一種氟磷灰石陶瓷固化體的化學(xué)穩(wěn)定性評價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高水平放射性廢物(簡稱高放廢物）的處理和處置，涉及一種氟磷灰石 陶瓷固化體的化學(xué)穩(wěn)定性評價(jià)方法。適用于在深地質(zhì)處置環(huán)境中，次錒系高放廢物固化體 在"熱場、水流場、力場、化學(xué)場"多因素耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性評價(jià)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會能源需求的不斷增大，傳統(tǒng)化石燃料的日趨枯竭以及溫室氣體排放 控制要求的逐步提高，人類將必須面臨后續(xù)替代能源的選擇。核能作為一種安全、清潔、經(jīng) 濟(jì)的能源，有望大規(guī)模替代傳統(tǒng)的化石能源，是人類社會可持續(xù)發(fā)展必不可少的能源。然 而，隨著核能的大力開發(fā)和利用，所產(chǎn)生的高水平放射性廢物(簡稱高放廢物）也愈來愈多， 高放廢物的種類較多，化學(xué)組成復(fù)雜，特別是含有毒性大、放射性強(qiáng)、半衰期長的次錒系核 素[镎（Np)、镅（Am)、鋦（Cm)]的高放廢物，對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了極大的長期潛在 危害，其安全處置引起了當(dāng)今社會公眾的高度關(guān)注，已成為制約核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵 因素之一。
[0003] 目前，世界各國普遍采用的高放廢物處置技術(shù)如下：首先對高放廢物進(jìn)行玻璃固 化或陶瓷固化，然后將玻璃固化體或陶瓷固化體裝入廢物罐中，最后將廢物罐放入位于地 下500-1000米的深地質(zhì)處置庫中，實(shí)現(xiàn)高放廢物與生物圈的長期、安全的隔離。高放廢物 的深地質(zhì)處置庫設(shè)計(jì)壽命通常不少于一萬年，含有高放廢物的固化體在最初數(shù)百年儲存期 中產(chǎn)生的0衰變可使深地質(zhì)處置庫溫度升高到數(shù)百度，加之地下濕氣或地下水影響以及 來自內(nèi)部各種衰變對固化體的輻照損傷，高放廢物固化體的長期穩(wěn)定性和安全性將受到 嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在深地質(zhì)處置條件下，高放廢物固化體會受到熱場（Thermalfield)、水流場 (Hydrodynamicfield)、力場（Mechanicalfield)、化學(xué)場（Chemicalfield)等多因素親 合作用的影響，高放廢物固化體的穩(wěn)定性特別是化學(xué)穩(wěn)定性將會受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此，研究 高放廢物固化體在"熱場、水流場、力場、化學(xué)場"（簡稱"熱、水、力、化學(xué)"）耦合作用下的化 學(xué)穩(wěn)定性，對評價(jià)高放廢物固化體在深地質(zhì)處置環(huán)境中的長期穩(wěn)定性和安全性具有十分重 要的意義。
[0004] 氟磷灰石是地球上最穩(wěn)定的礦物之一，是迄今發(fā)現(xiàn)在自然界中能夠穩(wěn)定存在20 億年的一種礦物，具有極高的地質(zhì)穩(wěn)定性、福照穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定 性，能夠很好地滿足次錒系高放廢物對固化介質(zhì)材料的要求。氟磷灰石具有很強(qiáng)的固溶錒 系核素的能力，天然氟磷灰石通常伴生高濃度的錒系核素(釷、鈾、钚）及其放射性裂變產(chǎn) 物。根據(jù)礦物學(xué)上的類質(zhì)同象原理，次錒系核素與氟磷灰石中的鈣離子具有十分相似的離 子半徑和化學(xué)性質(zhì)，氟磷灰石可以將次錒系核素作為晶體的一部分穩(wěn)定地固定在其晶格點(diǎn) 位上，獲得的氟磷灰陶瓷固化體具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性和安全性。因此，氟磷灰石是固化高 放廢物理想的陶瓷固化基材之一，特別適合安全固化高放廢物中的具有很長半衰期的次錒 系核素[镎（Np)、镅（Am)、鋦（Cm)]?