Растворимость циркония и рубидия в натриевых алюмоборосиликатных стеклах для иммобилизации радиоактивных отходов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В рамках поиска новых вариантов матричных материалов для остекловывания высокоактивных радиоактивных отходов различного состава и совершенствования способов их применения были синтезированы и изучены образцы матричных материалов системы Na2O–Rb2O–SrO(Ba,Ca)–B2O3–SiO2–Al2O3–ZrO2. Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии для образцов, полученных быстрым охлаждением из расплавов с содержанием рубидия 3.6–4.5 мол. %, зафиксировано формирование однородного стеклообразного вещества, установлены значения концентрации циркония, отражающие его растворимость в стекле, и присутствие равномерно распределенных кристаллов бадделеита, указывающих на избыточное содержание циркония в исходном расплаве. Для образцов с содержанием рубидия 6.7–8.5 мол. % установлено формирование вещества с менее однородной структурой и значительным присутствием цирконий- и рубидийсодержащих кристаллических фаз. На основе сравнения полученных результатов сделан вывод об оптимальном содержании циркония и рубидия в составе радиоактивных отходов при их иммобилизации методом остекловывания с использованием матричных материалов изученной системы.

Об авторах

В. Е. Еремяшев

Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО Российской
академии наук

Email: vee-zlat@mineralogy.ru
Россия, 456317, Челябинская обл., Миасс,

Г. Г. Кориневская

Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО Российской
академии наук; Южно-Уральский государственный университет

Email: vee-zlat@mineralogy.ru
Россия, 456317, Челябинская обл., Миасс,; Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

М. А. Рассомахин

Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО Российской
академии наук

Email: vee-zlat@mineralogy.ru
Россия, 456317, Челябинская обл., Миасс,

Д. Е. Живулин

Южно-Уральский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vee-zlat@mineralogy.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76

