含硫鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體的組成、結(jié)構(gòu)和抗浸出性能的研究.pdf

1、玻璃陶瓷固化已成為玻璃固化高放廢液的重要發(fā)展方向。我國目前貯存的高放廢液中硫和鈉的含量較高，而硼硅酸鹽玻璃對硫的溶解度較低，在玻璃固化過程中會(huì)出現(xiàn)分離的黃色第二相(簡稱“黃相”)，其主要成分為Na2SO4。為了提高硫在玻璃固化體中的包容量，本文通過熔融-熱處理工藝制備了含鈣鈦鋯石和重晶石相的鋇硼硅酸玻璃陶瓷固化體，系統(tǒng)研究了SO3含量變化對鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體的晶相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和抗浸出性能的影響；探索了鈣鈦鋯石-鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷

2、對模擬高硫高鈉高放廢液的極限包容量，并對其制備工藝及硫酸鹽的分相情況進(jìn)行了探討。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）SiO2-B2O3-Na2O-BaO-CaO-TiO2-ZrO2-SO3-Nd2O3體系玻璃熔制溫度為1200～1250℃，玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg在640～660℃范圍內(nèi)。不同硫摻量(SO3為2～8wt％)的玻璃陶瓷體內(nèi)的主晶相均為條狀的鈣鈦鋯石(CaZrTi2O7)，還含有少量顆粒狀的斜鋯石(ZrO2)和塊狀的榍石(CaTiS

3、iO5)；當(dāng)SO3含量≥4wt%時(shí)，玻璃陶瓷體內(nèi)出現(xiàn)了米粒狀的重晶石(BaSO4)晶體，其含量隨SO3摻量增加而增多，該重晶石晶體在玻璃的熔制階段形成。當(dāng)SO3含量為8wt%時(shí)，玻璃陶瓷表面出現(xiàn)一層由Na2SO4和BaSO4組成的白色分離層，玻璃陶瓷體內(nèi)出現(xiàn)了許多裂縫和孔洞，致密性較差。
　?。?）X射線熒光光譜(XRF)分析表明，當(dāng)SO3摻量為6wt%時(shí)，玻璃陶瓷體內(nèi)SO3的實(shí)際含量僅為1.3wt%，在玻璃熔制階段硫酸鹽發(fā)生了分

4、解和揮發(fā)。能譜和元素分布分析結(jié)果表明，硫元素主要分布在重晶石晶體中，Nd元素均勻分布在鈣鈦鋯石晶體和玻璃基體中。產(chǎn)品一致性試驗(yàn)(PCT法)結(jié)果表明，當(dāng)SO3含量≤6wt%時(shí)，硫含量變化對玻璃陶瓷固化體的抗浸出性能沒有明顯的影響，當(dāng)SO3含量>8wt%時(shí)，固化體抗浸出性能顯著下降。
　?。?）采用鈣鈦鋯石?鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化模擬高硫高鈉高放廢液，在1150℃的熔制溫度下可獲得均質(zhì)玻璃，玻璃轉(zhuǎn)變溫度隨著模擬廢液摻量的增加而降低(5

5、80～650℃)。當(dāng)模擬廢液含量為0～20wt%(廢物氧化物含量)時(shí)，玻璃陶瓷體內(nèi)的主晶相均為樹枝狀的鈣鈦鋯石；模擬廢液含量為20wt%時(shí)，出現(xiàn)圓片狀的氧化鋯晶體和方形的鈣鈦礦晶體。模擬廢液含量增加至30wt%時(shí)，主晶相為細(xì)針狀的鈣鈦礦晶體，致密性較差。PCT結(jié)果表明，模擬廢液含量低于或等于20wt%時(shí)對玻璃陶瓷固化體的抗浸出性能沒有明顯的影響。
　?。?）對于模擬廢液摻量為16wt%的樣品，在1150℃時(shí)玻璃的粘度在30dPa?