，F(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)外的科研人員僅對氟磷灰石陶瓷固 化體的合成工藝、錒系核素在氟磷灰石陶瓷固化體中的固溶量等進(jìn)行了一定的研究。然而， 針對模擬深地質(zhì)處置環(huán)境(溫度100_200°C，壓力0. 101-1. 554MPa，pH值5-9)，氟磷灰石陶 瓷固化體在"熱、水、力、化學(xué)"多因素耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性，國內(nèi)外均未見報(bào)道；對于氟 磷灰石陶瓷固化體在深地質(zhì)處置環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性，目前尚缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)以及適宜的評 價(jià)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種氟磷灰石陶瓷固化體的化 學(xué)穩(wěn)定性評價(jià)方法，特別是提供一種高放廢物固化體的模擬深地質(zhì)處置環(huán)境，研究氟磷灰 石陶瓷固化體在"熱、水、力、化學(xué)"多因素耦合作用下氟磷灰石陶瓷固化體的化學(xué)穩(wěn)定性， 評價(jià)氟磷灰石陶瓷固化體在深地質(zhì)處置環(huán)境中的長期穩(wěn)定性和安全性的方法。由于考慮 到試驗(yàn)的安全性，本發(fā)明采用無毒、無放射性的鑭系元素[釤（Sm)、銪（Eu)、釓（Gd)]分別 模擬有毒、強(qiáng)放射性的、離子半徑和化學(xué)性質(zhì)最為相似的次錒系核素[镎（Np)、镅（Am)、鋦 (Cm) ] 〇
[0006] 本發(fā)明的內(nèi)容是：一種氟磷灰石陶瓷固化體的化學(xué)穩(wěn)定性評價(jià)方法，其特征是由 以下步驟完成： a、 制備(模擬次錒系核素）氟磷灰石陶瓷固化體： 以Ca2P207,CaF2，以及Sm203、Eu203、或Gd203為原料，按照化學(xué)式Ca1Q3a/2MA3(P04)6F2稱取 各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd，0. 001彡a彡3 ; 按照配料35~65%、磨球15~55%、無水乙醇或/和水5~50%的質(zhì)量百分比，混合 于行星式球磨機(jī)中研磨2~5小時(shí)，獲得的混合料經(jīng)烘干，即可得到烘干的粉料，加入烘干 的粉料質(zhì)量3~10%的聚乙烯醇溶膠，再采用篩子進(jìn)行混合造粒，取12~25目的篩下料與 170~270目的篩上料為造粒料；將造粒料裝入鋼制模具中，在液壓機(jī)(設(shè)備可以是天津市 科器高新技術(shù)公司生產(chǎn)的769YP-24B型液壓機(jī))上采用8~35MPa的壓力進(jìn)行壓制成型，然 后在冷等靜壓機(jī)(設(shè)備可以是四川航空工業(yè)川西機(jī)器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LDJ100/320-300 型冷等靜壓機(jī)）上采用80~260MPa的壓力進(jìn)行冷等靜壓成型，獲得成型坯體；在400~ 600°C溫度下對成型坯體熱處理5~10小時(shí)進(jìn)行排膠，再將排膠后的坯體放入真空熱壓燒 結(jié)爐(設(shè)備可以是上海冠晟真空設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZT-45-20Y30T型真空熱壓燒結(jié)爐)中， 在溫度1000~1200°C、壓力15~35MPa、真空度1~10Pa的條件下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)2~ 12小時(shí)，即制得(模擬次錒系核素）氟磷灰石陶瓷固化體； b、 清洗浸出容器： 采用外殼材質(zhì)為不銹鋼、內(nèi)襯材質(zhì)為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜(設(shè)備可以是上海越眾 儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YH-200型水熱反應(yīng)釜）作為浸出容器，將水熱反應(yīng)釜的內(nèi)襯在摩 爾濃度為〇. 