用于核废料回收的纳米偏铝酸锂粉体的制备技术

摘要

本发明涉及纳米γ－LiAlO

说明书

本发明涉及用于核废料回收的纳米偏铝酸锂粉体的制备技术，属于无机粉体制备领域。

固体增殖剂是为了解决传统的增殖剂如熔融金属锂、锂的熔盐以及锂合金的安全性问题而发展起来的一类产氚材料，与传统增殖剂相比，它们不仅具有安全性方面的优势，还具有化学及热稳定性好，与结构材料的相容性高，氚的提取方便，成本低等优点，因而受到了很大程度的重视。已经研究或经过实际堆上考验的固体增殖剂包括γ-LiAlO₂(偏锂酸铝)、LiSiO₄、LiTi₂O₃、LiZr₂O₃等锂陶瓷，其中γ-LiAlOc₂是最具有实用前景的陶瓷增殖剂之一，已经在实际提氚的工程中取得了非常令人满意的结果。有关对γ-LiAlO₂的研究无论在深度或广度上也均较其他锂陶瓷更为突出。在各种γ-LiAlO₂的制备方法中，以固相反应法最为普遍，除此之外，在各种化学制备法方面也进行了不少工作，但较多集中于溶胶凝胶法。与固相反应法相比，化学法制备的锂陶瓷其化学均匀性更高，性能更为稳定和优越。在未来的反应堆应用中，氚提取后产生的核废料处理将是一个令人棘手的难题，因为γ-LiAlO₂在氚提取后产生的主要是可溶度和反应活性不高的氧化铝成份，很难用作溶胶凝胶法等化学法的原料。

本发明的目的是提供一种新的可用于核废料回收的纳米偏铝酸锂粉体的制备技术，它是基于水热合成法和燃烧合成法的γ-LiAlO₂高活性纳米粉体制备技术。具体地说，这种技术可以将非水溶性铝化合物通过水热处理后获得可溶性铝源，可以处理和回收再利用γ-LiAlO₂的核废料。

所涉及的γ-LiAlO₂陶瓷制备技术使用的原材料可以是实验室试剂、可以是工业纯的各种形态的氧化铝，如α、γ等相，也可以是氢氧化铝的凝胶或是各种结晶相粉体，或是经过中子辐照后的γ-LiAlO₂陶瓷的废料。制备过程中首先将上述铝源的各种原材料的粉体与一定酸碱度的LiOH和NaOH水溶液混合配制成一定固含量的泥浆，铝化合物与LiOH所对应的Al/Li摩尔比为1-3∶1，铝化合物与NaOH所相应的Al/Na摩尔比为0.5-2∶1，用加入1M HNO₃溶液使泥浆体系的pH＝9-11，并经2-5小时搅拌，将泥浆装入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在150-250℃温度范围内，经1-24小时的水热反应后过滤，制得前驱粉体。前驱粉体主要是锂和铝混合的双氢氧化物，也称阴离子粘土LiAl₂(OH)₇.2H₂O粉体(参见图1)，也可能含有一定量的偏铝酸锂。将前驱粉体溶于3M硝酸溶液，以氨水调节其PH值，以甘氨酸、尿素等燃料进行络合反应后在230-270℃通过燃烧反应均可直接获得纳米级的高活性γ-LiAlO₂陶瓷粉体。加入甘氨酸和尿素的摩尔比为1∶3-5。

与现有的各种γ-LiAlO₂粉体制备方法相比，本发明的特点在于：

(1)可处理多种非水溶性铝的化合物，可用于回收和再利用核辐照化合物。

(2)所获得的产物纯度高，尤其对钠元素具有很好的分离作用，因此这种技术尤其适用于氚靶件的制备。

(3)合成周期短，因为水热反应和燃烧反应均为较快速的反应。

下面通过附图和实施例进一步阐述本发明实质性特点的显著的进步。

图1是非水溶性铝化合物通过水热反应处理后生成锂铝双氢氧化物的X射线衍射图。图中所示峰值均为锂铝混合的双氢氧化物的特征峰。

作为本发明的实施例1是，将Al(OH)₃凝胶加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥浆，泥浆中Al₂O₃与Li₂O和Na₂O的摩尔比为1∶0.83∶0.90，加入1M HNO₃，使泥浆体系的PH＝10，经3小时均匀搅拌后，将泥浆以85％填充度装入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在150℃的水热条件下反应8小时后，将反应所得的白色沉淀物进行过滤，以去离子水和无水乙醇多次洗涤后，80℃时烘至干燥。x-射线衍射物相鉴定表明，所得化合物为纯的锂铝双氢氧化物(见附图)，成份分析表明无可测钠元素存在。将锂铝双氢氧化物、LiOH(mol比为1∶1)溶入3M硝酸溶液中，待溶解完全后，以氨水将溶液的PH调节至接近中性(PH＝7)，将0.56mol甘氨酸和2.5mol尿素加入上述体系中，在80℃时加热至体系呈粘稠装黄色液体后升温至250℃使体系发生燃烧反应，待充分燃烧后，即可获得纯相的γ-LiAlO₂高活性粉体。粉体的颗粒度为60-100nm。

实施例2是，将实验室γ-Al₂O₃试剂粉加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥浆，泥浆中Al₂O₃与Li₂O和Na₂O的摩尔比为1∶0.6∶1，PH＝12，经5小时均匀搅拌后，将泥浆以85％填充度装入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在200℃的水热条件下反应6小时后，将反应所得的白色沉淀物进行过滤，以去离子水和无水乙醇多次洗涤后，80℃时烘至干燥。x-射线衍射物相鉴定表明，所得化合物为纯的锂铝双氢氧化物，成份分析表明无可测钠元素存在。将锂铝双氢氧化物、LiOH(mol比为1∶1)溶入3M硝酸溶液中，待溶解完全后，以氨水将溶液的PH调节至接近中性(PH＝7)，将0.58mol甘氨酸和2.5mol尿素加入上述体系中，在230℃使体系发生燃烧反应，待充分燃烧后，即可获得纯相的γ-LiAlO₂纳米粉体。粉体的颗粒度为50-80nm。

实施例3是，将工业纯α-Al₂O₃粉加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥浆，泥浆中Al₂O₃与Li₂O和Na₂O的摩尔比为1∶0.6∶1，PH＝12，在250℃的水热条件下反应24小时后，将反应所得的白色沉淀物进行过滤，以去离子水和无水乙醇多次洗涤后，80℃时烘至干燥。x-射线衍射物相鉴定表明，所得化合物为纯的锂铝双氢氧化物，其中无可测钠元素存在。其余同实施例1。粉体的颗粒度为60-100。

实施例4是，经过中子辐照的γ-LiAlO₂陶瓷废料经粉碎后，经600℃加热10小时后，加入LiOH和NaOH的水溶液中形成泥浆，泥浆中Al₂O₃与Li₂O和Na₂O的摩尔比为1∶0.35∶1.5，PH＝10，经5小时均匀搅拌后，将泥浆以85％填充度装入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在200℃的水热条件下反应20小时后，其余同实施例1。粉体的颗粒度为50-80nm。