自蔓延高温合成钙钛矿型人造岩石固化体

D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.009 第26卷第5期 北京科技大学学报 Vol.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 自蔓延高温合成钙钛矿型人造岩石固化体 张瑞珠1)郭志猛”贾成厂”卢广峰”张华) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)华北水利水电学院，郑州450045 3)中国原子能科学研究院，北京102413 摘要采用自蔓延高温合成(SHS)技术制备钙钛矿(CaTiO,)固化体，通过多种现代分析技术 研究了钙钛矿固化体的微观组织、浸出率以及其对高放废物的最大包容量，结果表明，固化 体样品密度高，孔隙率小，浸出率低，对SO的包容量可达到35%（质量分数）.自蔓延高温合 成的钙钛矿人造岩石是固化锶核素的理想固化体， 关键词钙钛矿：高放废物：固化：自蔓延高温合成(SHS) 分类号T℉124.32 人类利用核能的同时会产生放射性废物，会 1实验 对人类生存环境产生污染，如何安全处理和处置 高放废物已成为一项重要工程”，常用的处理方 采用三氧化铬、钛粉、氧化钙、二氧化钛作为 法是先将高放废物(HLW)固化，然后进行深地质 原料（见表1）.以三氧化铬作为氧化剂，其反应方 处置.如果固化体的性质不稳定，该固化体就不 程如下： 能被安全永久处置).固化体的性质直接影响着 2CrO,+3Ti+4CaO+TiO:=4CaTiO,+2Cr+o (1) HLW的最终处置方式.目前一些国家采用玻璃 首先将反应所需原料装入不锈钢球磨罐磨 固化高放废物，玻璃固化最明显的缺陷是在高 至200目以下，过筛后按CrO,Ti,Ca0和TiO2的物 温高压环境中易受水或水蒸气的影响，产生组织 质的量的比2：3：4：1混合.根据各自相对分子 结构的变化，最终导致材料的整体破环，因而需 质量及含量，可求出质量分数.加入不同配比的 要一种比玻璃固化体更稳定、更经济、包容量更 SO,其他粉料的质量分数随着加入的SO的质 大的固化体，人造岩石作为一种多相钛酸盐陶瓷 量分数增加而相应的减少.按上述所计算的质量 体，由一些地球化学性能稳定的矿物相组成，可 分数混粉，装入球磨罐，球磨20-30min,将粉料 将废物离子固定于其晶格中，是满足上述这种要 取出倒入深色密封瓶，在阴凉干燥处保存. 求的比较理想的固化体”. 表1原料的性质 Muthuraman曾经提出用自蔓延高温合成技 Table 1 Properties of raw powders 术固化高放废物.Borovinskaya则采用Fe,O,合成 原料CrO,Ti Cao TiO,Sro 反应制取钙钛矿(CaTiO)固化HLW例，这种固化 纯度% 99 99.5>97.598.5 >95 方法具有反应迅速、能耗小、设备简单、操作方便 粒度/目-200 -300 -200 -200-300 等特点. 取30g混料装入25mm×180mm的模具内， 因为锶90是高放废物中重要核素，因此本课 在YA-10油压机上制成压坯，冷压成型得到预制 题采用Sr的同位素作为模拟核素元素进行研究. 块，将预制块放入自蔓延高温合成(SHS)准等静 在实验中选取CO作为氧化剂，以提高反应绝热 压反应器装置中并置于粉末混合态化学反应介 温度，促使合成反应完全在液下进行，提高生成 质中如图1所示，合成时首先引发介质中的放热 物的密度和均匀性，进一步提高固化效果. 化学反应（实验中为了减少热量散失，加入一定 收稿日期200403-12张瑞珠女，39岁，博士研究生 量的TiC,以提高放热量，使SHS反应能顺利进 *国家自然科学基金资助项目(No.20476008) 行)，利用其高速放热将试样迅速加热到高温，并