1~3mol/L的硝酸水溶液中浸泡2~3小時(shí)，用去離子水沖洗內(nèi)襯2遍，然后 在質(zhì)量百分比濃度為5~30%的氫氧化鈉水溶液中浸泡2~3小時(shí)，用去離子水沖洗內(nèi)襯 2遍；再在質(zhì)量百分比濃度為90~99%的乙醇水溶液中浸泡2~3小時(shí)，用去離子水沖洗 內(nèi)襯2遍，在90°C的去離子水浸泡3~6小時(shí)，再用去離子水煮沸1~2小時(shí)，最后用去離 子水沖洗內(nèi)襯，直至連續(xù)兩次沖洗液的pH值的差值小于或等于0. 5個(gè)pH單位；將清洗后的 浸出容器烘干備用； c、 配制浸出劑： 取電導(dǎo)率小于或等于150yS/m的去離子水，調(diào)節(jié)去離子水的pH值為5~9(可以采用 乙酸調(diào)節(jié)去離子水的pH值為小于7并大于或等于5,或采用氨水調(diào)節(jié)去離子水的pH值為大 于7并小于或等于9)，制得浸出劑； d、 浸出試驗(yàn)與測試： 將(模擬次錒系核素）氟磷灰陶瓷固化體放入水熱反應(yīng)釜中，按照氟磷灰石陶瓷固化體 的表面積/浸出劑體積=l〇m1倒入浸出劑，控制浸出溫度為100~200°C、壓力為0. 101~ 1. 554MPa，浸出液（即水熱反應(yīng)釜中的液體)pH值5~9,在浸出時(shí)間1天、3天、7天、10天、 14天、21天、28天、35天、42天后，采用電導(dǎo)率儀分別測試浸出液的電導(dǎo)率，然后采用電感耦 合等離子體質(zhì)譜(簡稱ICP-MS)、電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜(簡稱ICP-OES)和原子吸 收光譜(簡稱AAS)(等分析手段）分別測試浸出液中Sm3+、Eu3+或Gd3+的離子濃度； e、 評價(jià)(模擬次錒系核素）氟磷灰石陶瓷固化體的化學(xué)穩(wěn)定性： 用浸出液中Sm3+、Eu3+或Gd3+的離子濃度計(jì)算釤、銪或釓元素的歸一化浸出率，歸一化 浸出率的計(jì)算公式如下：G式中：Z尤％釤、銪或釓元素的歸一化浸出率(單 位g?m2 ?dc為浸出液中Sm3+、Eu3+或Gd3+的離子濃度(單位g/m3)，偽浸出液體積(單 位m3)，/為氟磷灰石陶瓷固化體中釤、銪或釓元素的質(zhì)量百分比含量(單位wt.%)，J為氟磷 灰石陶瓷固化體的表面積(單位m2)，偽浸出時(shí)間(單位d);采用X射線衍射(簡稱XRD)、背 散射二次電子像(簡稱BSE)、掃描電鏡-X射線能譜(簡稱SEM-EDX)分析(模擬次錒系核素） 氟磷灰石陶瓷固化體浸出試驗(yàn)前后的物相變化，結(jié)合浸出試驗(yàn)前后的浸出液電導(dǎo)率變化和 浸出液中釤、銪或釓元素的歸一化浸出率變化，綜合評價(jià)(模擬次錒系核素）氟磷灰石陶瓷 固化體在"熱、水、力、化學(xué)"耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟a中所述聚乙烯醇溶膠的制備方法是：按聚乙烯醇8~ 16%、甘油5~10%、無水乙醇2~5%、以及去離子水77~85%的質(zhì)量百分比例取各原料；將 去離子水倒入容器中，加熱至90~95°C，然后在攪拌下，加入聚乙烯醇，待聚乙烯醇溶解之 后，加入甘油，攪拌混合10~20分鐘后再加入無水乙醇，最后在90~95°C的溫度下攪拌 2~5小時(shí)，即制得聚乙烯醇溶膠。
[0008] 所述聚乙烯醇為聚合度為1750~2700的聚乙烯醇；聚乙烯醇分子量范圍為 77000~118800,聚乙烯醇的具體型號可以是聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2499 和聚乙烯醇2699 ;聚乙烯醇的生產(chǎn)企業(yè)有：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司、上海晶純生化科 技股份有限公司、西格瑪奧德里奇(上海）貿(mào)易有限公司等。
[0009] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟b中所述的聚四氟乙烯為聚合度為5000~10000的聚四氟 乙烯；聚四氟乙烯分子量范圍為500000~1000000,聚乙烯醇的具體型號可以是聚四氟乙 烯5000、聚四氟乙烯7500、聚四氟乙烯10000 ;聚四氟乙烯的生產(chǎn)企業(yè)有：山東東岳高分子 材料有限公司、3M中國有限公司、國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司、西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易 有限公司等。
[0010] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟c中所述乙酸可以替換為草酸、硫酸、鹽酸中的任一種。
