[科普中國]-放射性廢物玻璃-陶瓷固化

玻璃陶瓷固化是一種介于玻璃固化和陶瓷固化體之間的一種固化工藝，所形成的玻璃陶瓷固化體是介于玻璃固化體和陶瓷固化體之間的過渡型固化體。

玻璃陶瓷又稱為微晶玻璃，是通過控制玻璃體而得的多晶陶瓷材料，是由著名的玻璃化學(xué)家S.D. Stookey首先制得的。經(jīng)過50多年發(fā)展，玻璃陶瓷材料有了長足的發(fā)展，在建筑、航空、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在核業(yè)系統(tǒng)中也得到了廣泛的研究1。

玻璃陶瓷固化玻璃陶瓷固化是一種介于玻璃固化和陶瓷固化體之間的一種固化工藝，所形成的玻璃陶瓷固化體是介于玻璃固化體和陶瓷固化體之間的過渡型固化體，它是玻璃和晶質(zhì)相各半的固化體，放射性核素或呈類質(zhì)同象形式被固定在晶質(zhì)相中，或呈固溶體形式分散于玻璃相中。

類型玻璃陶瓷固化體具有一系列優(yōu)于硼硅酸鹽玻璃固化體的特性，受到世界各國重視，被認(rèn)為是較有應(yīng)用前景的高放廢液固化體之一，其中已開發(fā)的有榍石玻璃陶瓷、鋇長石玻璃陶瓷、硅鈦鋇石玻璃陶瓷、玄武巖玻璃陶瓷和透輝石玻璃陶瓷等（化學(xué)成分均為鋁硅酸鹽）。

各類玻璃陶瓷固化體的廢物包容量為10%～50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），一般為20%～30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、CO、BaO、Na2O、TiO2等。固化體中新生成的包裹放射性核素的礦物、類比礦物相種類繁多，因工藝流程不同，礦物、類礦物組合也各異，這表明各種礦物、類礦物有一定形成條件

工藝步驟各類玻璃陶瓷固化工藝大致與下圖相似，僅固化基材種類略有不同。以加拿大開發(fā)的榍石玻璃陶瓷固化工藝為例，主要包括兩個步驟：

1）將Na2O、Al2O3、CaO、TiO2、SiO2粉末與高放廢液混合，加入高溫熔爐，在1100～1400℃條件下熔融、快速冷卻，實現(xiàn)玻璃化。

2）將熔融體在1050℃下進行熱處理，然后緩慢冷卻（90℃/h），實現(xiàn)晶質(zhì)化，形成玻璃和晶質(zhì)相各半的固化體。

大量研究表明，玻璃陶瓷固化體的機械強度和熱穩(wěn)定性均優(yōu)于普通玻璃固化體，浸出率與后者大致相當(dāng)。但玻璃陶瓷固化的成本較高。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

劉瑞桓 - 高級工程師 - 環(huán)境保護部核與輻射安全中心