第 ‘ 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 自蔓延高温合成钙钦矿型人造岩石 固化体 张瑞珠 ’， 郭志 猛 ” 贾成 厂 ” 卢广峰 ” 张 华 ” 北 京 科技大 学 材 料科 学与 工 程 学 院 ， 北 京 华 北 水利 水 电学 院 ， 郑州 中国原 子 能 科学 研 究院 ， 北 京 摘 要 采 用 自蔓延 高温 合 成 技 术 制 备 钙 钦矿 固化体 ， 通 过 多种现代 分 析技术 研 究 了钙 钦矿 固 化 体 的微观 组 织 、 浸 出 率 以及 其对 高放废 物 的最 大包 容量 结 果 表 明 ， 固化 体样 品 密 度 高 ， 孔 隙率 小 ， 浸 出率低 ， 对 旧 的包 容量 可 达 到 质量 分 数 自蔓 延 高温 合 成 的钙 钦矿 人 造 岩 石 是 固化 铭 核 素 的理 想 固化 体 关键 词 钙 钦矿 高放 废 物 固化 自蔓 延 高温 合 成 分 类号 仆 人类 利 用 核 能 的 同 时会 产 生 放 射 性 废 物 ， 会 对 人类 生存 环 境产 生污 染 如何 安 全 处 理和 处 置 高放 废 物 已 成 为 一 项 重 要 工 程 ‘ 常 用 的处 理 方 法 是 先将 高放 废 物 固化 ， 然 后 进 行 深 地质 处 置 如 果 固化 体 的性 质 不 稳 定 ， 该 固化 体 就 不 能被 安全 永 久 处 置 ‘， 固化 体 的性 质 直 接 影 响着 刃 的最 终 处 置 方 式砰， 目前 一 些 国家采 用 玻璃 固化 高放 废 物 ’习 玻璃 固化 最 明显 的缺 陷是 在 高 温 高压环 境 中易 受水 或 水 蒸 气 的影 响 ， 产 生 组织 结 构 的变 化 ， 最 终 导致 材料 的整 体 破 坏 ， 因而 需 要 一种 比 玻 璃 固化 体 更 稳 定 、 更 经 济 、 包 容 量 更 大 的 固化 体 人造 岩 石 作 为 一种 多相 钦 酸 盐 陶 瓷 体 ， 由一 些 地 球 化 学 性 能稳 定 的矿 物 相 组 成 ， 可 将废物 离子 固定于 其 晶格 中 ， 是满 足 上 述 这 种 要 求 的 比较 理 想 的 固化 体 所， 曾经 提 出用 自蔓 延 高温 合 成 技 术 固化 高放 废物‘ 则采用 负 合 成 反应 制 取 钙 钦 矿 办固化 ，， ， 这 种 固化 方法 具 有 反应 迅速 、 能耗 小 、 设 备 简 单 、 操 作 方 便 等特 点 因 为铭 是 高放 废物 中重 要 核 素 ， 因此 本 课 题 采 用 的 同位 素 作 为模拟 核素 元 素进 行研 究 在 实验 中选 取 旧 作 为氧 化 剂 ， 以提 高 反应 绝 热 温 度 ， 促 使 合 成 反 应 完 全 在 液 下 进 行 ， 提 高 生成 物 的密 度 和 均 匀 性 ， 进 一 步提 高 固化 效 果 收稿 日期 一 张 瑞珠 女 ， 岁 ， 博士 研 究生 国家 自然科学 基 金 资助项 目 实验 采 用 三 氧化 铬 、 钦粉 、 氧 化 钙 、 二 氧化钦 作为 原 料 见 表 以三 氧化铬 作 为氧 化 剂 ， 其 反应 方 程 如 下 心 什 首 先 将 反 应 所 需 原 料 装 入 不 锈 钢 球 磨 罐 磨 至 目以下 ， 过 筛 后 按 ， ， 和 的物 质 的量 的 比 混合 根 据 各 自相对 分 子 质 量 及 含 量 ， 可 求 出质 量 分 数 加 入 不 同配 比 的 ， 其 他 粉 料 的质 量 分 数 随着 加 入 的 的质 量 分数 增 加 而 相 应 的减 少 按 上述所 计 算 的质 量 分 数 混 粉 ， 装 入 球 磨 罐 ， 球 磨 ， 将 粉 料 取 出倒 入 深 色 密 封 瓶 ， 在 阴凉 干 燥 处 保 存 表 原 料 的 性质 原料 纯 度 粒 度 目 一 一 取 混 料 装 入 中 的模 具 内 ， 在 一 油压 机上 制 成 压 坯 ， 冷 压 成 型得 到预 制 块 ， 将 预 制 块 放 入 自蔓 延 高温 合 成 准 等 静 压 反 应 器 装 置 中 并 置 于 粉 末 混 合 态 化 学 反应 介 质 中如 图 所 示 ， 合成 时 首先 引发 介 质 中 的放 热 化 学 反应 实验 中为 了减 少 热 量 散 失 ， 加 入 一 定 量 的 ， 以提 高放 热 量 ， 使 反 应 能顺 利 进 行 ， 利 用 其 高速放 热将试样迅速 加热 到 高温 ， 并 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．009

