鋯石因其優(yōu)異的物理化學性質(zhì),除在地質(zhì)測年、陶瓷、玻璃、耐火材料及鑄造等諸多領域得以廣泛應用外,在核廢物固化處理中也展現(xiàn)出良好應用前景,因此鋯石是一種戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)。概述了國內(nèi)外鋯石固化核廢物的研究現(xiàn)狀,重點介紹了鋯石基核廢物固化體的合成方法,鋯石對模擬錒系核素的固化行為,鋯石固化體的熱穩(wěn)定性、化學穩(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。 

【文章來源】：礦產(chǎn)保護與利用. 2020,40(06)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

ZrSiO4晶體結構[3]

本課題組[16]以Nd作為三價錒系核素的模擬替代物質(zhì),采用鋯石對其進行固化處理,采用高溫固相法合成了系列鋯石基三價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等方法對獲得的系列固化體進行表征,研究了Nd固溶量對固化體的物相和微觀結構的影響規(guī)律。XRD結果顯示(圖2),采用高溫固相法,在1 550 ℃燒結72 h,可成功合成鋯石基三價錒系核素系列固化體Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。研究發(fā)現(xiàn),當x<0.04時,固化體為單一鋯石相結構,而當x≥0.04時,固化體為鋯石和Nd2Si2O7兩相結構。這表明鋯石對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。真實的核廢物中核素常存在多種價態(tài),因此研究鋯石對多價態(tài)多種類模擬錒系核素的固化行為意義重大。本課題組[15]通過設計Nd3+和Ce4+同時替代鋯石(ZrSiO4)晶體結構中Zr位,成功合成了系列鋯石基混合價態(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+的固溶量對固化體的物相及微觀結構的影響規(guī)律,研究了鋯石對多價態(tài)核素的固化機理。XRD結果顯示(圖3),當Nd3+(x)和Ce4+(y)的總固溶量x+y<0.04時,鋯石基多價態(tài)固化體為單一鋯石相結構;然而,當Nd3+和Ce4+的總固溶量x+y≥0.04時,固化體中出現(xiàn)第二相(Nd,Ce)2Si2O7,即固化體為鋯石相和(Nd,Ce)2Si2O7兩相共存結構。這表明鋯石對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的固溶量對固化體微觀結構的影響,采用SEM對固化體的微觀形貌進行了表征。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的。這些結果表明,鋯石是三、四價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】：
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.  原子能科學技術. 2001(S1)



本文編號：3579315