高放废物玻璃陶瓷固化基材研究进展
发布时间：2021-08-23 23:39
玻璃陶瓷固化是高放废物处理与处置的重要研究方向之一。玻璃陶瓷固化体具有废物包容量大、长期稳定性优异、耐辐照性好等特点,被认为是高放废物固化的理想材料之一。从玻璃陶瓷固化体的固化机理、废物包容量及化学稳定性等方面,综述了三类玻璃陶瓷固化体的制备和研究进展,对其今后在核废料固化领域的发展方向和应用前景进行展望。
【文章来源】：玻璃. 2020,47(12)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Zirconolite-2M晶体结构
的交替堆积（根据组成和所吸收外来元素的种类改变）形成了钙钛锆石的多型体结构，其中双层单斜（Zirconolite-2M）是最常见的4+结构，见图2。研究发现，四价锕系元素离子U，4+4+Np，Pu等以等价取代方式进入Zr位；当电荷补偿离子进入Zr或Ti位时，也可异价取代Ca位；三3+3+3+价锕系元素离子Pu、Am、Cm等在存在电荷补［8］［11］偿离子时可异价取代进入Ca位。Vance在制备的钙钛锆石固化体中发现U可以取代的Ca和Zr晶3+格位置，U的固溶度为0.15，同时证实了Al优先取代五配位Ti位点来保持电价平衡。图1玻璃陶瓷固化示意图图2Zirconolite-2M晶体结构铝硅酸盐-钙钛锆石玻璃陶瓷的相关研究开［10］展较早，Maddrell指出在铝硅酸盐基材玻璃中钙钛锆石的形成经过一系列中间相，热处理温度在1200℃时形成单一钙钛锆石晶相，低于1100［12-13］℃时析出少量钙钛矿相。Loiseau等以含镧系元素（Ce、Nd、Eu、Gd、Yb）和锕系元素（Th）的SiO-AlO-CaO-ZrO-TiO玻璃为原22322料，经高温（1050~1200℃）热处理过程合成了玻璃陶瓷固化体，发现镧系元素和锕系元素的取
14全国性建材科技期刊——《玻璃》2020年第12期总第351期定阶段和重新加速阶段，每个阶段的持续时间取决于固化体组分和浸出条件（如温度、pH、浸出［31］液成分、浸出液更换频率等），如图3所示。深地质环境中，玻璃陶瓷的耐久性取决于晶相，剩余玻璃相的化学成分以及环境因素，在不同的存储环境中的元素浸出率存在很大差异，而现行的研究都是模拟固化体在不同地质环境下的短期腐蚀行为，固化体的中长期（四五百年至1万年以上）浸出机理以及稳定性评价等目前还存在较大争议。数学模拟计算是固化体长期贮存的安全性评价的有效工具。因此，提高对核废料玻璃陶瓷浸出机理的认识，并建立可靠的长期浸出行为模型（如利用蒙特卡洛法模拟玻璃固化体的浸出行为）是十分必要的。图3玻璃固化体蚀变速率随时间的变化图4发展趋势及应用前景近年来，玻璃陶瓷固化技术的开发研究已取得了很大的进步，很多基础研究及工程化应用的开发工作已经逐步在各国展开。国内外发展趋势主要为：我国目前贮存的高放废液中硫、钠的含量较高，硼酸盐玻璃和玻璃陶瓷是适用于我国高放废物固化的首选基材；对难溶组分的固化处理，可以通过设计化学稳定性优异的钙钛锆石与其它晶相复合的玻璃陶瓷实现对全组分高放核素的有效固化；研究深地质处置环境中，微晶相与玻璃相的界面特性对固化体蚀变行为、腐蚀机理和长期稳定性的影响，并建立可靠的长期浸出行为模型。当前，玻璃陶瓷固化技术并未大规模工业应用，钙钛锆石玻璃陶瓷具有废物包容量大、化学稳定性好、抗辐射能力强等特点，随着热等静压和冷坩埚固化技术的进一步发展，以钙钛锆石为主晶相的硼硅酸盐玻璃陶瓷有望作为首选固化基材用于实际高放废物的固化处理，逐步从实验研发阶段转为工程化应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高放废物玻璃固化技术研究进展[J]. 王宇,邢庆立,孟保健,于雷,韩勖,赵崇,朱永昌. 中国建材科技. 2020(04)
[2]Er2Ti2O7烧绿石基玻璃陶瓷固化体的制备工艺研究[J]. 谢华,冯志强,王烈林. 原子能科学技术. 2020(01)
[3]冷坩埚玻璃固化技术研究进展[J]. 刘丽君,张生栋,郄东生,李宝军,张华,郑文俊,朱冬冬,李玉松,李扬,周慧,王雷,汪润慈. 中国原子能科学研究院年报. 2017(00)
[4]高放废料固化用硼硅酸盐材料研究进展[J]. 耿安东,朱永昌,崔竹,张浩,韩勖,霍冀川,冀祥. 玻璃. 2018(02)
[5]钙钛锆石基玻璃陶瓷固化高放废物研究进展[J]. 宁海霞,吴浪. 材料导报. 2015(S1)
[6]含Pu废物的玻璃和玻璃陶瓷固化基材研究进展[J]. 袁晓宁,张振涛,蔡溪南,赵康,毛仙鹤,秦志桂. 原子能科学技术. 2015(02)
[7]模拟高钠高放废物铁硼磷酸盐玻璃固化体的结构和性能[J]. 廖其龙,陈奎儒,王辅,向光华,潘社奇. 硅酸盐学报. 2014(10)
[8]人造岩石固化包容锕系核素废物[J]. 罗上庚,杨建文,朱鑫璋. 化学学报. 2000(12)
