摘要以模擬北山地下水為浸泡劑，采用靜態(tài)浸出試驗法(MCC-1)，研究了溫度(40～150℃)對模擬高放廢液硼硅酸鹽玻璃固化體顯微結(jié)構(gòu)和抗浸出性能的影響。結(jié)果表明：玻璃固化體浸泡42d后，在90℃及以上溫度出現(xiàn)了蜂窩狀的頁硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物，在150℃還新生成了白色板狀BaSO4晶體;Si、B、Cs和U元素的歸一化浸出率(LR)在28d后趨于平穩(wěn)，且隨著溫度升高浸出率逐漸升高;基于B元素浸出速率的表觀活化能約為27.8kJ/mol;玻璃固化體在90℃模擬地下水浸泡28d后的-1-1-1-12LRSi、LRB、LRCs、LRU分別為1.45×10、1.39×10、2.48×10、1.3×10g/(m·d)。

　　關(guān)鍵詞　硼硅酸鹽玻璃;模擬地下水;溫度;顯微結(jié)構(gòu);抗浸出性能

　　0　引言

　　針對高放廢液安全處理與處置，當(dāng)前國際上普遍接受的可行方案是將高放廢液玻璃固化后，置于由包裝容器、緩沖回填材料和圍巖等構(gòu)成的多屏障系統(tǒng)中進(jìn)行深地質(zhì)處置[1-3]。硼硅酸鹽玻璃因其良好的抗輻照性能和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，是國內(nèi)外固化高放廢液的首選基材[4]。

　　玻璃論文范例：中空玻璃在酒柜門體中的應(yīng)用及其防凝露方法

　　目前，我國已建立了第一座玻璃固化工廠，不久的將來會產(chǎn)生一定數(shù)量的玻璃固化體，開展玻璃固化體的性能評價具有十分重要的意義。在深地質(zhì)處置時，地下水是高放廢液固化體發(fā)生溶蝕最重要的因素[5]，因此抗浸出性能是評價固化體處置安全性最重要的指標(biāo)之一。由于深地質(zhì)處置環(huán)境地?zé)岬挠绊懀�加之高放玻璃固化體自身產(chǎn)生的衰變熱，將對玻璃體的腐蝕和核素的浸出產(chǎn)生重要的影響[6]。盛嘉偉等[7]采用去離子水為浸泡劑，研究了溫度對玻璃固化體總失重的影響，并計算了玻璃與水反應(yīng)的表觀活化能，但對玻璃固化體在不同溫度浸泡后的腐蝕產(chǎn)物及顯微結(jié)構(gòu)未進(jìn)行深入研究。

　　張華[8]對比研究了玻璃固化體在90℃和150℃、去離子水和模擬地下水條件下的浸出行為，結(jié)果表明溫度對玻璃固化體的浸出影響更明顯，且高溫會加速模擬地下水體系的腐蝕反應(yīng)。值得注意的是，上述針對抗浸出性能研究的基礎(chǔ)玻璃配方均采用的是上世紀(jì)90年代中國原子能研究院自主研制的配方(90-19/U或CIAE-5)，與我國現(xiàn)階段開展玻璃固化冷調(diào)試工作所采用優(yōu)化改進(jìn)后的基礎(chǔ)玻璃配方有較大的差異[10]。其中，SiO2和B2O3含量分別降低了約6%和8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，MgO含量增加了約4%，并新引入了BaO約6%。目前，關(guān)于溫度對改進(jìn)配方玻璃固化體在模擬地下水中浸泡后顯微結(jié)構(gòu)和抗浸出性能的影響尚未見報道。本文采用模擬北山地下水為浸泡劑，主要研究不同溫度(40、70、90、120、150℃)對侵蝕后玻璃固化體的表面形貌與成分的影響，并評價玻璃固化體在不同溫度下的抗浸出性能。

　　1　實驗

　　1.1　儀器與試劑

　　TCF-8-16型陶瓷纖維高溫爐，上海和羽良電子科技有限公司;AL104型電子分析天平，上海國藥化學(xué)試劑有限公司;FS-1200型超聲波儀，上海生析超聲儀器有限公司;101-1EBS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器廠;Ultra55型場發(fā)射掃描電子顯微鏡，德國蔡司公司;IC-881型離子色譜，瑞士萬通公司;AA700型原子吸收光譜儀，美國珀金埃爾默公司;Aiglent1200/7700x型等離子發(fā)射光譜質(zhì)譜儀(ICP-MS)，美國安捷倫。

