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我国某高放核废料中含有较高浓度的锆和钠元素,而玻璃固化体对这些元素的包容量不理想。锆磷酸盐玻璃陶瓷固化体可将锆和钠作为基材原料,且易于形成以磷酸锆钠(NaZr2(PO4)3)为主晶相的固化体,该晶相可以稳定固溶多种核素,化学稳定性也优异。本文以B2O3–ZrO2–Na2O–P2O5–Fe2O3体系为固化基材,采用传统制备玻璃固化体的“熔融–急冷–退火”的方法制备以NaZr2(PO4)3为主晶相的锆磷酸盐玻璃陶瓷固化体,系统研究氧化锆(ZrO2)取代氧化钠(Na2O)、熔融温度、高温保温时间和氧化硼(B2O3)含量对该玻璃陶瓷固化体的晶相种类和含量、热稳定、结构和化学稳定性的影响,并探讨氧化铈(CeO2)掺量对制备的锆磷酸盐玻璃陶瓷固化体的结构和化学稳定性的影响。系统探索玻璃陶瓷固化体的“一步法”制备工艺技术及其固化体的性能。获得以下结论:(1)以20Na2O–80(36Fe2O3–10B2O3–54P2O5)为基础玻璃,ZrO2取代Na2O有利于固化体中形成NaZr2(PO4)3,ZrP2O7和FePO4微晶相。当ZrO2取代量小于10 mol%时,获得固化体的主晶相为NaZr2(PO4)3,且当ZrO2取代量为6 mol%时,获得的固化体具有最佳的热稳定性,剩余组分玻璃形成能力也较强。随着ZrO2取代量的增加,Q0磷酸盐基团先增加后减少,Q1磷酸盐基团先减少后增加。获得的以NaZr2(PO4)3为主晶相的玻璃陶瓷固化体在90℃的去离子水中浸泡28天后,Zr,Fe,Na和P元素的浸出率分别约为2.5′10–6 g×m×–2×d–1,3.3′10–6 g×m×–2×d–1,2.5′10–3 g×m×–2×d–1和6.2′10–4g×m×–2×d–1,具有较好的化学稳定性。(2)熔融时间的延长,熔融温度的提高或B2O3含量的增加促进了NaZr2(PO4)3微晶相的形成,抑制了ZrP2O7等其他磷酸盐微晶相的生成量,有利于含单一NaZr2(PO4)3微晶相的玻璃陶瓷固化体的制备。随着B2O3含量的增加,[BO4]基团先增加后减少,[BO3]基团在B2O3含量超过10 mol%时才逐渐增多。当B2O3含量为10 mol%时,玻璃陶瓷固化体的玻璃转变温度(Tg)以及玻璃开始析晶温度(Tr)与转变温度差值(Tr–Tg)最大。获得的含单一NaZr2(PO4)3微晶相的玻璃陶瓷固化体,在90℃的去离子水中浸泡56天,P和Fe元素的浸出率分别约为2.0′10–4 g×m×–2×d–1和2.0′10–6 g×m×–2×d–1,Zr元素几乎无浸出,具有优异的化学稳定性。(3)10ZrO2–10Na2O–28Fe2O3–10B2O3–42P2O5为基础玻璃陶瓷对CeO2的固化研究表明,5 wt.%的CeO2能够稳定的固溶于该玻璃陶瓷中,获得的玻璃陶瓷固化体无与Ce有关的晶相,CeO2和ZrO2的共同作用促进玻璃陶瓷中次晶相(FePO4,ZrP2O7,NaFe3(PO4)3和Na7Fe4(PO4)3)的形成。获得的含CeO2的玻璃陶瓷固化体的主要结构单元为Q0磷酸盐基团和Q1磷酸盐基团,还有少量的[BO4]和[BO3]基团,以及极少的Q2磷酸盐基团。随着CeO2含量的增多,固化体结构中[BO3]基团的量增多,密度上升。90℃去离子水中未检测到Ce元素,固化体具有优异的化学稳定性。