ПОЛУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫХ МАТРИЦ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ АКТИНОИДНОЙ ФРАКЦИИ ВАО
|
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .................................................................. 8
1.1. ОБРАЩЕНИЕ С ВАО ................................................................................... 8
1.2. СВОЙСТВА МАТРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К НИМ ........................................................................................................ 13
1.2.1. Химическая устойчивость.............................................................. 14
1.2.2. Радиационная устойчивость .......................................................... 21
1.2.3. Требования к матричным материалам.......................................... 23
1.3. МАТРИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ........................................................................ 25
1.3.1. Цементы ........................................................................................... 25
1.3.2. Стекло............................................................................................... 26
1.3.3. Мультифазная керамика................................................................. 30
1.3.4. Монофазная керамика .................................................................... 36
1.3.5. Композиционные материалы ......................................................... 44
1.4. МЕТОДЫ СИНТЕЗА МАТРИЦ...................................................................... 46
1.5. ВЫБОР МАТРИЧНОГО МАТЕРИАЛА ........................................................... 51
1.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................ 59
ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ РЕАКТИВЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................................................................. 60
2.1. РЕАКТИВЫ ................................................................................................ 60
2.2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ............................................. 61
2.2.1. Подготовка шихты .......................................................................... 61
2.2.2. Прессование..................................................................................... 62
2.2.3. Спекание .......................................................................................... 63
2.2.4. Выщелачивание............................................................................... 63
2.2.5. Вскрытие керамики......................................................................... 65
2.3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ....................................................................... 663
2.3.1. Определение физических свойств керамики ............................... 66
2.3.2. Определение относительной активности радионуклидов в
растворе............................................................................................ 68
2.3.3. Определение удельной поверхности образцов............................ 69
2.3.4. Рентгенофазовый анализ ................................................................ 71
2.3.5. Гранулометрический анализ.......................................................... 71
2.3.6. Оптическая микроскопия ............................................................... 71
2.3.7. Сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной
системой (СЭМ/ЭДС)..................................................................... 71
2.3.8. Количественный анализ ................................................................. 72
2.3.9. Термогравиметрический анализ.................................................... 72
2.4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.......................................... 72
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ
ХОЛОДНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ И СПЕКАНИЕМ ИЗ МЕХАНИЧЕСКИ
ОБРАБОТАННОЙ ШИХТЫ................................................................................ 74
3.1. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ КЕРАМИКИ ................................................................. 74
3.2. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА СПЕКАНИЯ ................................................................. 81
3.3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ..................................... 88
3.3.1. Определение оптимальной механонагрузки ................................ 89
3.3.2. Влияние среды при механообработке........................................... 89
3.3.3. Продолжительность обработки ..................................................... 92
3.4. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ........................................................ 93
3.5. ВЫБОР УСЛОВИЙ СИНТЕЗА КЕРАМИКИ..................................................... 96
ГЛАВА 4. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ КОЛИЧЕСТВ
АКТИНОИДОВ ИЗ ИЗМЕЛЬЧЁННЫХ ОБРАЗЦОВ ПЕРОВСКИТОВОЙ
КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС............................................ 97
4.1. ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ............................................. 97
4.2. ОЦЕНКА ВОСПРОИЗВОДИМОСТИ МЕТОДИКИ.......................................... 1014
4.3. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ КОЛИЧЕСТВ АКТИНОИДОВ ИЗ
ИЗМЕЛЬЧЁННЫХ ОБРАЗЦОВ КЕРАМИКИ ................................................................. 105
ГЛАВА 5. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ВЕСОВЫХ КОЛИЧЕСТВ
РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ МОНОЛИТНЫХ ОБРАЗЦОВ АЛЮМИНАТНОЙ
И ФЕРРИТНОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС .......... 112
5.1. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ АКТИНОИДОВ........................................................... 114
5.2. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МАТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (РЗЭ).............................. 118
ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ШИХТЫ,
ПОЛУЧЕННОЙ ПРОКАЛКОЙ ИОНООБМЕННОЙ СМОЛЫ С
СОРБИРОВАННЫМИ МАТРИЦЕОБРАЗУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 121
6.1. СИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУЛЬФОКАТИОНИТА ............................... 122
6.2. СИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕЙ СМОЛЫ......... 124
6.2.1. Получение гранул ......................................................................... 125
6.2.2. Получение керамики с использованием гранул (микросфер).. 131
ВЫВОДЫ................................................................................................................ 136
