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铁磷酸盐体系玻璃对高放废物中硫酸盐、氧化铬、氧化铁和其他一些重金属元素有较好的包容能力,且具有化学稳定性优异,熔融温度低和组成可调性大等特性,使该体系玻璃作为固化基础玻璃很多性能都优于硼硅酸盐玻璃。但铁磷酸盐玻璃中缺少中子吸收系数和质量吸收系数都很高的轻元素,使其在高放废物固化方面也有一些性能不如硼硅酸盐玻璃固化体(如辐照稳定性)。因此本文提出以铁硼磷体系玻璃为基础玻璃,通过XRD,红外光谱(FT-IR),质量损失速率(DR),产品一致性试验(PCT)等测试手段,研究了碱金属氧化物和铈(Ce)元素对该体系玻璃性能的影响,并用铁硼磷体系玻璃固化根据我国高放废物的一般特点模拟的一种含铈废物,初步探讨了该体系玻璃的固化性能。得到如下结论:
(1)铁硼磷体系玻璃中Na2O的含量可达20mol%,熔制温度≤1150℃,玻璃转变温度Tg>52O℃。两种碱金属氧化物同时存在于该体系玻璃对基础玻璃的化学稳定性有所降低,当两种碱金属氧化物在玻璃中含量约相等时有极值,但K2O替代玻璃中的Na2O后,玻璃的热稳定性更好。
(2)在1250℃的熔融温度下,CeO2在铁硼磷体系玻璃中的包容量为15mol%;基础玻璃中CeO2摩尔含量为15%时,试样中存在的独居石型磷酸铈晶相改善了试样的化学稳定性。玻璃(玻璃陶瓷)中磷元素主要以(P2O7)4-和(PO4)3-基团的形式存在,硼元素主要以硼氧四面体[BO4]的形式存在,仅含有极少的容易被水化的(PO3)-长链单元。
(3)铁硼磷体系玻璃对所模拟的废物包容量可达30wt%,所制备出的性能较好的玻璃固化体14d的DR值小于10-8g·cm-2.min-1,其Na元素归一划浸出量在0.2g/m2左右,玻璃转变温度Tg>525℃。基础玻璃中B2O3摩尔含量在15%~20%范围内固化体性能较好,并以用B2O3直接替代4OFe2O3-60P2O5玻璃中的Fe2O3效果最佳。