铝硼硅酸盐玻璃固化体溶解过程的研究

组分硅的四面体 结 构 , 并将过渡态理论引入到玻璃的 溶解模型中 , 通过键的断裂和复合来模拟玻璃的溶解
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) ; ) ; 基金项目 : 国家重点基础研究发展计划 ( 资助项目 ( 国家自然科学基金资助项目 ( 西南科 ９ ７ ３ 计划 ) ２ ０ １ ２ C B ７ ２ ２ ７ ０ ７ ９ １ １ ２ ６ ０ １ ５ ) 技大学资助项目 ( １ ３ z x ７ １ ３ ０, １ １ z x ２ １ ０ １ : 收到初稿日期 : 收到修改稿日期 : 通讯作者 : 廖其龙 , ２ ０ １ ４ Ｇ １ ０ Ｇ ２ ０ ２ ０ １ ５ Ｇ ０ ３ Ｇ ０ ５ E Ｇ m a i l l i a o i l o n ＠s w u s t ． e d u ． c n q g , 作者简介 : 秦建法 ( 男, 山西朔州人 , 在读硕士 , 师承廖其龙教授 , 从事玻璃固化体浸出行为分子模拟研究 . １ ９ ８ ６－ )
成分 S i O ２ B ２O ３ A l ２O ３ N a ２O K ２O 质量分数/％ ４ ６． ０ １ ８． ０ ６． ０ ７． ０ ３． ０ 成分 L i ２O C a O Z n O G d ２O ３ C e O２ 质量分数/％ ３． ０ ４． ０ ３． ０ ５． ０ ５． ０
机计算结合物质微观结构及统计学的新模拟方法应运 而生 , 主要有分子 动 力 学 方 法 、 蒙 特 卡 洛 法、 模糊系统 法和神经网络法等 . 其中蒙特卡洛方法 是当所求问题是 某 个 数 学 变 量 的 数 学 期 望 , 或是与概 率期望相关的量时 , 通过某种实验方法 , 得出该事件发 生的频率 , 或者 该 随 机 变 量 若 干 个 具 体 观 察 值 的 算 数 平均值 , 通过它 得 到 问 题 的 解 . 用 蒙 特 卡 洛 法 模 拟 玻
用蒙特卡洛法 模 拟 了 玻 璃 固 化 体 在 １ ４d 浸 出 过 程 中 的腐蚀深度 , 并与地球化学模型的结果进行比较 , 具有
] ９ 良好的一致性 . 中国辐射防护院的熊小伟等 [ 用蒙特
卡洛法模拟了 不 同 p 并 H 值 条 件 下 玻 璃 的 溶 解 行 为, 与实验结果进行 比 较 , 模拟结果与实验结果符合的较
２ 实 验
评价指标是各种核素的浸出率 . 因此研究高放废物玻 璃固化体与地下水的相互作用对高放废物深层地质处 置安全具有重要的意义 . 近年来 , 随着计算机技术的迅速发展 , 一些以计算
[ ２]
２． １ 固化体配方 实验用玻璃固化体成分见表 １ 所示 . 表 １ 玻璃固化体氧化物的组成 T a b l e１ B a s i co x i d ec o m o s i t i o no ft h eg l a s ss o l i d Ｇ p i f i t i o n
] １ 出, 对高放废物 玻 璃 固 化 体 [ 安全性和耐久性的主要
高放废物的处置安全关系到核工业可持续发展和
模型和计算程序 , 模拟玻璃与水的反应动力学过程 , 进 而模拟玻璃固化体在去离子水中的浸出过程 . 为高放 废物固化体深层 地 质 处 置 安 全 评 价 方 法 学 , 建立源项 的计算方法 .
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秦建法１, 廖其龙１, 陈奎儒１, 王 辅１, 代云雅１, 潘社奇２, 蒋宏宇３
表面物理与化学国家重点实验室 , 四川 绵阳 ６ ２． ２ １ ９ ０ ７; ) 西南科技大学 计算机科学与技术学院 , 四川 绵阳 ６ ３． ２ １ ０ １ ０ 摘 要: 研究了铝硼硅酸盐玻璃 采用蒙特卡洛方法 , 固化体中硅 、 硼 和 铝 元 素 的 浸 出 情 况. 为 了 验 证 模 拟 ) 测试了铝硼硅酸盐玻璃固化体浸出液中硅 、 硼和 O E S 铝元素的浓度 . 模 拟 结 果 和 实 验 结 果 都 表 明 , 溶液中 硅的浓度会达到 一 定 的 饱 和 值 , 在溶解析出的动态过 程中 , 玻璃表面会形成胶体层 , 该胶体层产生的阻碍效 应会限制硼和铝的溶解 . 最终各元素都将达到稳定的 平衡状态 . 模拟 结 果 与 实 验 结 果 符 合 的 很 好 , 定量再 现了玻璃固化体的溶解过程 . 关键词 : 铝硼硅酸盐 ; 玻璃固化体 ; 溶解 蒙特卡洛 ; : / D O I １ ０． ３ ９ ６ ９ i ． s s n ． １ ０ ０ １ Ｇ ９ ７ ３ １． ２ ０ １ ５． １ ９． ０ ２ ０ j 中图分类号 : O ６ ４ 文献标识码 : A 结果的准确性 , 采用全谱直读等离子体发射光谱 ( I C P Ｇ
[] 过程 . 在 A e r t s e n s５ 改进的模型中将玻璃的组分化分
为易溶和难溶两大类 , 通过这样的分类 , 可以模拟非化
[ Ｇ ７] 学计量的 玻 璃 溶 解 .D 开发的模型采用 e v r e u x等 ６
平行六面体结构 来ห้องสมุดไป่ตู้模 拟 玻 璃 的 结 构 , 进而提高了解决
] ８ 大体系问题的能力 . 中国原子能科学院的张华等 [ 利
[ ] Ｇ ４ 璃溶解行为 最 早 由 G 提 出, 其只考虑了单 r a m b o w３
的基本思想
２． ２ 固化体制备 按表 １ 中玻璃配方进行配料 , 将配合料磨细 、 混合 在１ 然 后 以 １ ℃/ １ ２ ０ ℃, ２ ０ ℃ 保 温 １h, m i n升温到 , , １２ ０ ０ ℃ 保温 ３h 将 熔 制 好 的 玻 璃 液 浇 注 到 已 预 热 均匀 , 置于粘土坩埚中在高温炉中以 １ ℃/ m i n 升温到
秦建法 等 : 铝硼硅酸盐玻璃固化体溶解过程的研究
( ) 文章编号 : １ ０ ０ １ Ｇ ９ ７ ３ １ ２ ０ １ ５ １ ９ Ｇ １ ９ ０ ９ ３ Ｇ ０ ５
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铝硼硅酸盐玻璃固化体溶解过程的研究
( 西南科技大学 材料科学与工程学院 , 四川 绵阳 ６ １． ２ １ ０ １ ０;
[０ ] Ｇ １ ２ 好 . 近几年 , 用蒙特卡洛模拟对铝硼硅酸 K e r i s i t１
盐玻璃在水中的溶解行为以及腐蚀情况做了较为详细 的研究 . 本文采用蒙特 卡 洛 法 , 通过建立简化的玻璃结构
１ 引 言
人类环境与健康 安 全 , 深层地质处置是目前最切实可 行的最终处置方 案 , 然而在地质处置的漫长时间跨度 内, 当各种地质屏障失去作用后 , 固化体就可能与水接 触, 受到地下水的作用而发生溶解 , 从而引起核素的浸