一种高放射性废物固化处理基材的制备方法

一种高放射性废物固化处理基材的制备方法，其特征是包括下列步骤：（1）配料：按质量比（26～32）；（29～35）：（35～42）取天然锆英石、CaCO3、TiO2原料；（2）细磨：将各原料装入细磨设备内，添加磨球后，振磨30-60rain；（3）煅烧：将物料在1150～1350℃下煅烧20～60min，即制得产物。采用本发明制备钙钛锆石和榍石的人造岩石固化体，原料成本低廉，工艺简单（可以减少或避免固化处理过程中的二次污染），反应温度较低，得到的目标矿物纯度高，为钙钛锆石、榍石基人造岩石固化高放废物的工程化应用奠定了良好的基础。     

钙钛锆石和榍石人造岩石固化模拟放射性焚烧灰的研究

以天然锆英石（ZrSiO4）、CaCO3、TiO2为原料,利用高温固相反应,借助X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等分析方法,进行了钙钛锆石（CaZrTi2O7）和榍石（CaTiSiO5）人造岩石固化模拟放射性焚烧灰的研究。结果表明：针对成分为CaO 60．9％（wt）,TiO2 10．2％（wt）,SiO2 6．16％（wt）,Fe2O3 11．4％（wt）的焚烧灰,当模拟放射性焚烧灰掺量分别为20％、40％、60％时,最佳合成及烧结温度分别为1260℃、1230℃、1200℃。采用本实验的工艺技术和路线,可以制备得到性能优良的钙钛锆石和榍石人造岩石固化体,其最佳烧结及合成温度随模拟放射性焚烧灰掺量的增加而降低;可以将固化基材的合成与人造岩石体固化体的烧结工艺合二为一,易于实现工程化。     

利用模拟放射性焚烧灰合成钙钛锆石和榍石的研究

本文采用模拟放射性焚烧灰、天然锆英石为主要原料,通过配方设计,借助于失重-差式扫描量热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)等分析手段,研究钙钛锆石和榍石的高温固相反应合成.结果表明,采用高温固相反应,能够在较低温度获得高纯度的钙钛锆石和榍石;合成钙钛锆石和榍石的最佳温度及最低温度与配方有关,最低合成温度可低于1140℃.当焚烧灰掺量为0、20%、40%、60%时,配方的最佳合成温度分别为1260℃、1260℃、1230℃、1200℃.     

掺钕钙钛锆石、榍石组合矿物固化体的浸出性能

以硅酸锆(ZrSiO4)、碳酸钙(CaCO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化钕(Nd2O3)为原料,采用固相反应工艺,制备掺钕钙钛锆石、榍石组合矿物固化体,借助X射线衍射(XRD)、背散射二次电子像(BSE)、荧光光谱(FS)、能谱(EDS)等分析手段,研究掺钕钙钛锆石、榍石组合矿物固化体的化学稳定性。结果表明,钙钛锆石、榍石的组合矿物能很好地固溶Nd,固化体具有良好的化学稳定性;在90℃,第42d,CZ15-1260、CZA15-1260、CA15-1260固化体样品的平均归一化浸出率分别为1.82×10-4、1.38×10-4、1.48×10-4g·m-2·d-1;固化体的较佳烧结温度为1260℃。     

锕系核素的人造岩石固化

介绍了锕系核素人造岩石固化的基本原理，概述了钙钛锆石的晶体结构和主要性质以及锕系核素和稀土类似物在其中的固溶情况，讨论了富钙钛锆石型人造岩石固化锕系核素的配方设计。表明用此方法包容高放废液中锕系核素具有良好的前景。     

钕在钙钛锆石和榍石组合矿物中的固溶机制

以ZrSi O4、CaCO3、Ti O2、Al2O3、Nd2O3为原料,引入Al3+作价态补偿,通过固相反应制备包容模拟三价锕系核素Nd的钙钛锆石(CaZrTi2O7)和榍石(CaTiSi O5)组合矿物固化体。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)研究其矿相组成、微观结构和元素分布,探讨Nd在钙钛锆石和榍石组合矿物固化体中的固溶机制。研究表明:钙钛锆石和榍石组合矿物固化体较佳的合成条件是在1 230℃条件下保温30 min,较佳配方的摩尔比为n(Ca1-x/2-y/4Nd(x+y)/2Zr1-y/4Alx/2Ti2-x/2O7)∶n(Ca1-xNdxAlxTi1-xSi O5)=[4/(4-y)]∶1;Nd3+能够进入钙钛锆石和榍石晶格,榍石能够固溶Zr4+、Al3+、Nd3+,Zr4+和Nd3+取代Ca2+位,Al3+占据Ti4+位,钙钛锆石能够固溶Al3+、Nd3+,Nd3+进入Ca2+位和Zr4+位,Al3+占据Ti4+位。     

