鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化模擬三價錒系核素研究.pdf

1、鈣鈦鋯石基玻璃陶瓷作為錒系高放廢液固化基材具有很好的發(fā)展前景。本文以 Nd3+模擬三價錒系核素，采用熔融-熱處理工藝制備鈣鈦鋯石-鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體，研究了鈣鈦鋯石-鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷組成(Si/Ba比、Si/B比、晶核劑摻量）、模擬錒系核素及Al2O3摻量和熱處理工藝對其晶相、顯微結(jié)構(gòu)的影響，采用產(chǎn)品一致性測試法(PCT法)評價了玻璃陶瓷固化體的抗浸出性能，并對鈣鈦鋯石、榍石晶相的析晶機(jī)制進(jìn)行了探討分析。
　　對于SiO2

2、-B2O3-Na2O-BaO-CaO-TiO2-ZrO2-(Nd2O3)體系玻璃陶瓷，在1100~1250℃熔融可以制得均質(zhì)玻璃，所得玻璃樣品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度在580~660℃范圍內(nèi)，晶化溫度在850~1050℃；當(dāng)Si/Ba比為2~4和Si/B比為1~2時，可以得到單相的鈣鈦鋯石（CaZrTi2O7）；當(dāng)氧化鈣（CaO）、二氧化鈦（TiO2）和鋯英石（ZrSiO4）總含量為45-55 wt％，玻璃陶瓷中包含 CaZrTi2O7和CaTi

3、SiO5晶體；CaO、TiO2和ZrSiO4總含量為45 wt%的玻璃陶瓷具有較好的抗浸出性能，28天后B、Na和Nd元素的歸一化浸出率（LRB、LRNa和LRNd）分別為8.8×10-3 g·m-2·d-1,7.7×10-3 g·m-2·d-1和7.5×10-6 g·m-2·d-1。采用Kissinger和Ozawa方法計算獲得鈣鈦鋯石晶體的析晶活化能和Avrami指數(shù)分別為124.38 kJ/mol(Kissinger方法)和3.4

4、，為三維晶體生長機(jī)制；榍石晶體的析晶活化能和Avrami指數(shù)分別為166.13 kJ/mol(Kissinger方法)和2.2，為二維晶體生長機(jī)制；當(dāng)熱處理溫度在750~850℃范圍內(nèi)，均為單一的條狀鈣鈦鋯石晶體，在900~1050℃范圍內(nèi)熱處理時，出現(xiàn)鈣鈦鋯石和榍石晶體。
　　當(dāng)Nd2O3的含量為2~6 wt%時，玻璃陶瓷體內(nèi)為條狀的鈣鈦鋯石和磚塊狀的榍石晶體，當(dāng)Nd2O3的含量增加到8 wt%時，開始出現(xiàn)方形的鈦酸鈣晶體，且隨

5、著Nd2O3含量（8~12 wt%）的增加而增多。在含有6 wt% Nd2O3的玻璃陶瓷中，約有47%的Nd元素分布在鈣鈦鋯石和榍石晶體內(nèi)，且具有較好的抗浸出性能，在42天后LRB、LRCa和LRNd分別為6.79×10-3 g·m-2·d-1、1.61×10-3 g·m-2·d-1和4.8×10-6 g·m-2·d-1。當(dāng)添加Al2O3為2 wt%時，方形的鈦酸鈣晶體開始析出，且隨著 Al2O3含量增加而增多，榍石晶體隨 Al2O3含