Химическая устойчивость фосфата CsZr2(PO4)3 со структурой коснарита в различных средах
- Authors: Алексеева Л.1, Нохрин А.1, Орлова А.1, Болдин М.1, Воронин А.1, Мурашов А.1, Чувильдеев В.1
-
Affiliations:
- Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Issue: Vol 59, No 9 (2023)
- Pages: 1060-1066
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/249402
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23090026
- EDN: https://elibrary.ru/GFGANE
- ID: 249402
Cite item
Abstract
Фосфат CsZr2(PO4)3 со структурой минерала коснарита получен золь–гель-методом при 900°C. Методом электроимпульсного плазменного спекания получена керамика на основе исследуемого фосфата. Относительная плотность керамики составила 75.5%. Изучена химическая устойчивость керамических образцов в статическом режиме при 90°C в дистиллированной и минеральной водах, а также в слабокислой и слабощелочной средах. Достигнутые минимальные скорости выщелачивания Cs составили ~10–4–10–5 г/(см2 сут). Изучено влияние контактной среды на механизм выщелачивания цезия из керамики CsZr2(PO4)3.
About the authors
Л. Алексеева
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Author for correspondence.
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
А. Нохрин
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
А. Орлова
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
М. Болдин
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
А. Воронин
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
А. Мурашов
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
В. Чувильдеев
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: golovkina_lyudmila@mail.ru
Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
References
- Donald I.W., Metcalfe B.L., Taylor R.N.J. The Immobilization of High Level Radioactive Wastes Using Ceramics and Glasses // J. Mater. Sci. 1997. V. 32. P. 5851–5887. https://doi.org/10.1023/A:1018646507438
- Stefanovsky S.V., Yudintsev S.V., Gieré R., Lumpkin G.R. Nuclear Waste Forms // Energy, Waste and Environment: Geological Society of London Special Publications. 2004. V. 236. P. 37–63. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.2004.236.01.0
- Liu H., Wang H., Zhao J., Li J., Zhang X., Yang J., Zhu Y., Xie R., Zheng K., Huang H., Huo J. Immobilization of Cs and Sr within Perovskite-Type Ba0.7-ySry(La, Cs)0.3ZrO3 Glass/Ceramic Composite Waste Form // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 23. Part A. P. 34298–34307. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.08.007
- Liu Q., Feng L., Sun Y., Fang S., Zhang Z., Han N., Wang J., Zhang C., Wang T. Effects of Phosphate Glass on Cs+ Immobilization in Geopolymer Glass-Ceramics // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 4. P. 6545–6553. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.10.113
- Fang S., Sun Y., Feng L., Liu Q., Zhang Z., Han N., Wang P., Zhou Y., Wang J., Zhang C., Wang T. Effects of Borosilicate Glass on Pollucite Crystallization and Cs+ Immobilization in Geopolymer Materials // J. Non-Cryst. Solids. 2022. V. 595. P. 121836. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121836
- Yang Y., Cao X., Shi L., Zhang Z., Wang P., Li J., Sun Y., Chen S., Wang T., Ma L., Peng S. Thermal Evolution Effects on the Properties of Converting Cs-Polluted Soil into Pollucite-Base Glass-Ceramics for Radioactive Cesium Immobilization // J. Materiomics. 2021. V. 7. № 6. P. 1335–1343. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2021.01.001
- Yang Y., Wang T., Zhang Z., Ke Z., Shan C., Cao X., Ma L., Peng S. A Novel Method to Convert Cs-Polluted sSoil into Pollucite-Base Glass-Ceramics for Cs Immobilization // Chem. Eng. J. 2020. V. 385. P. 123844. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123844
- He P., Fu S., Wang M., Duan X., Wang Q., Li D., Yang Z., Jia D., Zhou Y. B2O3-Assisted Low-Temperature Crystallization of Pollucite Structures and Their Potential Applications in Cs+ Immobilization // J. Nucl. Mater. 2020. V. 540. P. 152314. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152314
- Wang J., Wei Y., Wang J., Zhang X., Wang Y., Li N. Simultaneous Immobilization of Radionuclides Sr and Cs by Sodium Zirconium Phosphate Type Ceramics and Its Chemical Durability // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 9. P. 12772–12778. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.147
- Jing Z., Yuan Y., Hao W., Miao J. Synthesis of Pollucite with Cs-Polluted Incineration Ash Mixed with Soil for Immobilization of Radioactive Cs // J. Nucl. Mater. 2018. V. 510. P. 141–148. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.07.047
- Grote R., Hong T., Shuller-Nickles L., Amoroso J., Tang M., Brinkman K.S. Radiation Tolerant Ceramics for Nuclear Waste Immobilization: Structure and Stability of Cesium Containing Hollandite of the Form (Ba,Cs)1.33(Zn,Ti)8O16 and (Ba,Cs)1.33(Ga,Ti)8O16 // J. Nucl. Mater. 2019. V. 518. P. 166–176. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.03.005
- Fang Z., Xu X., Yang X., Xie H., Zhao X., Wang B., Zhao D., Yang Y. Structural Stability and Aqueous Durability of Cs Incorporation into BaAl2Ti6O16 Hollandite // J. Nucl. Mater. 2022. V. 565. P. 153716. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153716
- Orlova A.I. Crystalline Phosphates for HLW Immobilization – Composition, Structure, Properties and Production of Ceramics. Spark Plasma Sintering as a Promising Sintering Technology // J. Nucl. Mater. 2022. V. 559. P. 153407. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153407
- Петьков В.И., Асабина Е.А., Лукутцов А.А., Корчемкин И.В., Алексеев А.А., Демарин В.Т. Иммобилизация цезия в минералоподобные матрицы со структурой тридимита, коснарита, лангбейнита // Радиохимия. 2015. Т. 57. № 6. С. 540–546.
