[放射性废物处理与处置]作业选读.ppt

回归自然—人造岩石固化放射性废物 本13核化1班吴福海 学号：20134150114 主要内容： 人造岩石 几种典型的人造岩石固化体 人造岩石固化工艺 人造岩石固化高放废物的前景 人造岩石 人造岩石组成及制备 地球上天然火成岩中含有少量放射性元素（如铀、钾-40）稳定存在了亿万年, 但没有污染我们赖以生存的地球.澳大利亚国立大学Ringwood 教授于 1978 年首次研制出了一种高放废物固化基材—人造岩石(Synthetic Rock , ) 固化体 . 其实质是一种陶瓷, 在迄今开发的各种固化体中是较为理想的 . 人造岩石原理 从地球化学的观点出发 ,根据“类质同象” 、“矿相取代”、“低温共熔” 等原理。 通过高温固相反应开发研制的一种热力学稳定的多晶相钛酸盐矿物固熔体. 能够使放射性核素的原子进入矿物的晶体结构中, 或者镶嵌在晶体之间的孔隙中 ,与基质矿物形成均匀的固溶体从而获得安全处置. 一般大部分废物元素直接进入矿相的晶格位置 ,只有少部分废物元素被还原成了金属单质包容在合金相中.  人造岩石特性（优点） 1致密度高 2化学稳定性强 3抗辐照性强 4抗浸出性强 导热性能、抗浸出性能、抗辐照性能均优于玻璃固化.因此，它比玻璃固化更适于高放射性、高释热、长寿命的特定高放废液的固化. 几种典型的人造岩石固化体 钙钛锆石型人造岩石 钙钛锆石( CaZrTi2O7) 型人造岩石是地球上最稳定的矿相之一 ,也是锕系核素的主要寄生相 ,具有很好的发展前景 ,目前国内外研究的比较多. 合成方法固相反应法 ,液相反应法 . 固相反应法的 工艺简单,原料容易得到而且价格低 ,合成的钙钛锆石纯度较高 ,更适合于工程化应用.  钙钛锆石属于缺阴离子的氟石型超结构, 其主要成分是 CaO , ZrO2 , TiO2, 有 5 个不同的晶格位,根据类质同象原理,大小合适的其他离子可以不同程度地进入这 5 个位置 , 有的离子可以进入 1 个以上的位置. 富烧绿石型人造岩石 烧绿石和钙钛锆石一样也是自然界中稳定存在的矿相. 它们具有相近的结构, 因此具有相近的性能 ,但烧绿石可以达到较高的包容量 ,这对深地质处置是十分有利的 .  烧绿石是在制备人造岩石过程中 ,当金属离子对钙钛锆石的锆位的取代超过一定的固溶度时形成的 . 目前 ,国际上对以烧绿石为主要矿相人造岩石固化的研究比较少 , 我国原子能科学院的杨建文等人做了这方面的研究工作 ,并取得一定的成果 . 含Na2Al2Ti6O6型黑钛铁钠矿的人造岩石 普通人造岩石各组成矿相的晶格对从后处理厂产生的高放废物的包容能力很好, 但对钠离子的包容能力都很低 ,所以这种固化体对高钠废液的包容效果一直不好 .  含 Na2Al2Ti6O6型黑钛铁钠矿的人造岩石固化体可以用来包容高钠废液，黑钛铁钠矿是一种天然矿物它的基本组成为 A2B2Ti6O6 , Al3+ , Ti3+\Cr3+等 . 黑钛铁钠矿中的( B3+ , Ti4+)O6八面体通过共边和共顶点组成空间网络结构 , 钠离子可以镶嵌在网络结构的空隙中 ,因此具有较好的物理、化学稳定性 . 富碱硬锰矿型人造岩石 高放废液中分离出的137Cs 核素因原子半径大 ,被认为是最难固化的核素 . 目前可以利用类质同象原理主要通过人造岩石的 Ba 型碱硬锰矿相 , 使 Cs通过异价或补偿取代方式固定于碱硬锰矿的隧道结构中.  人造岩石固化工艺 人造岩石的制备可以分为 3 大步骤  制备坯料 制成活性大、颗粒细和分配均匀的基料，是制备合格人造岩石固化基材的关键. 其必须粒度足够细、混合充分. 还原煅烧 因为高价锕系元素是易溶的，低价锕系元素是难溶的，所以选择在还原条件下制备人造岩石，使锕系元素以低价态出现在富钙钛锆石型人造岩石固化体中。  热压烧结 为了减少易挥发元素(如Cs，R u，T c)的逸出，在煅烧粉末中加入2％钛粉(50μm颗粒)，在N：或A r气氛中于1100～1300℃和15。25MPa条件下进行热压. 工艺流程： 人造岩石固化高放废物的前景 迄今开发的各种固化体中 ,较为理想的是人造岩石固化体. 人造岩石被广泛认为是第二代高放废物固化体 ,固化技术发展很快 . 澳大利亚核科学和技术组织( ANSTO) 已于 1987 年率先在世界上建成第一套人造岩石冷试中间工厂 ,生产能力为10 kg/h .  其他国家 美国也正在建造中等规模的人造岩石固化设备 ,而英国哈维尔原子能研究所也正在研究含真实放射性废物的人造岩石样本 , 以评价阿尔法辐照的影响 . 日本原子能研究所正在试验合成工艺 ,制造含裂片元素