玻璃陶瓷固化是高放廢物處理與處置的重要研究方向之一。玻璃陶瓷固化體具有廢物包容量大、長期穩(wěn)定性優(yōu)異、耐輻照性好等特點(diǎn),被認(rèn)為是高放廢物固化的理想材料之一。從玻璃陶瓷固化體的固化機(jī)理、廢物包容量及化學(xué)穩(wěn)定性等方面,綜述了三類玻璃陶瓷固化體的制備和研究進(jìn)展,對其今后在核廢料固化領(lǐng)域的發(fā)展方向和應(yīng)用前景進(jìn)行展望。 

【文章來源】：玻璃. 2020,47(12)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

Zirconolite-2M晶體結(jié)構(gòu)

的交替堆積（根據(jù)組成和所吸收外來元素的種類改變）形成了鈣鈦鋯石的多型體結(jié)構(gòu)，其中雙層單斜（Zirconolite-2M）是最常見的4+結(jié)構(gòu)，見圖2。研究發(fā)現(xiàn)，四價(jià)錒系元素離子U，4+4+Np，Pu等以等價(jià)取代方式進(jìn)入Zr位；當(dāng)電荷補(bǔ)償離子進(jìn)入Zr或Ti位時(shí)，也可異價(jià)取代Ca位；三3+3+3+價(jià)錒系元素離子Pu、Am、Cm等在存在電荷補(bǔ)［8］［11］償離子時(shí)可異價(jià)取代進(jìn)入Ca位。Vance在制備的鈣鈦鋯石固化體中發(fā)現(xiàn)U可以取代的Ca和Zr晶3+格位置，U的固溶度為0.15，同時(shí)證實(shí)了Al優(yōu)先取代五配位Ti位點(diǎn)來保持電價(jià)平衡。圖1玻璃陶瓷固化示意圖圖2Zirconolite-2M晶體結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽-鈣鈦鋯石玻璃陶瓷的相關(guān)研究開［10］展較早，Maddrell指出在鋁硅酸鹽基材玻璃中鈣鈦鋯石的形成經(jīng)過一系列中間相，熱處理溫度在1200℃時(shí)形成單一鈣鈦鋯石晶相，低于1100［12-13］℃時(shí)析出少量鈣鈦礦相。Loiseau等以含鑭系元素（Ce、Nd、Eu、Gd、Yb）和錒系元素（Th）的SiO-AlO-CaO-ZrO-TiO玻璃為原22322料，經(jīng)高溫（1050~1200℃）熱處理過程合成了玻璃陶瓷固化體，發(fā)現(xiàn)鑭系元素和錒系元素的取

14全國性建材科技期刊——《玻璃》2020年第12期總第351期定階段和重新加速階段，每個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間取決于固化體組分和浸出條件（如溫度、pH、浸出［31］液成分、浸出液更換頻率等），如圖3所示。深地質(zhì)環(huán)境中，玻璃陶瓷的耐久性取決于晶相，剩余玻璃相的化學(xué)成分以及環(huán)境因素，在不同的存儲環(huán)境中的元素浸出率存在很大差異，而現(xiàn)行的研究都是模擬固化體在不同地質(zhì)環(huán)境下的短期腐蝕行為，固化體的中長期（四五百年至1萬年以上）浸出機(jī)理以及穩(wěn)定性評價(jià)等目前還存在較大爭議。數(shù)學(xué)模擬計(jì)算是固化體長期貯存的安全性評價(jià)的有效工具。因此，提高對核廢料玻璃陶瓷浸出機(jī)理的認(rèn)識，并建立可靠的長期浸出行為模型（如利用蒙特卡洛法模擬玻璃固化體的浸出行為）是十分必要的。圖3玻璃固化體蝕變速率隨時(shí)間的變化圖4發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景近年來，玻璃陶瓷固化技術(shù)的開發(fā)研究已取得了很大的進(jìn)步，很多基礎(chǔ)研究及工程化應(yīng)用的開發(fā)工作已經(jīng)逐步在各國展開。國內(nèi)外發(fā)展趨勢主要為：我國目前貯存的高放廢液中硫、鈉的含量較高，硼酸鹽玻璃和玻璃陶瓷是適用于我國高放廢物固化的首選基材；對難溶組分的固化處理，可以通過設(shè)計(jì)化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的鈣鈦鋯石與其它晶相復(fù)合的玻璃陶瓷實(shí)現(xiàn)對全組分高放核素的有效固化；研究深地質(zhì)處置環(huán)境中，微晶相與玻璃相的界面特性對固化體蝕變行為、腐蝕機(jī)理和長期穩(wěn)定性的影響，并建立可靠的長期浸出行為模型。當(dāng)前，玻璃陶瓷固化技術(shù)并未大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，鈣鈦鋯石玻璃陶瓷具有廢物包容量大、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著熱等靜壓和冷坩堝固化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以鈣鈦鋯石為主晶相的硼硅酸鹽玻璃陶瓷有望作為首選固化基材用于實(shí)際高放廢物的固化處理，逐步從實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段轉(zhuǎn)為工程化應(yīng)用?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高放廢物玻璃固化技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 王宇,邢慶立,孟保健,于雷,韓勖,趙崇,朱永昌.  中國建材科技. 2020(04)
[2]Er2Ti2O7燒綠石基玻璃陶瓷固化體的制備工藝研究[J]. 謝華,馮志強(qiáng),王烈林.  原子能科學(xué)技術(shù). 2020(01)
[3]冷坩堝玻璃固化技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 劉麗君,張生棟,郄東生,李寶軍,張華,鄭文俊,朱冬冬,李玉松,李揚(yáng),周慧,王雷,汪潤慈.  中國原子能科學(xué)研究院年報(bào). 2017(00)
[4]高放廢料固化用硼硅酸鹽材料研究進(jìn)展[J]. 耿安東,朱永昌,崔竹,張浩,韓勖,霍冀川,冀祥.  玻璃. 2018(02)
[5]鈣鈦鋯石基玻璃陶瓷固化高放廢物研究進(jìn)展[J]. 寧海霞,吳浪.  材料導(dǎo)報(bào). 2015(S1)
[6]含Pu廢物的玻璃和玻璃陶瓷固化基材研究進(jìn)展[J]. 袁曉寧,張振濤,蔡溪南,趙康,毛仙鶴,秦志桂.  原子能科學(xué)技術(shù). 2015(02)
[7]模擬高鈉高放廢物鐵硼磷酸鹽玻璃固化體的結(jié)構(gòu)和性能[J]. 廖其龍,陳奎儒,王輔,向光華,潘社奇.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2014(10)
[8]人造巖石固化包容錒系核素廢物[J]. 羅上庚,楊建文,朱鑫璋.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2000(12)

碩士論文
[1]模擬α-高放廢液獨(dú)居石磷酸鹽玻璃陶瓷固化體的研究[D]. 呂彥杰.中國地質(zhì)大學(xué) 2008



本文編號：3358823