[0011] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟a中所述以Ca2P207,CaF2，以及Sm203、Eu203、或Gd203為原 料，按照化學(xué)式Ca1(] 3a/2MA3(P04)6F2稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd， 0? 001彡a彡3 ;替換為：以Ca2P207，CaF2，Na2C03,以及Sm203、Eu203或Gd203為原料，按照化學(xué) 式〇&1。 2，抑#04)芯稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd，0.001彡6彡3。
[0012] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟a中所述以Ca2P207,CaF2，以及Sm203、Eu203、或Gd203為原 料，按照化學(xué)式Ca1(] 3a/2MA3(P04)6F2稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd， 0? 001 彡a彡 3 ;替換為：以Ca2P207,CaF2,Si02，以及Sm203、Eu203或Gd203為原料，按照 化學(xué)式Ca1(]，，04)6e(Si04)兄稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd， 0. 001 彡c彡 4。
[0013] 本發(fā)明的內(nèi)容中：步驟a中所述以Ca2P207,CaF2，以及Sm203、Eu203、或Gd203為原 料，按照化學(xué)式Ca1(] 3a/2MA3(P04)6F2稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd， 0? 001 彡a彡 3 ;替換為：以Ca2P207,CaF2,Na2C03,Si02，以及Sm203、Eu203或Gd203為原料，按 照化學(xué)式Ca1(] 3,2如，04) 6力叫)凡稱取各組分原料進(jìn)行配料，式中：MA為Sm、Eu或Gd， 0. 001 ^ 2〇
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點(diǎn)和有益效果： (1) 本發(fā)明模擬了高放廢物固化體的深地質(zhì)處置庫環(huán)境，使用水熱反應(yīng)釜(外殼材質(zhì) 為不銹鋼，內(nèi)襯材質(zhì)為聚四氟乙烯）作為浸出容器，選用去離子水作為浸出劑，采用乙酸、草 酸、硫酸、鹽酸、氨水等酸堿調(diào)節(jié)浸出劑的pH值，使用烘箱控制浸出試驗(yàn)溫度；本發(fā)明的浸 出試驗(yàn)參數(shù)選取合理，包括溫度100~200°C，壓力0. 101~1. 554MPa，pH值5~9,以上參 數(shù)都是根據(jù)實(shí)際的深地質(zhì)處置庫環(huán)境參數(shù)而選取的；因此，本發(fā)明能夠更為真實(shí)地評價(jià)出 高放廢物固化體在深地質(zhì)處置庫環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性； (2) 采用本發(fā)明，在密閉的水熱反應(yīng)釜中，浸出液的溫度會隨著浸出液的壓力(壓強(qiáng)）而 同步增高或降低，克服了現(xiàn)有技術(shù)中僅考慮在單因素(溫度或壓力）作用下評價(jià)高放廢物固 化體化學(xué)穩(wěn)定性的不足；研究氟磷灰石陶瓷固化體在"熱、水、力、化學(xué)"耦合作用下的浸出 性能，能夠系統(tǒng)地評價(jià)氟磷灰石陶瓷固化體在不同溫度、不同壓力和不同pH值的水溶液中 的化學(xué)穩(wěn)定性； (3) 采用本發(fā)明，使用去離子水、乙酸、草酸、硫酸、鹽酸、氨水等酸堿對深地質(zhì)處置環(huán)境 中的"水流場"和"化學(xué)場"進(jìn)行模擬，方法簡便，費(fèi)用低廉，技術(shù)效果良好；采用水熱反應(yīng)釜 和烘箱對深地質(zhì)處置環(huán)境中的"熱場"和"力場"進(jìn)行模擬，設(shè)備簡單，成本低廉，操作簡便 易行；因此，本發(fā)明能夠很好地實(shí)現(xiàn)對深地質(zhì)處置環(huán)境中"熱、7K、力、化學(xué)"多因素耦合作用 的模擬； (4) 