D01:10.13374j.isml00103x2006.04.015 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 SrTio3固化高放废物浸出性能 张瑞珠2》郭志猛) 罗骥》 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 摘要研究了钛酸锶(ST03)固化体浸出性能的影响因素.采用MCC-1浸出法分析了钛酸锶 的浸出率.实验结果表明：STi0:中各种元素的浸出率随时间延长而减小，且都小于Q1g"m2, 一1，比玻璃固化体浸出率要低2~3个数量级：钛酸锶的化学稳定性好，是比较好的高放废物固化 体. 关键词钙钛矿：固化：浸出率：高放废物 分类号TB321:X771 对高放废物(High lever radioactivew astes 5005%9.66%:按上述所计算的质量比混粉，装 HLW)采用钛酸盐固化体进行深底层处置是目 入球磨罐球磨30min,将粉料取出倒入深色密封 前研究较多且较为切实可行的方法1，钛酸盐 瓶。在阴凉干燥处保存. 固化体与地下水接触时，放射性核素被浸出并随 取30g混合粉点火燃烧合成反应就从点火 着地下水循环而进入生物圈，对人类的健康产生 处自发的蔓延开去，直至反应物料耗尽为止，即生 了极大的危害.因而，钛酸盐固化体的浸出性能 成包容了核废料的SrTO3粉末.然后将SrTiO3 (即化学稳定性)是废物处置中必须考虑的关键因 粉末与铝热剂按一定比例混合，制坯.放入SHS一 素之一.目前，各种固化体性能主要通过浸出实 PIP加压致密化装置中，通过铝热反应放热熔化 验评定，但有关其浸出行为研究的报道较少4匀. SrTO3粉同时进行致密化，冷却后得到固结体. 李利宇等的研究表明(：钛酸盐陶瓷固化体具有 铝热反应方程为： 很好的浸出稳定性.由于高放废物的组织不同、 Fe203+2Al-2Fe+Ak03+ (4) 固化工艺过程的差异以及环境的变化等都会使固 12容器的准备 化体的浸出行为有较大的变化79，对固化体的 浸出容器和盖需进行严格清洗，先后用质量 浸出行为进行系统研究对于废物的安全性评价是 分数为90%，1%HN03及90℃去离子水处理直 十分必要的 至容器内去离子水pH值合格，最后90℃烘干备 用. 1 实验 13MCC-1浸出实验 11钛酸锶固化体的制备0 MCC-1是美国材料实验中心推荐的静态浸 采用三氧化铬、钛粉、氧化锶、二氧化钛作为 泡方法山.用感应耦合等离子发射仪ICP)分析 原料，以三氧化铬作为氧化剂，其反应方程为： 浸出液并测定主要元素的浓度.将事先制备好的 Cr03+3Ti+4S10+Ti02=4SrTi03+2Cr+0 SrTi03固化体样品用切片机切成10mmX10mm ×2mm的样片，抛光表面，在超声波条件下用去 (3) 反应所需原料装入不锈钢球磨罐磨至200目 离子水清洗3min,再用乙醇清洗3mim.最后将清 以下，过筛后按CrO3TiS0TiO2(物质的量的 洗干净的样片放入110士2℃的烘箱中烘干，至恒 重后备用. 比)=2341混合.根据各自相对分子质量及 取三个相同的容器，每个容器放入一个样片， 含量，可求出质量比为24.15%：17.35%： 按照S/V=20m1的比例加入(S为样片的表面 收稿日期：2005-01-13修回日期：3005-05-08 积，V为水的体积).浸出剂为去离子水.将抛 基金项目：国家自然基金资助项目No.20476008) 光、清洗后的样片用不锈钢丝悬挂于容器中（不接 作者简介：张瑞珠(1963一)，女，博士研究生：郭志猛(1959-)， 男。教授，博士生导师 触容器的底部)：然后，将适量的浸泡剂注入容器SrTiO3 固化高放废物浸出性能 张瑞珠 1, 2) 郭志猛 1) 罗 骥 1) 1)北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 2)华北水利水电学院, 郑州 450045 摘 要 研究了钛酸锶(SrTiO3)固化体浸出性能的影响因素.