Получение химически устойчивых матриц для иммобилизации актиноидной фракции ВАО

• Автор: Меркушкин, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 05.17.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Обращении с В АО.

1.2. Свойства матричных материалов и требования, предъявляемые к ним

1.2.1. Химическая устойчивость.

1.2.2. Радиационная устойчивость.

1.2.3. Требования к матричным материалам.

1.3. Матричные материалы.

1.3.1. Цементы.

1.3.2. Стекло

1.3.3. Мультифазная керамика.
1.3.4. Монофазная керамика.
1.3.5. Композиционные материалы
1.4. Методы синтеза матриц.
1.5. Выбор матричного материала
1.6. Заключение
ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ РЕАКТИВЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Реактивы
2.2. Методики проведения экспериментов.
2.2.1. Подготовка шихты
2.2.2. Прессование.
2.2.3. Спекание
2.2.4. Выщелачивание.
2.2.5. Вскрытие керамики.
2.3. Аналитические методы
2.3.1. Определение физических свойств керамики.
2.3.2. Определение относительной активности радионуклидов в растворе
2.3.3. Определение удельной поверхности образцов.
2.3.4. Рентгенофазовый анализ
2.3.5. Гранулометрический анализ.
2.3.6. Оптическая микроскопия
2.3.7. Сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной системой СЭМЭДС
2.3.8. Количественный анализ.
2.3.9. Термогравиметрический анализ
2.4. Обработка экспериментальных данных
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ ХОЛОДНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ И СПЕКАНИЕМ ИЗ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННОЙ ШИХТЫ.
3.1. Фазовый состав керамики.
3.2. Влияние режима спекания.
3.3. Влияние режима механической обработки.
3.3.1. Определение оптимальной механонагрузки
3.3.2. Влияние среды при механообработке.
3.3.3. Продолжительность обработки.
3.4. Влияние давления прессования
3.5. Выбор условий синтеза керамики
ГЛАВА 4. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ КОЛИЧЕСТВ АКТИНОИДОВ ИЗ ИЗМЕЛЬЧННЫХ ОБРАЗЦОВ ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС.
4.1. Отработка методики выщелачивания
4.2. Оценка воспроизводимости методики
4.3. Выщелачивание индикаторных количеств актиноидов из измельчнных образцов керамики
ГЛАВА 5. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ВЕСОВЫХ КОЛИЧЕСТВ
РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ МОНОЛИТНЫХ ОБРАЗЦОВ АЛЮМИНАТНОЙ И ФЕРРИТНОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС.
5.1. Выщелачивание актиноидов.
5.2. Выщелачивание матричных элементов РЗЭ
ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ШИХТЫ, ПОЛУЧЕННОЙ ПРОКАЛКОЙ ИОНООБМЕННОЙ СМОЛЫ С СОРБИРОВАННЫМИ МАТРИЦЕОБРАЗУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
6.1. Синтез с использованием сульфокатионита
6.2. Синтез с использованием комплексообразующей смолы
6.2.1. Получение гранул
6.2.2. Получение керамики с использованием гранул микросфер
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Повышение pH или солесодержания раствора действует, как правило, в обратном направлении из-за образования малорастворимых плёнок на поверхности материала, за исключением случаев, когда матричные элементы способны образовывать прочные гидроксо- или иные комплексы. Влияние скорости потока выщелачивателя проанализировано Хьюзом с сотрудниками []. Согласно их взглядам, в случае разбавленных растворов (большие объемы или кратковременный контакт) скорость потери массы контролируется кинетикой гидролиза матрицы. При очень малых объемах или долговременном контакте, когда достигаются пределы растворимости, скорость выщелачивания лимитируется диффузией через поверхностную систему "пористое тело/поверхностный слой раствора”. Влияние соотношения поверхности контакта отходов с выщелачивающим раствором к объёму раствора (5/У) менее выражено []. Важно отметить, что результаты измерения скорости выщелачивания могут существенно отличаться (вплоть до порядка) в зависимости от применяемого теста. К сожалению, в прошлом были некоторые разногласия по поводу выбора подходящего теста на выщелачиваемость, и до сих пор не существует какой-либо договорённости, какую методику следует считать более "предпочтительной0 []. Поэтому прежде чем выбрать методику для исследования конкретного матричного материала, важно разобраться в многообразии существующих тестов и выяснить границы их применимости. Все существующие тесты можно условно разделить на две группы, в соответствии с используемым режимом выщелачивания. Возможны два режима -статический и динамический. В статических условиях отверждённые отходы подвергаются выщелачиванию фиксированным объёмом раствора в течение продолжительного времени при изотермических условиях. Суммарное количество растворённого вещества определяется по завершении теста. Обычно растворение отверждённых отходов практически прекращается после достижения насыщения раствора по одному или нескольким основным компонентам, после чего наблюдается резкое снижение скорости выщелачивания. Такую модель можно считать справедливой при медленном просачивании воды в хранилище вследствие чего в биосферу попадают растворы, близкие к насыщению. В динамических условиях свежий (ненасыщенный) выщелачивающий раствор непрерывно находится в контакте с поверхностью отверждённых отходов и периодически анализируется. Такая ситуация может возникнуть в случае залива хранилища потоком воды, вследствие чего в биосферу будет выноситься большое количество загрязненной воды, однако весьма далекой от насыщения. В литературе упоминается около тестов, большинство из которых разрабатывались в разных странах в -ых годах для испытания различных стекол. Наиболее распространённые из них рассмотрены ниже. Тесты MCC (Materials Characterization Center, USA) []. MCC-1 является статическим тестом для монолитных образцов с извест-• ной геомефической поверхностью. Сосуд с образцом подвергают термостатированию при температурах , и/или °С Отношение S/V поддерживается в пределах 0. Используются три выщелачивателя: чистая вода, силикатно/бикарбонатный раствор и рассол. В дополнение к стандартным могут быть использованы и другие выщелачиватели, определяемые местными условиями. Через разные промежутки времени выщелачивающий раствор подвергают анализу, при этом для каждой точки используют свой образец, раствор и сосуд. МСС-2 отличается от MCC-1 тем, что выщелачивание проводят в автоклаве при более высоких температурах - 0, 0 и 0°С. Тест МСС-3 предназначен для определения растворимости образцов в условиях перемешивания при температурах °, °, 0°, 0° и 0°С. Стандартными являются те же выщелачиватели, что и в МСС-1. Отношение объем выщелачивателя/масса образца поддерживается постоянным . Тест МСС-4 является проточным с низкими скоростями потока выщелачивателя - 0. Как и в МСС-1, выщелачиванию подвергаются образцы с известной геомефической поверхностью; стандартными являются те же температу ры и выщелачиватели. МСС-5 (наряд>' с МСС-1) - одна из наиболее широко распространённых сейчас методик. Используют монолитные образцы с известной поверхностью и тефлоновые аппараты Сокслста. Выщелачивание проводят при температуре кипения воды (зависит от атмосферного давления) в течение 3 и суток.