本發(fā)明提供了一種有效的定量化評價(jià)氟磷灰石陶瓷固化體在深地質(zhì)處置環(huán)境中多 因素耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性的方法，設(shè)備簡單，成本低廉，操作性強(qiáng)，評價(jià)過程簡單明確， 評價(jià)指標(biāo)合理直觀，評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，其評價(jià)方法有利于實(shí)現(xiàn)高放廢物固化體的安全處 置，可為有效評價(jià)氟磷灰石陶瓷固化體在深地質(zhì)處置環(huán)境中的長期穩(wěn)定性和安全性提供實(shí) 驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持，為保護(hù)人類健康、生態(tài)環(huán)境以及推進(jìn)核工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)； (5 )本發(fā)明方法簡單，容易操作，實(shí)用性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面給出的實(shí)施例擬對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護(hù)范圍 的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào) 整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016] 實(shí)施例1: 以Ca2P207、CaF2、Sm203為原料，按照化學(xué)式Ca^Sm?！?P04)6F2稱取各組分原料進(jìn)行配 料，按照配料：磨球：無水乙醇或/和水為35 :15 :50的質(zhì)量百分比，混合于行星式球磨機(jī)中 研磨2小時(shí)，獲得的混合料經(jīng)烘干，即可得到烘干的粉料，加入烘干的粉料質(zhì)量3%的聚乙 烯醇溶膠，再采用篩子進(jìn)行混合造粒，12目的篩下料與170目的篩上料即為制得的造粒料； 將造粒料裝入鋼制模具中，在液壓機(jī)上采用8MPa的壓力進(jìn)行壓制成型，然后在冷等靜壓機(jī) 上采用80MPa的壓力進(jìn)行冷等靜壓成型，獲得成型坯體；在400°C溫度下對成型坯體熱處理 5小時(shí)進(jìn)行排膠，再將排膠后的坯體放入真空熱壓燒結(jié)爐中，在溫度1000°C、壓力15MPa、真 空度IPa的條件下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)2小時(shí)，即可制得模擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化 體；采用外殼材質(zhì)為不銹鋼、內(nèi)襯材質(zhì)為聚合度是5000的聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜作為浸 出容器，將水熱反應(yīng)爸的內(nèi)襯在摩爾濃度為0.lmol/L的硝酸水溶液中浸泡2小時(shí)，用去離 子水沖洗內(nèi)襯2遍，然后在質(zhì)量百分比濃度為5%的氫氧化鈉水溶液中浸泡2小時(shí)，用去離 子水沖洗內(nèi)襯2遍；再在質(zhì)量百分比濃度為90%的乙醇水溶液中浸泡2小時(shí)，用去離子水沖 洗內(nèi)襯2遍，在90°C的去離子水浸泡3小時(shí)，再用去離子水煮沸1小時(shí)，最后用去離子水沖 洗內(nèi)襯，直至連續(xù)兩次沖洗液的pH值的差值為0. 1個(gè)pH單位；將清洗后的浸出容器烘干 備用；取電導(dǎo)率為5yS/m的去離子水，采用乙酸調(diào)節(jié)去離子水的pH值為5,制得浸出劑；將 模擬次錒系核素氟磷灰陶瓷固化體放入水熱反應(yīng)釜中，按照氟磷灰石陶瓷固化體的表面積 /浸出劑體積=l〇m1倒入浸出劑，控制浸出試驗(yàn)溫度100°C，浸出試驗(yàn)壓力0.lOIMPa，浸出 劑pH值5,在浸出試驗(yàn)時(shí)間1天、3天、7天、10天、14天、21天、28天、35天、42天后，采用電 導(dǎo)率儀測試浸出液的電導(dǎo)率，然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜、電感耦合等離子體光學(xué)發(fā) 射光譜和原子吸收光譜等分析手段測試浸出液中Ca2+、Sm3+的離子濃度；用浸出液中Ca2+、 Sm3+的離子濃度計(jì)算Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率，歸一化浸出率的計(jì)算公式如下：Z於c*吹 /?J*G其中，Zj?