本发明专利技术公开了一种稀土钛酸盐烧绿石粉体的制备方法，其特征是：以Fe2O3、A2O3、Ti粉体或CuO、A2O3、Ti、TiO2粉体为原料，按比例配料，混匀后过100目筛，取10～50g混匀原料压制成型；将成型的坯体置于自蔓延高温合成装置中，通过钨丝点火引燃坯体发生反应，制得疏松多孔的稀土钛酸盐烧绿石和金属的复相块体；将块体球磨破碎，置于稀硝酸中浸、过滤，固体物用去离子水洗涤、干燥、粉碎，即制得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体。本发明专利技术采用自蔓延高温合成结合酸洗工艺制备用于高水平放射性核废料的长期安全固化处理与处置的稀土钛酸盐烧绿石粉体，具有速度快、效率高、产物纯度高、能耗低、工艺简单等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环保领域，特别是高水平放射性废料的固化处理，具体涉及。本专利技术制备的稀土钛酸盐烧绿石粉体，特别适用于高放废物中锕系核素的长期安全固化处理与处置。
技术介绍
高水平放射性废物(简称HLW)是国内外放射性废物处理的重点和难点，烧绿石能够将HLW中的长寿命锕系核素原子固定于其晶格结构中，从而大幅提高固化体的稳定性和长期安全性，是较为理想的HLW固化介质。自蔓延高温合成(简称SHS)是一项重要的材料制备新技术，它利用化学反应自身放热维持反应的持续进行，从而合成具有指定成分与结构的产物。与传统工艺相比，SHS技术具有反应速度快、能耗小、设备简单、操作方便等优点，受到国内外各研宄机构的高度重视。鉴于SHS技术的诸多优点，印度学者Muthuraman在1994年提出将其应用于放射性核废物的固化处理(M.Muthuraman等，燃烧合成制备氧化物材料固化核废料，材料科学快报，1994，17: 977)，1998年俄罗斯学者Borovinskaya等采用Fe2O3作为氧化剂，利用SHS反应制取了钙钛矿(CaT13)固化裂变核素SKBorovinskaya等，类矿物材料的SHS制备及其对放射性废料的固化处理，国际自蔓延杂志，1998，7:129)。由于烧绿石(A2B2O6X)的包容量明显优于钙钛锆石和钙钛矿，且具有优良的耐辐照和抗浸出性能。另外，烧绿石中的A和B位可以被Sm、Gd、Hf等中子吸收元素占据，使用烧绿石作为锕系核素的固化介质，可以大幅提高锕系核素固化体的临界安全性。传统的烧绿石合成方法主要包括:(I)机械球磨反应法，(2)常压下的高温固相反应法，以及(3)高温高压反应合成法。这些合成工艺相对较为复杂，且合成周期长，不利于烧绿石固化工艺的大规模推广。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供。本专利技术采用Fe2O3或CuO粉末作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，经自蔓延高温合成(简称SHS)结合酸洗工艺制取的稀土钛酸盐烧绿石粉体，包容量和稳定性较高，用于高放废物中锕系核素的固化处理，从根本上保证了固化体的稳定性和长期安全性。本专利技术的内容是:，其特征是具有以下工艺步骤: a、备料: 以粒度小于200目的Fe203、A2O3, Ti粉体为原料(并且原料的纯度较好的是高于99%)，按摩尔比为Fe203:A 203:Ti = 4:3:6取各原料，将原料混合并干法球磨I?24h，球磨后的粉料再过100目筛，筛下物即为混合均匀的混合料；取10?50g混合料装入模具(较好的是采用不锈钢模具)中，采用5?20MPa压力将混合料压制成型为直径20?50mm的圆柱体形坯体，备用； b、自蔓延高温合成: 采用自蔓延高温合成装置(或称自蔓延准等静压装置，系现有技术)，该装置的组成包括点火钨丝(3)，以及由底部、环形侧壁和上压头构成的不锈钢模具(I);在不锈钢模具(I)内底部放置氧化铝垫片(4)，将成型的所述圆柱体形坯体(2)置于氧化铝垫片(4)上，在圆柱体形坯体(2)—侧面安装点火钨丝(3)、并使点火钨丝(3)与圆柱体形坯体(2)(充分)接触；随后对点火钨丝(3)通直流电，当达到设定电流30?60A，即可引燃点火钨丝(3)，通过燃烧的钨丝(3)加热点燃圆柱体形坯体(2)发生反应，待(自蔓延燃烧)反应结束，物料冷却至常温，将冷却后物料取出，即制得(物相成分为稀土钛酸盐烧绿石和金属的复相)疏松块材； C、酸洗除去金属相: 将制得的疏松块材置于行星球磨机中研磨6?24h，磨碎后的粉体再置于稀硝酸水溶液中浸泡24?48h，以完全除去粉体中的金属组分，过滤弃去液体、固体物用去离子水洗涤，干燥，粉碎，即制得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体。本专利技术的内容中:步骤a所述备料可以替换为: 以粒度小于200目的CuO、A2O3, T1、T12粉体为原料(并且原料的纯度较好的是高于99%)，按摩尔比为为CuO:A203:Ti:Ti02= 6:2:3:1取各原料，将原料混合并干法球磨I?24h，球磨后的粉料再过100目筛，筛下物即为混合均匀的混合料；取10?50g混合料装入模具(较好的是采用不锈钢模具)中，采用5?20MPa压力将混合料压制成型为直径20?50mm的圆柱体形还体，备用； 本专利技术的内容中:步骤a所述A2O3中元素A可以为Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd等元素中的任意一种。