Керамика на основе ферритов и алюминатов редкоземельных элементов как матрица для включения радионуклидов

• Автор: Зо Е Мо У
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Радиоактивные отходы: классификация и состав

1.2 Обращение с В АО

1.3 Свойства матричных материалов

1.3.1 Химическая (коррозионная) устойчивость

1.3.2 Методы измерения скорости выщелачивания

1.3.3 Радиационная устойчивость

1.4 Требования к матричным материалам

1.5 Матричные материалы

1.5.1 Стекло
1.5.2 Композиционные материалы
1.5.3 Керамические матрицы
1.6 Заключение
ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ РЕАКТИВЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Реактивы
2.2 Методики проведения экспериментов
2.2.1 Получение порошков
2.2.2 Подготовка шихты
2.2.3 Прессование
2.2.4 Обжиг заготовок керамики
2.2.5 Выщелачивание
2.3 Аналитические методы
2.3.1 Рентгенофазовый анализ
2.3.2 Гранулометрический анализ
2.3.3 Сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной системой (СЭМ/ЭДС)
2.3.4 Термогравиметрический анализ
2.3.5 Радиометрия
2.3.6 Инфракрасная спектроскопия
2.3.7 Дилатометрия
2.3.8 Определение физических свойств керамики
2.3.9 Определение удельной поверхности образцов
ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ФЕРРИТОВ И АЛЮМИНАТОВ

3.1 Получение тонкодисперсных оксидных порошков
3.2 Поведение порошков при нагревании
3.3 Фазовый состав порошков
3.3.1 Влияние степени замещения лантана на гадолиний
3.3.2 Влияние температуры термообработки на фазовый состав
3.4 Получение керамики на основе ферритов и алюминатов РЗЭ
3.4.1 Влияние условий прессования
3.4.2 Влияние температуры термообработки исходных порошков
3.4.3 Влияние температуры обжига
3.5 Выбор режима получения керамики
ГЛАВА 4. ПОЛУЧЕНИЕ СМЕШАННОЙ ФЕРРИТНО-АЛЮМИНАТНОЙ КЕРАМИКИ
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ КЕРАМИКИ НА СКОРОСТЬ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ
5.1 Получение керамики на основе ЬаРеОз с различными 31 учениями откры той пористости
5.2 Выщелачивание индикаторных количеств 908я из перовскитовой керам ики Ьао998коо1Рео99Т1оо10з сразличной открытой пористостью
5.2.1 Выщелачивание из монолитных образцов керамики
5.2.2 Выщелачивание га измельчённых образгрв керамики
ГЛАВА 6. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ 24‘АМ ИЗ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ФЕРРИТОВ И АЛЮМИНАТОВ РЗЭ, А ТАКЖЕ ИХ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В развитых странах значительная часть электроэнергии производится на атомных электростанциях. По данным на 2007 год [1] доля производимой; на них электроэнергии составила: 16% в Канаде; 20% в: Великобритании,. 23%. в Германии; 34% в Японии, 39% в Южной Корее, 50% в Швеции, 77%. во-Фран-ции, при среднем: по Евросоюзу в 23%. Близкую долю в энергобалансе они имеют вСША (19% всей электроэнергии) и России (16%); Неизбежным следствием деятельности предприятий ядерной энергетики, является образование радиоактивных отходов (РАО), представляющих экологическую опасность. По объему среди них преобладают низкоактивные (НАО) и среднеактивные (САО) отходы; которые отверждают битумированием< или цементированием. Более сложной является проблема обращения с жидкими, высокоактивными отходами (ВАО) с активностью выше 1 Ки/л. Они в большом количестве: образуются при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) — около 13 м3 на одну тонну ОЯТ [2]. Эти ВАО имеют очень сложный химический1 и радиоизотопный состав, зависящий от типа реактора, времени предварительной выдержки. ОЯТ, технологии его переработки и др. В них содержатся элементы топлива (изотопы И), трансурановые элементы, продукты деления, компоненты оболочек топливных сборок, реагенты для выделения плутония и урана и-др. Актиноиды относятся к числу наиболее опасных побочных продуктов ядерного цикла из-за высокой токсичности и больших периодов полураспада ряда элементов.
Хранение ВАО в жидком виде дорого и: небезопасно. Вследствие значительного тепловыделения растворы ВАО требуют постоянного охлаждения во избежание испарения воды и выпадения осадков. В-1957 г. образование нитратных осадков при отсутствии: охлаждения привело к взрыву емкости с ВАО на ПО "Маяк" и радиоактивному загрязнению значительной территории [3]. Кро-

алюмофосфатное стекло в присутствии водных растворов характеризуется относительно низкой химической устойчивостью [72]. Несмотря на это в России алгомофосфатные стёкла до сих пор используют для отверждения радиоактивных отходов. Типичное стекло такого типа применяется в настоящее время на установке остекловывания ФГУП «ПО «Маяк».
В 80-х годах прошлого века предложена новая-форма для иммобилизации высокоактивных отходов — железо-свинцово-фосфатное стекло [72-74]. В его состав входят РЬО (40-66 масс. %), Рсо03 (0-10%) и Р205 или МНД-ЬРО.) (30-55% по Р2О5). По сравнению с боросиликатными стёклами это стекло обладает рядом существенных преимуществ. Добавка свинца снижает температуру плавления и вязкость расплава, а железо подавляет девитрификацию стекла и повышает его химическую устойчивость [59], что обусловлено заменой связи Р-О-Р на более прочную связь Р-О-Бе. Скорость коррозии железосвинцового стекла при 90°С ниже на 2-3 порядка по сравнению с боросиликатным стеклом в тех же условиях. Заметное увеличение их растворимости наблюдается выше 150°С. Температура варки этого стекла (850°С) ниже, чем требуемая для получения боросиликатного стекла (~1150°С), а вязкость расплава при температуре варки (800-1000°С) значительно меньше. Растворимость посторонних элементов (Ре203, №0, Б, 803) в железосвинцовофосфатном стекле относительно высока; такое стекло обладает меньшим коррозионным действием на огнеупоры. В лабораторных условиях изготовлены блоки стекла с поперечным размером 6 см. Однако, с увеличением диаметра до 15-30 см возрастает вероятность кристаллизации расплава после его разлива в контейнеры, что ухудшает устойчивость матрицы к выщелачиванию. Это, а также некоторые другие технологические проблемы пока не позволяют прогнозировать перспективы его внедрения в промышленном масштабе.
Стёкла для иммобилизации плутония и актиноидов
В последнее время в связи с развитием концепции фракционирования ВАО были выполнены многочисленные исследования по изучению растворимости