為元素的歸一化浸出率（g*m'd1)，^為浸出液中的離子濃度（g/m3)，K 為浸出液體積（m3)，/為氟磷灰石陶瓷固化體中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wt.%)，J為氟磷灰石陶瓷 固化體的表面積（m2)，偽浸出試驗(yàn)時(shí)間（d);采用X射線衍射、背散射二次電子像、掃描電 鏡-X射線能譜分析模擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化體浸出試驗(yàn)前后的物相變化，結(jié)合 浸出試驗(yàn)前后的浸出液電導(dǎo)率變化和浸出液中Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率變化，綜合評價(jià)模 擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化體在"熱、水、力、化學(xué)"耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0017] 實(shí)施例2: 以Ca2P207、CaF2、Sm203為原料，按照化學(xué)式Ca7.75Smi.5 (P04) 6F2稱取各組分原料進(jìn)行配料， 按照配料：磨球：無水乙醇或/和水為55 :25 :20的質(zhì)量百分比，混合于行星式球磨機(jī)中研 磨3小時(shí)，獲得的混合料經(jīng)烘干，即可得到烘干的粉料，加入烘干的粉料質(zhì)量6%的聚乙烯醇 溶膠，再采用篩子進(jìn)行混合造粒，18目的篩下料與220目的篩上料即為制得的造粒料；將造 粒料裝入鋼制模具中，在液壓機(jī)上采用21MPa的壓力進(jìn)行壓制成型，然后在冷等靜壓機(jī)上 采用170MPa的壓力進(jìn)行冷等靜壓成型，獲得成型坯體；在500°C溫度下對成型坯體熱處理 7小時(shí)進(jìn)行排膠，再將排膠后的坯體放入真空熱壓燒結(jié)爐中，在溫度1KKTC、壓力25MPa、真 空度5Pa的條件下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)7小時(shí)，即可制得模擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化 體；采用外殼材質(zhì)為不銹鋼、內(nèi)襯材質(zhì)為聚合度是7500的聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜作為浸 出容器，將水熱反應(yīng)爸的內(nèi)襯在摩爾濃度為2mol/L的硝酸水溶液中浸泡3小時(shí)，用去離子 水沖洗內(nèi)襯2遍，然后在質(zhì)量百分比濃度為17%的氫氧化鈉水溶液中浸泡3小時(shí)，用去離子 水沖洗內(nèi)襯2遍；再在質(zhì)量百分比濃度為95%的乙醇水溶液中浸泡3小時(shí)，用去離子水沖洗 內(nèi)襯2遍，在90°C的去離子水浸泡4小時(shí)，再用去離子水煮沸2小時(shí)，最后用去離子水沖洗 內(nèi)襯，直至連續(xù)兩次沖洗液的pH值的差值為0. 3個(gè)pH單位；將清洗后的浸出容器烘干備 用；取電導(dǎo)率為50yS/m的去離子水，去離子水的pH值為7,制得浸出劑；將模擬次錒系核 素氟磷灰陶瓷固化體放入水熱反應(yīng)釜中，按照氟磷灰石陶瓷固化體的表面積/浸出劑體積 =10m1倒入浸出劑，控制浸出試驗(yàn)溫度150°C，浸出試驗(yàn)壓力0. 828MPa，浸出劑pH值為7,在 浸出試驗(yàn)時(shí)間1天、3天、7天、10天、14天、21天、28天、35天、42天后，采用電導(dǎo)率儀測試 浸出液的電導(dǎo)率，然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜、電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜和原 子吸收光譜等分析手段測試浸出液中Ca2+、Sm3+的離子濃度；用浸出液中Ca2+、Sm3+的離子濃 度計(jì)算Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率，歸一化浸出率的計(jì)算公式如下：JG其中， ZTg%元素的歸一化浸出率（g?m2 ?d i)，c為浸出液中的離子濃度（g/m3)，偽浸出液體積 (m3)，/為氟磷灰石陶瓷固化體中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wt.