国动力堆产生的高放射性核废物处理的一种玻璃陶瓷固化材料。
技术介绍
高放废物主要是乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体、准备直接处置(一次通过式)的乏燃料及相应放射性水平的其他废物。高放废物的体积虽然不足核燃料循环所产生的放射性废物体积的1％，但其所含放射性量超过核燃料循环总放射性量的99％。高放废物中含有镎、钚、镅、锝、碘、锶、铯等放射性核素，其主要特点是放射性持续时间长、核素毒性大和发热性等。这些放射性核素一旦进入生物圈，危害极大。如何对高放废物进行安全处置也成为了世界性难题。目前，以液态形式存储于钢罐中的存储方式存在极大的安全隐患，且暂存库容量目前已达到饱和状态，急需解决其处理与处置的问题。历史遗留放射性废液，特别是高放废液，固化进程较慢，放射性核废液，尤其是高放废液治理难度之大，维护费用之高都制约着核电事业的发展，其安全处理与处置已成为制约核事业发展的关键因素之一。由于高放废液的组分受反应堆材料类型、乏燃料后处理工艺等决定，不同国家的高放废液组分存在较大差异。各国都根据特定组分的高放废液，开发和研究与之匹配的固化基材和固化工艺，实现固化体制备工艺和性能的最优化。中国高放废液的固化处理与处置的研究历史已表明，直接引进国外的固化体配方和工艺固化中国高放废液，在工艺和组分上都存在“不适应性”。此外，这类高放废液累积量较大，适合该废液特点的固化体配方及其适于工程化的固化工艺目前仍处于研究探索阶段，无法满足中国高放废液的特殊处理要求。开发适用于中国核电特点高放废液的新型固化体配方及其适于工程化应用的制备技术，将为中国高放废液固化处理与处置的工程化应用提供重要的理论依据和技术支撑，对推动高放废液固化实现自主保障具有重要的推动作用。玻璃固化是目前核工业高水平放射性废物固化的最佳措施，但玻璃固化体的包容量较低以及缺乏长期安全稳定性评价，其安全性受到外界质疑。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，以质量百分数计，包括以下组分：SiO250～65％，B2O310～15％，Na2O10～15％，CaO7～10％，TiO210～13％，ZrO24～6％，P2O50～2.5％，Cr2O30～2.5％，Fe2O30～2.5％，CaF20～2.5％。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，其中以质量百分数计，包括以下组分：SiO250.5％，B2O312％，Na2O14％，CaO7％，TiO210％，ZrO24％，Cr2O32.5％。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备方法，包括：将配方量的SiO2、B2O3、Na2O、CaO、TiO2、ZrO2、P2O5、Cr2O3、Fe2O3和CaF2充分研磨并混合均匀后，熔制，形成液态熔体；将所述液态熔体浇注至预热的模具中，冷却成型，退火，得到硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备方法，其中所述熔制的温度为1200～1300℃，所述熔制的时间为3～4h。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备方法，其中所述退火包括：在500～550℃的退火炉中保温2～3h，再随炉冷却至室温。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的应用，所述硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材用于高放废物的固化处理。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的应用，其中所述高放废物为中国燃耗深度为45000MWd/tU动力堆产生的乏燃料经后处理产生的高放废物。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的应用，其中所述固化处理包括：将所述硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材制成玻璃细珠，将所述玻璃细珠与高放废物按不小于3.29:1的重量比充分混合后，再次熔制形成液态熔体；将所述液态熔体浇注至预热的模具中，冷却成型，退火，得到坯体；将所述坯体放入预热至820～850℃的热处理炉中继续保温2～3h，冷却至室温，得到硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的应用，其中所述熔制的温度为1200～1300℃，所述熔制的时间为2～3h。优选的，前述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的应用，其中所述退火包括：在500～550℃的退火炉中保温2～3h，再随炉冷却至室温。借由上述技术方案，本专利技术提出的一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法，至少具有下列优点：1、本专利技术的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，以质量百分数计，包括以下组分：SiO250～65％，B2O310～15％，Na2O10～15％，CaO7～10％，TiO210～13％，ZrO24～6％，P2O50～2.5％，Cr2O30～2.5％，Fe2O30～2.5％，CaF20～2.5％；本专利技术采用多组分固化基材，通过调整固化基材的组成和含量，调节熔制工艺，可同时固化多种放射性核素；将放射性核素禁锢于晶体结构中，可有效固化高放废物中的锕系元素。2、本专利技术的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备工艺简单，可以用于固化高放废物，得到的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体。本专利技术提供的含钙钛锆石晶相的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体基材，旨在提高晶化能力和对锕系核素的包容量，并降低废料的浸出率。玻璃陶瓷可以实现核废物的“双包容”，即将锕系等高放射性核素禁锢到玻璃陶瓷的晶相之中，低放和其他杂质元素被包容在玻璃网络结构中，大幅提高核废物在固化体中的化学稳定性及包容量。3、采用本专利技术的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材对高放废物进行固化处理，对高放废物的包容量在24％以上，有利于实现固化体的体积最小化，最大程度固化高放核废物；材料适应范围广，对中国不同组分的动力堆核废物均可有效包容；硅含量较高，化学和物理性能优异，在深地质环境中可有效保证固化体的稳定；在MCC-1测试方法下，7天后模拟核素的归一化浸出率在10-7数量级以下。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。本专利技术提出了一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，以质量百分数计，其包括以下组分：SiO250～65％，B2O310～15％，Na2O10～15％，CaO本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，其特征在于，以质量百分数计，包括以下组分：SiO2 50～65％，B2O3 10～15％，Na2O 10～15％，CaO 7～10％，TiO2 10～13％，ZrO2 4～6％，P2O5 0～2.5％，Cr2O3 0～2.5％，Fe2O3 0～2.5％，CaF20～2.5％。
【技术特征摘要】
1.一种硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，其特征在于，以质量百分数计，包括以下组分：SiO250～65％，B2O310～15％，Na2O10～15％，CaO7～10％，TiO210～13％，ZrO24～6％，P2O50～2.5％，Cr2O30～2.5％，Fe2O30～2.5％，CaF20～2.5％。2.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材，其特征在于，以质量百分数计，包括以下组分：SiO250.5％，B2O312％，Na2O14％，CaO7％，TiO210％，ZrO24％，Cr2O32.5％。3.一种权利要求1或2所述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备方法，其特征在于，包括：将配方量的SiO2、B2O3、Na2O、CaO、TiO2、ZrO2、P2O5、Cr2O3、Fe2O3和CaF2充分研磨并混合均匀后，熔制，形成液态熔体；将所述液态熔体浇注至预热的模具中，冷却成型，退火，得到硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材。4.根据权利要求3所述的硼硅酸盐玻璃陶瓷固化基材的制备方法，其特征在于，所述熔制的温度为1200～1300℃，所述熔制的时间为3～4h。5.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱永昌，韩勖，崔竹，刘峻，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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