富鈾型燒綠石的合與制備.pdf

1、高水平放射性廢物（High-level radioactive waste, HLW）中放射性核素放射性強(qiáng)、半衰期長(zhǎng)、發(fā)熱率高、毒性大，對(duì)生物圈危害極大。因此，如何安全有效地處理和處置HLW，成為進(jìn)一步開發(fā)利用核能以及實(shí)現(xiàn)核能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。地質(zhì)處置是目前最有希望投入應(yīng)用的處置方案，其關(guān)鍵技術(shù)是制備能夠適應(yīng)長(zhǎng)期地質(zhì)處置環(huán)境的核素固化體。人造巖石固化體具有抗浸出性能好、膨脹率低、化學(xué)性能穩(wěn)定和熱穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)。作為人造巖石固化體的一種，富

2、鈾型燒綠石（CaUTi2O7）對(duì)鈾的包容量大，致密度高，抗浸出性強(qiáng)，符合HLW處置的原則，有必要進(jìn)一步開發(fā)利用。
　　本文采用溶膠-凝膠法混料，使用檸檬酸的乙二醇溶液作為溶膠劑制備了干凝膠，采用TG和DTA分析法確定650℃保溫2 h熱處理干凝膠，可獲得顆粒細(xì)小均勻的前驅(qū)體粉末。采用EDS分析了前驅(qū)體的化學(xué)組成，發(fā)現(xiàn)各元素比例為：Ca:U:Ti:O≈1:1:1.5:7，接近目標(biāo)前驅(qū)體（CaUTi1.5O7）的元素組成，可用于燒結(jié)合

3、成實(shí)驗(yàn)。
　　通過正交實(shí)驗(yàn)確定最佳燒結(jié)實(shí)驗(yàn)條件為：燒結(jié)溫度1200℃、冷壓壓力9 MPa、粘結(jié)劑用量為5%、保溫時(shí)間為3 h。采用XRD分析了鈦粉摻入量對(duì)固化體的影響，發(fā)現(xiàn)U:Ti=2時(shí)重鈾酸鈣相較少，燒綠石相結(jié)晶程度好。燒結(jié)溫度達(dá)到1200℃時(shí)固化體可獲得充分的熱能，生成的燒綠石相結(jié)晶度良好，固化體致密度高。
　　本實(shí)驗(yàn)還考察了摻入Al3+作為補(bǔ)償電荷對(duì)固化體的影響。采用XRD分析其物相組成，發(fā)現(xiàn)主相也是燒綠石，只是部分衍

4、射晶面的峰強(qiáng)度不同，而且還有少量的鈦鈾礦UTi2O6生成。采用EDS分析其元素組成，發(fā)現(xiàn)存在Al3+作為補(bǔ)償電荷時(shí)，燒綠石對(duì)鈾元素的固溶量增大了，其化學(xué)式為Ca0.823U1.134Ti1.827 Al0.138O7。采用SEM分析其顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)晶界析出的晶體為長(zhǎng)方體型，而未摻入補(bǔ)償電荷的晶體為正八面體型。
　　根據(jù)MCC-1型靜態(tài)浸出實(shí)驗(yàn)，研究最佳燒結(jié)條件合成的固化體的化學(xué)穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)在模擬地下水中的元素浸出率比去離子水中的略