Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

улыбкина 20.10.2017

66 views

Published on

улыбкина 20.10.2017

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

улыбкина 20.10.2017

  1. 1. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ КАЛИЙ-МАГНИЙ-ФОСФАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ ЦЕЗИЯ Е.А. Улыбкина, С.Ю. Саенко, В.А. Шкуропатенко, Р.В. Тарасов, Е.П. Березняк, Ю.С.Ходырева, А.Е. Сурков Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики твёрдого тела, материаловедения и технологий
  2. 2. ЖИДКИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ Цель: Разработать метод инкорпорирования Cs в защитную матрицу на основе калий-магниевого фосфата KMgPO4·6H2O 1 Общее количество жидких РАО в Украине 42,34 тыс. м3, из них на АЭС – 19,3 тыс. м3 Состав накопленных ЖРО на АЭС Украины
  3. 3.  КМФ-материалы получают при комнатной температуре, атмосферном давлении в ходе кислотно-щелочной реакции: MgO + KH2PO4 + 5H2O = KMgPO4·6H2O;  Реакция синтеза КМФ проходит в водной среде, поэтому ЖРО могут быть отверждены при добавлении к ним компонентов КМФ;  Возможность отверждения как кислотных, так и щелочных ЖРО в широком диапазоне рН;  Возможность включения в КМФ-матрицу как жидких, так и твердых РАО;  Фосфаты нерастворимы в грунтовых водах, что предполагает, высокую коррозионную стойкость КМФ-матрицы по отношению к выщелачиванию радионуклидов;  В случае отверждения ЖРО в КМФ-матрице нет необходимости в термической обработке и поэтому риск загрязнения и облучения персонала может быть сведен к минимуму (т.к. не происходит улетучивание радионуклидов). ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КМФ ДЛЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ РАО 2
  4. 4. Дифрактограмма полученного калий-магниевого фосфата KMgPO4·6H2O СЭМ изображение микроструктуры КМФ образцов 3 СИНТЕЗ КАЛИЙ-МАГНИЕВЫХ ФОСФАТОВ (КМФ) Плотность полученных образцов 1,7-1,8 г/см3
  5. 5. Дифрактограмма КМФ образца (Т = 1200 °С, τ = 45 мин) Дифференциально-термический и термогравиметрический анализ (ДТА/ТГ) КМФ образца 4 ТЕРМООБРАБОТКА КМФ KMgPO4 ∙ 6H2O → KMgPO4 + 6H2O
  6. 6. Состав Параметры решётки а b c KMgPO4 ∙ 6H2O 6,903 6,174 11,146 K1-xCsxMgPO4 ∙ 6H2O 7,646 6,8748 12,2575 Параметры решетки КМФ и КМФ + 10 вес. % CsCl Дифрактограммы образцов КМФ и КМФ+10%CsCl 5 ИММОБИЛИЗАЦИЯ ЦЕЗИЯ В КМФ
  7. 7. KMgPO4·6H2O KMgPO4·6H2O+10 вес.% CsCl 6 ИК-СПЕКТРОМЕТРИЯ ФОСФАТНЫХ МАТРИЦ
  8. 8. РФА образца КМФ +10 вес.% CsCl (Т = 1200°С, τ = 1 ч) Элементный анализ КМФ+10 вес.% CsCl после термообработки 7 ТЕРМООБРАБОТКА КМФ C ЦЕЗИЕМ ДТА/ТГ CsCl Температура / время обработки Содержание элементов, вес. % K Mg P O Cs Cl Na Al Si Ca S 700 °C / 1 час 9.9 24.1 14.6 30.8 10.27 5.9 3.5 0.02 0.17 0.07 0.67 1200 °C / 1 час 7.15 25.5 21.1 32.3 10.3 0.03 2.43 0.36 0.12 0.12 0.59
  9. 9. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КМФ С ЦЕЗИЕМ 8 Параметры КМФ+10%CsCl K 1.99·10-4 Mg 4.96·10-6 P 3.32·10-5 Na 1.69·10-4 Cs 2.66·10-5 Скорости выщелачивания элементов, г/(см2•сут.) Выщелачивание элементов (K, Mg, P, Na,Cs) в зависимости от времени. Химическую устойчивость КМФ с цезием определяли в соответствии с тестом ANS 16.1 (методика МАГАТЭ) путем долговременного выщелачивания в течение 90 суток полученных образцов матриц деионизованной водой при Т = 25°С
  10. 10. • Синтезирован калий магниевый фосфат KMgPO4·6H2O в результате кислотно-щелочной реакции между MgO и KH2PO4 в воде в нормальных условиях (атмосферное давление, комнатная температура). Изучена эволюция фазового состава калий магниевого фосфата при нагреве до температуры 1200 °С. • Добавление в ходе реакции хлорида цезия приводит к изменениям размеров элементарной ячейки полученных фосфатов, что подтверждает частичное замещение калия на цезий. КМФ при этом сохраняет ромбоэдрическую кристаллическую структуру. • Анализ ИК-спектра поглощения КМФ образца показал, что с добавлением CsCl основные полосы испытывают сдвиг в низкочастотную область, что говорит об усилении связей в кристаллической решётке вещества. • Полученная КМФ-матрица термостойкая и при этом Cs не попадает в окружающую среду даже при нагревании до высоких температур. • Показано, что скорость выщелачивания Cs из полученных материалов на уровне 10-5 г/(см2•сут.), что сравнимо со значениями для остеклованных ЖРО и значительно ниже значений, характерных для цементных компаундов, традиционно используемых для иммобилизации жидких РАО. 9 ВЫВОДЫ

×