钙钛矿人造岩石固化模拟铀的浸出性能研究

通过高温固相反应,以铈作为铀的模拟元素,在1 300℃下保温2h合成了钙钛矿基人造岩石固化体。采用XRD对固化体进行物相分析,同时采用MCC-1静态浸泡法及美国PCT粉末浸泡法对不同铈核素包容量的固化体进行浸出性能研究。结果表明,Ce在钙钛矿人造岩石固化体中的包容量低于质量分数18.94%,约为0.15～0.2个结构单位。Ce元素的掺入起到了促进烧结和稳定钙钛矿晶格的作用,当固化体中Ce的荷载量高达35.04%时,Ca元素的90d浸出浓度已超出检测限而未测得,累积浸出分数低至1.87×10-5 cm;Ce元素的90d浸出率和累积浸出分数低至0.27×10-8cm.d-1和6.55×10-7 cm,比玻璃固化体浸出率低了2～3个数量级,说明钙钛矿固化体具有良好的化学稳定性,且当铈核素掺量接近钙钛矿最大包容量时固化体结构最稳定,抗浸出性能最好。     

碱矿渣水泥基铬渣固化体浸出毒性的安全性研究

对碱矿渣水泥基铬渣固化体侵出毒性的安全性进行了研究,结果表明,即使固化体在破坏的情况下,其浸出毒性仍在安全剂量范围内,固化体的早期表面浸出率为１０＾－３￣１０＾－４数量级,后期表面浸出率仅为１０＾－６数量级,与玻璃固化体的浸出率相当,可见固化体的长期抗表面浸出能力是很强的,完全可以用作建筑材料。     

CaO-Zr02-Ti02-A1203-B203-Si02玻璃陶瓷的制备及化学稳定性研究

玻璃陶瓷是固化处理中、高放废物和α废物较为理想的候选材料之一。研究了特定条件下制备的CaO-ZrO2-TiO2-A120，-B20，-SiOz体系玻璃陶瓷在水淬和空气中自然冷却的两种冷却制度对其结晶行为和显微结构的影响，用粉末浸泡实验方法测试了其化学稳定性。结果表明：自然冷却形成的玻璃陶瓷晶相主要是ZrSiO。和ZrTiOt；在25-70℃范围内，温度对玻璃陶瓷浸出率无明显影响，90℃下浸出率比25℃，40℃，70℃的浸出率高一个数量级；7d元素总的归一化浸出为1．87g／m^2。     

晶粒生长对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体化学稳定性的影响

铁磷酸盐玻璃陶瓷可用于固化高放核废物。通过改变原料粉末尺寸和热处理的升温速率来控制成核的均匀性和晶核的生长速度,研究了在独居石玻璃陶瓷固化体中晶粒生长对固化体化学稳定性的影响。结果表明：粉末尺寸越小,越有利于形成均匀的晶核,固化体的化学稳定性越好,当粉末粒度小于38μm时浸出率达到最低值;热处理的升温速率越慢,所形成的微晶尺寸越均匀,固化体的化学稳定性越好,当升温速率为1℃／min时,样品的浸出率最低。     

硅灰改性水泥固化含U（Ⅵ）模拟有机废液试验

以铝酸盐水泥（Aluminate Cement,AC）和普通硅酸盐水泥（Ordinary Portland Cement,OPC）为基材,活性炭为吸附剂,硅灰、聚合物外加剂为水泥改性剂,研究了水泥种类、改性剂掺量、水胶比等因素对模拟混合浆体流动度、固化体的有机废液最大包容量的影响,测定了优化配方条件下固化体的力学性能及U（Ⅵ）浸出性能。结果表明：硅灰（Silicon Fume,SF）和聚合物外加剂协同作用下,可以显著提高有机废液的最大包容量。当硅灰掺量为15%,聚合物外加剂掺量为2%,水胶比为0.45,OPC及AC固化体有机废液的包容量分别可达21%和24%;优化配方条件下,固化体28 d抗压强度均大于20 MPa,抗冲击性合格,U（Ⅵ）42 d浸出率均为2×10-6cm/d,符合GB 14569.1-93的要求。     

