本文關鍵詞：鈰獨居石陶瓷固化體的制備及其穩(wěn)定性研究

  更多相關文章： 獨居石 銪 燒結 化學穩(wěn)定性 第一性原理 缺陷能

【摘要】：實驗采用鑭系元素銪(Eu)模擬次錒系核素镅(Am)。以Eu_2O_3、Ce_2(C_2O_4)_3·10H_2O、和NH4H2PO4為原料,通過常壓和熱壓燒結技術制備摻銪鈰獨居石(Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4)陶瓷固化體,采用阿基米德原理測定樣品的密度,借助X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜(EDS)等分析測試手段,研究常壓和熱壓燒結制備Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的較佳工藝,以及固化體顯微結構、物相組成、致密度等。結果表明,采用常壓燒結制備Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的較佳燒結工藝為1450℃保溫4 h,其固化體的相對密度達到95.11%。熱壓燒結可在較低溫度下(1150℃)制備出更致密(98.40%)的單相Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體。采用MCC-1浸出法,用水熱反應釜來模擬深地質(zhì)環(huán)境,借助電感耦合等離子體發(fā)射光譜-質(zhì)譜(ICP-MS)、XRD、FESEM、EDS、拉曼光譜(IR)等測試手段,研究固化體在“熱-水-力-化學”(THMC)耦合作用下(p H=3-11,T=90-200℃,P=0.101-1.554 MPa)的化學穩(wěn)定性,以及燒結方式對固化體化學穩(wěn)定性的影響,探討固化體在不同p H浸出液中的浸出機制。結果表明,熱壓燒結Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體在“熱-水-力-化學”耦合作用下(p H=5-11,T=90℃-200℃,P=0.70-1.554 MPa)具有良好的化學穩(wěn)定性,浸出42d,固化體中Ce和Eu的歸一化浸出率在10-6-10-5g·m-2·d-1數(shù)量級;在90oC、p H為3的浸出液中,熱壓燒結固化體的化學穩(wěn)定性較差,42d,Ce和Eu的歸一化浸出率在10-4-10-3g·m-2·d-1數(shù)量級;熱壓和常壓Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體在90℃下p H=7、11浸出液中均具有良好的抗浸出性能,說明燒結方式對固化體化學穩(wěn)定性無顯著影響;溫度(90-200oC,p H=7)對熱壓燒結Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的抗浸出性能影響較小,固化體中元素的浸出率隨著溫度的升高逐漸增大;p H(p H=3-11,90oC)對熱壓燒結Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的抗浸出性能影響較大,酸性水溶液中固化體的元素浸出率較高,中性及堿性水溶液中的元素浸出率較低;浸出溶液的p H值影響固化體中元素的浸出機制,在p H≤7浸出液中,固化體中元素的浸出速率受擴散速率控制,p H7浸出液中,元素的浸出速率受新生沉淀(Ca_xLn_(1-2x/3)PO_4n H_2O)的影響�；诿芏确汉碚撈矫娌ㄚI勢的第一性原理計算,借助VASP和CASTEP軟件包中的廣義梯度近似GGA-PBE交換關聯(lián),探討鈰獨居石Ce PO_4晶胞缺陷模型,計算不同缺陷濃度下氧和鈰的空位、間隙和弗倫克爾缺陷形成能。理論結果表明,VASP-CASTEP結構弛豫優(yōu)化Ce PO_4晶胞是一種解決Ce的f電子層的有效方法,理論計算獨居石(Ce PO_4)的晶胞參數(shù)與實驗數(shù)據(jù)相符;Ce PO_4結構對其結構缺陷有很強的自修復功能;鈰和氧的空位和弗倫克爾缺陷的形成能都較大,此類缺陷只有在高能量粒子碰撞作用下才能形成。
【關鍵詞】：獨居石 銪 燒結 化學穩(wěn)定性 第一性原理 缺陷能
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-25
• 1.1 放射性廢物概述11-12
• 1.2 高放廢物固化處理12-15
• 1.2.1 玻璃固化12-13
• 1.2.2 陶瓷固化13-15
• 1.3 獨居石陶瓷固化處理高放廢物的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 獨居石的結構及性能15-17
• 1.3.2 獨居石固溶體的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 獨居石陶瓷固化體的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 高放廢物固化體的化學穩(wěn)定性19-21
• 1.4.1 高放廢物固化體浸出實驗方法及應用范圍19
• 1.4.2 獨居石陶瓷固化體化學穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 高放廢物固化體的輻照損傷21-23
• 1.5.1 輻照損傷實驗研究方法21
• 1.5.2 輻照損傷理論研究方法21-23
• 1.6 論文課題來源及研究意義23
• 1.6.1 論文課題來源23
• 1.6.2 研究意義23
• 1.7 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點23-25
• 1.7.1 主要研究內(nèi)容23-24
• 1.7.2 創(chuàng)新點24-25
• 2 Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的制備及表征25-38
• 2.1 實驗25-30
• 2.1.1 實驗原料及設備25-26
• 2.1.2 實驗方案26
• 2.1.3 樣品的制備26-27
• 2.1.4 樣品的表征27-30
• 2.2 結果分析與討論30-37
• 2.2.1 樣品的XRD分析30-31
• 2.2.2 樣品的密度分析31-32
• 2.2.3 樣品的FESEM-EDS分析32-34
• 2.2.4 常壓和熱壓燒結Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體致密化探討34-37
• 2.3 小結37-38
• 3 Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的化學穩(wěn)定性研究38-57
• 3.1 實驗38-42
• 3.1.1 實驗原料及設備38
• 3.1.2 浸出實驗38-40
• 3.1.3 Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體的抗浸出性能表征40-42
• 3.2 實驗結果與討論42-55
• 3.2.1 燒結方式對Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體化學穩(wěn)定性影響42-45
• 3.2.2 溫度對Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體化學穩(wěn)定性影響45-47
• 3.2.3 pH對Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體化學穩(wěn)定性影響47-51
• 3.2.4 浸出元素的表觀活化能51-52
• 3.2.5 Ce_(0.5)Eu_(0.5)PO_4陶瓷固化體浸出機制的探討52-55
• 3.3 小結55-57
• 4 獨居石結構缺陷的第一性原理研究57-69
• 4.1 實驗57-61
• 4.1.1 計算方法57-58
• 4.1.2 缺陷形成能的理論計算58-61
• 4.2 分析結果與討論61-68
• 4.2.1 幾何優(yōu)化分析61-63
• 4.2.2 氧空位缺陷結構63-65
• 4.2.3 氧弗倫克爾缺陷結構65-67
• 4.2.4 缺陷形成能67-68
• 4.3 小結68-69
• 結論69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及研究成果79

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本文編號：600278