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 138
ПРИЛОЖЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .................................................................. 8
1.1. ОБРАЩЕНИЕ С ВАО ................................................................................... 8
1.2. СВОЙСТВА МАТРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К НИМ ........................................................................................................ 13
1.2.1. Химическая устойчивость.............................................................. 14
1.2.2. Радиационная устойчивость .......................................................... 21
1.2.3. Требования к матричным материалам.......................................... 23
1.3. МАТРИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ........................................................................ 25
1.3.1. Цементы ........................................................................................... 25
1.3.2. Стекло............................................................................................... 26
1.3.3. Мультифазная керамика................................................................. 30
1.3.4. Монофазная керамика .................................................................... 36
1.3.5. Композиционные материалы ......................................................... 44
1.4. МЕТОДЫ СИНТЕЗА МАТРИЦ...................................................................... 46
1.5. ВЫБОР МАТРИЧНОГО МАТЕРИАЛА ........................................................... 51
1.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................ 59
ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ РЕАКТИВЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................................................................. 60
2.1. РЕАКТИВЫ ................................................................................................ 60
2.2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ............................................. 61
2.2.1. Подготовка шихты .......................................................................... 61
2.2.2. Прессование..................................................................................... 62
2.2.3. Спекание .......................................................................................... 63
2.2.4. Выщелачивание............................................................................... 63
2.2.5. Вскрытие керамики......................................................................... 65
2.3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ....................................................................... 663
2.3.1. Определение физических свойств керамики ............................... 66
2.3.2. Определение относительной активности радионуклидов в
растворе............................................................................................ 68
2.3.3. Определение удельной поверхности образцов............................ 69
2.3.4. Рентгенофазовый анализ ................................................................ 71
2.3.5. Гранулометрический анализ.......................................................... 71
2.3.6. Оптическая микроскопия ............................................................... 71
2.3.7. Сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной
системой (СЭМ/ЭДС)..................................................................... 71
2.3.8. Количественный анализ ................................................................. 72
2.3.9. Термогравиметрический анализ.................................................... 72
2.4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.......................................... 72
ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ
ХОЛОДНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ И СПЕКАНИЕМ ИЗ МЕХАНИЧЕСКИ
ОБРАБОТАННОЙ ШИХТЫ................................................................................ 74
3.1. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ КЕРАМИКИ ................................................................. 74
3.2. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА СПЕКАНИЯ ................................................................. 81
3.3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ..................................... 88
3.3.1. Определение оптимальной механонагрузки ................................ 89
3.3.2. Влияние среды при механообработке........................................... 89
3.3.3. Продолжительность обработки ..................................................... 92
3.4. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ........................................................ 93
3.5. ВЫБОР УСЛОВИЙ СИНТЕЗА КЕРАМИКИ..................................................... 96
ГЛАВА 4. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ КОЛИЧЕСТВ
АКТИНОИДОВ ИЗ ИЗМЕЛЬЧЁННЫХ ОБРАЗЦОВ ПЕРОВСКИТОВОЙ
КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС............................................ 97
4.1. ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ............................................. 97
4.2. ОЦЕНКА ВОСПРОИЗВОДИМОСТИ МЕТОДИКИ.......................................... 1014
4.3. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ КОЛИЧЕСТВ АКТИНОИДОВ ИЗ
ИЗМЕЛЬЧЁННЫХ ОБРАЗЦОВ КЕРАМИКИ ................................................................. 105
ГЛАВА 5. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ВЕСОВЫХ КОЛИЧЕСТВ
РАДИОНУКЛИДОВ ИЗ МОНОЛИТНЫХ ОБРАЗЦОВ АЛЮМИНАТНОЙ
И ФЕРРИТНОЙ КЕРАМИКИ, ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДОМ ХПС .......... 112
5.1. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ АКТИНОИДОВ........................................................... 114
5.2. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МАТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (РЗЭ).............................. 118
ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ПЕРОВСКИТОВОЙ КЕРАМИКИ ИЗ ШИХТЫ,
ПОЛУЧЕННОЙ ПРОКАЛКОЙ ИОНООБМЕННОЙ СМОЛЫ С
СОРБИРОВАННЫМИ МАТРИЦЕОБРАЗУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 121
6.1. СИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУЛЬФОКАТИОНИТА ............................... 122
6.2. СИНТЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕЙ СМОЛЫ......... 124
6.2.1. Получение гранул ......................................................................... 125
6.2.2. Получение керамики с использованием гранул (микросфер).. 131
ВЫВОДЫ................................................................................................................ 136
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 138
ПРИЛОЖЕНИЕ
Актуальность темы.
