模擬雙核素放射性廢物的釓鋯燒綠石固化及穩(wěn)定性研究.pdf

1、為研究釓鋯燒綠石同時固化不同價態(tài)高放核素的能力及其穩(wěn)定性，本研究選取了具有代表性的 Nd3+和 Ce4+分別作為 An3+和 An4+的模擬核素，采用高溫固相法在1500℃、保溫72 h實驗條件下成功制備出釓鋯燒綠石基模擬雙核素雙位替代的放射性廢物固化體，并對其物相、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、硬度、密度、化學(xué)穩(wěn)定性及輻照穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：
　?。?）所制備的固化體均為單一物相， Gd2-xNdxZr2-yCeyO7（0.0

2、≤x≤2.0,y=0及1.6≤x≤2.0,0.0≤y≤0.4）為燒綠石相，其余樣品為螢石相；固化體的晶胞參數(shù)隨摻雜物 Nd3+、Ce4+添加量增加近線性增大，相對應(yīng)的 XRD衍射峰向小角度方向偏移。SEM照片顯示固化體整體呈板塊狀凝結(jié)，具有一定的空隙，晶粒尺寸為2μm左右，樣品表面元素分布均勻。
　?。?） Gd2-xNdxZr2-yCeyO7（0.0≤x,y≤2.0）系列固化體的實測密度集中在4.862-7.089 g/cm3之

3、間，相對密度為76％至98%，致密性較好。固化體的理論及測試密度隨 Ce添加量的增加逐漸變大，隨 Nd添加量的增加逐漸減小。系列固化體樣品的維氏硬度集中在208.587-1146.714 kg·mm-2之間，其變化規(guī)律與密度一致。
　?。?） Gd2-xNdxZr2-yCeyO7（0.0≤x,y≤2.0）系列固化體在不同溫度及浸泡時間條件下，浸出液中核素的浸出濃度（10-4~10-2μg/ml）均較低。浸出液中各組成元素的歸一化浸

4、出率按 Gd3+(10-3~10-5 g·m-2·d-1)， Nd3+(10-3~10-7 g·m-2·d-1)， Ce4+(10-5~10-6 g·m-2·d-1)， Zr4+(10-5~10-7 g·m-2·d-1)依次遞減。所有元素的浸出率均在浸泡的第1天最高，隨后元素歸一化浸出率隨浸泡時間的增加呈減小趨勢；同一組分的樣品中各元素在70℃下的浸出濃度及浸出率均略高于40℃。各固化體浸出液的 pH值與電導(dǎo)率與空白試劑相比，未發(fā)生明顯

5、變化。固化體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
　　（4）經(jīng)不同時間的重離子輻照后， Gd2Zr2O7部分由燒綠石結(jié)構(gòu)向螢石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化， Gd2Ce2O7及 Nd2Ce2O7一直保持著螢石型結(jié)構(gòu)，Nd2Zr2O7一直保持為燒綠石型結(jié)構(gòu)。隨輻照時間增加，Gd2Zr2O7、 Gd2Ce2O7、Nd2Ce2O7的 X射線衍射峰向小角度方向偏移，其晶胞參數(shù)及晶面間距逐漸增大；而 Nd2Zr2O7的 X射線衍射峰向大角度方向偏移，其晶胞參數(shù)及晶面間距隨