釓鋯燒綠石晶格固化多核素的機(jī)理及穩(wěn)定性研究.pdf

1、為研究釓鋯燒綠石同時固化多種類、多價態(tài)核素的能力及其穩(wěn)定性，本研究選取典型TRPO流程尾端廢物作為處理對象，采用高溫固相法開展釓鋯燒綠石基模擬TRPO廢物固化體的制備，利用X射線衍射、激光拉曼光譜、電子背散射衍射、掃描電子顯微鏡、X射線能譜、等離子體發(fā)射光譜-質(zhì)譜等分析測試方法對固化體的物相、結(jié)構(gòu)、微觀形貌、抗浸出及抗α射線輻照穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果表明：
　?。?）以Gd2O3、ZrO2及模擬TRPO廢物為原料，通過配

2、方設(shè)計(jì)、原料預(yù)處理，利用高溫固相法在1500℃、保溫72 h實(shí)驗(yàn)條件下，成功制備出釓鋯燒綠石基模擬TRPO廢物系列固化體。
　?。?）所制備的模擬TRPO廢物1固化體均為單一的燒綠石結(jié)構(gòu)。當(dāng)廢物摻雜量小于35 wt.％時，模擬TRPO廢物2固化體為單一的燒綠石結(jié)構(gòu)；當(dāng)廢物摻雜量介于35 wt.%~65 wt.%時，模擬TRPO廢物2固化體為單一的螢石結(jié)構(gòu)。固化體的晶胞參數(shù)均隨著廢物摻雜量的增加呈現(xiàn)減小的趨勢。SEM照片顯示固化體形

3、貌均勻，致密性高，固化體樣品表面的元素分布相對比較均勻。
　　（3）模擬 TRPO廢物1固化體系列樣品的密度主要集中在4.303~5.630 g?cm-3之間，維氏硬度值主要集中在416.439~568.742 Kg?mm-2之間；模擬TRPO廢物2固化體系列樣品的密度主要集中在4.323~5.874 g?cm-3之間，維氏硬度值主要集中在416.428~552.642 Kg?mm-2之間。
　　（4）模擬TRPO廢物固化體

4、中各元素在70℃的浸出濃度值都略高于40℃的值，浸出濃度整體在10-6g/ml量級以下。所制備的固化體中核素的浸出率均在浸泡的第一天具有最高浸出率，隨后其浸出率隨著浸泡時間的增加呈減小趨勢，并于28d后趨于平穩(wěn)。
　　（5）經(jīng)1?1014～1?1017ions/cm2劑量的α射線（0.5 MeV）加速輻照后，模擬TRPO廢物固化體（質(zhì)量固溶度為0、25 wt.%、40 wt.%）由燒綠石相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槲炇嘟Y(jié)構(gòu)。在最大輻照劑量（1?

5、1017 ions/cm2）條件下，輻照后的模擬TRPO廢物固化體樣品未出現(xiàn)明顯的蛻晶質(zhì)化現(xiàn)象。隨著輻照劑量的增加，輻照后固化體樣品的晶胞體積發(fā)生一定程度的膨脹。在同一劑量α射線輻照條件下，隨著廢物摻雜量的增加，模擬TRPO廢物固化體的抗α射線輻照能力呈下降的趨勢。Raman研究表明，經(jīng)過α射線加速輻照后，隨著輻照劑量的增加，固化體主要拉曼振動峰的強(qiáng)度呈現(xiàn)減弱的趨勢，同時伴隨著藍(lán)移的現(xiàn)象。固化體輻照前后的SEM照片顯示，輻照后的樣品表面