Одним из долгосрочных и опасных последствий ядерных программ является накопление все возрастающих объемов радиоактивных отходов (РАО) [1,
2]. Наибольшую опасность представляют жидкие высокоактивные отходы
(ВАО), образующиеся при радиохимической переработке облучённого
ядерного топлива (ОЯТ).
Хранение ВАО в жидком виде дорого и небезопасно. Вследствие значительного тепловыделения растворы ВАО необходимо охлаждать 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 [3-6]. Другой проблемой при хранении жидких ВАО является коррозия металлических емкостей.
Связанная с ней необходимость периодического их опорожнения и ремонта
приводит к облучению обслуживающего персонала.
Согласно нормативам МАГАТЭ жидкие ВАО подлежат отверждению [7].
Основной целью является максимальное уменьшение их объема и кондиционирование, т.е. перевод в химически- и радиационно-устойчивую форму, сохраняющую свою стабильность на протяжении всего времени хранения.
В настоящее время реализованы два технологических процесса по иммобилизации ВАО в матрицы на основе стекла. Установки по иммобилизации
ВАО в боросиликатные стекла работают во Франции и в Великобритании [8, 9].
В России на ФГУП «ПО «Маяк» внедрен технологический процесс иммобилизации Cs-Sr фракции вместе с ВАО военного происхождения в алюмофосфатное стекло [10].
Однако, с точки зрения долговременной экологической безопасности стеклянные матрицы не могут быть использованы для иммобилизации отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, представляющие угрозу в течение де-6
сятков и сотен тысяч лет. В течение столь длительного времени невозможно гарантировать сохранность стекла со включёнными отходами ввиду его недостаточной химической устойчивости и склонности к спонтанной кристаллизации
(девитрификации) при повышенных температурах.
Несомненным преимуществом перед стеклом обладают кристаллические
матрицы на основе искусственных минералов, природные аналоги которых
просуществовали в изменяющихся природных условиях в течение длительных
периодов (до 4 миллиардов лет [11]), доказав тем самым свою долговременную
геологическую стабильность.
Для решения проблемы ВАО необходимо сформулировать требования к
матричному материалу и на основании этих требований обосновать выбор матрицы, способной надёжно изолировать от окружающей среды наиболее долгоживущие и биологически опасные радионуклиды в течение всего времени, требуемого для снижения их активности до приемлемого уровня.
Решению этих задач и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи работы.
Целью работы являлось получение химически устойчивой керамической
матрицы для надёжной иммобилизации актиноидной фракции ВАО, содержащей трансурановые (ТУЭ) и редкоземельные (РЗЭ) элементы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
основные задачи:
• сформулировать требования, которым должна удовлетворять данная матрица;
• выбрать подходящие матричные материалы для дальнейших исследований;
• разработать способ синтеза, позволяющий получить механически
прочную керамику;
• изучить выщелачивание матричных элементов и инкорпорированных
радионуклидов из синтезированных матриц;7
Научная новизна.
1. Обоснован выбор перовскитов состава LnMO3, где M=Al или Fe, в качестве
матрицы, позволяющей включить максимальное количество актиноидной
фракции ВАО.