486· 北京科技大学学报 2004年第5期 引发试样内部整体同时燃烧合成.反应结束即得 用扫描电镜配能谱仪分析，用X射线衍射仪(Cu 到钙钛矿固化体，待冷却后卸压取出样品.根据 K。,=0.15406nm)分析固化体的矿相组成"，从而 SO不同的配比，分别制备不同的试样，进行结 确定SO的最大包容量.研究结果表明，不同的 构和性能研究. 保温时间、压力、温度等所得到的试样的性能不 + 同.以SHS方式合成CaTiO,的最佳条件为：燃烧 温度T.=2945~3000K,燃烧速度.=1-2mm/s、燃 点火装置 烧时间=2-3s,压力P=19MPa. 收nnn 2.1物理性能 制备的5种不同包容量的钙钛矿人造岩石固 压坯 化体的物理性能见表2.它们均具有较好特性，其 高放热材料 密度均大于4.2gcm3,显气孔率小于0.2%，硬度大 保温材料 于HV950.结果与实际矿相吻合，也与最初的设 计目标基本一致. 钢模 表2钙钛矿人造岩石固化体的物理性能 图1试验装置示意图 Table 2 Physical properties of perovskite synrock Fig.1 Schematic diagram of the reaction vessel for com 样品wo/% bustion synthesis p/gcm)显气孔率% HV 10 4.44 0.12 970.2 图2为SHS加压致密化过程中的温度一时 2 20 4.60 0.18 990.5 间一状态图(TTSD)m,利用该图分析混合粉达到 3 30 4.26 0.15 1038 致密的条件.1=0s时，压坯开始燃烧，随着燃烧 4 35 4.52 0.14 1089 5 过程的进行，压坯温度迅速升高：当反应结束时， 40 4.20 0.25 965.7 试样温度达到最高值T:而后，由于热量散失，试 2.2浸出率 样温度随时间延长而逐渐降低.若要使材料致 浸出率通常采用MCC-1法和MCC-2法测 密，可采用提高反应的绝热燃烧温度、改善压坯 定，用去离子水和蒸馏水和模拟地下水作浸泡 保温条件、压力、压坯预先排气处理以及在反应 液，由于人造岩石浸出率极低，在浸出液中元素 物中加入低熔点粘结相等. 的浓度往往低于检出极限，不易准确测定，所以 现在较多用粉末样品的PCT法.取1g100-200 目样品置于10mL浸泡液中（于90℃浸泡7d), T A/(样品表面积与浸泡液体积之比)提高到2000 m,增加浸出量，便于检测. 浸出液中元素的测定一般用ICP/MS或ICP/ OE$(感应耦合等离子质谱或感应耦合等离子光 制 区 区 区 学发射光谱)来分析，计算出归一化元素浸出率 或质量浸出率，实验的浸出率(gm2d):钙钛矿中 10%Sr0,2.1×10-:20%Sr0,2.8×10-,30%Sr0,5.33 时间/s ×10-;35%Sr0,7.94×10-3:玻璃90-19U,12±0.4. 图2SHS加压致密化过程的温度一时间一状态图 Fig.2 Temperature during SHS immobilization with load 不同配比的固化体浸出率皆小于1.0g(m2d), 明显小于玻璃固化体（比玻璃固化体低2~3数量 2结果和讨论 级).实验温度90℃，浸泡7d,去离子水，A/V= 1000m.实验结果表明，钙钛矿的浸出率低，固 人造岩石固化体经切片、打磨、抛光后进行 化效果好. 性能测试.固化体样品体积密度p采用排水法测 2.3物相组成 定，样品维氏硬度HV采用台式维氏硬度计测定， 由方程(1)反应产物的X射线衍射分析表明， 浸出率用MCC-1法和MCC-2法测量，微观结构 有类立方晶体晶格结构的钙钛矿(CaTiO)形成

