含硫钡硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体的组成、结构和抗浸出性能的研究

发布时间：2018-01-31 19:27

  本文关键词： 玻璃陶瓷 钙钛锆石 重晶石 硫酸盐 高放废液 黄相　出处：《西南科技大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：玻璃陶瓷固化已成为玻璃固化高放废液的重要发展方向。我国目前贮存的高放废液中硫和钠的含量较高,而硼硅酸盐玻璃对硫的溶解度较低,在玻璃固化过程中会出现分离的黄色第二相(简称“黄相”),其主要成分为Na_2SO_4。为了提高硫在玻璃固化体中的包容量,本文通过熔融?热处理工艺制备了含钙钛锆石和重晶石相的钡硼硅酸玻璃陶瓷固化体,系统研究了SO_3含量变化对钡硼硅酸盐玻璃陶瓷固化体的晶相结构、显微结构和抗浸出性能的影响;探索了钙钛锆石?钡硼硅酸盐玻璃陶瓷对模拟高硫高钠高放废液的极限包容量,并对其制备工艺及硫酸盐的分相情况进行了探讨。主要研究结果如下:(1)SiO_2-B_2O_3-Na_2O-BaO-CaO-TiO_2-ZrO_2-SO_3-Nd_2O_3体系玻璃熔制温度为1200~1250℃,玻璃转变温度Tg在640~660℃范围内。不同硫掺量(SO_3为2~8 wt%)的玻璃陶瓷体内的主晶相均为条状的钙钛锆石(CaZrTi_2O_7),还含有少量颗粒状的斜锆石(ZrO_2)和块状的榍石(CaTiSiO_5);当SO_3含量≥4 wt%时,玻璃陶瓷体内出现了米粒状的重晶石(BaSO_4)晶体,其含量随SO_3掺量增加而增多,该重晶石晶体在玻璃的熔制阶段形成。当SO_3含量为8 wt%时,玻璃陶瓷表面出现一层由Na_2SO_4和Ba SO_4组成的白色分离层,玻璃陶瓷体内出现了许多裂缝和孔洞,致密性较差。(2)X射线荧光光谱(XRF)分析表明,当SO_3掺量为6 wt%时,玻璃陶瓷体内SO_3的实际含量仅为1.3 wt%,在玻璃熔制阶段硫酸盐发生了分解和挥发。能谱和元素分布分析结果表明,硫元素主要分布在重晶石晶体中,Nd元素均匀分布在钙钛锆石晶体和玻璃基体中。产品一致性试验(PCT法)结果表明,当SO_3含量≤6 wt%时,硫含量变化对玻璃陶瓷固化体的抗浸出性能没有明显的影响,当SO_3含量8 wt%时,固化体抗浸出性能显著下降。(3)采用钙钛锆石?钡硼硅酸盐玻璃陶瓷固化模拟高硫高钠高放废液,在1150℃的熔制温度下可获得均质玻璃,玻璃转变温度随着模拟废液掺量的增加而降低(580~650℃)。当模拟废液含量为0~20 wt%(废物氧化物含量)时,玻璃陶瓷体内的主晶相均为树枝状的钙钛锆石;模拟废液含量为20 wt%时,出现圆片状的氧化锆晶体和方形的钙钛矿晶体。模拟废液含量增加至30 wt%时,主晶相为细针状的钙钛矿晶体,致密性较差。PCT结果表明,模拟废液含量低于或等于20 wt%时对玻璃陶瓷固化体的抗浸出性能没有明显的影响。(4)对于模拟废液掺量为16 wt%的样品,在1150℃时玻璃的粘度在30 d Pa×s左右,与硼硅酸盐玻璃固化体相当;且在玻璃熔制过程中未观察到“黄相”。对于模拟废液掺量为25 wt%的样品,“黄相”在玻璃熔制早期开始形成,在1100℃时“黄相”最多,其主要成分为硫酸钠、硫酸钡、以及少量的铬酸盐和钼酸盐;在1150℃保温2 h后“黄相”消失。采用急冷方式制备玻璃陶瓷固化体,样品在较低温度(700~800℃)进行热处理只有少量的二氧化锆晶相析出,当热处理温度达到850℃时钙钛锆石晶体开始析出。
[Abstract]:In this paper , the crystal phase structure , microstructure and anti - leaching properties of the glass - ceramics have been studied by melting - heat treatment . The results show that the content of SO _ 3 in glass ceramics is only 1.3 wt % . The results show that when the content of the simulated waste liquid is 20 wt % , the viscosity of the glass is reduced ( 580 锝，

本文编号：1479820