一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法技术

一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法。本发明专利技术通过在铁磷酸盐玻璃体系中增加光碱度高的氧化物的含量，提高玻璃的光碱度，增加玻璃的氧化性，在工程运行中与合金接触时，能够迅速使得合金表面形成氧化膜，阻碍玻璃熔体对合金的侵蚀，增加了核废料玻璃固化处理的长期运行稳定性，提高生产效率。本发明专利技术中铁磷酸盐玻璃的组分为35～75mol％P2O5、10～40mol％Fe2O3、0～10mol％SiO2、0.1～20mol％B2O3、0.1～20mol％Al2O3、0.1～20mol％Li2O、0.1～20mol％Na2O、0.1～20mol％K2O、0.1～20mol％Cs2O、0.1～20mol％MgO、0.1～20mol％CaO、0.1～20mol％SrO、0.1～20mol％BaO、0.1～10mol％La2O3。本发明专利技术制备的铁磷酸盐玻璃对合金的侵蚀性低，且制备工艺简单、成本低、易于工程化、在放射性核废料玻璃固化工程领域具有极高的应用前景。化工程领域具有极高的应用前景。化工程领域具有极高的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高放射性核废料固化玻璃研发领域，具体涉及一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国核工业领域的发展以及各类放射性废物的核设施建设进度的加快，高放射性废物的玻璃固化处理需求量正在迅速增加。而在放射性废物固化玻璃的工程化工艺生产中，需要综合考虑固化玻璃的物理、化学、电学、热学、机械性质等多项重要相关指标。对合金的侵蚀性作为核废料固化玻璃的化学性质，尤其是高温时玻璃熔液对合金的侵蚀性对整个核废料玻璃固化工艺影响重大，对核废料玻璃固化工艺的运行可靠性、长期稳定性起着决定性作用，并贯穿整个核废料固化工艺的全过程。
[0003]目前，国际上用于核废料玻璃固化的玻璃材料主要有硼硅酸盐玻璃和铁磷酸盐玻璃两类体系。硼硅酸盐玻璃因其具有较好的化学稳定性和耐辐照特性而获得广泛应用，但该体系对核废料中的一些元素(钼和硫等)溶解度低，经常出现分相等现象，造成工程上的难题。另一方面，铁磷酸盐玻璃因其对核废料所含元素具有优异的溶解性，而在国际上成为研究热点。但铁磷酸盐玻璃在实际运行时对所接触的合金容易发生化学反应而产生侵蚀，最终破坏核设施。因此，如何降低铁磷酸盐玻璃对合金的侵蚀性成为了国内外学者的广泛关注和研究。
[0004]核废料固化玻璃设备所使用的主流合金为Inconel690，其元素组成为60wt％Cr
‑
30wt％Ni
‑
10wt％Fe。固化玻璃对合金的侵蚀性主要影响因素有：1高温下玻璃熔液在合金表面形成氧化膜保护层的能力；2合金中的金属离子在玻璃熔液中的扩散系数。
[0005]根据文献报道[1]，光碱度反应出了氧化物在玻璃熔液中的氧化性，根据玻璃的配方能够计算出该玻璃的光碱度，计算公式为Λ＝X(AO
a
)Λ(AO
a
)+X(BO
a
)Λ(BO
a
)+
……
，其中，Λ为玻璃的光碱度，X(AO
a
)、X(BO
b
)、
…
分别为氧化物AO
a
、BO
b
、
…
提供氧的个数的占比，Λ(AO
a
)、Λ(BO
b
)、
…
分别为氧化物AO
a
、BO
b
、
…
的光碱度。文献[1]同时给出了主要玻璃形成体以及碱/碱土金属氧化物的光碱度。另外，核废料固化玻璃所用的其他氧化物成分的光碱度可查阅文献[2]。固化玻璃的光碱度越高，给出氧的能力越大，与合金接触时就越容易形成氧化膜，氧化膜能够有效阻止玻璃熔液与合金内部元素的化学反应。因此，提升固化玻璃的光碱度(提升光碱度值高的氧化物在玻璃中的含量)，就能降低其对合金的侵蚀性。
[0006]然而，通过提高光碱度来降低核废料固化铁磷酸盐玻璃对合金的侵蚀性的方法鲜有文献报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法。该方法制备的固化玻璃对合金的侵蚀性低，能够提升核废料玻璃固化实际
工艺生产中的长期稳定性，有助于加快我国核废料玻璃固化领域的发展进程。该核废料固化铁磷酸盐玻璃主体氧化物组成及各自的光碱度和摩尔含量如下：
[0008]组成氧化物的光碱度摩尔含量mol％P2O50.3335～75Fe2O31.0010～40SiO20.480～10B2O30.421～20Al2O30.601～20Li2O1.000.1～20Na2O1.150.1～20K2O1.400.1～20Cs2O1.700.1～20MgO0.780.1～20CaO1.000.1～20SrO1.100.1～20BaO1.150.1～20La2O31.000.1～10
[0009]本专利技术通过在铁磷酸盐玻璃体系中增加光碱度高的氧化物的含量，提高玻璃的光碱度，并结合电子谈着显微分析仪(EPMA)、等离子体质谱法(ICP