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 引发试样 内部整 体 同时燃烧 合成 反应 结束 即得 到钙 钦矿 固化 体 ， 待 冷 却后 卸压 取 出样 品 根 据 旧 不 同的配 比 ， 分 别 制备 不 同的试样 ， 进 行 结 构和 性 能研 究 点火装置 压坯 高放热材料 保温材 … 一洲 们 臀 用 扫 描 电镜 配 能谱 仪 分析 ， 用 射 线衍射 仪 凡 ，又 分 析 固化 体 的矿 相组成 ， 从而 确 定 的最 大 包容 量 研 究结果表 明 ， 不 同的 保温 时 间 、 压 力 、 温 度 等 所 得 到 的试 样 的性 能不 同 以 方 式合成 ， 的最 佳 条件 为 燃 烧 温 度 二 一 ， 燃烧 速 度 一 耐 、 燃 烧 时 间九 ， 压 力尸 物 理 性 能 制备 的 种不 同包 容 量 的钙 钦矿 人造岩 石 固 化 体 的物理性 能 见表 它们均 具有较好特 性 ， 其 密度均 大 于 ， 显 气 孔率小 于 ， 硬度 大 于 结 果 与 实 际矿 相 吻 合 ， 也 与最 初 的设 计 目标 基 本 一致 图 试验装盖 示 意 图 · 表 钙钦 矿 人造 岩 石 固 化体 的物 理 性 能 勿 垃 样 品 副 ’ 一 显 气孔率 ，‘，凡 八亡︸飞 图 为 加 压 致 密化 过 程 中 的温 度一 时 间一状态 图 ‘，” ， 利 用 该 图分析 混 合粉达 到 致 密 的条件 时 ， 压 坯 开 始 燃烧 ， 随着燃烧 过程 的进 行 ， 压 坯温 度 迅速 升 高 当反应 结束 时 ， 试 样温度 达 到最 高值 而 后 ， 由于热 量 散 失 ， 试 样 温 度 随 时 间延 长 而 逐 渐 降低 若 要 使 材 料 致 密 ， 可 采用 提 高 反应 的绝 热燃烧 温 度 、 改 善 压 坯 保 温 条件 、 压 力 、 压 坯 预 先排 气 处 理 以及 在 反应 物 中加 入低 熔 点粘 结相 等 出区一…卜汽钵排 丫嗜隔 侧明窦 而 几 九 时 间 图 加 压 致 密 化 过 程 的温 度一时间一状 态 图 · 】吐 结 果 和 讨 论 人造 岩石 固化 体经 切 片 、 打 磨 、 抛 光 后 进 行 性 能测试 固化 体 样 品体积 密度 采用 排 水 法 测 定 ， 样 品维 氏硬度 采用 台式维 氏硬度 计测 定 ， 浸 出率 用 一 法 和 一 法 测 量 ， 微观 结构 浸 出率 浸 出率通 常采 用 法 和 砚 法 测 定 ， 用 去 离 子 水 和 蒸 馏 水 和 模 拟 地 下 水 作 浸 泡 液 由于 人造 岩 石 浸 出率 极低 ， 在 浸 出液 中元 素 的浓度 往 往 低 于 检 出极 限 ， 不 易准 确 测 定 ， 所 以 现 在 较 多用 粉 末 样 品 的 法 ‘ 取 目样 品置 于 浸 泡 液 中 于 ℃ 浸 泡 ， 砚样 品表 面积 与浸 泡 液体 积 之 比 提 高到 一 ’ ，增 加浸 出量 ， 便 于 检 测 浸 出液 中元 素 的测 定一 般用 迎涯 或 感 应 祸 合 等 离 子质 谱 或 感 应 藕 合 等 离 子 光 学 发射 光 谱 来 分 析 ， 计 算 出归 一 化 元 素 浸 出率 或质量 浸 出率 实验 的浸 出率 岁 · 钙 钦矿 中 旧 ， 一 ， 一 心 ， ” 一 ， ， 一 ， 玻璃 于 ， 士 不 同 配 比 的 固 化 体 浸 出 率 皆 小 于 酬 ， · ， 明显 小于 玻璃 固化 体 比玻璃 固化 体低 一 数量 级 ‘吗 实验 温度 ℃ ， 浸 泡 ， 去 离子 水 ， 卜 一 ， 实验 结 果表 明 ， 钙钦 矿 的浸 出率低 ， 固 化 效 果 好 物 相 组 成 由方程 反应 产物 的 射线 衍 射 分析 表 明 ， 有 类 立 方 晶体 晶格 结构 的钙 钦 矿 形 成 ， 工兀

Vol.26 No.5 张瑞珠等：自蔓延高温合成钙钛矿型人造岩石固化体 ·487· 并且从图3可知，氧化锶(SO)的衍射峰在合成钙 化于CaTiO,的晶格内，主要矿相是钙钛矿，与配 钛矿固化体中完全消失，表明锶离子(S)已被固 方设计基本一致. 10 2.4矿相显微组织结构 图4是包容模拟锶核素固化体的组织分析 8 图.从图4(a)可知，灰色的基体是钙钛矿，晶界处 6 白色的析出物是C.基体为不规则多边形，晶粒 CaTi 4 尺寸在15-25m之间.图4b)表示Sr核元素均匀 地分布于钙钛矿基体中，表明Sr*与产物CaTiO 形成了均匀的固溶体，个别地方分布不均，可能 10 5070 90110 是在固化体制备过程中的团聚所致.