【摘 要】
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针对核事故放射性废液中裂变产物（Sr）、镧系核素（La→Dy）和锕系核素（Am、Cm）分离效率低、二次废物量大、成本高等问题,本研究选用对锕系核素选择性高、载荷量大,且化学稳定性优异的水磷镧石（LaPO4·0.667H2O）作为沉淀-富集材料,系统研究了LaPO4·0.667H2O的制备技术、模拟锕系核素/裂变产物（Sr）在LaPO4·0.667H2O中的赋存状态及其固溶体的长期化学稳定性等关键科
【基金项目】
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国家自然科学基金“水磷铈石沉淀富集模拟锕系核素及其独居石固化体的溶蚀机制研究”（基金编号:12105236）；
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针对核事故放射性废液中裂变产物（Sr）、镧系核素（La→Dy）和锕系核素（Am、Cm）分离效率低、二次废物量大、成本高等问题,本研究选用对锕系核素选择性高、载荷量大,且化学稳定性优异的水磷镧石（LaPO4·0.667H2O）作为沉淀-富集材料,系统研究了LaPO4·0.667H2O的制备技术、模拟锕系核素/裂变产物（Sr）在LaPO4·0.667H2O中的赋存状态及其固溶体的长期化学稳定性等关键科学技术问题,为水磷镧石富集分离-独居石固化核泄漏废水中的锕系核素、裂变核素Sr奠定基础。La3+的沉淀效率非常高,反应1 h后La3+的沉淀率达到95%以上,反应24 h后沉淀率达到98%以上,增加溶液pH值、温度和降低起始浓度可提高La3+的沉淀效率（沉淀速度和沉淀率）;沉淀产物LaPO4·0.667H2O为纳米棒状体,改变合成条件可以调控沉淀产物的物相组成、晶粒尺寸和分布情况;LaPO4·0.667H2O结构稳定性和脱水吸附可逆性良好,其晶型转变过程为LnPO4·0.667H2O（?）LnPO4·0.5H2O（?）LnPO4（?）独居石。阐明了Sr2+/Th4+在LaPO4·0.667H2O晶体中的固溶规律,研究了Th0.1Sr0.1La0.8PO4.0.667H2O、Th0.1Sr0.1La0.8PO4固溶体在90℃/pH=5、7、9溶液中的抗浸出性能。Sr2+/Th4+共掺时,较佳掺量为0.1,反应溶液中较佳锶钍摩尔比为2(Sr2+过量3倍以上,会形成少量第二相磷灰石),合成晶粒微区成分不均匀。Sr2+/Th4+以空位补偿的方式进入LaPO4·0.667H2O晶体结构(z La3+→x Th4++y Sr2++空位,x＞y),形成富Th相的球形晶粒,使组分逐渐偏离化学计量比;Th0.1Sr0.1La0.8PO4.0.667H2O固溶体具有良好的抗浸出性能,各元素的归一化浸出率按以下规律演变:LRSr(10-3g·m-2·d-1)＞LRLa(10-7g·m-2·d-1)≈LRTh(10-7g·m-2·d-1)。900℃热处理2 h后获得的Th0.1Sr0.1La0.8PO4独居石固溶体具有优异的化学稳定性,在90℃/pH=5的溶液中浸出稳定后,各元素的归一化浸出率维持10-6g·m-2·d-1。揭示了Nd3+/Sm3+在LaPO4·0.667H2O晶体结构中的固溶规律,以及NdxSmxLa1-2xPO4·0.667H2O（x=0.167、0.334）和NdxSmxLa1-2xPO4（x=0.167）在90℃/pH=5、7、9溶液中的抗浸出性能。模拟核素Nd、Sm与LaPO4·0.667H2O晶体结构具有良好的适配度,可获得NdxSmxLa1-2xPO4·0.667H2O（x=0～0.5）连续固溶体,固溶体的晶格体积按符合Vegard固溶定律线性减小;Nd3+、Sm3+掺杂抑制了NdxSmxLa1-2xPO4晶粒的生长晶粒微区成分不均匀;NdxSmxLa1-2xPO4·0.667H2O（x=0.167、0.334）固溶体具有良好的化学稳定性,在中性和碱性环境中抗浸出性能更优,各元素归一化浸出率按照以下规律演变:La＜Nd≈Sm。根据不同掺量的固溶体中各元素归一化浸出率的变化规律,反应出[LaO8]稳定略低于[LaO9]稳定性;经热处理后元素的浸出率降低了一个数量级。水磷镧石（LaPO4·0.667H2O）沉淀富集锕系核素、裂变核素Sr具有工艺简洁、沉淀效率高、合成条件低、适应性强等优势,特别适合核泄露放射性废液安全、快速、应急处理,同时简化了后续固化处理与处置流程。
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