%)，J為氟磷灰石陶瓷固化體的表面 積（m2)，偽浸出試驗(yàn)時(shí)間（d);采用X射線衍射、背散射二次電子像、掃描電鏡-X射線能譜 分析模擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化體浸出試驗(yàn)前后的物相變化，結(jié)合浸出試驗(yàn)前后的 浸出液電導(dǎo)率變化和浸出液中Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率變化，綜合評價(jià)模擬次錒系核素氟 磷灰石陶瓷固化體在"熱、水、力、化學(xué)"耦合作用下的化學(xué)穩(wěn)定性。
[0018]實(shí)施例3 : 以Ca2P207、CaF2、Sm203為原料，按照化學(xué)式Ca5.5Sm3(P04)6F2稱取各組分原料進(jìn)行配料， 按照配料：磨球：無水乙醇或/和水為65 :20 :15的質(zhì)量百分比，混合于行星式球磨機(jī)中 研磨5小時(shí)，獲得的混合料經(jīng)烘干，即可得到烘干的粉料，加入烘干的粉料質(zhì)量10%的聚 乙烯醇溶膠，再采用篩子進(jìn)行混合造粒，25目的篩下料與270目的篩上料即為制得的造粒 料；將造粒料裝入鋼制模具中，在液壓機(jī)上采用35MPa的壓力進(jìn)行壓制成型，然后在冷等靜 壓機(jī)上采用260MPa的壓力進(jìn)行冷等靜壓成型，獲得成型坯體；在600°C溫度下對成型坯體 熱處理10小時(shí)進(jìn)行排膠，再將排膠后的坯體放入真空熱壓燒結(jié)爐中，在溫度1200°C、壓力 35MPa、真空度10Pa的條件下進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)12小時(shí)，即可制得模擬次錒系核素氟磷灰 石陶瓷固化體；采用外殼材質(zhì)為不銹鋼、內(nèi)襯材質(zhì)為聚合度是10000的聚四氟乙烯的水熱 反應(yīng)爸作為浸出容器，將水熱反應(yīng)爸的內(nèi)襯在摩爾濃度為3mol/L的硝酸水溶液中浸泡3小 時(shí)，用去離子水沖洗內(nèi)襯2遍，然后在質(zhì)量百分比濃度為30%的氫氧化鈉水溶液中浸泡3小 時(shí)，用去離子水沖洗內(nèi)襯2遍；再在質(zhì)量百分比濃度為99%的乙醇水溶液中浸泡3小時(shí)，用 去離子水沖洗內(nèi)襯2遍，在90°C的去離子水浸泡6小時(shí)，再用去離子水煮沸2小時(shí)，最后用 去離子水沖洗內(nèi)襯，直至連續(xù)兩次沖洗液的pH值的差值為0. 5個(gè)pH單位；將清洗后的浸 出容器烘干備用；取電導(dǎo)率為150yS/m的去離子水，采用氨水調(diào)節(jié)去離子水的pH值為9， 制得浸出劑；將模擬次錒系核素氟磷灰陶瓷固化體放入水熱反應(yīng)釜中，按照氟磷灰石陶瓷 固化體的表面積/浸出劑體積=l〇m1倒入浸出劑，控制浸出試驗(yàn)溫度200°C，浸出試驗(yàn)壓力 1. 554MPa，浸出劑pH值9,在浸出試驗(yàn)時(shí)間1天、3天、7天、10天、14天、21天、28天、35天、 42天后，采用電導(dǎo)率儀測試浸出液的電導(dǎo)率，然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜、電感耦合等 離子體光學(xué)發(fā)射光譜和原子吸收光譜等分析手段測試浸出液中Ca2+、Sm3+的離子濃度；用浸 出液中Ca2+、Sm3+的離子濃度計(jì)算Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率，歸一化浸出率的計(jì)算公式如 下：?P//1*JG其中，為元素的歸一化浸出率（g?m2 ?di)，C為浸出液中的離子 濃度（g/m3)，偽浸出液體積（m3)，/為氟磷灰石陶瓷固化體中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wt.%)，乂為 氟磷灰石陶瓷固化體的表面積（m2)，偽浸出試驗(yàn)時(shí)間（d);采用X射線衍射、背散射二次 電子像、掃描電鏡-X射線能譜分析模擬次錒系核素氟磷灰石陶瓷固化體浸出試驗(yàn)前后的 物相變化，結(jié)合浸出試驗(yàn)前后的浸出液電導(dǎo)率變化和浸出液中Ca2+、Sm3+的歸一化浸出率變 化，綜合評價(jià)模擬次錒系核