硕士论文
[1]模拟α-高放废液独居石磷酸盐玻璃陶瓷固化体的研究[D]. 吕彦杰.中国地质大学 2008
本文编号：3358823
【文章来源】：玻璃. 2020,47(12)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Zirconolite-2M晶体结构
的交替堆积（根据组成和所吸收外来元素的种类改变）形成了钙钛锆石的多型体结构，其中双层单斜（Zirconolite-2M）是最常见的4+结构，见图2。研究发现，四价锕系元素离子U，4+4+Np，Pu等以等价取代方式进入Zr位；当电荷补偿离子进入Zr或Ti位时，也可异价取代Ca位；三3+3+3+价锕系元素离子Pu、Am、Cm等在存在电荷补［8］［11］偿离子时可异价取代进入Ca位。Vance在制备的钙钛锆石固化体中发现U可以取代的Ca和Zr晶3+格位置，U的固溶度为0.15，同时证实了Al优先取代五配位Ti位点来保持电价平衡。图1玻璃陶瓷固化示意图图2Zirconolite-2M晶体结构铝硅酸盐-钙钛锆石玻璃陶瓷的相关研究开［10］展较早，Maddrell指出在铝硅酸盐基材玻璃中钙钛锆石的形成经过一系列中间相，热处理温度在1200℃时形成单一钙钛锆石晶相，低于1100［12-13］℃时析出少量钙钛矿相。Loiseau等以含镧系元素（Ce、Nd、Eu、Gd、Yb）和锕系元素（Th）的SiO-AlO-CaO-ZrO-TiO玻璃为原22322料，经高温（1050~1200℃）热处理过程合成了玻璃陶瓷固化体，发现镧系元素和锕系元素的取
14全国性建材科技期刊——《玻璃》2020年第12期总第351期定阶段和重新加速阶段，每个阶段的持续时间取决于固化体组分和浸出条件（如温度、pH、浸出［31］液成分、浸出液更换频率等），如图3所示。深地质环境中，玻璃陶瓷的耐久性取决于晶相，剩余玻璃相的化学成分以及环境因素，在不同的存储环境中的元素浸出率存在很大差异，而现行的研究都是模拟固化体在不同地质环境下的短期腐蚀行为，固化体的中长期（四五百年至1万年以上）浸出机理以及稳定性评价等目前还存在较大争议。数学模拟计算是固化体长期贮存的安全性评价的有效工具。因此，提高对核废料玻璃陶瓷浸出机理的认识，并建立可靠的长期浸出行为模型（如利用蒙特卡洛法模拟玻璃固化体的浸出行为）是十分必要的。图3玻璃固化体蚀变速率随时间的变化图4发展趋势及应用前景近年来，玻璃陶瓷固化技术的开发研究已取得了很大的进步，很多基础研究及工程化应用的开发工作已经逐步在各国展开。国内外发展趋势主要为：我国目前贮存的高放废液中硫、钠的含量较高，硼酸盐玻璃和玻璃陶瓷是适用于我国高放废物固化的首选基材；对难溶组分的固化处理，可以通过设计化学稳定性优异的钙钛锆石与其它晶相复合的玻璃陶瓷实现对全组分高放核素的有效固化；研究深地质处置环境中，微晶相与玻璃相的界面特性对固化体蚀变行为、腐蚀机理和长期稳定性的影响，并建立可靠的长期浸出行为模型。当前，玻璃陶瓷固化技术并未大规模工业应用，钙钛锆石玻璃陶瓷具有废物包容量大、化学稳定性好、抗辐射能力强等特点，随着热等静压和冷坩埚固化技术的进一步发展，以钙钛锆石为主晶相的硼硅酸盐玻璃陶瓷有望作为首选固化基材用于实际高放废物的固化处理，逐步从实验研发阶段转为工程化应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]高放废物玻璃固化技术研究进展[J]. 王宇,邢庆立,孟保健,于雷,韩勖,赵崇,朱永昌. 中国建材科技. 2020(04)
[2]Er2Ti2O7烧绿石基玻璃陶瓷固化体的制备工艺研究[J]. 谢华,冯志强,王烈林. 原子能科学技术. 2020(01)
[3]冷坩埚玻璃固化技术研究进展[J]. 刘丽君,张生栋,郄东生,李宝军,张华,郑文俊,朱冬冬,李玉松,李扬,周慧,王雷,汪润慈. 中国原子能科学研究院年报. 2017(00)
[4]高放废料固化用硼硅酸盐材料研究进展[J]. 耿安东,朱永昌,崔竹,张浩,韩勖,霍冀川,冀祥. 玻璃. 2018(02)
[5]钙钛锆石基玻璃陶瓷固化高放废物研究进展[J]. 宁海霞,吴浪. 材料导报. 2015(S1)
[6]含Pu废物的玻璃和玻璃陶瓷固化基材研究进展[J]. 袁晓宁,张振涛,蔡溪南,赵康,毛仙鹤,秦志桂. 原子能科学技术. 2015(02)
[7]模拟高钠高放废物铁硼磷酸盐玻璃固化体的结构和性能[J]. 廖其龙,陈奎儒,王辅,向光华,潘社奇. 硅酸盐学报. 2014(10)
[8]人造岩石固化包容锕系核素废物[J]. 罗上庚,杨建文,朱鑫璋. 化学学报. 2000(12)
硕士论文
[1]模拟α-高放废液独居石磷酸盐玻璃陶瓷固化体的研究[D]. 吕彦杰.中国地质大学 2008
本文编号：3358823
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