Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 145-149. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 145-149. Макроэлементный и фазовый состав (мас. %) исходных фракций ценосфер Образец Насыпная плотность, р, г/см3 Dqj., мкм Кажущаяся толщина оболочки, мкм Содержание макрокомпонентов (SІO2/Al2Oз)сIекло Содержание кристаллических фаз SiO2 AhO3 Fe2O3 кварц муллит кальцит стекло- фаза 1 0,38 170 6,9 67,6 21,0 3,2 3,1 3,4 0,8 0,5 95,4 2 0,37 80 3,6 63,0 35,0 1,7 1,8 н. о. н. о. н. о. н. о. С и н т е з ц е о л и т а . Синтез проводили в процессе гидротермальной обработки системы Na 2 O-H 2 O-(SiO 2 -Al 2 Oз)стекло при температуре 100 °С и аутогенном давлении при отношении жидкое (ж) / твёрдое (т) = 5/1 (по объёму), полученной путём добавления микросфер (см. таблицу) к 100 мл раствора 1,5 М NaOH. Синтез проводили с перемешиванием в вертикальной плоскости с постоянной скоростью 30 об/мин. Время синтеза 72 ч. Для синтеза цеолита и последующей сорбции лютеция использовались микросферы со средним диаметром 170 мкм (см. таблицу, образец 1), для сорбции иттрия — микросферы с диаметром 80 мкм (см. таблицу, образец 2). М ет о д и к а э к с п е р и м е нт о в п о сорб ции . Сорбционное концентрирование Lu3+/Y3+проводили при комнатной температуре в равновесных условиях путём контактирования сорбента с раствором Lu(NO 3 ) 3 /Y(NO 3 )3 с концентрацией 1000 мг/л. Сорбцию проводили в течение 24 ч при постоянном встряхивании с помощью лабораторного шейкера (ПЭ-4610, «Экросхим», Россия). Т ерм ическая обработ ка. Термическую обработку микросфер, содержащих Lu3+/Y3+, проводили путём пропускания образца через вертикально установленную трубчатую печь при температуре 1200 °С (температура размягчения стекла ценосфер) и времени контакта с высокотемпературной зоной 3-5 с. О п р ед е лен и е ск о р о ст и вы щ е ла ч и ва н и я . На примере лютеция проводили выщелачивание из термообработанных микросфер в 0,9 %-м растворе NaCl в качестве имитатора крови согласно ГОСТ Р 52126-2003. При этом ориентировались на такой показатель, как допустимое значение скорости выщелачивания плутония, содержащегося в отвержденных высокоактивных отходах, которое не должно превышать Ы 0 '7г/см2-сут. М ет о д ы и сс лед о ва н и я . Химический состав узких фракций ценосфер определяли согласно ГОСТ № 5382-2019. Состав и строение твердых продуктов охарактеризованы методами порошкового рентгенофазового анализа (РФА) («Дрон-3», Россия; PANalytical X ’Pert PRO, Нидерланды), растровой (сканирующей) электронной микроскопии (РЭМ) (ТМ-4000, Hitachi, Япония) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС), оптической микроскопии (ОМ) (ZEISS Axio Imager 2, Германия), синхронного термического анализа (СТА) (STA 449C Jupiter с блоком QMS, NETZSCH-GERATEBAU GMBH, Германия). Содержание лютеция/иттрия в фильтратах до и после сорбции определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на приборе iCap 6500 Duo (Thermo Scientific, США). В области концентраций ниже предела обнаружения методом АЭС фильтраты анализировали методом масс- спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS XSeries II (Thermo Scientific, США). Результаты и обсуждение Согласно данным методов сканирующей электронной и оптической микроскопии, продукты гидротермального синтеза в основном сохраняют сферическую форму прекурсора и выглядят как полые микросферы с поликристаллическим покрытием (рис. 1, с, d). Цеолитное покрытие характеризуется сплошной плотной упаковкой столбчатых кристаллов, ориентированных перпендикулярно к поверхности, что позволяет ожидать равномерного распределения лютеция/иттрия в поверхностном слое цеолитизированных микросфер в результате ионного обмена 3Na+^ Lu3+/Y3+. Результаты измерения величины сорбции Lu3+и Y3+показали, что сорбционная ёмкость образцов составила порядка 40-116 мг/г. По данным РЭМ (рис. 2), на поверхности микросфер после обработки при 1200 °Сне наблюдается ярко выраженных локальных неоднородностей концентрации лютеция/иттрия в поверхностном постцеолитном слое (рис. 2, а). Для микросфер характерна гладкая поверхность без наростов и каверн при локальном содержании лютеция в поверхностном слое до 15 ат. %. По данным РФА, при таком режиме термообработки протекает аморфизация цеолитной фазы и индивидуальных фаз Lu/Y не образуется. © Кутихина Е. А., Буйко О. В., Верещагина Т. А., Аншиц А. Г., 2023 147