[科普中国]-放射性废物玻璃-陶瓷固化

玻璃陶瓷固化是一种介于玻璃固化和陶瓷固化体之间的一种固化工艺，所形成的玻璃陶瓷固化体是介于玻璃固化体和陶瓷固化体之间的过渡型固化体。

玻璃陶瓷又称为微晶玻璃，是通过控制玻璃体而得的多晶陶瓷材料，是由著名的玻璃化学家S.D. Stookey首先制得的。经过50多年发展，玻璃陶瓷材料有了长足的发展，在建筑、航空、电力等行业得到广泛的应用，在核业系统中也得到了广泛的研究1。

玻璃陶瓷固化玻璃陶瓷固化是一种介于玻璃固化和陶瓷固化体之间的一种固化工艺，所形成的玻璃陶瓷固化体是介于玻璃固化体和陶瓷固化体之间的过渡型固化体，它是玻璃和晶质相各半的固化体，放射性核素或呈类质同象形式被固定在晶质相中，或呈固溶体形式分散于玻璃相中。

类型玻璃陶瓷固化体具有一系列优于硼硅酸盐玻璃固化体的特性，受到世界各国重视，被认为是较有应用前景的高放废液固化体之一，其中已开发的有榍石玻璃陶瓷、钡长石玻璃陶瓷、硅钛钡石玻璃陶瓷、玄武岩玻璃陶瓷和透辉石玻璃陶瓷等（化学成分均为铝硅酸盐）。

各类玻璃陶瓷固化体的废物包容量为10%～50%（质量分数），一般为20%～30%（质量分数），主要化学成分为SiO2、Al2O3、CO、BaO、Na2O、TiO2等。固化体中新生成的包裹放射性核素的矿物、类比矿物相种类繁多，因工艺流程不同，矿物、类矿物组合也各异，这表明各种矿物、类矿物有一定形成条件

工艺步骤各类玻璃陶瓷固化工艺大致与下图相似，仅固化基材种类略有不同。以加拿大开发的榍石玻璃陶瓷固化工艺为例，主要包括两个步骤：

1）将Na2O、Al2O3、CaO、TiO2、SiO2粉末与高放废液混合，加入高温熔炉，在1100～1400℃条件下熔融、快速冷却，实现玻璃化。

2）将熔融体在1050℃下进行热处理，然后缓慢冷却（90℃/h），实现晶质化，形成玻璃和晶质相各半的固化体。

大量研究表明，玻璃陶瓷固化体的机械强度和热稳定性均优于普通玻璃固化体，浸出率与后者大致相当。但玻璃陶瓷固化的成本较高。

本词条内容贡献者为:

刘瑞桓 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心