铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体的结构与性能的研究

摘要

高放废物主要来源于乏燃料的后处理工艺，乏燃料中99％以上裂变产物都进入了高放废物中，因此对高放废物的处理是各国都非常关注的问题。本文以铁钠磷酸盐玻璃（20Fe2O3–60P2O5–20Na2O）为基础玻璃，ZrO2、CeO2作为模拟核废物的氧化物，采用传统的熔融冷却法制备玻璃固化体，固相烧结法制备玻璃陶瓷固化体。通过XRD、FTIR、DSC等测试手段研究ZrO2、CeO2对铁钠磷酸盐玻璃以及玻璃陶瓷固化体的结构、热性能以及化学稳定性的影响，其中获得以下主要结论：
　　（1）铁钠磷酸盐玻璃对ZrO2、CeO2的包容量分别为4mol%、24mol%。掺杂4mol%ZrO2的铁钠磷酸盐玻璃热稳定性最稳定，在900℃对ZrO2-Fe2O3-P2O5-Na2O玻璃体系进行热处理时，析出主晶相ZrP2O7。CeO2含量的增加使铁钠磷酸盐玻璃的热稳定性先增强后减弱，在650～750℃对CeO2-Fe2O3-P2O5-Na2O玻璃体系进行热处理时，析出主晶相NaFeP2O7。这两个玻璃体系的结构单元以Q1基团为主。
　　（2）以ZrO2、CeO2作为模拟核废料氧化物与基础玻璃混合制备的玻璃陶瓷固化体的主晶相和次晶相分别为NaCe2(PO4)3、NaZr2(PO4)3，大多数的Zr、Ce元素被包容在晶体相中。当核废物的包容量大于55wt%时，固化体的析晶效果减弱。固化体的主要结构单元为Q1基团，包容量增加使Q1基团减少，桥氧键增加，固化体的化学稳定性得到改善。通过MCC-1静态浸出实验分析铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体的化学稳定性发现，在浸泡时间低于14天时，质量损失率变化较大，14天之后逐渐趋于稳定。失重率的数量级为10-8g/cm2·min。通过ICP-MS以及ICP-OES测试发现Zr、Ce离子的元素浓度均在检出限以下，因此包容ZrO2与CeO2的铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体有较强的化学稳定性。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 放射性废物简述

1.3 高放废物固化处理方法

1.4 主要研究内容

1.5 实验研究方法

2 氧化锆对铁钠磷酸盐玻璃基体结构与性能的影响

2.1 掺杂氧化锆的铁钠磷酸盐玻璃固化体的制备

2.2 ZrO2–Fe2O3–P2O5–Na2O 玻璃固化体的结构与性能的研究

2.3 本章总结

3 氧化铈对铁钠磷酸盐玻璃基体结构与性能的影响

3.1 掺杂氧化铈的铁钠磷酸盐玻璃固化体的制备

3.2 CeO2–Fe2O3–P2O5–Na2O 玻璃固化体的结构与性能的研究

3.3 本章小结

4 模拟高放废物对铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体的影响

4.1 铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体的制备

4.2 铁钠磷酸盐玻璃陶瓷固化体性能表征

4.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果