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为研究高温条件下膨润土阻滞放射性核素迁移机理,本文以内蒙古高庙子膨润土和四川三台膨润土为原料,Ce模拟四价钢系核素,Nd模拟三价锕系核素,采用高温固相法在1150℃合成了高庙子膨润土与氧化钕固化体、高庙子膨润土与氧化铈固化体、三台膨润土与氧化钕固化体和三台膨润土与氧化铈固化体四个体系的系列样品。利用X射线荧光、热分析和X射线衍射对内蒙古高庙子膨润土和四川三台膨润土的基样和模拟固化体的元素含量、相转变温度、物相组成和晶体结构进行了分析,同时利用Rietveld方法对固化体进行了晶体结构研究。
通过研究两种膨润土基样和四个体系固化体的烧结温度、相关系、固溶区范围和晶体结构,得到了一些成果,现总结如下:
(1)高庙子膨润土基样
高庙子膨润土化学成分以Si02为主,其次为MgO、A1203,Fe203,还含有少量的CaO、Na20、和K20,以及微量元素Ti、Sr、Mn、Ba和P等。主要物相为蒙脱石和石英,还有少量的方石英和长石。在室温-100℃时,膨润土脱去表面吸附水,衍射峰强度未发生改变。在200-400℃时,蒙脱石脱去层间水,导致(001)面衍射峰强度突然降低。在500~800℃时,蒙脱石失去了晶格结构中的羟基,特征峰dool值由原来的1.439nm缩小到0.962nm,晶格骨架被破坏,有序度下降。温度为900℃时,蒙脱石相衍射峰已经完全消失,蒙脱石晶格已经完全被破坏。
(2)三台膨润土基样
三台膨润土化学成分以Si02为主,其次为MgO、A1203,Fe203,CaO,还含有少量的TiO:和K20,以及微量元素Pb、Zr、Zn、Ba和P等。主要物相为蒙脱石和石英,还有少量的方石英和长石。在室温-100℃时,膨润土脱去表面吸附水,衍射峰强度未发生改变。在200~400℃时,蒙脱石脱去层间水,导致(001)面衍射峰强度突然降低。在500~700℃时。蒙脱石失去了晶格结构中的羟基,特征峰dool值由原来的1.534nm缩小到0.999nm,晶格骨架被破坏,有序度下降。温度为900℃时,蒙脱石相衍射峰已经完全消失,蒙脱石晶格已经完全被破坏。
(3)高庙子膨润土与氧化钕体系
在1150℃时,高庙子膨润土发生物相转变,生成堇青石、石英和方石英,模拟核素Nd3+被固化在堇青石晶格之中,随Nd3+固化量的增加,堇青石晶胞参数a值变小,b、c值和晶胞体积V值增加,最大固化量为8wt%,此时堇青石的晶胞参数a=l.6962nm,b=0.9813nm,c=0.9336nm,晶胞体积V=l.5540nm3。过量的Nd3+以Nd2Si207形式存在。
(4)高庙子膨润土与氧化铈体系
在1150℃时,高庙子膨润土发生物相转变,生成堇青石、石英和方石英,模拟核素Ce4+被固化在堇青石晶格之中,随Ce4+固化量的增加,堇青石晶胞参数a值变小,b、c值和晶胞体积V值增加,最大固化量为15wt%,此时堇青石的晶胞参数a=l.6930nm,b=0.9842nm,c=0.9364nm,晶胞体积V=l.5603nm3。过量的Ce4+以Ce02形式存在。
(5)三台膨润土与氧化钕体系
在1150℃时,三台膨润土发生物相转变,生成堇青石、钙长石和方石英,模拟核素Nd3+被固化在堇青石晶格之中,随Nd3+固化量的增加,堇青石晶胞参数a值变小,b、c值和晶胞体积V值增加,最大固化量为8wt%,此时堇青石的晶胞参数a=l.6933nm,b=0.9833nm,c=0.9370nm,晶胞体积V=l.5601nm3。过量的Nd3+以Nd2Si207形式存在。
(6)三台膨润土与氧化铈体系
在1150℃时,三台膨润土发生物相转变,生成堇青石、钙长石和方石英,模拟核素Ce4+被固化在堇青石晶格之中,随Ce4+固化量的增加,堇青石晶胞参数a值变小,b、c值和晶胞体积V值增加,最大固化量为13wt%,此时堇青石的晶胞参数a=1.6933nm,b=0.9825nm,c=0.9373nm,晶胞体积V=l.5594nm3。过量的Ce4+以Ce2Si207形式存在。