锶、铈共掺的NZP型磷酸盐陶瓷固化体的制备及其结构研究

发布时间：2020-04-07 08:53

【摘要】：高放废液中所含放射性核素种类多,放射毒性大,释热率高,其处理和处置一直是研究的难点。目前比较安全的处置方式是将其固化在性质稳定的材料中,再进行深地质埋藏。NZP作为一种具有丰富离子取代性的磷酸盐陶瓷材料,其结构稳定,物理化学性能优良,是一种潜在的多元核素固化基材。本文以Sr~(2+)离子模拟二价裂变核素,Ce~(4+)离子模拟四价锕系核素,通过添加ZnO作为烧结助剂,利用微波辅助的固相法制备了Sr、Ce共掺的NZP陶瓷固化体。结合XRD、Rietveld结构精修、IR和Raman分析样品的物相组成和显微结构,利用SEM-EDS观察样品的微观形貌,通过测量陶瓷的密度和维氏硬度分析样品的物理性能,利用PCT法评价固化体的化学稳定性。本文围绕固化体的制备工艺,物相组成,显微结构等方面开展了以下工作:(1)NZP固化基材的制备及致密化研究。系统研究了加入不同ZnO含量,不同微波烧结温度对样品的物相组成、微观形貌和力学性能的影响。结果表明:微波辅助的固相法比传统固相法省时节能,在900~1200℃的微波烧结温度范围内都能得到单一的NZP相;加入ZnO显著提高了样品的致密性和维氏硬度;当其掺入量为1 wt%时,在1100℃/2 h能成功制备出物相单一,断面形貌规整,结构致密无气孔的NZP陶瓷。(2)掺Sr的NZP陶瓷固化体的制备及表征。按配方Na_(1-2x)Sr_xZr_2(PO_4)_3(x=0,0.1,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5)制备了掺Sr的NZP样品。研究表明:随着Sr含量的增加,物相逐渐从NZP相转变为SrZP相,空间群由R3?c变成R3?。制备的样品晶粒大小均匀,断面平整,结构致密,无气孔,样品中各元素分布均匀。Sr在NZP结构中固溶量较大,可全部取代Na位。Sr-NZP陶瓷固化体的化学稳定性良好,样品中各元素浸出率LR_i的数量级仅为10~(-3)~10~(-7)。(3)Sr、Ce共掺的NZP陶瓷固化体的制备及表征。固定Sr的含量为0.5,改变Ce的掺入量,制备Sr_(0.5)Zr_(2-y)Ce_y(PO_4)_3(y=0,0.05,0.1,0.2)陶瓷固化体。研究表明:Ce含量的改变对陶瓷固化体的物理性能影响不大,模拟核素Ce主要以CePO_4相存在于NZP陶瓷晶界上,与SrZP兼容性良好。样品晶粒大小均匀,断面平整,结构致密,几乎无气孔,样品中各元素分布均匀,且样品的化学稳定性良好,元素归一化浸出率的数量级为10~(-3)~10~(-7)。本课题采用微波辅助固相烧结,通过加入适量的ZnO作为烧结助剂,解决了传统固相法合成NZP型材料周期长,制备温度高的困难,且制备的NZP型固化体结构致密,力学性能良好,化学稳定性优良。本文研究结果可为NZP陶瓷材料固化多元放射性核素提供一定的理论指导和技术支撑,促进高放废物的陶瓷固化技术发展。
【图文】：

示意图,晶体结构,型材,示意图

图 1-1 NaZr2P3O12的晶体结构示意图Fig. 1-1 Schematic diagram of NaZr2P3O12crystal structure.2 NZP 型材料的性能特点P 型材料主要有四大性能特点[19]：[20]

路线图,主要技术,路线

本研究的主要技术路线
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ174.1;TL941.1

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