铁硼磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构与性能的研究

发布时间：2017-07-19 07:21

  本文关键词：铁硼磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构与性能的研究

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【摘要】：本文以36Fe_2O_3-10B_2O_3-54P_2O_5为基础玻璃,在研究废物组成中氧化铬(Cr_2O_3)和氧化锆(ZrO_2)对该基础玻璃结构和抗析晶性能影响的基础上,采用热处理工艺制备了具有良好化学稳定性的独居石铁硼磷酸盐玻璃陶瓷固化体。通过XRD、FTIR、Raman、SEM-EDS等测试手段对试样的结构、物相和形貌进行表征,并用MCC-1静态浸出实验研究了固化体试样的化学稳定性,得出以下主要结论:(1)Cr_2O_3对铁硼磷酸盐玻璃(玻璃陶瓷)结构与性能的影响研究表明:Cr_2O_3降低了36Fe_2O_3-10B_2O_3-54P_2O_5玻璃的形成能力,促进该体系玻璃析晶。当Cr_2O_3含量超过1.0wt%时,形成的产物中含有微晶相,其主晶相为β-Cr PO_4和Fe2(HPO_3)_3。含Cr的铁硼磷酸盐玻璃的结构基团主要是正磷酸盐(Q~0)基团、焦磷酸盐(Q~1)基团和[BO_4]基团,掺入Cr_2O_3导致结构中Q~0基团转变为Q~1基团。在玻璃形成范围内,随着Cr_2O_3含量的增加,玻璃转变温度升高。此外,含Cr的铁硼磷酸盐玻璃在650℃~850℃热处理,析出的主晶相为Fe2(HPO_3)_3、Fe PO_4(H_2O)_2和Fe PO_4,随着Cr_2O_3含量的增加,析出的Fe2(HPO_3)_3晶相含量增加,Fe PO_4(H_2O)_2和Fe PO_4晶体的析出受到抑制。(2)36Fe_2O_3-10B_2O_3-54P_2O_5玻璃能包容6mol%的ZrO_2,当ZrO_2的含量大于6mol%时,熔融冷却后的产物发生部分析晶,其主晶相为Zr P_2O_7。含ZrO_2的36Fe_2O_3-10B_2O_3-54P_2O_5玻璃主要结构基团仍是Q~0基团、Q~1基团和[BO_4]基团,且在结构中形成了Zr-O-P键,随着ZrO_2含量的增加,该玻璃的网络结构强度增强。此外,该玻璃在650℃~850℃下析出的主晶相为Fe4(PO_4)2O、Zr P_2O_7和Fe PO_4,且ZrO_2含量的增加,析出的Zr P_2O_7和Fe PO_4晶相含量增加。(3)用36Fe_2O_3-10B_2O_3-54P_2O_5玻璃固化所设计的模拟废物的研究表明,60wt.%的模拟废物能稳定地固化于形成的铁硼磷玻璃陶瓷中,形成的玻璃陶瓷固化体的主晶相为独居石相,其玻璃相主要结构基团为Q~0基团,而且含有O-Me-O-P键(Me为金属阳离子),该键的形成提高了固化体的化学稳定性。该玻璃陶瓷固化体的失重速率为10-8~10-9g/cm2·min数量级,且随着浸泡时间延长其失重速率逐渐降低,浸泡液中主要浸出离子为Al~(3+),其浸出浓度在1μg/ml左右,而La~(3+)和Ce~(4+)的浸出浓度均在0.005μg/ml以下,表明该体系铁硼磷酸盐玻璃陶瓷固化体具有良好的化学稳定性,其中掺杂60wt.%模拟高放废物的玻璃陶瓷固化体的性能最佳。
【关键词】：铁硼磷酸盐玻璃陶瓷 固化体 氧化铬 氧化锆 化学稳定性
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.733
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 放射性废物的综述12-13
• 1.3 高放废液处理的研究现状13-19
• 1.3.1 玻璃固化13-16
• 1.3.2 陶瓷固化16-18
• 1.3.3 玻璃陶瓷固化18-19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 2 试样制备及性能表征21-27
• 2.1 实验所用仪器及药品21-22
• 2.1.1 实验所用仪器21
• 2.1.2 实验所用药品21-22
• 2.2 实验方案设计及方法22-24
• 2.2.1 技术路线22-23
• 2.2.2 实验方法23-24
• 2.3 化学稳定性测试24-26
• 2.4 试样的结构表征26-27
• 3 氧化铬对铁硼磷酸盐玻璃 （ 及玻璃陶瓷 ） 结构与性能的影响27-38
• 3.1 实验方案设计27
• 3.2 氧化铬对铁硼磷酸盐玻璃 （ 及玻璃陶瓷 ） 的影响27-36
• 3.2.1 玻璃及玻璃陶瓷样品的制备27-28
• 3.2.2 结果与讨论28-36
• 3.3 本章小结36-38
• 4 氧化锆对铁硼磷酸盐玻璃 （ 及玻璃陶瓷 ） 结构与性能的影响38-49
• 4.1 实验方案设计38
• 4.2 氧化锆对铁硼磷酸盐玻璃 （ 及玻璃陶瓷 ） 的影响38-48
• 4.2.1 玻璃及玻璃陶瓷样品的制备38-39
• 4.2.2 结果与讨论39-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 高放废物包容量对独居石玻璃陶瓷固化体的影响49-58
• 5.1 实验方案设计49
• 5.2 高放废物包容量的研究49-57
• 5.2.1 玻璃陶瓷固化体的制备49-51
• 5.2.2 结果与讨论51-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70

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本文编号：561745