图4(c),(@)可 28/() 知：wso35%时，试样孔隙较多晶粒较大，致密性 Fig.3 XRD pattern of a dense sample with 10%SrO 较差. (a)wso=10%的微观结构 (b)wo=10%的成分分布(c)w=10%的断口形貌 (d)wso=40%的断口形貌 图4包容锶核素固化体微组织分析图 Fig.4 Microstrutures of a dense sample with SrO in different mass fractions 2.5Sr0的最大包容量 的△H%=-1995.79 kJ.mol1 设加入xSO,则反应方程如下： 可解方程得x=13.4mol.即可求出可进行 2CrO,+3Ti+4CaO+TiO,+xSrO=4CaTiO,+2Cr+xSrO SHS反应S0的最大允许添加量wso=68%. (2) 当Sr0含量超过一定数值，即SrO与CaTio 对于上述反应可列方程： 所形成的固溶体达到饱和之后，CaTiO,将不能对 =4fC,(CaTiO,)dT+C.(Cr)dT+ 全部SO进行晶格固化，则在固化体中出现单独 xC,(SrO)dT 的SO相，而由于SO极易被水浸出，所以此时固 式中，△为生成热；Cp为比热容：T。为绝热燃烧 化体的性能会大大降低，故在固化体中不出现 温度.由已知仅当反应绝热温度T≥1800K时， S0相的临界含量为钙钛矿对SO的最大包容 自蔓延高温合成反应才可自我维持，及式中求出 量，即SO最大包容量.图5是包容模拟锶核素固 (b) 000046160.0KV66.0cm 000053160.0kV66.am 图5包容锶核素固化体的扫描电镜和衍射花样.()ws=35%,b)ws心=40% Fig.5 SEM/EDS pattern of a dense sample:(a)35%SrO in mass fraction;(b)40%SrO in mass fraction

匕】 张瑞珠 等 自蔓延 高温 合成钙钦 矿 型 人造 岩石 固化体 并且 从 图 可 知 ， 氧 化铭 心 的衍射 峰在 合 成 钙 钦矿 固化 体 中完全 消 失 ， 表 明银 离 子 广 已 被 固 日‘︺一 工 、 、 、 的 头、 。 际满词认训枷志钟扁一一 日 口 图 固 化 体 的 射线 衍射分析 化 于 ， 的 晶格 内 ， 主 要矿 相 是 钙 钦矿 ， 与配 方 设 计 基 本 一 致 矿 相 显 微 组 织 结构 图 是 包 容 模 拟 鳃 核 素 固化 体 的组 织 分 析 图 从 图 可 知 ， 灰 色 的基 体 是 钙 钦 矿 ， 晶界 处 白色 的析 出物 是 基 体 为 不 规 则 多边 形 ， 晶粒 尺 寸 在 一 娜之 间 图 灿 表 示 核 元 素均 匀 地 分 布 于 钙 钦 矿 基 体 中 ， 表 明 户与产 物 形 成 了均 匀 的 固溶 体 个别 地 方 分 布 不 均 ， 可 能 是 在 固化 体制 备过程 中 的 团聚 所 致 图 ， 可 知 时 ， 固化 体 孔 隙较 少 ， 基 体 致 密 。 时 ， 试 样 孔 隙较 多 晶粒 较 大 ， 致 密性 较 差 。 田 傲 祝 结 构 的最 大 包容 量 。 田 成 分 分 巾 。 为 田 助 曰 烙 貌 旧 碍 田 助 日 邝 貌 图 包 容锯 核素 固 化体 微组织 分 析 图 初 月触 ， 的乙斌叨 一 · 一 ， 设 加 入 ， 则 反 应 方 程 如 下 州〕 十 饮 阵 十工 对 于 上 述 反应 可 列 方程 呱 。 一 工二 ‘ 工二 工二 。 式 中 ， 山斌 ，。 为生 成热 为 比热 容 几 为绝 热燃烧 温 度 由 已 知 仅 当反 应 绝 热 温 度 时 ， 自蔓延 高温 合 成 反应 才 可 自我 维 持 ， 及 式 中求 出 可 解 方 程 得 即 可 求 出 可 进 行 反 应 的最 大 允 许 添 加 量 二 当 含 量 超 过 一 定 数值 ， 即 与 认 所 形 成 的 固溶 体达 到饱 和 之 后 ， ，将 不 能对 全 部 旧 进 行 晶格 固化 ， 则 在 固化 体 中 出现 单独 的 旧 相 ， 而 由于 极 易被 水 浸 出 ， 所 以此 时 固 化 体 的 性 能 会 大 大 降低 故 在 固化 体 中不 出现 旧 相 的 临界 含 量 为 钙 钦矿 对 的最 大 包 容 量 ， 即 最 大 包 容 量 图 是 包 容 模拟 锯 核 素 固 图 包 答 聪极素 固 化 体 的 扫 描 电锐和 衍射 花 样 〕 ，叹 、 柱。 。 伪

