核能作為世界多國重要電力來源，雖具有占地面積小、不使用化石碳、能產生穩定電力等優勢，但核電站運行產生的長壽命錒系元素等危險放射性廢物，必須在處置前安全固定。近日，俄羅斯科學家在利用當地原料合成鋯石固定放射性廢物方面取得新進展。

俄羅斯科學院科拉科學中心稀有元素與礦物原料化學技術研究所的科學家，利用科夫多爾采礦加工廠的斜鋯石精礦和科拉采礦冶金廠的廢渣，成功獲得鋯石，用于固定钚加工產生的放射性廢物。相關研究論文發表于《化學工程理論基礎》雜志，作者為耐火稀有元素原料化學與技術實驗室研究員弗拉基米爾·維諾格拉多夫、化學技術工藝開發與實施實驗室主任亞歷山大·卡西科夫和硅酸鹽材料技術系主任亞歷山大·卡林金。

論文介紹了利用機械活化法合成鋯固溶體的過程。起始原料包括從科夫多爾斯基有機化學公司斜鋯石精礦中提取的二氧化鋯，以及從科拉金屬材料公司佩興加尼克工廠廢渣中用硫酸浸出分離的水合氧化硅，立方氧化鈰由硝酸鈰水溶液制備。這項工作兼具科學與應用價值，評估了利用合成鋯石處理核電設施放射性廢物的可能性，因鋯石能將放射性廢物摻入晶體基質并形成難溶相。

鋯石類礦物穩定性極高，可富集錒系元素、鑭系元素等稀有元素，其結構耐久性和強度由在各種地球化學條件下極低的溶解度證實。天然和合成鋯石被廣泛用于生產陶瓷材料，包括固定乏核燃料處理產生的放射性廢物和過剩武器級钚的基質。

合成鋯石方法多樣，但普遍存在難題：在相對較低溫度(約1200°C)下合成速度慢，1600°C以上則會發生逆反應——鋯石分解為鋯和硅的氧化物。KNC的科學家提出解決方案，通過在離心行星磨機中對初始產物進行初步機械活化，降低合成溫度并縮短合成時間?；旌衔镌趯嶒炇译x心行星磨機中，使用鋼制滾筒和鋼球進行機械活化。

最終實驗結果顯示，將機械活化的試劑混合物在1100°C下煅燒3小時，鋯石產率為75.3%;在1200°C下煅燒3小時，產率達100%。通過這種方式獲得的鋯石中鈰積累量與先前方法相當甚至更高，且煅燒前無需對粉末預壓制，溫度可降低200 - 300°C，合成時間大幅縮短。

塔納納耶夫稀有元素與礦產資源化學與技術研究所的科學家提出，可利用科拉地區開采資源和當地采礦廢料，獲取鋯石和以鋯石為基礎的含鈰固溶體，作為固定放射性钚廢料的模型。