SHS制备模拟放射性石墨固化体抗浸出性能研究

为获得放热反应3C+4Al+3TiO2=2Al2O3+3TiC+Q处理含90Sr2+、An3+、An4+放射性石墨的SHS处理效果,以Sr2+的稳定同位素作为90Sr2+的模拟替代物质,Nd3+和Ce4+作为An3+和An4+的模拟替代物质,利用自行设计的SHS反应装置在空气气氛中开展添加SrO 1%~8%,Nd2O31%,CeO21%~3%的固化体制备工作;N2气氛中添加SrO 1%~8%,Nd2O31%,CeO21%~2%的固化体制备,并将制备所得固化体置于40℃和70℃的合成海水中进行了浸出实验。借助粉末X射线衍射仪对所制备样品的衍射信息进行收集,利用等离子体质谱仪对固化体的浸出数据进行分析。在对固化体固溶度范围内的物相变化情况进行详细研究基础上,对固化体的抗浸出性能进行了研究,研究发现无论是在空气或N2条件下,固化体中Sr2+、Nd3+、Ce4+在合成海水中,随着浸泡时间的延长,浸出浓度逐渐上升,70℃下的浸出浓度高于40℃下的浸出浓度,且N2条件下所制备固化体浸出浓度低于空气条件下所制备固化体的浸出浓度。     

模拟含An4+放射性石墨的SHS固化处理研究

为研究含An4+放射性石墨的SHS固化处理能力,以C、Al和TiO2为原料,CeO2为An4+模拟物质,利用自行设计的SHS反应装置模拟开展含An4+放射性石墨的固化研究。借助X射线衍射仪对所制备固化体的物相、相关系及固溶度等进行研究,并对样品的XRD数据进行了结构精修。结果表明:在空气气氛中,利用3C+4Al+3TiO2=2Al2O3+3TiC反应进行含An4+放射性废物的SHS固化处理,其固溶度为3%(以质量计,下同)。固溶度为0%～3%的固化体以Al2O3、TiC、C、TiO2和AlN相存在,燃烧产物中Al2O3的晶胞参数a、b和c发生了10-3nm量级变化,V发生了10-3nm3量级变化,α、β和γ发生了(10-3)°～(10-1)°量级变化;产物中TiC的晶胞参数a、b和c发生了10-3nm量级变化,V发生了10-3nm3量级变化,α、β和γ未出现变化。所制备的样品形貌不规则,主要以块状为主,晶粒度主要集中在5～20μm之间。     

模拟高盐、高碱中低放废液水泥固化体的浸出性能

针对高盐、高碱中低水平放射性废液的特性,研究了掺合料的种类、掺量对水泥固化体Sr^2＋,Cs^＋的浸出性能的影响。结果表明,矿渣和粉煤灰同时掺入,对降低Sr^2＋的浸出率较为明显;沸石、凹凸棒石的掺入,对降低Cs^＋的浸出率显著。当硅酸盐水泥：矿渣：粉煤灰：沸石：凹凸棒石=4：2：2：1：1时,42dCs^＋的累积浸出率仅为未含掺合料时的15．2％。浸出液的电导率表明,矿渣、粉煤灰、沸石、凹凸棒石的掺入对废液中的可溶性盐固化有利。用掺有矿渣、粉煤灰、沸石、凹凸棒石的硅酸盐水泥固化模拟高盐、高碱中低水平放射性废液时,固化体中Sr^2＋,Cs^＋的浸出率可以满足GB14569．1—2011的要求。     

Nd3+在锆英石中的固溶度研究

为了研究Nd3+(三价锕系核素的模拟物)在锆英石固化体中的固溶度,以ZrO2、SiO2和Nd2O3粉体作原料,按照化学计量式Zr1-xNd4x/3SiO4(x=0.01～0.10)设计配方,利用高温固相反应法对固化体进行制备。利用X射线衍射仪、红外光谱仪和扫描电镜对所制备固化体的物相、结构和微观形貌进行了分析。研究发现在温度1 773K,保温72h条件下,合成出固化Nd3+的锆英石固化体,当x=0.01时(Nd3+的固溶度原子量百分比为1%),固化体具有锆英石结构,当x≥0.02时,出现了Nd2Si2O7衍射峰,表明Nd3+在锆英石固化体中Zr4+位的固溶度为1%(x=0.01)。     

