[科普中國]-放射性廢物陶瓷固化

陶瓷固化是將高放廢液與人工合成陶瓷基料以一定比例混合，置于固化設(shè)備中蒸發(fā)、煅燒、高溫熔融，經(jīng)緩慢冷卻后得到包容廢物的穩(wěn)定的晶相陶瓷固化體。

隨著玻璃固化技術(shù)工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)玻璃并不是高放廢液固化的最優(yōu)良載體。這是因為玻璃是一種過冷過飽和的固溶體，從熱力學角度上講，析晶現(xiàn)象必然會發(fā)生，且析出的晶體大部分是水溶性的，不利于深地質(zhì)處置。為此人們研究了陶瓷固化體1。

陶瓷固化體陶瓷固化技術(shù)陶瓷固化是將高放廢液與人工合成陶瓷基料以一定比例混合，置于固化設(shè)備中蒸發(fā)、煅燒、高溫熔融，經(jīng)緩慢冷卻后得到包容廢物的穩(wěn)定的晶相陶瓷固化體。

陶瓷固化與玻璃固化的主要區(qū)別是，玻璃固化體是經(jīng)過熔融、快速冷卻后生成的非晶質(zhì)體，而陶瓷固化體是經(jīng)過熔融、緩慢冷卻后生成的晶質(zhì)體。

分類按照陶瓷固化體中基體礦相的結(jié)構(gòu)，可分為硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、鋯酸鹽和鈦酸鹽等5類陶瓷固化體；按照固化基材和工藝流程的不同，陶瓷固化基材又可分為燒結(jié)陶瓷、二氧化鈦陶瓷、獨居石陶瓷等。圖為高放液燒結(jié)陶瓷固化工藝示意圖。

固化步驟它包括以下幾個步驟:

1）將高放廢液與Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、稀土氧化物等添加劑混合，送入流化床煅燒器，在500～700℃條件下煅燒

2）將煅燒物送入高溫熱壓爐，在溫度為100～1400℃、壓力為50～140MPa的條件下進行熱壓。在熱壓過程中，形成10余種新生礦物，如磁鐵鉛礦、尖晶石、晶質(zhì)鈾礦、剛玉、霞石和鈣鈦礦等，并將放射性核素包容在其中

3）熱壓后的陶瓷固化體裝桶、封蓋、冷卻后，送去貯存。

主要優(yōu)點就整體性能而言，陶瓷固化的優(yōu)點在于:

1）致密度高，抗浸出性能好。

2）膨脹率低，耐高溫。

3）化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，甚至可以固化武器級钚。但是，該方法尚處于驗證階段，且處理成本較高。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

劉瑞桓 - 高級工程師 - 環(huán)境保護部核與輻射安全中心