2. Обосновано применение аппарата Сокслета для определения химической
стойкости матриц, предназначенных для включения долгоживущих радионуклидов.
3. Установлено, что химическая стойкость (устойчивость к выщелачиванию
водой) перовскитов LnMO3 достаточна для безопасного хранения композитов
с актиноидной фракцией ВАО в течение периода в 100 тысяч лет и более даже в аварийных условиях (при заливе хранилища водой).
4. Впервые показано, что при включении в ферритную и алюминатную керамику весовых количеств актиноидов (высокоактивные растворы) устойчивость матриц к выщелачиванию не снижается.
5. Показано, что метод холодного прессования и спекания может быть
использован для синтеза композитов на основе перовскитов состава LnMO3,
где M=Al или Fe, включающих актиноидную фракцию ВАО. Полученные
композиты обладают достаточной механической прочностью. Предложен
также альтернативный способ синтеза через органо-минеральные сорбенты.
Практическая значимость.
Синтезированные методом ХПС материалы удовлетворяют требованиям,
предъявляемым к матрицам для иммобилизации актиноидной фракции ВАО.
Полученные в работе результаты могут быть использованы для проектирования
установки, предназначенной для отверждения актиноидной фракции высокоактивных отходов. Показано, что метод синтеза матриц с использованием органоминеральных сорбентов может быть альтернативой традиционной порошковой технологии.
Одним из долгосрочных и опасных последствий ядерных программ является накопление все возрастающих объемов радиоактивных отходов (РАО) [1,
2]. Наибольшую опасность представляют жидкие высокоактивные отходы
(ВАО), образующиеся при радиохимической переработке облучённого
ядерного топлива (ОЯТ).
Хранение ВАО в жидком виде дорого и небезопасно. Вследствие значительного тепловыделения растворы ВАО необходимо охлаждать 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 [3-6]. Другой проблемой при хранении жидких ВАО является коррозия металлических емкостей.
Связанная с ней необходимость периодического их опорожнения и ремонта
приводит к облучению обслуживающего персонала.
Согласно нормативам МАГАТЭ жидкие ВАО подлежат отверждению [7].
Основной целью является максимальное уменьшение их объема и кондиционирование, т.е. перевод в химически- и радиационно-устойчивую форму, сохраняющую свою стабильность на протяжении всего времени хранения.
В настоящее время реализованы два технологических процесса по иммобилизации ВАО в матрицы на основе стекла. Установки по иммобилизации
ВАО в боросиликатные стекла работают во Франции и в Великобритании [8, 9].
В России на ФГУП «ПО «Маяк» внедрен технологический процесс иммобилизации Cs-Sr фракции вместе с ВАО военного происхождения в алюмофосфатное стекло [10].
Однако, с точки зрения долговременной экологической безопасности стеклянные матрицы не могут быть использованы для иммобилизации отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды, представляющие угрозу в течение де-6
сятков и сотен тысяч лет. В течение столь длительного времени невозможно гарантировать сохранность стекла со включёнными отходами ввиду его недостаточной химической устойчивости и склонности к спонтанной кристаллизации
(девитрификации) при повышенных температурах.
Несомненным преимуществом перед стеклом обладают кристаллические
матрицы на основе искусственных минералов, природные аналоги которых
просуществовали в изменяющихся природных условиях в течение длительных
периодов (до 4 миллиардов лет [11]), доказав тем самым свою долговременную
геологическую стабильность.
Для решения проблемы ВАО необходимо сформулировать требования к
матричному материалу и на основании этих требований обосновать выбор матрицы, способной надёжно изолировать от окружающей среды наиболее долгоживущие и биологически опасные радионуклиды в течение всего времени, требуемого для снижения их активности до приемлемого уровня.
Решению этих задач и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи работы.
Целью работы являлось получение химически устойчивой керамической
матрицы для надёжной иммобилизации актиноидной фракции ВАО, содержащей трансурановые (ТУЭ) и редкоземельные (РЗЭ) элементы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие
основные задачи:
• сформулировать требования, которым должна удовлетворять данная матрица;
• выбрать подходящие матричные материалы для дальнейших исследований;
• разработать способ синтеза, позволяющий получить механически
прочную керамику;
• изучить выщелачивание матричных элементов и инкорпорированных
радионуклидов из синтезированных матриц;7
Научная новизна.
