鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體的制備工藝及固化硫的研究.pdf

1、針對目前高放廢液硼硅酸鹽玻璃固化體存在錒系核素溶解度較低、熱力學(xué)穩(wěn)定性較差等不足，以及在玻璃熔制過程中容易出現(xiàn)分離的含硫黃色第二相（黃相）問題，通過在鋇硼硅酸鹽玻璃體系（BaO-B2O3-Na2O-SiO2）中加入不同含量的氧化鈣（CaO）、二氧化鈦（TiO2）和鋯英石（ZrSiO4）（記為CTZ），采用熔融-熱處理工藝制備了含有鈣鈦鋯石晶相的鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體。系統(tǒng)研究了CTZ含量（0~55 wt％）對鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷固化體的

2、晶相組成、顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性的影響；研究了鈣含量變化（ CaO：TiO2：ZrO2=x：2：1，x=0.5~10）對鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷的晶相結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)等的影響；采用正交試驗法優(yōu)化了鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷的熱處理工藝參數(shù)，并比較了一步法（核化和晶化同時進行）和二步法（核化和晶化分開進行）熱處理工藝對玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)的影響；研究了鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷對硫元素（以Na2SO4形式引入）的最大包容量。
　　結(jié)果表明：含 CTZ的鋇硼硅酸鹽基礎(chǔ)

3、玻璃的熔制溫度為1150~1250℃樣品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度為615~650℃且隨著CTZ含量增加而升高。CTZ含量為35 wt%和45 wt%的樣品分別在900℃和850℃附近出現(xiàn)了明顯的放熱峰。當(dāng)CTZ含量≥35 wt%時，鈣鈦鋯石晶相開始析出；CTZ含量為45 wt%時，樣品中出現(xiàn)了大量均勻分布的柱狀鈣鈦鋯石晶相；CTZ含量達55 wt%時，樣品致密性較差，除鈣鈦鋯石晶相外還有榍石和二氧化硅晶相析出。產(chǎn)品一致性試驗(Product Co

4、nsistency Test，PCT)結(jié)果表明，CTZ含量為45 wt%的固化體的抗浸出性能較好，42 d后Na和B的歸一化質(zhì)量損失約為0.2 g/m2，Si和Ca約為0.02 g/m2。當(dāng)CaO：TiO2：ZrO2=2：2：1和4：2：1時，可以獲得僅含鈣鈦鋯石晶相的玻璃陶瓷。正交試驗結(jié)果表明，核化溫度和晶化溫度對玻璃陶瓷體內(nèi)鈣鈦鋯石含量影響較大，而核化時間和晶化時間的影響相對較小。二步法和一步法熱處理工藝對玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)無顯著影響，當(dāng)

5、晶化溫度較高或晶化時間較長時，均會出現(xiàn)榍石晶相。鋇硼硅酸鹽玻璃陶瓷能夠包容3 mol%的 Na2SO4而不出現(xiàn)分層，硫含量在0~3mol%范圍內(nèi)樣品晶相組成僅有鈣鈦鋯石，且硫含量變化對鈣鈦鋯石晶體數(shù)量和分布影響不大；當(dāng) Na2SO4含量大于3 mo l%時，玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)疏松，存在少量孔洞，樣品體內(nèi)含有鈣鈦鋯石和榍石晶相，表面形成了由硫酸鋇和硫酸鈉組成的白色分離層。樣品PCT實驗表明，當(dāng)Na2SO4含量低于3 mol%時，元素歸一化質(zhì)量損