Список литературы

  1. Caurant D., Loiseau P., Majérus O., Aubin-Chevaldonnet V., Bardez I., Quintas A. Glasses, Glass-Ceramics and Ceramics for Immobilization of Highly Radioactive Nuclear Wastes. N. Y.: Nova Science, 2009. 445 p.
  2. Donald I.W. Waste Immobilization in Glass and Ceramic Based Hosts: Radioactive, Toxic and Hazardous Wastes. N. Y.: Wiley, 2010. 507 p. https://doi.org/10.1002/9781444319354
  3. Ojovan M.I., Lee W.E., Kalmykov S.N. An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation, 3rd ed. Amsterdam: Elsevier, 2019. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102702-8.00001-7
  4. Singh B.K., Hafeez M.A., Kim H., Hong S., Kang J., Um W. Inorganic Waste Forms for Efficient Immobilization of Radionuclides // ACS ES&T Eng. 2021. V. 1. № 8. P. 1149–1170. https://doi.org/10.1021/acsestengg.1c00184
  5. Quintas A., Caurant D., Majerus O., Loiseau P., Charpentier T., Dussossoy J.-L. ZrO2 Addition in Soda-Lime Aluminoborosilicate Glasses Containing Rare Earths: Impact on the Network Structure // J. Alloys Compd. 2017. V. 714. P. 47–62. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.182
  6. Vienna J.D., Collins E.D., Crum J.V., Ebert W.L., Frank S.M., Garn T.G., Gombert D., Jones R., Jubin R.T., Maio V., Marra J.C., Maty J., Nenoff T.M., Riley B.J., Sevigny G.J., Soelberg N., Strachan D., Thallapally P.K., Westsik J.H., Jr. Closed Fuel Cycle Waste Treatment Strategy, FCRD-MRWFD-2015-000674. PNNL-24114. Richland: Pacific Northwest National Laboratory, 2015. https://www.pnnl.gov/main/ publications/external/technical_reports/PNNL-24114.pdf
  7. Lu X. et al. Effect of ZrO2 on the Structure and Properties of Soda-Lime Silicate Glasses from Molecular Dynamics Simulations // J. Non-Cryst. Solids. 2018. V. 491. P. 141–150. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.013
  8. Chen H., Marcial J., Ahmadzadeh M., Patil D., McCloy J.S. Partitioning of Rare Earths in Multiphase Nuclear Waste Glass-Ceramics // Int. J. Appl. Glass Sci. 2020. V. 11. P. 660–675. https://doi.org/10.1111/ijag.15726
  9. Keshavarzi A., Russel C. The Effect of TiO2 and ZrO2 Addition on the Crystallization of Ce3+ Doped Yttrium Aluminium Garnet from Glasses in the System Y2O3/Al2O3/SiO2/AlF3 // Mater. Chem. Phys. 2012. V. 132. № 2. P. 278–83. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.11.012
  10. Guo Y., Liu C., Wang J., Ruan J., Li X., Han J., Xie J. Effect of ZrO2 Crystallization on Ion Exchange Properties in Aluminosilicate Glass // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 5. P. 2179–2184. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.001
  11. Eremyashev V.E., Zherebtsov D.A., Osipova L.M., Danilina E.I. Thermal Study of Melting, Transition and Crystallization of Rubidium and Caesium Borosilicate Glasses // Ceram. Int. 2016. V. 42. P. 18368–18372. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.08.169
  12. Еремяшев В.Е., Мазур А.С., Толстой П.М., Осипова Л.М. Исследование особенностей структуры рубидиевых боросиликатных стекол методом ЯМР-спектроскопии // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 5. С. 538–543. https://doi.org/10.1134/S0020168519050054
  13. Eremyashev V.E., Zherebtsov D.A., Brazhnikov M.P., Zainullina R.T., Danilina E.I. Cerium Influence on the Thermal Properties and Structure of High-Alkaline Borosilicate Glasses // J. Therm. Anal. Calorim. 2020. V. 139. № 2. P. 991–997.
  14. Arima M., Edgar A.D. Stability of Wadeite (Zr2K4Si6O18) under Upper Mantle Conditions: Petrological Implications // Contr. Mineral. Petrol. 1980. V. 72. № 2. P. 191–195. https://doi.org/10.1007/bf00399479
  15. Fewox C.S., Kirumakki S.R., Clearfield A. Structural and Mechanistic Investigation of Rubidium Ion Exchange in Potassium Zirconium Trisilicate // Chem. Mater. 2007. V. 19. № 3. P. 384–392. https://doi.org/10.1021/cm061835x
  16. Lafuente B., Downs R.T., Yang H., Stone N. The Power of Databases: the RRUFF Project // Highlights in Mineralogical Crystallography / Eds. Armbruster T., Danisi R.M. Berlin: Gruyter, 2015. P. 1–30. http://rruff.info
  17. Kyono A., Kimata M. Refinement of the Crystal Structure of a Synthetic Non-Stoichiometric Rb-Feldspar // Miner. Mag. 2001. V. 65. № 4. P. 523–531. https://doi.org/10.1180/002646101750377542
  18. Nakamoto K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds // Handbook of Vibrational Spectroscopy. N. Y.: Wiley, 1986. 484 p. https://doi.org/10.1002/0470027320.s4104
  19. Еремяшев В.Е., Осипов А.А., Осипова Л.М. Изучение влияния замещения катиона натрия катионами щелочноземельных металлов на структуру боросиликатных стекол // Стекло и керамика. 2011. № 7. С. 3–7. https://doi.org/10.1007/s10717-011-9353-5
  20. Wan J., Cheng J., Lu P. The Coordination State of B and Al of Borosilicate Glass by IR Spectra // J. Wuhan Univ. Technol. Mater. 2008. V. 23. P. 419–421. https://doi.org/10.1007/s11595-007-3419-9

Дополнительные файлы


© В.Е. Еремяшев, Г.Г. Кориневская, М.А. Рассомахин, Д.Е. Живулин, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».