1. Обоснован выбор перовскитов состава LnMO3, где M=Al или Fe, в качестве
матрицы, позволяющей включить максимальное количество актиноидной
фракции ВАО.
2. Обосновано применение аппарата Сокслета для определения химической
стойкости матриц, предназначенных для включения долгоживущих радионуклидов.
3. Установлено, что химическая стойкость (устойчивость к выщелачиванию
водой) перовскитов LnMO3 достаточна для безопасного хранения композитов
с актиноидной фракцией ВАО в течение периода в 100 тысяч лет и более даже в аварийных условиях (при заливе хранилища водой).
4. Впервые показано, что при включении в ферритную и алюминатную керамику весовых количеств актиноидов (высокоактивные растворы) устойчивость матриц к выщелачиванию не снижается.
5. Показано, что метод холодного прессования и спекания может быть
использован для синтеза композитов на основе перовскитов состава LnMO3,
где M=Al или Fe, включающих актиноидную фракцию ВАО. Полученные
композиты обладают достаточной механической прочностью. Предложен
также альтернативный способ синтеза через органо-минеральные сорбенты.
Практическая значимость.
Синтезированные методом ХПС материалы удовлетворяют требованиям,
предъявляемым к матрицам для иммобилизации актиноидной фракции ВАО.
Полученные в работе результаты могут быть использованы для проектирования
установки, предназначенной для отверждения актиноидной фракции высокоактивных отходов. Показано, что метод синтеза матриц с использованием органоминеральных сорбентов может быть альтернативой традиционной порошковой технологии.
Проведён анализ литературных данных, посвящённых матричным материалам для иммобилизации радионуклидов. Показано, что потенциальными
матрицами, пригодными для надёжной долговременной изоляции актиноидной
фракции ВАО могут быть алюминаты и ферриты редкоземельных элементов,
имеющие кристаллическую решётку перовскита.
2. Показано, что методом ХПС может быть получена керамика на основе
ферритов РЗЭ, характеризующаяся высокой механической прочностью, плотностью и низкой открытой пористостью. Получение низкопористой и высокопрочной керамики на основе алюминатов требует температур спекания
>1550°C.
3. Обосновано применение аппарата Сокслета для оценки долговременной
устойчивости матриц к выщелачиванию. Обосновано применение метода БЭТ
(низкотемпературная адсорбция аргона) для определения поверхности измельчённых образцов. Показано, что выщелачивание протекает в порах, при этом
практически вся внутренняя поверхность пор доступна воде.
4. Изучена устойчивость алюминатных и ферритных матриц к выщелачиванию. Показано, что перовскитовая керамика на основе оксидов РЗЭ (La), Al, Fe
и Cr обладает высокой химической устойчивостью и по этому критерию может
быть использована для иммобилизации актиноидной фракции ВАО. Установлено, что скорость выщелачивания плутония в среднем на порядок превышает
скорость выщелачивания америция из матрицы одного и того же состава, что
может быть объяснено четырёхвалентным состоянием плутония. Наименьшая
скорость выщелачивания актиноидов была зафиксирована для алюминатной
керамики xLa2O3·Al2O3, x=0.1÷0.4.
5. Показано, что устойчивость ферритной и алюминатной матриц к выщелачиванию не снижается при включении весовых количеств актиноидов (высокоактивные растворы). Установлено, что скорости выщелачивания матричных137
элементов – РЗЭ (Pm) – и актиноидов существенно не отличаются, что говорит
о прочном удерживании последних кристаллической решёткой матрицы.