- Nomura N., Kikawada Y., Oi T. Immobilization of Cesium by Zirconium Phosphate // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2015. V. 304. P. 683–691. https://doi.org/10.1007/s10967-014-3853-z
- Chen S., Guo J.-F., Xu B., Sun X.-W. Sintering of Metakaolin-Based Na-Pollucite Ceramics and Their Immobilization of Cs // Ann. Nucl. Energy. 2020. V. 145. P. 107595. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107595
- Орлова А.И., Трошин А.Н., Михайлов Д.А., Чувильдеев В.Н., Болдин М.С., Сахаров Н.В., Нохрин А.В., Скуратов В.А., Кирилкин Н.С. Фосфорсодержащие соединения цезия со структурой поллуцита. Получение высокоплотной керамики и ее радиационные испытания // Радиохимия. 2014. Т. 56. № 1. С. 87–92.
- Balaji D., Kumar S.P. Langbeinite Phosphosilicates K2–xCsxZr2P2SiO12 (x = 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0) for Cesium Encapsulation; Synthesis, Chemical Durability and Thermal Expansion Study // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 20. P. 28951–28959. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.07.055
- Орлова А.И., Корытцева А.К., Логинова Е.Е. Семейство фосфатов со структурой лангбейнита. Кристаллохимический аспект иммобилизации радиоактивных отходов // Радиохимия. 2011. Т. 53. № 1. С. 48–57
- Montel J.-M. Minerals and Design of New Waste Forms for Conditioning Nuclear Waste // C. R. Geoscience. 2011. V. 343. P. 230–236.
- Scheetz B.E., Agrawal D.K., Breval E., Roy R. Sodium Zirconium–Phosphate (NZP) as a Host Structure for Nuclear Waste Immobilization: A Review // Waste Manag. 1994. V. 14. P. 489–505.
- Asabina E.A., Pet’kov V.I. Synthesis, Structural Study and Thermal Expansion of Cesium Dititanium Tris(Phosphate) // Eurasian Chem. Technol. J. 2010. V. 12. № 3–4. P. 189–194.
- Salvato D., Vigier J.-F., Cologna M., Luzzi L., Somers J., Tyrpekl V. Spark Plasma Sintering of Fine Uranium Carbide Powder // Ceram. Int. 2017. V. 43. № 1. Part A. P. 866. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.09.136
- Yang K., Kardoulaki E., Zhao D., Broussard A., Metzger K., White J.T., Sivack M.R., Mcclellan K.J., Lahoda E.J., Lian J. Uranium Nitride (UN) Pellets with Controllable Microstructure and Phase – Fabrication by Spark Plasma Sintering and Their Thermal-Mechanical and Oxidation Properties // J. Nucl. Mater. 2021. V. 557. P. 153272. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153272
- Chakraborty N., Basu D., Fisher W. Thermal Expansion of Ca1–xSrxZr4(PO4)6 Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2005. V. 25. P. 1885–1893. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2004.06.019
- Orlova A.I., Volgutov V.Yu., Mikhailov D.A., Bykov D.M., Skuratov V.A., Chuvil’deev V.N., Nokhrin A.V., Boldin M.S., Sakharov N.V. Phosphate Ca1/4Sr1/4Zr2(PO4)3 of the NaZr2(PO4)3 Structure Type: Synthesis of a Dense Ceramic Material and Its Radiation Testing // J. Nucl. Mater. 2014. V. 446. № 1–3. P. 232–239. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.11.025
- De Groot G.J., Van der Sloot H.A. Determination of Leaching Characteristics of Waste Minerals Leading to Environmental Product Certification // Stabilization and Solidification of Hazardous, Radioactive and Mixed Wastes / Eds. Gilliam T.M., Wiles C.C. V. 2. Philadelphia: ASTM, 1992. P. 149–170.
- Torras J., Buj I., Rovira M., de Pablo J. Semi-Dynamic Leaching Tests of Nickel Containing Wastes Stabilized/Solidified with Magnesium Potassium Phosphate Cements // J. Hazard. Mater. 2011. V. 186. P. 1954–1960. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.12.093
- Xue Q., Wang P., Li J.-S., Zhang T.-T., Wang S.-Y. Investigation of the Leaching Behavior of Lead in Stabilized/Solidified Waste Using a Two-Year Semi-Dynamic Leaching Test // Chemosphere. 2017. V. 166. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.09.059
- Орлова В.А., Козлов П.В., Джевелло К.А., Балакина В.А., Беланова Е.А., Галузин Д.Д., Ремизов М.Б. Фазообразование в фосфатных и боросиликатных стеклах, содержащих железо, хром, никель и серу // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. С. 890–897. https://doi.org/10.1134/S0002337X19080116