铁磷摩尔比对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体的影响

铁磷摩尔比对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体的影响

廖春娟;廖其龙;牟涛;万小刚

【摘要】The effects of iron phosphate glass-ceramic wasteforms with different Fe/P mole ratio on their struc-tures and properties were investigated. The chemical durability of glass-ceramic wasteforms was measured by dissolution rate (DR) method. The structure of the glass-ceramic wasteforms was analyzed by Fourier turn in-frared (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD). The content of leaching solution was determined by ICP-OES. The results showed that the chemical stability of iron phosphate glass-ceramic wasteforms with n(Fc)/n(P) -0. 67 was the best in all the prepared samples. The main crystalline phase of glass-ceramic wasteforms was monazitc. There arc a large number of [PO4]3- groups, a small number of [P2O7]1 groups, and without [PO3]- groups in the wasteforms. The leaching rate of the sample sintered at 980℃ for 3h was about 7. 05 × 10-9g/(cm2 · min) , which was lower than the leaching rate of other samples, Ce, La element was not detected in, the rest of the leaching elements from the glass phase.%研究了不同铁磷摩尔比对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构和化学稳定性的影响.用溶解速率法(DR)研究了固化体的化学稳定性,用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)方法表征了样品的结构,用全谱直读等离子体发射光谱(ICP-OES)测定浸出液中各元素的含量.研究结果表明,当铁磷摩尔比为0.67时,在980(C)下保温3h得到的铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体具有较高的化学稳定性,浸泡

42d的质量浸出率变化幅度不大且浸出率较低,约为7.05×109g/(cm2·min),其中Ce、La元素均未检出,其余浸出元素来自玻璃相；固化体的主晶相为独居石,结构

中主要含有大量的正磷酸基团[PO4]3和少量的焦磷酸基团[P2O7]1-,不存在偏磷

酸基团[PO3].

【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2013(044)001

【总页数】4页(P75-78)

【关键词】铁磷酸盐玻璃;高放废物;玻璃陶瓷;固化体

【作者】廖春娟;廖其龙;牟涛;万小刚

【作者单位】西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室省部共建国

家重点实验室培育基地,四川绵阳 621010;西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地,四川绵阳 621010;表面物理与

化学国家重点实验室,四川绵阳 621907;表面物理与化学国家重点实验室,四川绵阳621907

【正文语种】中文

【中图分类】TQ171

1 引言

微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是指将特定组分的基础玻璃，在热处理的过程中通过控制晶化温度而得到的既含有大量微晶相又含有玻璃相的多晶固体材料，它兼有玻璃固化和陶瓷固化的优点，可以固化长寿命的放射性核素，它们选择性地进入耐久性较高的晶格中，而其它核素则被不具有选择性的玻璃相所容纳。文献表明［1－3］，钍、铈和镧等元素能在独居石晶相中稳定存在，并且不易发生化学反应，具有很高

的熔点（超过2000℃）和硬度，基于独居石的这些优良品质以及它能固化锕系元素使其成为固化高放废物的重要材料［4］，此外，自然界中的磷稀土矿中会出现独居石的优良特征，尤其是在酸性条件或水热条件中［5］，从应用角度出发，独居石被看作是一种特殊的陶瓷［6］。日本的T.Fukui等［7］研究发现用铁磷酸

盐玻璃固化在青森县储存的高放废物，效果比用标准的硼硅酸盐玻璃固化更好。本文研究了Fe／P（铁磷摩尔比）对独居石玻璃陶瓷固化体的结构以及化学稳定性的影响。

2 实验

2.1 基础玻璃的制备

以Fe2O3、NH4H2PO4、CaF2 为原料（所用试剂均为分析纯），分别按

摩尔组成为 18Fe2O3－72P2O5－10CaF2（n（Fe）／n（P）＝0.25）、

27Fe2O3－63P2O5－10CaF2（n（Fe）／n（P）＝0.43）、36Fe2O3－

54P2O5－10CaF2（n（Fe）／n（P）＝0.67）的化学计量比进行配料，将配料

混合均匀，置于粘土坩埚在高温炉中先升温至450℃保温1h［8］，再升至1200℃保温2～3h后将玻璃液水淬，烘干，磨细，过200目筛备用。

2.2 玻璃陶瓷固化体的制备

将高放废物模拟金属氧化物（配方见表1）分别与不同铁磷摩尔比的玻璃粉按

80∶20（质量比）的比例配料，以无水乙醇作分散剂，球磨至少8h混匀，加入5%PVA做粘结剂造粒，过80目筛，在40MPa压力下压制成直径为20mm、厚

3mm的圆饼状坯体，烘干后的坯体在高温炉中以1℃／min的速率升到500℃并在此温度下保温1h以排胶，然后再以2℃／min的速率升温至980℃并保温3h，最后随炉温冷却至室温。

表1 模拟高放废物氧化物配方Table1 Component of simulated HLW?

2.3 样品性能测试与结构分析