　　實驗室所用的化學(xué)試劑均為分析純，都是國藥集團(tuán)北京化學(xué)試劑公司產(chǎn)品。去離子水由實驗室自制，其在25℃的電導(dǎo)率為18.25M·cm。模擬地下水是根據(jù)中國高放廢物處置庫甘肅北山預(yù)選區(qū)[11]BS03號鉆孔地下水離子成分配制的，其主要化學(xué)組成見表1。

　　1.2　固化體的制備

　　高放玻璃固化體中廢物包容量為16%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，主要由基礎(chǔ)玻璃氧化物和模擬高放廢液氧化物組成。按選定的玻璃配方，稱取相應(yīng)的試劑放入研缽中小心研碎、攪勻，放入坩堝中。在高溫爐中以5℃/min升溫到450℃，保溫2h。然后以3℃/min升溫到1050℃，保溫2h，將熔制好的玻璃液澆注到已預(yù)熱到500℃左右的10mm×10mm×10mm模具中，將澆注好的玻璃樣品在500℃退火處理2h，然后自然冷卻至室溫。再將玻璃樣品用拋光機拋光表面，并用去離子水超聲清洗3min，再用乙醇清洗3min，最后，將清洗干凈的玻璃樣品放入110℃烘箱烘干至恒重備用。

　　2　結(jié)果與討論

　　2.1　玻璃固化體在標(biāo)準(zhǔn)條件下的抗浸出性能

　　我國頒布的核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ1186—2005《放射性廢物體和廢物包容特性鑒定》[13]，要求玻璃固化體在(90±1)℃去離子水中，靜態(tài)浸泡28d單位表面積總失重應(yīng)小于125g/m，Na、B、Si、Cs和U元素歸一化浸出率應(yīng)小于21g/(m·d)。為本文制備的模擬高放玻璃固化體在90℃去離子水中各元素的歸一化浸出率隨浸泡時間的變化情況。

　　2.2　溫度對玻璃固化體在模擬地下水條件下表面物相和顯微結(jié)構(gòu)的影響

　　玻璃固化體在模擬地下水中不同溫度下浸泡42d的外觀，與原始固化體表面相比，40℃浸泡時固化體的外表面無明顯的腐蝕;70℃浸泡的固化體表面有一定程度的腐蝕，并出現(xiàn)了少量點狀沉積物;90℃時固化體表面開始出現(xiàn)較多的片狀物;隨著溫度的進(jìn)一步升高，在120℃和150℃時，固化體表面逐漸被腐蝕產(chǎn)物覆蓋。

　　3　結(jié)論

　　(1)玻璃固化體浸泡42d后，40℃時與未浸泡樣品無顯著差異，在70℃出現(xiàn)了少量點狀腐蝕產(chǎn)物，在90℃及以上溫度出現(xiàn)了蜂窩狀的頁硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物，在150℃還新生成了白色板狀BaSO4晶體。(2)B、Si、Cs和U元素的歸一化浸出率隨著溫度升高而逐漸升高，隨著浸泡時間延長逐漸降低，并在28d后趨于平穩(wěn)，基于B元素浸出速率的表觀活化能約為27.8kJ/mol。(3)玻璃固化體在90℃模擬地下水浸泡28d后的-1LRSi、LRB、LRCs、LRU分別為1.45×10、-1-1-121.39×10、2.48×10、1.3×10g/(m·d)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]NeslihanY,AsalS,SevilayH,etal.Newsolidificationmaterialsinnuclearwastemanagement[J].InternationalJournalofEngineeringTechnologies,2016,2(2):76-82.

　　[2]LeeCW,ShinS,HeoJ.Evaluationofthermalstabilityindeepgeologicalrepositoryandnuclearcriticalitysafetyofspentnuclearfuelvitrifiedinironphosphateglass[J].AnnalsofNuclearEnergy,2020,136:107055.1-107055.6.

　　[3]王駒,凌輝,陳偉明.高放廢物地質(zhì)處置庫安全特性研究[J].中國核電,2017,10(2):270-278.

　　作者：康澤　吳浪　張海洋　姚穎　王賓