目前，普遍认为“分离-固化-深地质处置”是切实可行的高放废液处理处置方案。它是将高放废液中半衰期长、放射性水平高、生物毒性大的放射性核素分离出来，并按核素类别和放射性水平高低进行分类，对分离后所得的大体积中低放废物进行水泥固化，对小体积的高放废物可进行玻璃固化或人造岩石固化，这样将大大减轻处置负担，提高处置的安全性。 高放废液分离出的90Sr和137Cs构成了高放废物处置前1000年最主要的释热危害。本论文将就高放废液分离出的90Sr、137Cs和90Sr/137Cs混合核素为研究对象，采取不同的矿相组合对其进行系统的人造岩石固化研究。其中，Sr将以等价取代方式进入钙钛矿的Ca位，Cs将主要以异价取代方式进入碱硬锰矿的Ba位。 对于Sr的固化研究，采用了钙钛矿(85wt％)、钙钛锆石(10wt％)和金红石(5wt％)的矿相组合，针对不同包容量，设计了10种人造岩石试验配方，并对所制备固化体进行了物理性能、矿相组合和化学稳定性研究。结果表明，所制备固化体均具有高的体积密度和较小的显气孔率；固化体矿相组合与目标设计矿相一致，固化体中杂矿相较少；固化体的质量浸出率和元素归一化浸出率均较低，在Sr包容量为48wt％，即达到钙钛矿端员取代限度时，Sr的元素归一化浸出率为1.1×10-2g.m-2.d-1，其值仍比Sr在玻璃固化体中的浸出率低两个数量级。 对于Cs的固化研究，采用了碱硬锰矿(85wt％)、钙钛锆石(10wt％)和金红石(5wt％)的矿相组合，其中碱硬锰矿化学式为Ba1-xCs2x(Al0.5Ti1.5)Ti6O16，按此化学式设计了8种不同包容量的人造岩石配方，并对所制备固化体进行了物理性能、矿相组合和化学稳定性研究。结果表明，所制备固化体具有较好的物理性能，且固化体矿相组合与目标设计矿相一致，但固化体中Cs包容量不宜过高，以4.5wt％～5wt％为宜，否则将导致Cs浸出率有较大的上升。 Al元素对于Cs在碱硬锰矿中的固定有重要影响，本研究设计并制备了一系列不同Al含量的人造岩石固化体，对其进行了物理性能、矿相组合、微观结构和化学稳定性的研究。结果表明，人造岩石中Al元素含量较高时，将与Cs形成非稳态易溶性矿相CsAlTiO4，导致Cs浸出率升高；而过低的Al元素含量将导致碱硬锰矿相结晶困难，晶粒尺寸增大，并出现玻璃相，同样将影响Cs的抗浸出性能。研究发现，通过加大回转锻烧和热压阶段的还原气氛，引入Ti3离子，以Ti3+取代部分Al3+，可有效抑制易溶性矿相形成，同时可更好地将Cs包容于碱硬锰矿相中。 在以上研究的基础上，采用了碱硬锰矿(75wt％)、钙钛矿(15wt％)和金红石(10wt％)的矿相组合，对Sr/Cs进行人造岩石固化研究，其中碱硬锰矿化学式为Ba1-xCs2x(Al1Ti1)Ti6O16，按此化学式设计了4种不同包容量的人造岩石配方，并对所制备固化体进行了物理性能、矿相组合、微观结构和化学稳定性的研究。结果表明，所制备固化体结构致密，具有好的物理性能；固化体中矿相组合与目标设计矿相一致；矿相晶体发育良好，晶粒尺寸小(＜1μm)，晶界窄，无玻璃相存在；包容量低于10wt％时，固化体中Sr，Cs的浸出率均低于文献参比值，从而将人造岩石Sr/Cs包容量由文献值8.1wt％提高到10wt％。