發(fā)布時(shí)間：2020-11-13 07:27

　　 釓鋯燒綠石(Gd_2Zr_2O_7)被認(rèn)為是晶格固化錒系核素(~(239)Pu,~(237)Np,~(238)U,~(238)Np等)以及裂變核素(~(129)I,~(90)Sr,~(137)Cs等)擁有超長(zhǎng)半衰期核素的理想基材之一,也是目前高放廢物處理處置等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。然而,燒綠石是一種較難合成的礦物,主要利用高溫固相法對(duì)其進(jìn)行制備。傳統(tǒng)方法具有耗時(shí)長(zhǎng)(~72 h),產(chǎn)生廢水廢氣等缺點(diǎn)。放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型燒結(jié)技術(shù),能將等離子活化、熱壓、電阻加熱相融合,實(shí)現(xiàn)樣品的快速制備,具有升溫速度快、燒結(jié)時(shí)間短、產(chǎn)品致密度高、粒徑均勻等優(yōu)點(diǎn)。本論文首次將放電等離子燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用于高放廢物固化處理。以Gd_2O_3和ZrO_2為原料,制備Gd_2Zr_2O_7釓鋯燒綠石礦物固化體,將Nd~(3+)作為三價(jià)錒系核素的模擬替代物,Ce~(4+)作為四價(jià)錒系核素的模擬替代物,制備釓鋯燒綠石基模擬核素固化體(Gd_(2-x)NdZr_2O_7(0≤x≤2.0),Gd_2Zr_(2-y)Ce_yO_7(0≤y≤2.0)及Gd_(2-x)Nd_xZr_(2-y)Ce_yO_7(0≤x,y≤2.0))。借助XRD、SEM、Raman、TEM等測(cè)試表征,并對(duì)XRD衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修,分析模擬廢物含量對(duì)固化體的物相、晶胞參數(shù)、振動(dòng)模式、微觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)的影響,弄清模擬核素在固化體中的類質(zhì)同象作用、賦存狀態(tài)(A、B占位、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、氧化價(jià)態(tài)和固溶量等)及晶格固核機(jī)理。主要研究結(jié)果表明:(1)以Gd_2O_3和ZrO_2為實(shí)驗(yàn)原料,利用放電等離子燒結(jié)爐在1700oC、80 MPa條件下保溫3 min成功制備單一物相Gd_2Zr_2O_7固化體。所得樣品與常規(guī)方法在1500oC燒結(jié)72 h的樣品相比,具有致密的微觀形貌和較高的密度。(2)通過(guò)配方設(shè)計(jì),成功制備釓鋯燒綠石基三價(jià)模擬核素固化體Gd_(2-x)NdZr_2O_7(0≤x≤2.0)。在所制備的釓鋯燒綠石基三價(jià)模擬核素固化體中,當(dāng)0≤x≤0.7時(shí),樣品為單一的螢石型結(jié)構(gòu);當(dāng)0.8≤x≤2.0時(shí),樣品轉(zhuǎn)變?yōu)闊�綠石型結(jié)構(gòu)。且隨三價(jià)模擬核素?fù)诫s量增加,拉曼振動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì),密度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì),晶粒尺寸呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。(3)通過(guò)配方設(shè)計(jì),成功制備釓鋯燒綠石基四價(jià)模擬核素固化體Gd_2Zr_(2-y)Ce_yO_7(0≤y≤2.0)。在所制備的釓鋯燒綠石基四價(jià)價(jià)模擬核素固化體中,當(dāng)0≤y≤1.0時(shí),樣品為單一的螢石型結(jié)構(gòu);當(dāng)1.5≤y≤2.0時(shí),樣品轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌舷嘟Y(jié)構(gòu)。系列固化體形貌均勻,晶界清晰,致密性高,且隨四價(jià)模擬核素?fù)诫s量增加,密度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。(4)利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)成功燒結(jié)一系列釓鋯燒綠石基模擬雙核素放射性廢物固化體Gd_(2-x)Nd_xZr_(2-y)Ce_yO_7(0.0≤x,y≤2.0)。當(dāng)0.0≤y≤1.0時(shí),樣品為單一的螢石型結(jié)構(gòu);當(dāng)y≥1.5,樣品轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌舷唷Ｔ趩我晃锵鄺l件下,隨模擬核素?fù)诫s量增加,XRD衍射峰向小角度方向偏移,晶胞參數(shù)和晶胞體積呈增大的趨勢(shì)。所制備樣品微觀形貌均勻,晶粒呈立方形,樣品內(nèi)原子層排列整齊,具有較高的致密度,元素在其內(nèi)部分布均勻。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL94