·488· 北京科技大学学报 2004年第5期 化体的透射电镜图.当ws0≤35%，只有一套衍射 技情报，2000,19(3)：73 花样经计算得知是钙钛矿：当wso>35%时，出现 5罗上庚，李学群.中国放射性废物处理处置状况一 两套衍射花样计算得知除了钙钛矿以外，有S0 放射性废物管理（四）M.北京：原子能出版社，1995 6 Wallace W,Schulz E.Philip H.Chemical Pretreatment of 出现，说明加入的wso超过了固化体的最大包容 Nuclear Waste for Disposal [M].New York and London: 量，多余的SO有游离于晶格中.由此得出结论： Plenum Plenum Press,1994.12 钙钛矿对S“的最大包容量是35%. 7 Ringwood A E,Kesson S E,Reeve K D,et al.Synrroc [A].Lutze W,Ewing R C.Radioactive Waste Forms for 3结论 the Forture [M].Armsterdam:North Holland,1988.233 8 Muthuraman M,Arul Dhas N,Patil K C.Commbustion (I)利用自蔓延高温合成技术，成功合成了能 synthesis of oxide materials for nuclear waste immobiliza- 固化放射性废物中锶核素的钙钛矿， tion [J].Bull Mater Sci,1994,17(6):977 (2)钙钛矿人造岩石固化锶核素具有较高的 9 Borovinskaya I P,Barinova T V,Ratnikov V I,et al.Con- 密度和包容量，是固化高放废物和进行最终地质 solidation of radioactives waste into mineral-like ma- 处置的理想固化体， terial by the SHS method [J].Int J SHS,1998,7(1):129 10 BarinovaT V,Borovinskaya I P,Atnikov VIR,et al.SHS 参考文献 immobilization of radioac tive wastes [J].Kay Eng Mater, 1谈成龙.固体废物、放射性废物处置及环境评估) 2002,217:193 铀矿地质，2002,16(4：247 11股声.燃烧合成M.北京：冶金工业出版社，1999.6 2 Weber WJ,Ewing R C,Angell CA,et al.Radiation effects 12杨建文，汤宝龙，罗上庚.富烧绿石型人造岩石固化 in glasses used for immobilization of high-level waste and 模拟锕系元素废液的研究核切，化学与放射化学， plutonium disposition.[J].J Mater Res,1997,12:1946 2000,22(3):178 3 Weber W J,Ewing R C,Catlow C R A,et al.Radiarion 13 Jantzen C M.Bibler N E,Beam D C.et al.Standard Test effects on crystalline ceramics for the immobilization of Method Relative to Durability of Nuclear Waste Glasses high-level waste and plutonium [J].J Mater Res,1998,13: [S].USA:PCT,1991.30 1434 14罗上庚.回归自然一人造岩石固化放射性废物) 4何涌.高放射性废物矿物固化体的特性[)].