渗锡对硼硅酸盐浮法玻璃表面析晶的影响

用浮法工艺生产硼硅酸盐浮法玻璃时,锡离子会渗透进入玻璃表面,从而改变其表面性质。该文主要研究渗入锡离子对硼硅酸盐浮法玻璃表面析晶现象的影响。采用光学显微镜和X射线衍射仪等测试手段,比较了硼硅酸盐浮法玻璃经一定热处理后涉锡面和非涉锡面析晶的差异。结果表明,硼硅酸盐浮法玻璃表面经750℃热处理后会产生方石英晶体,非涉锡面比涉锡面析晶更严重。因此说明渗锡不会加剧硼硅酸盐浮法玻璃的表面析晶。     

生物膜与钝化膜的形成对铝土矿细菌脱硅的影响

生物膜与钝化膜分别可以提高和降低铝土矿细菌溶硅速率.研究了细菌-矿物接触/非触模式下胶质芽孢杆菌HJ07对铝土矿浸出脱硅的影响,分析了浸出过程中铝土矿表面生物膜与钝化膜的形成及对溶硅的影响.结果表明:在铝土矿细菌浸出的前期(0~6d),Al与Si的溶出主要受间接接触模式的影响,铝土矿表面无生物膜与钝化膜形成;在6~12d内,Si的溶出主要受接触模式的影响,Si的溶出速率明显较非接触模式快,12d后,浸出液中SiO2的浓度比非接触模式的高15mg/L左右,铝土矿表面形成了明显的生物膜;在8~12d内,接触模式下Al的溶出速率明显变缓,非接触模式下明显下降,铝土矿表面有Al2O3沉淀产生;12d后,Si的溶出达到浸出终点,而上清液中Al2O3浓度显著下降;细菌代谢产生的胞外聚合物的絮凝作用下,Al2O3沉淀是铝土矿表面钝化的主要原因.生物膜的形成可以促进铝土矿细菌溶硅,Al2O3沉淀所形成的钝化膜对Al与Si的溶出有明显的抑制作用.     

Na_2O对硼硅酸盐玻璃熔体性质的影响

硼硅酸盐玻璃具有良好的热稳定性、电绝缘性、化学稳定性、机械性能和光学性能等。采用熔融冷却法制备了不同Na2O含量的高硼硅酸盐玻璃,利用高温旋转粘度计和高温显微镜对玻璃的熔体性质进行表征。利用AM方程拟合玻璃转变温度至熔化温度的粘度-温度曲线,考查R(R=Na2O/B2O3)对硼硅酸盐玻璃料性等熔体性能的影响,结果表明:R的增大,显著地降低了硼硅酸盐玻璃的高温粘度与对应的熔制温度,R由0.38增大到0.50时,对应的熔体熔制温度由1 841.99℃降至1 783.81℃。比较了VFT、AG方程、AM方程、Mauro方程在拟合玻璃转变温度至熔制温度的粘度-温度曲线的适用性,AM方程拟合误差最小。运用AM方程,得出了硼硅酸盐的料性变化规律。R的增大缩短了硼硅酸盐玻璃的料性,有利于快速成形。     

榍石基人造岩石固化模拟四价铀的研究

以分析纯CaCO3、TiO2、SiO2和CeO2为原料,铈作为铀的模拟元素,采用高温固相反应,合成了包容铈的榍石基人造岩石固化体。通过XRD、SEM、EDX等手段对固化体物相组成及微区成分进行了分析,参照国家标准放射性废物固化体长期浸出试验(GB 7023—86)及美国PCT(Product Consistency Test)法对固化体进行了抗浸出性能试验。结果表明,在1 300℃下保温2 h可以制备出以榍石为主要晶相的人造岩石固化体,在不引入任何电价补偿离子时,Ce4+在榍石晶体内Ca2+位置的固溶度小于0.05个结构单位。榍石对Ce具有良好的固溶效果,当固化体中Ce的荷载量高达13.47%时,MCC-1静态浸出法测得Ce的90 d浸出率和累积浸出分数低至0.15×10-8cm/d和0.90×10-6cm,PCT粉末浸泡法测得Ce的7 d归一化浸出率仅为3.11×10-7g/(m2.d)。这一结果为榍石基人造岩石应用于固化放射性核素铀提供了理论依据。     

