富锕系核素高放废液铁磷酸盐玻璃陶瓷固化

乏燃料后处理过程中会产生大量的高放废液，直接进行固化处理不利于废物最小化的管理原则，经济上也不可行。目前的替代方法是将其中的锕系核素与长寿命裂片核素分离出来，再对其进行-固化或嬗变处理。我国高放废液分离拟采用TRPO（三烷基氧磷）流程，产生的α-高放废液中含有一定量的P2O5组分，不宜采用硅酸盐基玻璃进行固化处理，而磷酸盐玻璃陶瓷固化技术则可以利用废液中的P2O5组分。玻璃陶瓷是一种技术含量很高的材料形式，通过主晶相的设计，控制玻璃体的形成过程，可以和成性能优良的玻璃陶瓷固化体。本项目以铁磷酸盐玻璃-独居石体系为研究基础，考察其组成与结构、性能之间的关系，优化玻璃陶瓷固化体的配方及合成工艺；研究磷酸盐玻璃相的析晶条件及析晶对固化体浸出率的影响，初步探索磷酸盐玻璃陶瓷固化体长期稳定性的评价技术，为该技术工程应用奠定前期技术基础。

基于铁磷酸盐体系玻璃对高放废物中硫酸盐、氧化物和重金属元素有较好的包容能力，且具有化学稳定性好、熔融温度低和组分可调性大等特点，研究通过引入一定量热中子吸收系数和质量吸收系数较高的B2O3后，增强了该体系玻璃的稳定性和辐照稳定性，使得其作为高放废物固化基材的诸多性能均优于硼硅酸盐玻璃。我国高放废液分离将采用TRPO流程，产生的α-HLLW中会含有一定量的P2O5，这对于硼硅酸盐玻璃固化来说是相当不利的，而铁磷酸盐玻璃固化则可以利用废液中这部分磷源。.本研究较为系统地考察了铁硼磷酸盐体系玻璃的组成、结构与稳定性之间的关系，阐明了废液中模拟核素铈及钠、铝等的影响，获得了配方组成为χB2O3-(40-χ)Fe2O3-60P2O5 (5＜χ＜13)基础玻璃的熔制工艺。采用烧结方法，验证了该体系玻璃对模拟TRPO流程废物的良好的包容性；获得了最佳包容量为20%条件下，主晶相为独居石相的铁硼磷酸盐玻璃陶瓷固化体，玻璃相由正磷酸基团[PO4]3-和微量焦磷酸基团[P2O7]4-组成，化学稳定性良好，固化体中模拟核素铈的归一化浸出率为1.13×10-4g•m-2•d-1。探索了基于多孔玻璃材料吸附-干燥-煅烧-熔融固化的高放废液处理流程，初步掌握了铁硼磷酸盐多孔玻璃的制备技术，采用真空辅助吸附流程，完成了含铀废液的处理实验考核，证实了铀大部分以Ce0.9U0.1PO4的形式固定于玻璃陶瓷固化体中，对应固化体中核素铀28d的浸出率为3.35~4.11×10-8cm•d-1。此外，该体系玻璃还可用于高钠含量废物的固化处理，包容量最高可达60wt%，固化体的稳定性良好。.通过本研究，初步验证了该体系玻璃固化TRPO流程富錒系废物的可行性，获得了必要的基础数据，有望为该技术的实际应用提供一定的技术支撑。