【摘 要】
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如何正确的处理核废料,让其与生态圈隔离,是目前世界急需解决的问题。玻璃及玻璃陶瓷固化一直是国际上所普遍研究的核废料处理方法,其中硼硅酸盐玻璃固化是应用较为广泛,也是唯一工业化应用的方法。Mo作为高放废物中最丰富的裂变产物之一,它在动力堆高放废物中有着较高的含量,但是Mo元素在硼硅酸盐中却有极低的溶解度（～1 mol%）,这种低的溶解度会引起玻璃分相,并且析出易溶于水的黄相,导致固化体的固化效果下降
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如何正确的处理核废料,让其与生态圈隔离,是目前世界急需解决的问题。玻璃及玻璃陶瓷固化一直是国际上所普遍研究的核废料处理方法,其中硼硅酸盐玻璃固化是应用较为广泛,也是唯一工业化应用的方法。Mo作为高放废物中最丰富的裂变产物之一,它在动力堆高放废物中有着较高的含量,但是Mo元素在硼硅酸盐中却有极低的溶解度（～1 mol%）,这种低的溶解度会引起玻璃分相,并且析出易溶于水的黄相,导致固化体的固化效果下降。基于此,本文以提高Mo在硼硅酸盐玻璃中的溶解度和化学稳定性为目标,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振和化学稳定性测试等手段,研究了不同碱金属和模拟核素Ce对硼硅酸盐玻璃中Mo的溶解度,玻璃析晶,玻璃结构和化学稳定性的影响。在此基础上,研究了不同配方和不同热处理制度对钼钨钙矿相玻璃陶瓷的物相,结晶度大小和化学稳定性的影响。并得到一个可以制备钼钨钙矿相玻璃陶瓷的最佳工艺和配方。为含Mo和Ce高放废物固化的工业化生产应用提供了理论基础并且得到了如下几点结论:（1）首先研究了不同碱金属在普通硼硅酸盐玻璃中对Mo溶解度影响。实验表明随着碱金属的离子半径的减小,Mo在硼硅酸盐玻璃中的溶解度在增大,但是过量的半径较小的一价碱金属（Li）也会引起玻璃分相,导致固化体要求不达标。在此基础上,为了解决固化体分相问题和进一步提高Mo的溶解度,进而设计了Li2O取代Na2O在高铝硼硅酸盐玻璃中对Mo溶解度的实验。通过这个实验证明了Li2O取代Na2O可以使Mo在高铝硼硅酸盐玻璃的溶解度提高到5 mol%,并且最后制备的Mo溶解度达5 mol%的玻璃固化体样品未分相。对比两个实验发现,在高铝硼硅酸盐玻璃中用Li2O取代Na2O相对与普通硼硅酸盐中用Li2O取代Na2O对Mo的溶解度提升更为有利。制备的玻璃固化体28天的归一化浸出率测试表明Mo和B元素的归一化浸出率分别在10-4g·m-2·d-1和10-3g·m-2·d-1左右。（2）模拟核素Ce对高铝高钼玻璃的影响研究表明,随着Ce O2含量的增加,Mo在玻璃中的溶解度出现了先增大后减小的趋势,并且当Ce的含量为10 mol%时,在该样品中对Mo元素和Ce元素的溶解度达到最大（Mo＞4.5 mol%,Ce＞10mol%）。该样品对Mo和Ce元素的溶解度远远大于普通硼硅酸盐玻璃同时固化Mo和Ce的溶解度。化学稳定性测试结果表明Mo元素和B元素的28天归一化浸出率均稳定在10-3g·m-2·d-1数量级,而Ce元素的归一化浸出率基本低于检测下线,说明了玻璃固化体对Mo,Ce和B均有较好的固化能力。（3）对玻璃陶瓷的研究中发现,Ca Mo O4析晶强度最大的Ce-5.0样品初步热处理后没有杂相形成,较为适合作为制备玻璃陶瓷的配方。通过对不同热处理工艺的探究发现,以5 oC/min的加热速率将温度升至600 oC,保温2h,然后以5 oC/min的加热速率继续加热至1400 oC,保温2h,最后以5 oC/min的降温速率降温至680oC并且在该温度下保温4h的工艺制备的钼钨钙矿相玻璃陶瓷固化体没有其它杂相析出并且结晶度达到最大。玻璃陶瓷固化体对Mo和Ce的包容量分别为4.75mol%和5 mol%。此外,同样的配方,经过热处理的玻璃陶瓷与没有经过热处理的玻璃样品相比,经过热处理的玻璃陶瓷样品在去离子水中的归一化浸出率明显低于没有经过热处理的玻璃样品的归一化浸出率。这说明了经过热处理后的玻璃陶瓷样品的化学稳定性高于一步熔融法制备的玻璃样品的化学稳定性。
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