鋯石因其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),除在地質(zhì)測(cè)年、陶瓷、玻璃、耐火材料及鑄造等諸多領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用外,在核廢物固化處理中也展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景,因此鋯石是一種戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)。概述了國(guó)內(nèi)外鋯石固化核廢物的研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)介紹了鋯石基核廢物固化體的合成方法,鋯石對(duì)模擬錒系核素的固化行為,鋯石固化體的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及輻照穩(wěn)定性等方面的研究工作,并展望了今后鋯石研究的發(fā)展方向。 

【文章來(lái)源】：礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2020,40(06)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

ZrSiO4晶體結(jié)構(gòu)[3]

本課題組[16]以Nd作為三價(jià)錒系核素的模擬替代物質(zhì),采用鋯石對(duì)其進(jìn)行固化處理,采用高溫固相法合成了系列鋯石基三價(jià)錒系核素模擬固化體Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和EDS等方法對(duì)獲得的系列固化體進(jìn)行表征,研究了Nd固溶量對(duì)固化體的物相和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。XRD結(jié)果顯示(圖2),采用高溫固相法,在1 550 ℃燒結(jié)72 h,可成功合成鋯石基三價(jià)錒系核素系列固化體Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)x<0.04時(shí),固化體為單一鋯石相結(jié)構(gòu),而當(dāng)x≥0.04時(shí),固化體為鋯石和Nd2Si2O7兩相結(jié)構(gòu)。這表明鋯石對(duì)Nd3+的固溶量大約為4%。此外,鋯石基陶瓷固化體的密度隨Nd固溶量的增加而增大。真實(shí)的核廢物中核素常存在多種價(jià)態(tài),因此研究鋯石對(duì)多價(jià)態(tài)多種類(lèi)模擬錒系核素的固化行為意義重大。本課題組[15]通過(guò)設(shè)計(jì)Nd3+和Ce4+同時(shí)替代鋯石(ZrSiO4)晶體結(jié)構(gòu)中Zr位,成功合成了系列鋯石基混合價(jià)態(tài)模擬錒系核素固化體Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2(0≤x,y≤0.1)。探討了Nd3+和Ce4+的固溶量對(duì)固化體的物相及微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,研究了鋯石對(duì)多價(jià)態(tài)核素的固化機(jī)理。XRD結(jié)果顯示(圖3),當(dāng)Nd3+(x)和Ce4+(y)的總固溶量x+y<0.04時(shí),鋯石基多價(jià)態(tài)固化體為單一鋯石相結(jié)構(gòu);然而,當(dāng)Nd3+和Ce4+的總固溶量x+y≥0.04時(shí),固化體中出現(xiàn)第二相(Nd,Ce)2Si2O7,即固化體為鋯石相和(Nd,Ce)2Si2O7兩相共存結(jié)構(gòu)。這表明鋯石對(duì)Nd3+和Ce4+的總固溶量大約為4%。此外,隨Nd3+和Ce4+的固溶量的增加,鋯石基三、四價(jià)錒系核素系列固化體的密度隨之增大。為了考察Nd和Ce的固溶量對(duì)固化體微觀結(jié)構(gòu)的影響,采用SEM對(duì)固化體的微觀形貌進(jìn)行了表征。圖4為不同Nd和Ce固溶量鋯石基固化體的SEM照片。從圖中可以看出,所有樣品中晶粒為顆粒狀,晶界清晰,晶粒大小約為1～3 μm。隨Nd和Ce固溶量的增加,樣品的致密性是逐漸增強(qiáng)的。這些結(jié)果表明,鋯石是三、四價(jià)錒系核素的理想候選固化基材。

Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2系列固化體的SEM照片[15]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Chemical stability of Ce-doped zircon ceramics: Influence of p H, temperature and their coupling effects[J]. 謝憶,樊龍,舒小艷,匙芳廷,丁藝,馬登生,盧喜瑞.  Journal of Rare Earths. 2017(02)
[2]富燒綠石人造巖石固化模擬錒系廢物[J]. 楊建文,羅上庚,李寶軍,湯寶龍.  原子能科學(xué)技術(shù). 2001(S1)



本文編號(hào)：3579315