铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构与化学稳定性的研究

摘要

独居石铁磷酸盐玻璃陶瓷固化兼具铁磷酸盐玻璃固化和独居石陶瓷固化的优点，是最新一代高放废物固化方法。
　　本文以36Fe2O3-54P2O5-10CaF2为基础玻璃，先分别掺入 TiO2和BaO改善玻璃基体的性能，再经过析晶热处理制备出具有优良化学稳定性的独居石铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体，利用XRD、SEM-EDS、FTIR等现代分析测试方法对样品的结构特点和表面形貌进行分析表征，通过MCC-1静态浸出实验研究玻璃陶瓷固化体样品的化学稳定性，得到如下主要结论：
　　(1)基础铁磷酸玻璃的掺杂改性:XRD分析表明，钡铁磷酸盐玻璃在650~850℃析晶热处理时，析出的主晶相为 FePO4,且BaO的掺量增加会抑制FePO4的析出。FTIR及 Raman光谱分析表明:两个体系的铁磷酸盐玻璃具有相似的结构，均以 Q1结构单元为主，DTA测试结果表明，TiO2可以增强玻璃结构的内聚力，增强热稳定性。BaO作为一种网络修饰体，适量时可以改善玻璃的热稳定性, TiO2的加入可以增大玻璃密度。
　　(2)独居石铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体:铁钛磷酸盐玻璃陶瓷固化体的主晶相和次晶相分别为独居石和 Fe9TiO15，样品T15-50W的析晶效果较佳，玻璃相的主要成分为AlPO4.铁钡磷酸盐玻璃陶瓷固化体中，BaO可以抑制独居石的析出，当BaO的掺量达到20mol％时，固化体又析出了ZrP2O7和BaAl2Si2O8等杂相。FTIR分析表明，两个体系的玻璃陶瓷固化体吸收峰的位置也基本一致，且随着 TiO2和 BaO含量的增大，Q1和 Q2基团的特征吸收峰强度逐渐减弱，Q0基团的吸收峰却明显增强。密度测试说明，二氧化钛可以促进玻璃析晶，使固化体结构更加致密化，而固化体样品的密度随氧化钡含量加入先增大后减小。化学稳定性实验表明：两个体系的固化体试样的浸出率都随着时间的延长逐渐下降，14天前下降较快，14天到28天期间缓慢下降，28天以后逐渐趋于稳定，最后达到平衡。铁钛磷酸盐玻璃陶瓷固化体质量损失速率数量级都在10-10~10-9 g/cm2·min，溶液中大部分离子的浸出率都接近或低于仪器检出限，表明铁钛磷酸盐玻璃陶瓷固化体试样具有极强的化学稳定性。铁钡磷酸盐玻璃陶瓷固化体的的质量损失速率数量级在10-8~10-9 g/cm2·min。

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 放射性废物综述

1.3 放射性废物的处理

1.4 论文研究内容

2 研究方案

2.1 实验所用仪器及药品

2.2 实验方案设计与方法

2.3 化学稳定性测试

2.4 样品的结构表征

3 铁磷酸盐玻璃基体的掺杂改性

3.1 铁钛磷酸盐玻璃的结构与性能研究

3.2 铁钡磷酸盐玻璃的结构与性能研究

3.3 本章小结

4 铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构与化学稳定性的研究

4.1 玻璃陶瓷控制析晶机理及独居石玻璃陶瓷固化概述

4.2 铁钛磷酸盐玻璃陶瓷固化体

4.3 铁钡磷酸盐玻璃陶瓷固化体

4.4 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