6. Измерены скорости выщелачивания радионуклидов из монолитных образцов алюминатной и ферритной керамики с геометрическим определением
поверхности. Рассчитанное значение линейной скорости коррозии матриц составляет (1-3)·10-5 мм в год, что обеспечит сохранность включающих ВАО блоков в течение, по крайней мере, ста тысяч лет даже в аварийных условиях (залив хранилища водой). На основании сопоставления скоростей выщелачивания,
рассчитанных по геометрической и внутренней поверхности (метод БЭТ) был
сделан вывод о большей потенциальной устойчивости алюминатных матриц
при условии получения низкопористого материала.
7. Показано, что перспективным может быть способ получения перовскитовой керамики методом ХПС с использованием органоминеральных сорбентов
(сорбция на смоле, сушка, прокалка, прессование, спекание). Показано, что получаемая таким способом ферритная керамика по своим свойствам не уступает
аналогичной керамике, полученной из порошков оксидов. Установлено, что в
случае алюминатной керамики прессование и спекание гранул, смешанных с
порошковой шихтой (1:1), позволяет существенно повысить прочность получаемого материала на изгиб
матрицами, пригодными для надёжной долговременной изоляции актиноидной
фракции ВАО могут быть алюминаты и ферриты редкоземельных элементов,
имеющие кристаллическую решётку перовскита.
2. Показано, что методом ХПС может быть получена керамика на основе
ферритов РЗЭ, характеризующаяся высокой механической прочностью, плотностью и низкой открытой пористостью. Получение низкопористой и высокопрочной керамики на основе алюминатов требует температур спекания
>1550°C.
3. Обосновано применение аппарата Сокслета для оценки долговременной
устойчивости матриц к выщелачиванию. Обосновано применение метода БЭТ
(низкотемпературная адсорбция аргона) для определения поверхности измельчённых образцов. Показано, что выщелачивание протекает в порах, при этом
практически вся внутренняя поверхность пор доступна воде.
4. Изучена устойчивость алюминатных и ферритных матриц к выщелачиванию. Показано, что перовскитовая керамика на основе оксидов РЗЭ (La), Al, Fe
и Cr обладает высокой химической устойчивостью и по этому критерию может
быть использована для иммобилизации актиноидной фракции ВАО. Установлено, что скорость выщелачивания плутония в среднем на порядок превышает
скорость выщелачивания америция из матрицы одного и того же состава, что
может быть объяснено четырёхвалентным состоянием плутония. Наименьшая
скорость выщелачивания актиноидов была зафиксирована для алюминатной
керамики xLa2O3·Al2O3, x=0.1÷0.4.
5. Показано, что устойчивость ферритной и алюминатной матриц к выщелачиванию не снижается при включении весовых количеств актиноидов (высокоактивные растворы). Установлено, что скорости выщелачивания матричных137
элементов – РЗЭ (Pm) – и актиноидов существенно не отличаются, что говорит
о прочном удерживании последних кристаллической решёткой матрицы.
6. Измерены скорости выщелачивания радионуклидов из монолитных образцов алюминатной и ферритной керамики с геометрическим определением
поверхности. Рассчитанное значение линейной скорости коррозии матриц составляет (1-3)·10-5 мм в год, что обеспечит сохранность включающих ВАО блоков в течение, по крайней мере, ста тысяч лет даже в аварийных условиях (залив хранилища водой). На основании сопоставления скоростей выщелачивания,
рассчитанных по геометрической и внутренней поверхности (метод БЭТ) был
сделан вывод о большей потенциальной устойчивости алюминатных матриц
при условии получения низкопористого материала.
7. Показано, что перспективным может быть способ получения перовскитовой керамики методом ХПС с использованием органоминеральных сорбентов
(сорбция на смоле, сушка, прокалка, прессование, спекание). Показано, что получаемая таким способом ферритная керамика по своим свойствам не уступает
аналогичной керамике, полученной из порошков оксидов. Установлено, что в
случае алюминатной керамики прессование и спекание гранул, смешанных с
порошковой шихтой (1:1), позволяет существенно повысить прочность получаемого материала на изгиб
Подобные работы
- Получение химически устойчивых матриц для иммобилизации актиноидной фракции ВАО
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 470 р. Год сдачи: 2003 - Иммобилизация РАО в перовскитоподобную матрицу
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016