掺铀榍石人造岩石固化体的制备及其浸出性能

以碳酸钙(CaCO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)和硝酸铀酰(UO(2NO3)2.6H2O)为原料,采用固相反应工艺,制备掺铀榍石基人造岩石固化体。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段,研究固化体的烧结温度、物相组成、U元素的浸出性能等。结果表明,掺铀榍石基人造岩石固化体的较佳烧结温度是1 260℃;榍石能很好地固溶U形成榍石固溶体;配方化学式为Ca095U0.05Ti0.9Al0.1SiO5、Ca092U0.04Ti0.9SiO5固化体,28天90℃的浸出率分别为7.0×10-10m.d-1、9.5×10-10m.d-1,其归一化浸出率分别是2.10×10-3g.m-2.d-1、1.76×10-3g.m-.2d-1。     

富烧绿石型人造岩石固化模拟锕系元素废液的研究

采用与钙钛锆石（Ｚｉｒｃｏｎｏｌｉｔｅ）性能相近的烧绿石（Ｐｙｒｏｃｈｌｏｒｅ）为主要矿相，制备了对锕系元素废液有不同包容量（３７％～５０％）的人造岩石固化体，测定了其物理性能。应用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜能谱分析（ＳＥＭ／ＥＤＳ）研究了其太相组成、微观结构和相组分分析，并采用产品一致性测试（ＰＣＴ）粉末浸泡法研究其抗浸出性能。研究结果表明，富烧绿石人造岩石是固化锕系元素废液并最终进行地质处     

人造岩石固化掺铀模拟放射性焚烧灰

以天然锆英石、模拟放射性焚烧灰、CaCO₃、TiO₂、UO₂为原料,采用高温固相反应,对人造岩石固化掺铀模拟放射性焚烧灰进行研究。借助XRD、SEM、抗浸出性能测试等分析测试方法,研究固化体的性能。结果表明：在空气气氛下烧结,固化体的晶相为CaZrTi₂O₇［Ca（Zr,U）Ti₂O₇］、CaTiSiO₅、CaTiO₃和CaUO₄,一部分U固溶于Ca（Zr,U）Ti₂O₇中;较多CaZrTi₂O₇的生成有利于Ca（Zr,U）Ti₂O₇固溶更多的U;模拟放射性焚烧灰掺量为60%、UO₂含量为6.88%的人造岩石固化体,1～35d铀的归一化浸出率为0.17~2.81μg/(cm²•d),42～192d铀的归一化浸出率为0.09～0.13μg/(cm²•d)。     

锆英石对三价锕系核素固化能力及抗γ射线辐照稳定性

为研究锆英石对三价锕系核素的固化效果及抗γ射线辐照稳定性,以Eu³⁺模拟三价锕系核素,ZrO₂、SiO₂和Eu₂O₃粉体为原料设计了包容量为25%～10%（摩尔分数）的锆英石固化体配方,在1500℃条件下保温22h进行固化体的制备,通过⁶⁰Co源γ射线辐照装置对固化体进行γ射线辐照实验。利用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪和扫描电子显微镜对所制备固化体及经γ射线辐照后固化体的物相、结构及微观形貌进行了分析。结果表明：固化体中虽加入了2.5%～10%的Eu₂O₃,但主物相仍以锆英石物相为主,均具有较高的结晶度,随着Eu₂O₃添加量的增加,变生程度略显增加;固化体经579.1kGy的γ射线辐照后主物相依然以锆英石物相为主,变生程度较辐照前略显增加,但依然具有较高的结晶度。     

人造岩石固化模拟~(137)Cs废物的研究

利用富碱硬锰矿（Hollandite，BaAl2Ti6O16）作为主体矿相，制备了Cs包容量为3％～8％的富碱硬锰矿人造岩石固化体，测定了所制固化体的物理性能。结果表明，均有较高密度（≥4．2g／cm^3）和较小的显气孔率（≤0．1％）。采用X射线衍射（XRD）和带能谱的扫描电镜（SEM／EDS）研究了矿相组成和微观结构，并利用MCO-1浸出法和PCT浸出法研究了所制备样品的化学稳定性。研究结果表明，在1200℃，20MPa和较强还原气氛条件下，热压制备的富碱硬锰矿人造岩石固化体可较好地固化^137Cs废物，包容量为3．0％～4．5％。     

钙钛锆石基组合矿物固溶铈的研究

以ZrSiO₄、CaCO₃、TiO₂、Al₂O₃、Ce₂C₆O₁₂•10H₂O为原料,采用固相反应工艺合成掺Ce钙钛锆石基钛酸盐组合矿物。利用XRD、BSE、EDS等分析方法,研究组合矿物的制备及其对Ce的固溶。结果表明：合成掺Ce钙钛锆石基钛酸盐组合矿物的较佳温度为1230℃;组合矿物的主要晶相为钙钛锆石固溶体,次要晶相是榍石和CaTiO₃的固溶体;CeO₂在组合矿物中的最大固溶量为21.39%;组合矿物固溶Ce⁴⁺的机制较复杂,Ce⁴⁺固溶在Ca²⁺位或Zr⁴⁺位,Al³⁺固溶在Ti⁴⁺位对Ce⁴⁺固溶在Ca²⁺位有电价补偿作用。     