本专利技术的内容中:步骤c中所述稀硝酸水溶液较好的是浓度为I?5 mo I/L的稀硝酸水溶液。本专利技术的内容中:步骤c中所述行星球磨机的转速较好的为200?350转/分钟，球磨介质较好的为不锈钢球，球磨液体介质较好的为去离子水。本专利技术稀土钛酸盐烧绿石粉体的制备采用Fe2O3或CuO粉作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，用自蔓延高温合成(简称SHS)结合酸洗工艺，制取高纯稀土钛酸盐烧绿石粉体，其化学反应方程式为:(I) 4Fe203+3A203+6Ti=3A2Ti207+8Fe 或:(2 ) 6Cu0+2A203+3Ti +Ti02=2A2Ti207+6Cu 本专利技术所采用反应原料可以均购自国药集团化学试剂有限公司和阿拉丁试剂公司。 本专利技术所制得烧绿石粉体为立方相晶体结构。与现有技术相比，本专利技术具有下列特点和有益效果: (1)采用本专利技术，以Fe2O3或CuO粉末作为氧化剂、Ti粉作为还原剂，经自蔓延高温合成(SHS)结合酸洗工艺制得的稀土钛酸盐烧绿石粉体，包容量和稳定性较高，用于高放射性废物的固化处理，从根本上保证了锕系核素固化体的稳定性和长期安全性； (2)本专利技术采用SHS工艺制备的疏松块材，其物相组成为钛酸盐烧绿石和金属Fe或Cu相；由于Fe和Cu易溶于硝酸，通过后续的酸洗工艺即除掉产物中的金属成分，从而获得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体； (3)本专利技术制备的烧绿石型人造岩石，其主要矿相SA2Ti2O7烧绿石和金属Fe或金属Cu相，A2Ti2O7烧绿石的A位可以接纳三价和四价婀系元素(如U、Th、Np、Am、Cm、Pu等)以及镧系元素，同时A位还可以容纳+1到+6价、离子半径在0.086-0.155nm之间的阳离子(如Ca、Na、RE、Y、Ba、Sr、Pb 等)； (4)本专利技术制备的产物为高纯稀土钛酸盐烧绿石粉体，采用包容量和稳定性较高的稀土钛酸盐烧绿石作为人造岩石矿相，对锕系核素包容量较高，可包容元素范围较广，固化体稳定性高，对不同组成的高放废物适应性很强，对于烧绿石固化处理和处置HLW的工程化应用具有较大的推动作用，实用性强； (5)本专利技术采用自蔓延高温合成结合酸洗工艺制备高纯钛酸盐烧绿石粉体，具有合成速度快、生产周期短、生产效率高、产物纯度高、能耗低、合成物相可控、工艺简单等优点，有利于该工艺的工程化应用和推广。【附图说明】图1是本专利技术中采用的自蔓延高温合成装置(或称自蔓延等静压装置)示意图； 图2是实施例1所制得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体样品的X射线衍射图谱，图中可见制得粉体物相仅包含Y2Ti2O7烧绿石，无其他杂质相存在； 图3是实施例2所制得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体样品的X射线衍射图谱，图中可见制得粉体物相仅包含Y2Ti2O7烧绿石，无其他杂质相存在。图1中:1_不锈钢模具，2-圆柱体形坯体(即反应原料)，3-点火本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土钛酸盐烧绿石粉体的制备方法，其特征是步骤为：a、备料：以粒度小于200目的Fe2O3、A2O3、Ti粉体为原料，按摩尔比为Fe2O3：A2O3：Ti = 4：3：6取各原料，将原料混合并干法球磨1～24 h，球磨后的粉料再过100目筛，筛下物即为混合均匀的混合料；取10～50g混合料装入模具中，采用5～20MPa压力将混合料压制成型为直径20～50mm的圆柱体形坯体，备用；b、自蔓延高温合成：采用自蔓延高温合成装置，该装置的组成包括点火钨丝(3)，以及由底部、环形侧壁和上压头构成的不锈钢模具（1）；在不锈钢模具（1）内底部放置氧化铝垫片（4），将成型的所述圆柱体形坯体（2）置于氧化铝垫片（4）上，在圆柱体形坯体（2）一侧面安装点火钨丝(3)、并使点火钨丝(3)与圆柱体形坯体（2）（充分）接触；随后对点火钨丝(3)通直流电，当达到设定电流30～60A，即引燃点火钨丝(3)，通过燃烧的钨丝(3)加热点燃圆柱体形坯体（2）发生反应，待反应结束，物料冷却至常温，将冷却后物料取出，即制得疏松块材；c、酸洗除去金属相：将制得的疏松块材置于行星球磨机中研磨6～24h，磨碎后的粉体再置于稀硝酸水溶液中浸泡24～48h，过滤弃去液体、固体物用去离子水洗涤，干燥，粉碎，即制得高纯度稀土钛酸盐烧绿石粉体。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张魁宝，文冠军，李玉香，滕元成，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。