[科普中国]-放射性废物陶瓷固化

陶瓷固化是将高放废液与人工合成陶瓷基料以一定比例混合，置于固化设备中蒸发、煅烧、高温熔融，经缓慢冷却后得到包容废物的稳定的晶相陶瓷固化体。

随着玻璃固化技术工业规模的应用，人们发现玻璃并不是高放废液固化的最优良载体。这是因为玻璃是一种过冷过饱和的固溶体，从热力学角度上讲，析晶现象必然会发生，且析出的晶体大部分是水溶性的，不利于深地质处置。为此人们研究了陶瓷固化体1。

陶瓷固化体陶瓷固化技术陶瓷固化是将高放废液与人工合成陶瓷基料以一定比例混合，置于固化设备中蒸发、煅烧、高温熔融，经缓慢冷却后得到包容废物的稳定的晶相陶瓷固化体。

陶瓷固化与玻璃固化的主要区别是，玻璃固化体是经过熔融、快速冷却后生成的非晶质体，而陶瓷固化体是经过熔融、缓慢冷却后生成的晶质体。

分类按照陶瓷固化体中基体矿相的结构，可分为硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、锆酸盐和钛酸盐等5类陶瓷固化体；按照固化基材和工艺流程的不同，陶瓷固化基材又可分为烧结陶瓷、二氧化钛陶瓷、独居石陶瓷等。图为高放液烧结陶瓷固化工艺示意图。

固化步骤它包括以下几个步骤:

1）将高放废液与Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、稀土氧化物等添加剂混合，送入流化床煅烧器，在500～700℃条件下煅烧

2）将煅烧物送入高温热压炉，在温度为100～1400℃、压力为50～140MPa的条件下进行热压。在热压过程中，形成10余种新生矿物，如磁铁铅矿、尖晶石、晶质铀矿、刚玉、霞石和钙钛矿等，并将放射性核素包容在其中

3）热压后的陶瓷固化体装桶、封盖、冷却后，送去贮存。

主要优点就整体性能而言，陶瓷固化的优点在于:

1）致密度高，抗浸出性能好。

2）膨胀率低，耐高温。

3）化学稳定性、热稳定性好，甚至可以固化武器级钚。但是，该方法尚处于验证阶段，且处理成本较高。

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