Nd~(3+)固溶量对锆石基固化体的物相及结构的影响

以Nd2O3,ZrO2和SiO2为基本原料,设计不同固溶量的锆石基三价锕系核素固化体配方,采用高温固相法成功制备Zr1-xNdxSiO4-x/2(0≤x≤1)系列固化体。采用XRD及SEM对系列固化体进行表征,研究三价模拟锕系核素固溶量对固化体物相及结构的影响。结果表明:锆石晶格中的Zr位可以完全被Nd3+替代,当Nd3+的摩尔固溶量小于4%时,固化体保持为单一的锆石相结构,当Nd3+的摩尔固溶量大于或等于4%时,固化体中出现Nd2Si2O7结构物相,并随Nd3+的固溶量进一步增加,Nd2Si2O7结构物相逐渐增多;Nd2Si2O7相为片状形貌,随Nd3+的固溶量增加,固化体的密度随之增大。     

Gd_（2-x）Nd_xZr_2O_7烧绿石的高温高压快速合成

为了探索模拟三价锕系核素在Gd2Zr2O7基材中的快速固化方法,按照化学计量关系Gd 2-x Nd xZr2O7（x=0.42和x=0.86）设计配方,以Gd2O3,ZrO2和Nd2O3（Nd3＋作三价锕系核素替代物）粉体为原料,进行了高温高压合成实验。制备的样品通过X射线衍射分析和扫描电镜分析表明：在压力分别为3 GPa,3.5 GPa,4 GPa,温度为1 573 K,1 673 K条件下保温保压15 min,获得了单相烧绿石结构的Gd 2-x Nd xZr2O7致密烧结体。该方法可为锆基烧绿石陶瓷固化锕系核素提供一种快速高效的技术途径。     

碱矿渣复合胶凝材料固化Sr 2+的效率及机理

通过浸出率试验、SEM及吸附试验,研究了碱矿渣复合胶凝材料固化Sr2＋的效率,分析其固化机理。结果表明,碱矿渣复合胶凝材料固化Sr2＋的效率受碱种类、碱当量以及矿物掺合料的影响。在3.0%~6.0%范围内,随着碱当量的增加,碱矿渣复合胶凝材料固化Sr2＋的效率逐渐提高;Na2O当量相同时,水玻璃作碱组分的胶凝材料固化Sr2＋的效率优于NaOH作碱组分的胶凝材料;硅藻土部分替代矿渣所得胶凝材料固化Sr2＋的效果优于高岭土、沸石粉,且随着硅藻土掺量的增加,固化基体对Sr2＋的固化效果逐渐增强。其原因为硅藻土对Sr2＋的吸附效果较好并能有效改善固化基体的微观结构。     

钙钛矿包容核废物致密化工艺参数优化

探索采用自蔓延高温合成技术制备包容锶核素(Sr2+)的钙钛矿(CaTiO3)固化体,根据燃烧合成热力学计算反应的绝热燃烧温度Tad,分析SHS产物致密化的影响因素,通过实验确定了其工艺参数并进行优化,得到理想大废物固化体.     

锆酸盐人造岩石的制备及其浸出性能的研究

采用分析纯氧化铈(CeO2)、氧化锆(ZrO2)和氧化钙(CaO)、碳酸钙(CaCO3)、氟化钙(CaF2)为原料,经固相反应合成具有烧绿石结构的CaCeZr2O7。通过XRD、SEM、密度和显气孔率以及浸出率的测试,对锆酸盐矿物的合成以及对Ce的浸出性能进行了研究。结果表明,在1 500℃下保温3h用CaF2做钙质原料可得到浸出率较低的锆酸盐固化体样品,其密度和显气孔率分别为3.26g/cm3和32.4%,铈的归一化浸出率为7.14×10-6 g/(m2.d),对Ce的包容量可达24.38%。由于其包容量大等优良性能,可作为高放废物人造岩石固化的基材。     

