鈰獨居石陶瓷固化體的制備及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、實驗采用鑭系元素銪（Eu）模擬次錒系核素镅（Am)。以 Eu2O3、Ce2(C2O4)3·10H2O、和NH4H2PO4為原料，通過常壓和熱壓燒結(jié)技術(shù)制備摻銪鈰獨居石（Ce0.5Eu0.5PO4）陶瓷固化體，采用阿基米德原理測定樣品的密度，借助X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、能譜（EDS）等分析測試手段，研究常壓和熱壓燒結(jié)制備 Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體的較佳工藝，以及固化體顯微結(jié)構(gòu)、物相組成、致密度等。結(jié)

2、果表明，采用常壓燒結(jié)制備Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體的較佳燒結(jié)工藝為1450℃保溫4 h，其固化體的相對密度達到95.11％。熱壓燒結(jié)可在較低溫度下（1150℃）制備出更致密（98.40%）的單相Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體。
　　采用MCC-1浸出法，用水熱反應(yīng)釜來模擬深地質(zhì)環(huán)境，借助電感耦合等離子體發(fā)射光譜-質(zhì)譜（ICP-MS）、XRD、FESEM、EDS、拉曼光譜（IR）等測試手段，研究固化體在“熱-水-力-

3、化學(xué)”（THMC）耦合作用下（pH=3-11，T=90-200℃，P=0.101-1.554 MPa）的化學(xué)穩(wěn)定性，以及燒結(jié)方式對固化體化學(xué)穩(wěn)定性的影響，探討固化體在不同 pH浸出液中的浸出機制。結(jié)果表明，熱壓燒結(jié)Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體在“熱-水-力-化學(xué)”耦合作用下（pH=5-11，T=90℃-200℃，P=0.70-1.554 MPa）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，浸出42d，固化體中Ce和Eu的歸一化浸出率在10-6-10-

4、5g·m-2·d-1數(shù)量級；在90oC、pH為3的浸出液中，熱壓燒結(jié)固化體的化學(xué)穩(wěn)定性較差，42d，Ce和Eu的歸一化浸出率在10-4-10-3g·m-2·d-1數(shù)量級；熱壓和常壓Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體在90℃下 pH=7、11浸出液中均具有良好的抗浸出性能，說明燒結(jié)方式對固化體化學(xué)穩(wěn)定性無顯著影響；溫度（90-200oC，pH=7）對熱壓燒結(jié)Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體的抗浸出性能影響較小，固化體中元素的浸出率隨

5、著溫度的升高逐漸增大；pH（pH=3-11，90oC）對熱壓燒結(jié) Ce0.5Eu0.5PO4陶瓷固化體的抗浸出性能影響較大，酸性水溶液中固化體的元素浸出率較高，中性及堿性水溶液中的元素浸出率較低；浸出溶液的pH值影響固化體中元素的浸出機制，在pH≤7浸出液中，固化體中元素的浸出速率受擴散速率控制，pH＞7浸出液中，元素的浸出速率受新生沉淀（CaxLn1-2x/3PO4﹒nH2O）的影響。
　　基于密度泛函理論平面波贗勢的第一性原理

6、計算，借助VASP和CASTEP軟件包中的廣義梯度近似 GGA-PBE交換關(guān)聯(lián)，探討鈰獨居石 CePO4晶胞缺陷模型，計算不同缺陷濃度下氧和鈰的空位、間隙和弗倫克爾缺陷形成能。理論結(jié)果表明，VASP-CASTEP結(jié)構(gòu)弛豫優(yōu)化 CePO4晶胞是一種解決 Ce的f電子層的有效方法，理論計算獨居石（CePO4）的晶胞參數(shù)與實驗數(shù)據(jù)相符；CePO4結(jié)構(gòu)對其結(jié)構(gòu)缺陷有很強的自修復(fù)功能；鈰和氧的空位和弗倫克爾缺陷的形成能都較大，此類缺陷只有在高能量