澳大利亚采用合成岩方式处置剩余钚

【日本《原子能视野》 1998年 11月号第4页报道】　澳大利亚原子能科学技术机构(ANSTO) 1998年 8月 6日宣布 ,作为美国能源部 (DOE)因核武器解体而产生的剩余钚的处置战略之一 ,ANSTO采用自己开发的合成岩方式的陶瓷固化技术。合成岩技术是以长期稳定存在的天然矿物为模式 ,然后通过计算得出组成和结构的 ,在其构造结晶的过程中 ,将放射性废物以固溶体的形式固定在这种晶体结构中。作为合成岩的可选材料有榍石 (Ca Ti Si O5)、钛锆钍矿 (Ca Zr Ti2 O7)、钙钛矿 (Ca Ti O3 )、碱硬锰矿 (Ba Al2 Ti6O1 6等。从化学稳定性和封闭性…     

模拟铯废物玻璃固化物组成对浸出性能的影响

按正交试验设计方法设计了熔制模拟铯废物钛硅酸盐玻璃固化体的配料组成，制备了相应的固化体样品，按静态浸出试验方法（MCC－1）对样品进行了浸出试验，条件为去离子水、90℃、7d、样品表面积与去离子水体积之比为10m^-1。用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP－AES）和原子吸收（AAS）测定浸出液中各种离子的浓度。结果表明，固化体浸出液中主要含Na^ 和Si^4 ，其次是Cs^ 。固化体中ZrO2组分对浸出性能影响最大，其次是TiO2/SiO2（摩尔比）。配料中ZrO2的摩尔分数选择在1.5%-4.5%之间、TiO2/SiO2的摩尔比在0.40左右时，有利于减少Cs^ 及Na^ 、Si^4 的浸出。     

模拟放射性焚烧灰陶瓷固化的初步研究

以天然锆英石、模拟放射性焚烧灰为原料,对模拟放射性焚烧灰的陶瓷固化进行了初步研究.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、密度分析等分析测试方法,研究了陶瓷固化体烧结温度和物相组成.结果表明,随着模拟放射性焚烧灰掺量的增加,ZrSiO4的分解温度降低.陶瓷固化体的主要晶相及其烧结温度与模拟放射性焚烧灰的掺量有关,当模拟放射性焚烧灰掺量为20%时,固化体的较佳烧结温度范围是1 230～1 290℃,主要晶相为ZrSiO4;当掺量40%时,固化体的较佳烧结温度范围是1 200～1 260℃,主要晶相为ZrSiO4和ZrO2;当掺量60%时,固化体的较佳烧结温度范围是1 290～1 350℃,主要晶相为ZrO2.     

喷雾热解合成An_2Zr_2O_7(An=La、Nd)烧绿石及结构分析

锆基烧绿石An2Zr2O7以优异抗辐照性能和化学稳定性成为高放废物中锕系核素的理想固化基材。镧系核素常作为替代核素进行锕系核素的固化研究,实验以硝酸盐为原料,以三价的镧系元素(La、Nd)模拟锕系元素,采用sol-喷雾热解方法在1 200℃、6h内合成了(La、Nd)2Zr2O7烧绿石。采用粉末X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱分析方法对合成的样品进行了结构表征,结果表明:利用该方法合成了单一物相的烧绿石立方结构An2Zr2O7;相对于La2Zr2O7的烧绿石结构,Nd2Zr2O7烧绿石具有向萤石结构转变的趋势。该合成方法为目前的高放废液人造岩石固化提供了一定的技术基础。     

粉煤灰衍生介孔硅钙材料吸附去除Co(Ⅱ)及放射性过渡金属离子性能研究

针对含低水平放射性过渡金属离子废水的处理需求,本工作以Co(Ⅱ)为代表,研究了粉煤灰衍生介孔硅钙材料对Co(Ⅱ)的吸附去除性能。研究结果表明,高铝粉煤灰“预脱硅-碱石灰烧结提铝”工艺在预脱硅阶段产生的硅钙材料副产品,以水化硅酸钙（C-S-H(Ⅰ)）（钙硅原子摩尔比n(Ca)/n(Si)=0.98～1.00）为主要矿相,属于具有高比表面积（733 m²/g）且孔隙发达的介孔材料,同时,其具有良好的酸碱缓冲性能（pH=2～10）以及一定的阳离子交换性能（Ca²⁺/H⁺）。介孔硅钙材料在35～60℃对Co(Ⅱ)吸附容量最高可达209~296 mg/g,整个过程符合Langmuir单分子层化学吸附,为吸热反应,吸附可在3 h内快速达到平衡,吸附机理主要为离子交换（占84.5%）。而对实际核电站大修废水的吸附试验结果表明,对其中的放射性Co(Ⅱ)去除率大于98.6%,并且其他放射性过渡金属离子也得到去除。在当前放射性核素的水泥固化处置中,介孔硅钙材料不仅与水泥有较高的相容性从而实现放射性核素的高效稳定化,同时还可替代部分水泥从而实现固化产物的减量化,具有较好的环境和经济效益,因此,该介孔硅钙材料在放射性废水核素去除方面具有较大的资源化应用潜力。