锆石的合成及其固化核废物应用研究
发布时间：2022-01-09 19:34
锆石因其优异的物理化学性质,除在地质测年、陶瓷、玻璃、耐火材料及铸造等诸多领域得以广泛应用外,在核废物固化处理中也展现出良好应用前景,因此锆石是一种战略性非金属矿产。概述了国内外锆石固化核废物的研究现状,重点介绍了锆石基核废物固化体的合成方法,锆石对模拟锕系核素的固化行为,锆石固化体的热稳定性、化学稳定性及辐照稳定性等方面的研究工作,并展望了今后锆石研究的发展方向。
【文章来源】：矿产保护与利用. 2020,40(06)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ZrSiO4晶体结构[3]
本课题组[16]以Nd作为三价锕系核素的模拟替代物质,采用锆石对其进行固化处理,采用高温固相法合成了系列锆石基三价锕系核素模拟固化体Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDS等方法对获得的系列固化体进行表征,研究了Nd固溶量对固化体的物相和微观结构的影响规律。XRD结果显示(图2),采用高温固相法,在1 550 ℃烧结72 h,可成功合成锆石基三价锕系核素系列固化体Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。研究发现,当x<0.04时,固化体为单一锆石相结构,而当x≥0.04时,固化体为锆石和Nd2Si2O7两相结构。这表明锆石对Nd3+的固溶量大约为4%。此外,锆石基陶瓷固化体的密度随Nd固溶量的增加而增大。真实的核废物中核素常存在多种价态,因此研究锆石对多价态多种类模拟锕系核素的固化行为意义重大。本课题组[15]通过设计Nd3+和Ce4+同时替代锆石(ZrSiO4)晶体结构中Zr位,成功合成了系列锆石基混合价态模拟锕系核素固化体Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2(0≤x,y≤0.1)。探讨了Nd3+和Ce4+的固溶量对固化体的物相及微观结构的影响规律,研究了锆石对多价态核素的固化机理。XRD结果显示(图3),当Nd3+(x)和Ce4+(y)的总固溶量x+y<0.04时,锆石基多价态固化体为单一锆石相结构;然而,当Nd3+和Ce4+的总固溶量x+y≥0.04时,固化体中出现第二相(Nd,Ce)2Si2O7,即固化体为锆石相和(Nd,Ce)2Si2O7两相共存结构。这表明锆石对Nd3+和Ce4+的总固溶量大约为4%。此外,随Nd3+和Ce4+的固溶量的增加,锆石基三、四价锕系核素系列固化体的密度随之增大。为了考察Nd和Ce的固溶量对固化体微观结构的影响,采用SEM对固化体的微观形貌进行了表征。图4为不同Nd和Ce固溶量锆石基固化体的SEM照片。从图中可以看出,所有样品中晶粒为颗粒状,晶界清晰,晶粒大小约为1～3 μm。随Nd和Ce固溶量的增加,样品的致密性是逐渐增强的。这些结果表明,锆石是三、四价锕系核素的理想候选固化基材。
Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2系列固化体的SEM照片[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chemical stability of Ce-doped zircon ceramics: Influence of p H, temperature and their coupling effects[J]. 谢忆,樊龙,舒小艳,匙芳廷,丁艺,马登生,卢喜瑞. Journal of Rare Earths. 2017(02)
[2]富烧绿石人造岩石固化模拟锕系废物[J]. 杨建文,罗上庚,李宝军,汤宝龙. 原子能科学技术. 2001(S1)
本文编号：3579315
【文章来源】：矿产保护与利用. 2020,40(06)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ZrSiO4晶体结构[3]
本课题组[16]以Nd作为三价锕系核素的模拟替代物质,采用锆石对其进行固化处理,采用高温固相法合成了系列锆石基三价锕系核素模拟固化体Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和EDS等方法对获得的系列固化体进行表征,研究了Nd固溶量对固化体的物相和微观结构的影响规律。XRD结果显示(图2),采用高温固相法,在1 550 ℃烧结72 h,可成功合成锆石基三价锕系核素系列固化体Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤0.1)。研究发现,当x<0.04时,固化体为单一锆石相结构,而当x≥0.04时,固化体为锆石和Nd2Si2O7两相结构。这表明锆石对Nd3+的固溶量大约为4%。此外,锆石基陶瓷固化体的密度随Nd固溶量的增加而增大。真实的核废物中核素常存在多种价态,因此研究锆石对多价态多种类模拟锕系核素的固化行为意义重大。本课题组[15]通过设计Nd3+和Ce4+同时替代锆石(ZrSiO4)晶体结构中Zr位,成功合成了系列锆石基混合价态模拟锕系核素固化体Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2(0≤x,y≤0.1)。探讨了Nd3+和Ce4+的固溶量对固化体的物相及微观结构的影响规律,研究了锆石对多价态核素的固化机理。XRD结果显示(图3),当Nd3+(x)和Ce4+(y)的总固溶量x+y<0.04时,锆石基多价态固化体为单一锆石相结构;然而,当Nd3+和Ce4+的总固溶量x+y≥0.04时,固化体中出现第二相(Nd,Ce)2Si2O7,即固化体为锆石相和(Nd,Ce)2Si2O7两相共存结构。这表明锆石对Nd3+和Ce4+的总固溶量大约为4%。此外,随Nd3+和Ce4+的固溶量的增加,锆石基三、四价锕系核素系列固化体的密度随之增大。为了考察Nd和Ce的固溶量对固化体微观结构的影响,采用SEM对固化体的微观形貌进行了表征。图4为不同Nd和Ce固溶量锆石基固化体的SEM照片。从图中可以看出,所有样品中晶粒为颗粒状,晶界清晰,晶粒大小约为1～3 μm。随Nd和Ce固溶量的增加,样品的致密性是逐渐增强的。这些结果表明,锆石是三、四价锕系核素的理想候选固化基材。
Zr1-x-y(NdxCey)SiO4-x/2系列固化体的SEM照片[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chemical stability of Ce-doped zircon ceramics: Influence of p H, temperature and their coupling effects[J]. 谢忆,樊龙,舒小艳,匙芳廷,丁艺,马登生,卢喜瑞. Journal of Rare Earths. 2017(02)
[2]富烧绿石人造岩石固化模拟锕系废物[J]. 杨建文,罗上庚,李宝军,汤宝龙. 原子能科学技术. 2001(S1)
本文编号：3579315
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3579315.html