Bi_2O_3对硼硅酸盐玻璃结构与熔体性质的影响

采用熔融冷却法制备了不同Bi2O3含量的硼硅酸盐玻璃,探讨了Bi2O3含量变化对硼硅酸盐玻璃结构和粘度的影响。通过红外光谱分析了硼硅酸盐玻璃的结构变化,测试了玻璃的光学性能。结果表明:Bi2O3的外掺可以降低硼硅酸盐玻璃的高温粘度,有利于节能环保的要求。当Bi2O3掺入量质量分数从0增大到1.00%时,对应的熔制温度从1 783.8℃降低到1 730.72℃,而玻璃的光学透过率有所降低。综合考虑硼硅酸盐玻璃的制备与使用性能,可考虑外掺Bi2O3含量0.25%,光学透过率能保持在91%的条件下,能够降低熔制温度20℃。     

铜吹炼转炉渣高温固化砷铁渣实验研究

以云南某铜冶炼企业产生的砷铁渣和转炉渣为原料,开展转炉渣高温固化砷铁渣的实验研究.考察了砷铁渣和转炉渣按1∶40混合均匀后,在30～1 300℃程序升温过程中的热重变化;在1 200℃保温40 min条件下,研究了改变砷铁渣与转炉渣配比对高温固化生成的固化体中砷浸出毒性的影响.实验结果表明：砷铁渣和转炉渣混合样品在1 300℃范围内失重只有1.39%;高温固化使砷与转炉渣中的硅酸盐形成玻璃体结构,当控制砷铁渣与转炉渣配比不大于1∶20,高温固化使砷的浸出毒性浓度从34.4 mg/L降低到5 mg/L以下,实现低成本、无害化固化砷铁渣.     

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。     

SHS制备模拟放射性石墨固化体物相及抗浸出性能研究

为获得放热反应3C＋4Al＋3TiO2=2Al2O3＋3TiC＋Q固化含90Sr^2＋,An^3＋和An^4＋放射性石墨的自蔓延高温合成（SHS）的处理效果,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%（质量分数,下同）,Nd2O31%,CeO21%-3%的固化体制备工作;在N2气氛中添加SrO 1%-8%,Nd2O31%,CeO21%-2%进行固化体制备。在40℃和70℃的合成海水中对固化体的长期浸出性能进行研究。用X射线衍射仪（XRD）收集样品的衍射信息,用等离子体质谱仪（ICP-Mass）分析固化体的浸出数据。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Sr^2＋,Nd^3＋和Ce^4＋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。     

Na_2O/B_2O_3对硼硅酸盐玻璃结构与性能的影响

硼硅酸盐玻璃具有非常优异的性能。采用熔融冷却法制备了不同Na2O含量的高硼硅酸盐玻璃。主要探讨R(R=Na2O/B2O3)对硼硅酸盐玻璃结构和性能的影响。通过红外光谱分析了硼硅酸盐玻璃在不同R的情况下的结构变化,测试了玻璃的密度、热震性、化学稳定性和力学性能。研究结果表明:随着R的增大,硼硅酸盐玻璃结构中出现了[BO3]转变为[BO4]的现象,并且在R=0.5时,出现了结构变化的极值点。硼硅酸盐玻璃的化学稳定性受玻璃结构的影响,R对耐酸、耐水性能影响不大,但随着R的增大,其耐碱性显著下降。硼硅酸盐玻璃的力学性能与玻璃的结构有关,即与[BO3]、[BO4]及[SiO4]的比例有关。随着R的增加,硼硅酸盐玻璃的弯曲强度及硬度呈现先增大后减小的趋势,且在R=0.5处产生最大值,分别为69.5MPa、6.94GPa。     

B_2O_3对硼硅酸盐玻璃结构和性能的影响

硼硅酸盐玻璃与普通的钠钙硅玻璃相比,性能上有非常明显的优势。主要探讨B2O3对硼硅酸盐玻璃结构和性能的影响。通过红外光谱和拉曼光谱分析了硼硅酸盐玻璃在不同含量B2O3的情况下的结构变化,测试了玻璃的热膨胀系数、转变温度、软化温度和化学稳定性。研究结果表明:随着B2O3含量的增加,玻璃结构中[BO3]增多,[BO4]先增多后相当,玻璃的热膨胀系数也是先减小后增大,转变温度和软化温度都逐渐减小;硼硅酸盐玻璃中加入适量的B2O3后对玻璃的化学稳定性有一定的改善。     