SHS法处理含90Sr放射性石墨研究

借助X射线衍射仪对所制备固化体的相关系、Sr2+的固溶度进行研究,并对样品的XRD衍射数据进行了结构精修.结果表明:当SrO含量为0％～2％(按质量计,下同)时,固化体以Al2O3、TiC、C、TiO2和AlN相存在;SrO含量为3％～8％时,固化体以Al2O3、TiC、C、TiO2、AlN和Al2 TiO5相存在,并在2(Φ)=7.7°、15.6°、19.8°和24.1°位置发现有未知物相衍射峰出现,其峰线强度随SrO量的增加而增强.燃烧产物中Al2 O3的晶胞参数a、b和c发生了10- 3nm量级变化,V发生了10 3nm3量级变化,α、β和γ发生了10 3～10 1°量级变化,总体表现出随SrO添加量增加,a、b、c和V递增的趋势.产物中TiC的晶胞参数a、b和c发生了10 3nm量级变化,V发生了10-4～10- 3nm3量级变化,α、β和γ未出现变化.     

YF3：Nd^3＋纳米带的制备与性质研究

采用静电纺丝法制备了PVP/[Y（NO3）3＋Nd（NO3）3]复合纳米带,将PVP/[Y（NO3）3＋Nd（NO3）3]复合纳米带在700℃焙烧8h,获得了Y2O3：Nd3^＋纳米带。使用NH4HF2为氟化剂,经双坩埚法氟化和脱氨后得到YF3：Nd3^＋纳米带。XRD分析表明,立方相的Y2O3：Nd3^＋氟化后,得到了正交相的YF3：Nd3^＋纳米带,其空间群为Abm2;SEM分析表明,Y2O3：Nd3^＋纳米带和YF3：Nd3^＋纳米带宽度分布分别为3.7±0.9μm和3.7±0.7μm,厚度分别为360nm和330nm。     

锆英石基三价锕系模拟核素固化体的性能

为研究锆英石基三价锕系模拟核素固化体的性能,利用Eu^3＋作为三价锕系核素模拟替代物质,以ZrO2、SiO2和Eu2O3粉体为原料采用高温固相法成功制备了包容Eu^3＋为20％（以摩尔计,下同）的锆英石基固化体。利用粉末x射线衍射仪、扫描电子显微镜和电感耦合等离子体质谱仪对固化体的物相、结构、微观形貌及模拟核索的浸出率进行了研究。结果表明：固化体中虽包容有20％的Eu^3＋,但其主物相仍以锆英石物相为主,与标准样品相比晶胞参数发生10^-5～10^-4 nm量级的微弱变化。固化体的粒度主要集中在2～3μm,以板块状为主,在pH=6．5的HCl浸出液中Eu^3＋的平衡浓度小于0．4μg／L。     

Nd^3＋：GdYCa4O（BO3）3晶体的生长与脉冲激光特性

采用提拉法生长出了尺寸为Φ20 mm×40 mm的Nd^3＋掺杂GdYCa4O（BO3）3的激光晶体。用氙灯为泵浦源,对Nd^3＋：GdYCa4O（BO3）3晶体的脉冲激光特性进行了研究。氙灯泵浦Nd^3＋：GdYCa4O（BO3）3晶体在1.06μm波段获得了1.73m J的输出,总效率为ηo=0.012%,最低能量阈值为5.03J,并对结果进行了讨论。     

Ni—Zn铁氧体的结构和电磁性能的Nd^3＋掺杂效应

采用固相反应法制备Ni0.5Zn0.5Nd2-xFe2-3O4铁氧体,通过X射线衍射仪（XRD）、阻抗分析仪和振动样品磁强计（VSM）对样品的物相、结构和电磁性能进行表征,讨论了Ni0.5Zn0.5NdxFe2-xO4（x=0．002～0．010）铁氧体的结构和电磁性能。结果表明：Nd^3＋掺杂量z〉0．008时,样品中出现了杂相NdFeO3;随着Nd^3＋掺杂量的增加,晶格常数呈现先增大后不变,而密度、介电常数和介电损耗角正切呈现先增大后减小（z=0．008时出现最大值）,但饱和磁化强度呈现逐渐减小（z=0．010时有最小值71．22emu/g）;并且所有样品的介电损耗角正切均出现峰值,表现异常的介电行为。     