地质科 自然杂志，1998,20(2：87 Synthesis of Perovskite Synroc by SHS for Immobilization of High Level Radio- active ZHANG Ruizhu2,GUO Zhimeng",JIA Chengchang",LU Guangfeng",ZHANG Hua 1)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)North China Listitute of Water Conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou 450045,China 3)China Institute of Atomic Energy,Beijing 102413,China ABSTRACT Perovskite synroc samples were synthesized by Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS)and their properties,including leach rate,density,microhardness and the largest High Level radioactive Waste (HLW)content held in the samples,were tested by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.The results indicat that the Sr-CaTiO,compound with high density are formed and the largest SrO content in the compound can reach 35%in mass fraction.It can be concluded that the perovskite synroc is a perfect material to immobilize HLW. KEY WORDS perovskite;high level radioactive waste;immobilization;self-propagating high-temperatures syn- thesis

心朋 北 京 科 技 化 体 的透 射 电镜 图 当 。 ‘ ， 只 有 一 套衍 射 花 样经 计 算得 知 是钙 钦 矿 当 时 ， 出现 两 套衍 射 花 样计 算 得知 除 了钙 钦矿 以外 ， 有 出现 ， 说 明加 入 的 知超 过 了 固化 体 的最 大 包 容 量 ， 多余 的 有 游 离于 晶格 中 由此 得 出结论 钙 钦矿 对 广 的最 大 包 容量 是 结论 利用 自蔓延 高温合 成 技 术 ， 成 功合 成 了能 固化 放射 性废 物 中铭 核 素 的钙 钦矿 钙 钦矿 人 造 岩 石 固化 铭 核素 具 有 较 高 的 密度 和 包 容量 ， 是 固化 高放 废物 和进行 最 终地质 处 置 的理想 固化 体 参 考 文 献 谈成 龙 固体废物 、 放 射性 废物处 置 及 环 境评 估 铀矿 地 质 ， ， 七 ， ， ， 么 而 一 ， 助 ， ， 认殆 ， ， ， 如 加 一 ， ， 何 涌 高放 射性 废物矿物 固化 体 的特性 地 质科 大 学 学 报 年 第 期 技情报 ， ， 罗上庚 ， 李学群 中国放射性废物处 理 处 置 状况 放 射性废物管 理 四 北 京 原子 能 出版 社 ， － 认 ， ’ 比 研 ， ， ， ， ， 台 ， 田爪 ， ， ， ， ， ， ， 一 议 ， ， ， ， 民 即 习 ， ， 殷 声 燃烧合成 【 』北 京 冶金 工 业 出版社 ， 卯 杨 建文 ， 汤 宝 龙 ， 罗上庚 富烧 绿石 型人造岩石 固化 模拟 钢系元 素废液 的研 究核 闭 化 学与 放射 化 学 ， ， 」 ， ， ， 叭 ， ， 罗 上庚 回归 自然－ 人造岩石 固化 放射性 废物 自然 杂志 ， ， 幻 月只刀 ， ， ’， 乙 叮 ，， 扭 雌 ，， ” ’ 馆 ，， 子丈咬刃 ， 即“ ， 罗 ， 吨 ， 研 ， 山 ， 玩 罗 ， ， 访 田叭 一 汀 币 ， 即 ， ， 节 刃 田 ， 勿 伍 广 一 ， 电 心 扣叮 贻 以