【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 放射性廢物的分類及特點(diǎn)
    1.2 高放廢物固化處理現(xiàn)狀
    1.3 高放廢物人造巖石固化研究現(xiàn)狀
    1.4 燒綠石作為理想固化基材的選題依據(jù)
        1.4.1 燒綠石的抗浸出性能
        1.4.2 燒綠石的耐輻照性能
        1.4.3 燒綠石的結(jié)構(gòu)特征
    1.5 燒綠石的制備
    1.6 研究概述
2 釓鋯燒綠石的SPS燒結(jié)
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器
        2.1.2 燒綠石的制備
    2.2 測(cè)試與表征
        2.2.1 物相分析
        2.2.2 微觀形貌分析
        2.2.3 密度分析
    2.3 本章小結(jié)
2-xNd_xZr₂O₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究'>3 Gd_2-xNd_xZr₂O₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究
2-xNd_xZr₂O₇固化體的制備'>    3.1 Gd_2-xNd_xZr₂O₇固化體的制備
        3.1.1 固化體的配方設(shè)計(jì)
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)備
        3.1.3 固化體的SPS燒結(jié)
            3.1.3.1 原料的預(yù)處理
            3.1.3.2 固化體的制備
    3.2 固化體的測(cè)試與表征
        3.2.1 物相分析
        3.2.2 結(jié)構(gòu)分析
        3.2.3 微觀形貌分析
        3.2.4 密度分析
    3.3 本章小結(jié)
2Zr_2-xCe_xO₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究'>4 Gd₂Zr_2-xCe_xO₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究
2Zr_2-xCe_xO₇固化體的制備'>    4.1 Gd₂Zr_2-xCe_xO₇固化體的制備
        4.1.1 固化體的配方設(shè)計(jì)
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)備
        4.1.3 固化體的SPS燒結(jié)
            4.1.3.1 原料的預(yù)處理
            4.1.3.2 固化體的制備
    4.2 測(cè)試與表征
        4.2.1 物相分析
        4.2.2 結(jié)構(gòu)分析
        4.2.3 微觀形貌與微觀結(jié)構(gòu)分析
        4.2.4 密度分析
        4.2.5 化學(xué)穩(wěn)定性分析
    4.3 本章小結(jié)
1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究'>5 (Gd_1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的SPS燒結(jié)及固核機(jī)理研究
1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的制備'>    5.1 (Gd_1-xNd_x)2(Zr_1-xCe_x)2O₇固化體的制備
        5.1.1 固化體的配方設(shè)計(jì)
        5.1.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)備
        5.1.3 固化體的SPS燒結(jié)
            5.1.3.1 原料的預(yù)處理
            5.1.3.2 固化體的制備
    5.2 測(cè)試與表征
        5.2.1 物相分析
            5.2.1.1 Nd含量對(duì)固化體物相影響
            5.2.1.2 Ce含量對(duì)固化體物相影響
            5.2.1.3 Nd和Ce含量對(duì)固化體物相影響
        5.2.2 晶胞參數(shù)計(jì)算
        5.2.3 結(jié)構(gòu)分析
        5.2.4 微觀形貌與微觀結(jié)構(gòu)分析
    5.3 本章小結(jié)
6 主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及后續(xù)研究工作
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    6.3 本研究的不足之處及后續(xù)工作建議
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果

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本文編號(hào)：2881919