玻璃陶瓷固化是潛在的可以產業(yè)化的、較理想的固化處理技術,被稱為第三代高放核廢料固化處理技術,是高放核廢料的處理與處置的發(fā)展方向。本文采用簡單易行的高溫熔融-熱處理工藝制備了結構穩(wěn)定和性能良好的燒綠石相硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體,通過DSC、XRD、SEM、SEM-EDXS和密度測試等分析測試技術對樣品進行分析,通過PCT浸出實驗來研究固化體樣品的浸出行為,得到如下主要結論:（1）配方對固化體的影響研究表明:高溫熔融-隨爐冷卻的工藝條件下,鋯酸鹽或鈦酸鹽燒綠石玻璃陶瓷固化體需要在較高的溫度下才能熔融,而鈮酸鹽的玻璃陶瓷固化體能在較低溫度下熔融并形成燒綠石晶相,當配方的化學組分質量百分比為:22.74%的SiO₂、18.38%的Na₂O、6.63%的B₂O₃、8.16%的CaF₂、21.75%的Nb₂O₅、4.72%的TiO₂、13.77%的Nd₂O₃及3.86%的Al

【文章來源】：西南科技大學四川省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

研究采用的實驗方案

3隨爐冷卻工藝下玻璃陶瓷固化體的配方研究173隨爐冷卻工藝下玻璃陶瓷固化體的配方研究利用一步法合成燒綠石相玻璃陶瓷的工藝技術要求極高，主要包括原料的純度、均勻性，熔融或者燒結的高溫、高壓、長保溫時間等條件，特殊的惰性氣體保護或還原性氣氛[26-28]。還原性氣氛在一步法合成燒綠石硼硅酸鹽玻璃陶瓷中影響巨大，對選擇合適的還原性氣氛或物料進行了調查評估，氫氣作為常用的還原性氣體，被用于生產和實驗的各個方面，但考慮到氫氣作還原氣體的成本高和危險性大，所以氫氣不適合作實驗的還原性氣體。硼氫化物也常用作還原劑，但硼氫化物除了存在與氫氣作還原氣時類似的問題，而且這類化合物低溫容易分解，不利于參與到較高的溫度條件下晶體的成核和生長。為獲得綜合性能優(yōu)異的燒綠石相硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體配方，研究選用Si、Na、B、Ca、Nb和Ln（Ln=Nd，Gd）等元素的鹽或氧（氟）化物和模擬核素的鹽或氧化物為原料，按一定的配料比將混合均勻的原料放入氧化鋁坩堝中，以一定的升溫速率升溫到熔融溫度后保溫一定的時間，隨后隨爐自然冷卻獲得玻璃陶瓷固化體，此工藝方法簡單易行，對設備條件要求較低，且能獲得形貌良好的玻璃陶瓷，但降溫速率受設備的工況影響較大，其降溫速率曲線如圖3-1。圖3-1樣品的隨爐自然降溫速率曲線Fig.3-1coolingratecurveofsamplescooledinfurnacenaturally因此，本章主要研究隨爐冷卻工藝下不同原料配方對燒綠石相硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體結構和性能的影響。為了找到簡單且適應高放核廢物成分的固化體配方，研究中有針對性的采用了不同成分及比例的原料進行了實驗，并對樣品的結構和形貌進行了測試和分析。

3隨爐冷卻工藝下玻璃陶瓷固化體的配方研究20相而沒有形成晶相[46，47]。從7組樣品的隨爐冷卻樣品圖可以看出即使熔融溫度相同，不同的固化體配方對獲得的樣品的晶相種類、組成以及含量都有巨大的影響。進一步的研究對7組樣品進行了XRD測試和分析，所有樣品的XRD圖譜如圖3-3和3-4。通過XRD圖譜的分析并結合標準PDF卡片，可知P1樣品中的晶相為Nd0.2Zr0.8O1.9（JCPDS-PDFNo.28-0678），P2樣品中的晶相為Y2Ti2O7（JCPDS-PDFNo.42-0413），P3樣品中的主要晶相為Ca2Nb2O7（JCPDS-PDFNo.23-0122）和Ca0.15Zr0.85O1.85（JCPDS-PDFNo.26-0341），存在少量的CaAl2O4（JCPDS-PDFNo.53-0191），P4和P5樣品中的主要晶相為NaNbO3（JCPDS-PDFNo.33-1270），存在少量的Ca2.2Nd7.8(SiO4)6O1.9（JCPDS-PDFNo.28-0228），P6樣品中不存在晶相，這也進一步證明了P6樣品圖的分析假設。前面6組樣品均未獲得燒綠石相的玻璃陶瓷，也說明在隨爐冷卻的工藝條件下想要獲得燒綠石晶相對固化體的配方有著極高的要求。圖3-27組樣品的隨爐冷卻樣品圖Fig.3-2sampleimagesofsevensamplecooledinfurnacenaturallyP7樣品中存在的晶相為(Ca,Na)2(Nb,Ti)2O6F（JCPDS-PDFNo.17-077）和CaNdNb2O7（JCPDS-PDFNo.44-037），分析發(fā)現(xiàn)晶相(Ca,Na)2(Nb,Ti)2O6F的峰強與CaNdNb2O7幾乎相同，同時兩者衍射峰出現(xiàn)的位置幾乎相同。另外在2θ=37.71°和45.33°處出現(xiàn)了有序燒綠石的衍射峰，對應的晶面指數(shù)分別為（331）和（511），上述分析說明P7樣品中存在燒綠石(Ca,Na)2(Nb,Ti)2O6F和CaNdNb2O7[34，41]。

【參考文獻】：
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本文編號：2939892