Y3Al5O12：Ce^3＋发光纳米纤维的制备

采用静电纺丝技术制备了PVP/[Y（NO3）3＋Ce（NO3）3＋Al（NO3）3]复合纳米纤维,对其进行焙烧,得到了结构新颖的Y3Al5O12：Ce^3＋（简称为YAG：Ce^3＋）纳米纤维。XRD分析表明,PVP/[Y（NO3）3＋Ce（NO3）3＋Al（NO3）3]复合纳米纤维为非晶态,经900℃焙烧8h,获得单相石榴石型的YAG：Ce^3＋纳米纤维,属于立方晶系,空间群为Ia3d。SEM分析表明,PVP/[Y（NO3）3＋Ce（NO3）3＋Al（NO3）3]复合纳米纤维表面光滑,直径为210-300nm;YAG：Ce^3＋纳米纤维直径为90~125nm,长度大于100μm。荧光光谱分析表明,在460nm蓝光激发下,YAG：Ce^3＋纳米纤维发射出波长为525nm的黄光,属于Ce^3＋的5D0→7F1跃迁。     

锂离子电池正极材料Li0.97Re0.01FePO4的合成及性能

采用固相反应法合成了锂离子电池正极材料Li0.97Re0.01FePO4（Re=Er,Y,Gd,Nd,La）,采用X射线衍射、恒电流充放试验对掺杂试样的微观结构和电化学性能进行测试。试验结果表明：掺杂稀土金属离子对LiFePO4的晶体结构没有影响,与LiFePO4相比,掺杂Er^3＋,Y^3＋,Gd^3＋的试样具有优良的循环性能和倍率性能,而掺杂Nd^3＋,La^3＋的试样的循环性能和倍率性能较差。掺杂试样中,Li0.97Re0.01FePO4的电化学性能最佳,在C/10和1C（1C=120mA·g^-1）倍率下放电容量均最大。     

习水地区不同类型水主要离子及Sr^（2＋）、ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）组成特征

通过对习水地区不同类型水的主要阴阳离子及Sr^2＋、ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）组成分析,发现水中各种主要离子及TDS含量基岩裂隙水小于岩溶水,pH则相反。地下河出口水的Ca2＋、HCO3-、TDS浓度及ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值均位于灰岩水、白云岩水、基岩裂隙水、雨水之间,反映出地下河水是由这4种水混合而成。流经不同岩层的地下水具有不同的Sr^2＋、ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值。一般来说,流经砂岩层的基岩裂隙水Sr^2＋含量低,而ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值较高,当砂岩中的基岩裂隙水受到灰岩水或煤系地层水补给时,其Sr^2＋、ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值均较高;岩溶水补给区ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值低,径流排泄区较高,径流滞缓区最高,且ρ（Sr）/ρ（Ca）、ρ（Sr）/ρ（Mg）值不受环境污染影响,能较好的反映岩溶水的形成环境。     

溶胶-凝胶法制备（Nd,Bi）_4Ti_3O_（12）铁电薄膜

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了（Nd,Bi）4Ti3O12薄膜。将薄膜于空气中分别进行每1层、每2层、每3层500℃预退火10 min,最后于氮气氛中680℃退火30 min。结果表明：预退火工艺对薄膜的结构和铁电性能都有影响：每一层预退火处理的薄膜具有较大的剩余极化值和最小的矫顽场（2Pr=47.8μC/cm2,2Ec=254 kV/cm）。所有薄膜都呈现良好的抗疲劳特性。     

稀土元素Nd取代对钴锌铁氧体介电损耗的影响

通过自蔓延燃烧法制备了Co0．5Zn0.5Fe2O4和Co0.5Zn0.5Nd0．1Fe1.9O4。用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和矢量网络分析仪等手段表征了复合物的结构、形貌和介电性能。结果表明,当煅烧温度为700℃时,形成纯相的尖晶石型Co0．5Zn0.5Fe2O4和Co0.5Zn0.5Nd0．1Fe1.9O4;与Co0．5Zn0.5Fe2O4相比,由于Nd3＋取代了部分的Fe3＋,进入到铁氧体空位较大的八面体B位,导致Co0.5Zn0.5Nd0．1Fe1.9O4的晶格常数由0．8286nm增大到0．8395nm,介电损耗增大0．04个单位,但两种样品平均粒径变化不大,约为120—150nm。