СИНТЕЗ, ИЗОМОРФНАЯ ЕМКОСТЬ И СВОЙСТВА ФАЗ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ BaO-SrO-Cs2O-Al2O3-TiO2 СО СТРУКТУРОЙ ГОЛЛАНДИТА

Сакулина Е.С.

СПбГТУ, г. Санкт-Петербург


Масштабное развитие атомной энергетики предполагает наличие эффективных и экономичных технологий переработки радиоактивных отходов (РАО). Процесс SYNROC (Synthetic Rock) предназначен для связывания долгоживущих РАО в виде твердых растворов на основе фаз, реализующихся в системе TiO2-BaO-ZrO2-Al2O3-CaO-SrO-Cs2O и представляющих собой, главным образом, титанаты группы голландита — BaAl2Ti6O16, перовскит — CaTiO3, цирконолит — CaZrTi2O7. Имеющиеся к настоящему времени данные показывают, что большой спектр катионов долгоживущих РАО может быть встроен в кристаллические решетки этих фаз, причем твердые растворы на основе перечисленных фаз проявляют необычайно высокую устойчивость к гидротермальному выщелачиванию элементов в области температур 300-10000С и давлений 30-500 МПа.

В работе проведен теоретический анализ возможности изоморфного замещения ионов бария в структуре голландита BaAl2Ti6O16 на ряд катионов — потенциальных составляющих долгоживущих РАО. Экспериментально определены области стабильности структуры голландита на основе BaAl2Ti6O16 при изоморфном замещении ионов Ba2+ на Sr2+ и Cs+. Выявлено наличие областей изоморфной смешиваемости при замене ионов бария на ионы цезия и стронция.

 Методами дериватографического анализа и «изотермического отжига-закалки» изучена кинетика процесса образования голландитовых твердых растворов. Показано, что синтез голландитовой структуры протекает через ряд промежуточных соединений. Выявлены оптимальные режимы синтеза в зависимости от состава твердых растворов.

Исследован процесс спекания синтезированных голландитовых фаз. Показано, что введение Sr- и Cs-составляющих в голландит понижает его температуру спекания и позволяет при относительно невысоких температурах получать плотную керамику.

Эксперименты по выщелачиванию компонентов голландитовых фаз показали преимущество данного метода иммобилизации РАО по сравнению с использованием для этих целей стеклообразных матриц.

Автор выражает благодарность за полезные консультации и помощь в работе д.х.н. Л.Ф.Григорьевой, д.х.н В.В.Гусарову и к.х.н. С.А.Петрову.