‑
MS)等测试手段进行分析，来确定一种放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃对合金的侵蚀性。
[0010]本专利技术的技术解决方案如下：
[0011]一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃及其制备方法，其特点在于，所述铁磷酸盐玻璃的成分组成的摩尔百分比为35～75mol％P2O5、10～40mol％Fe2O3、0～10mol％SiO2、0.1～20mol％B2O3、0.1～20mol％Al2O3、0.1～20mol％Li2O、0.1～20mol％Na2O、0.1～20mol％K2O、0.1～20mol％Cs2O、0.1～20mol％MgO、0.1～20mol％CaO、0.1～20mol％SrO、0.1～20mol％BaO、0.1～10mol％La2O3。
[0012]上述玻璃的制备方法包括以下步骤：
[0013](1)配料：主要以P2O5、Fe2O3、SiO2、H3BO3、Al2O3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Cs2CO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3为原料，并按照质量比31.06～75.94wt％P2O5、11.39～41.47wt％Fe2O3、0～3.75wt％SiO2、0.09～13.98wt％H3BO3、0.06～15.57wt％Al2O3、0.04～10.07wt％Li2CO3、0.07～16.37wt％Na2CO3、0.08～18.63wt％K2CO3、0.22～36.84wt％Cs2CO3、0.05～12.10wt％MgCO3、0.06～14.70wt％CaCO3、0.10～19.17wt％SrCO3、0.11～24.68wt％BaCO3、0.25～22.19wt％La2O3称取各原料；
[0014](2)球磨混合：将上述原料放入滚筒式球磨机中进行充分研磨并混合均匀；
[0015](3)熔制：将所述的混合后的粉料在1000～1200℃温度下熔制2～3h，并搅拌均化，获得均化后的玻璃液；
[0016](4)成型：将所述的熔制后的玻璃液浇注到已经预热至500～600℃温度的模具中成型；(5)退火：将所述的成型后的玻璃成型体放于400～500℃温度下保温3～5h，然后以1～10℃/h的降温速率降温至室温，即制得产物。
[0017]优选的，所述的光碱度范围为0.406～0.641。
[0018]优选的，所述的玻璃在1000～1150℃温度下与Inconel 690合金反应2～20h后，从合金熔解在玻璃中的金属元素含量小于0.05wt％。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术通过在铁磷酸盐玻璃体系中增加光碱度高的氧化物的含量，提高玻璃的光碱度，增加玻璃的氧化性，在工程运行中与合金接触时，能够迅速使得合金表面形成氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃，其特征在于，所述铁磷酸盐玻璃的成分组成的摩尔百分比为35～75mol％P2O5、10～40mol％Fe2O3、0～10mol％SiO2、0.1～20mol％B2O3、0.1～20mol％Al2O3、0.1～20mol％Li2O、0.1～20mol％Na2O、0.1～20mol％K2O、0.1～20mol％Cs2O、0.1～20mol％MgO、0.1～20mol％CaO、0.1～20mol％SrO、0.1～20mol％BaO、0.1～10mol％La2O3。2.根据权利要求1，所述的一种对合金侵蚀性低的放射性核废料固化铁磷酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)配料：根据上述玻璃组成，以P2O5、Fe2O3、SiO2、H3BO3、Al2O3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Cs2CO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3为原料，并按照质量比31.06～75.94wt％P2O5、11.39～41.47wt％Fe2O3、0～3.75wt％SiO2、0.09～13.98wt％H3BO3、0.06～15.57wt％Al2O3、0.04～10.07wt％Li2CO3、0.07～16....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙焰，王欣，薛天锋，凡思军，胡丽丽，陈树彬，裴广庆，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：