采用 MCC-1 浸出法, 分析了钛酸锶 的浸出率.实验结果表明:SrTiO3 中各种元素的浸出率随时间延长而减小, 且都小于 0.1 g·m -2· d -1 , 比玻璃固化体浸出率要低 2 ～ 3 个数量级;钛酸锶的化学稳定性好, 是比较好的高放废物固化 体. 关键词 钙钛矿;固化;浸出率;高放废物 分类号 TB321 ;X 771 收稿日期:2005 01 13 修回日期:2005 05 08 基金项目:国家自然基金资助项目(No .20476008) 作者简介:张瑞珠(1963—), 女, 博士研究生;郭志猛(1959—), 男, 教授, 博士生导师 对高放废物(High lever radioactive-w astes, HLW)采用钛酸盐固化体进行深底层处置是目 前研究较多且较为切实可行的方法 [ 1 3] , 钛酸盐 固化体与地下水接触时 ,放射性核素被浸出并随 着地下水循环而进入生物圈, 对人类的健康产生 了极大的危害.因而 , 钛酸盐固化体的浸出性能 (即化学稳定性)是废物处置中必须考虑的关键因 素之一.目前, 各种固化体性能主要通过浸出实 验评定 ,但有关其浸出行为研究的报道较少[ 4 5] . 李利宇等的研究表明[ 6] :钛酸盐陶瓷固化体具有 很好的浸出稳定性 .由于高放废物的组织不同、 固化工艺过程的差异以及环境的变化等都会使固 化体的浸出行为有较大的变化[ 7 9] , 对固化体的 浸出行为进行系统研究对于废物的安全性评价是 十分必要的. 1 实验 1.1 钛酸锶固化体的制备 [ 10] 采用三氧化铬 、钛粉 、氧化锶 、二氧化钛作为 原料 ,以三氧化铬作为氧化剂 ,其反应方程为 : CrO3 +3Ti+4SrO +TiO2 4SrTiO3 +2Cr +Q (3) 反应所需原料装入不锈钢球磨罐磨至 200 目 以下,过筛后按 CrO3∶Ti∶SrO∶TiO2(物质的量的 比)=2∶3∶4∶1 混合.根据各自相对分子质量及 含量 , 可 求 出 质 量 比 为 24.15 %∶17.35 %∶ 50.05 %∶9.66 %;按上述所计算的质量比混粉,装 入球磨罐, 球磨 30min ,将粉料取出倒入深色密封 瓶,在阴凉干燥处保存. 取30 g 混合粉点火燃烧, 合成反应就从点火 处自发的蔓延开去, 直至反应物料耗尽为止 ,即生 成包容了核废料的 SrTiO3 粉末 .然后将 SrTiO3 粉末与铝热剂按一定比例混合 ,制坯.放入 SHS￾PIP 加压致密化装置中, 通过铝热反应放热熔化 S rTiO3 粉同时进行致密化 , 冷却后得到固结体. 铝热反应方程为: Fe2O3 +2Al 2Fe +Al2O3 +Q (4) 1.2 容器的准备 浸出容器和盖需进行严格清洗 ,先后用质量 分数为 90 %, 1 %HNO3 及 90 ℃去离子水处理直 至容器内去离子水 pH 值合格, 最后 90 ℃烘干备 用. 1.3 MCC-1 浸出实验 M CC-1 是美国材料实验中心推荐的静态浸 泡方法[ 11] .用感应耦合等离子发射仪(ICP)分析 浸出液并测定主要元素的浓度.将事先制备好的 S rTiO3 固化体样品用切片机切成 10 mm ×10 mm ×2 mm 的样片 ,抛光表面, 在超声波条件下用去 离子水清洗 3 min ,再用乙醇清洗 3 min ,最后将清 洗干净的样片放入 110 ±2 ℃的烘箱中烘干, 至恒 重后备用 . 取三个相同的容器, 每个容器放入一个样片, 按照 S/ V =20 m -1的比例加入(S 为样片的表面 积, V 为水的体积).浸出剂为去离子水.将抛 光、清洗后的样片用不锈钢丝悬挂于容器中(不接 触容器的底部);然后 , 将适量的浸泡剂注入容器 第 28 卷 第 4 期 2006 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.4 Apr.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.04.015