高浓度稀土掺杂硼硅酸盐磁光玻璃化学稳定性的研究

采用传统熔融冷却工艺制备了高浓度稀土掺杂磁光玻璃,并利用粉末法测定了硼硅酸盐稀土磁光玻璃的化学稳定性.通过讨论稀土离子浓度、稀土离子极化能力和侵蚀时间等因素对玻璃化学稳定性能的影响,研究了磁光玻璃的侵蚀机理与规律.结果表明:稀土硼硅酸盐磁光玻璃的耐碱性能最佳,耐水性能次之,耐酸性能最差.由于稀土氧化物能够提供游离氧且稀土离子具有较强的积聚能力,因此适当地提高其在玻璃体中的浓度有利于增强玻璃网络结构,提高玻璃的化学稳定性,且稀土离子极化能力越强,玻璃化学稳定性越好.此外,随着侵蚀时间的延长,玻璃表面产生覆盖层,从而使玻璃的溶解速率减缓.     

硼铁矿中硼镁铁的硫酸法共浸出研究

提出一种采用硫酸酸浸硼铁矿使其中的硼、镁和铁元素共同浸出的方法．硫酸酸浸硼铁矿时,主要是与矿物中的硼镁石[Mg（BO2）（OH）]、磁铁矿[Fe3O4]、蛇纹石[Mg3Si2O5（OH）4]反应．通过热力学分析,验证采用硫酸共溶硼铁矿中的硼、镁和铁元素的可行性,并考察硫酸浓度、液固比、酸浸时间和酸浸温度对酸浸的影响,确定硫酸酸浸硼铁矿的最佳工艺条件：硫酸的质量分数30％,液固比（质量比）8：1,浸出温度90℃,浸出时间120min,搅拌速度大约100r／min．在最佳浸出条件下,硼铁矿中的硼、镁和铁元素的浸出率分别达到99．0％,91．0％,92．9％以上,达到了硼铁矿中硼、镁和铁元素共浸出的目的．     

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。     

硅酸盐玻璃表面光电子能谱(XPS)的计算机解析方法及其应用

本文探讨了X射线光电子能谱(XPS)对硅酸盐玻璃表面的分析方法,给出了电子计算机对XPS光谱曲线的解析原理及其分离程序。并利用XPS能谱测定了石英玻璃、硼硅酸盐玻璃表面Si_(2p)、O_(13)的结合能峰,计算分离出不同价态Si_(2p)、O_(13)的光谱曲线及不同价态硅、氧的结合能,定量地给出玻璃表面O_(13)~0(桥氧离子)、O_(13)~-(非桥氧离子)、O_(18)~(2-)(自由氧离子)、Si_(2p)~0(零价硅)、Si_(2p)~x(络离子团Me_3Si—O—siMe_3中的硅)及Si_(2p)~(4+)的相对比例。     

磷酸盐水泥对137Cs的固化性能

以含95％MgO的重烧镁砂、磷酸盐和硼砂为原料,制备了磷酸盐水泥,研究其对137Cs的固化性能。通过XRD衍射分析、SEM电镜扫描等手段对固化体物相组成及显微结构进行分析,参照国家标准“放射性废物固化体长期浸出试验”（GB7023—86）对固化体进行抗浸出性能试验。结果表明,当以磷酸氢二铵为原料时,137Cs的加入会降低磷酸盐水泥固化体的抗压强度,137Cs的含量越多,强度损失越小;当以磷酸二氢铵为原料时,随着137Cs的加入,强度先减小后增大,掺量为1．6％时强度甚至超过了空白体系;以磷酸二氢钾为原料时,137Cs的加入会使强度减小,减小程度和掺量关系的规律性不明显。以磷酸二氢铵、磷酸二氢钾为原料的固化体抗压强度明显优于以磷酸氢二铵为原料的固化体。以磷酸二氢铵为原料的固化体,137Cs的42d浸出率和累计浸出分数低至2．1×10-4（em·d11）和7．74×10^-3cm,强度值和浸出率均优于国家标准相关要求,表明了磷酸盐水泥对137Cs有良好的固化效果。