反应条件对sol-gel合成锆英石的影响论文

-毕业设计论文 论文题目： 反响条件对sol-gel合成锆英石的影响英文题目： Influence of the ReactionCondition on Preparation of ZrSiO4by Sol-gel. z.-摘 要高放废物的平安处置是核能开发的世界性难题，技术难度大，研究周期长，涉及地质、化学、材料等多门学科。而对于高放废物地质处置的第一道人工屏障，高放废物固化体的稳定性对于整个处置库具有重要的影响。本论文采用溶胶-凝胶法合成锆英石，研究了反响条件对溶胶-凝胶法合成锆英石的影响，利用物化分析、*RD、电子探针对样品进展检测。结果说明：锆英石前躯体制备的实验优化条件为加水量30mL、pH为23；烧结收缩率均大于20%，显气孔率均大于4%，表观密度均小于5.0 g/cm3。产物的化学组成以ZrO2和SiO2等组成为主；凝胶后处理过程中经过氨水洗涤的样品其晶体组成主要以为锆英石ZrSiO4和斜锆石ZrO2为主，其中含有局部方石英SiO2，而未经氨水洗涤的样品，其晶体为单一的单斜锆石ZrO2。关键字：锆英石、溶胶-凝胶法、反响条件. z.-ABSTRACTThe safe disposition ofhigh level radioactive wasteis aglobal problemfor the nuclear development, since the technical is very difficult, the research cycle is longer，and it refers to different subjects includinggeology,chemistry, materials, and others.As the firstartificialbarrier of deep geologicaldisposal ofHLW, thestability ofimmobilization has important influence on disposal repository. This paper synthesizes zircon bySol-Gel; we dicuss Sol-Gelreaction conditions how to influence thepreparationofprecursor;Testing the physical and chemical properties of Zirconsamples and use *RD, EPMA to analysise the differentphase composition and mineral composition of several groups ofzirconsamples.Thee*perimental conditions for zircon precursoris: amount of water30mL, pH23. The phase of sample washed by ammonia is form of baddeleyite (ZrO2)and zircon (ZrSiO4) , the other phase SiO2 .Another without washing only includes baddeleyite (ZrO2). The main compositions of two samples are mainly composed with ZrO2 and SiO2,and ZrO2 is the main content.Key words:Zircon、Sol-Gel、Reaction condition. z.-目 录第一章绪论11.1锆英石的构造及性能11.2 锆英石的主要应用21.3 锆英石的主要合成方法21.3.1 固相法21.3.2 沉淀法21.3.3 水热法31.3.4 溶胶凝胶法31.4 溶胶-凝胶法制备瓷的根本原理31.5 本文研究目的及容41.5.1 本文研究的目的41.5.2 本文研究的容6第二章实验局部72.1 仪器及试剂72.2 实验过程8实验流程图8实验具体操作步骤82.3 性能测试9线收缩率9体积密度和显气孔率92.4 表征方法10第三章结果与讨论113.1 不同实验条件对成胶的影响11加水量113.1.2 溶液pH值113.2物化性能测试结果123.3 *RD测试结果133.4 电子探针分析13结论15致16参考文献17. z.-第一章 绪 论1.1锆英石的构造及性能锆英石亦称锆石，锆砂是生产氧化锆、锆化学品、金属锆和从中提取锆的主要工业矿物，其化学式为ZrSiO4，属正方晶系，为中性耐火材料。锆英石作为精细铸造的优良型砂已有长久的应用历史；锆英石或其下游加工产品氧化锆因其熔点高和化学性质稳定，是高级瓷和耐火材料的重要材料。锆英石的理论组成为67.2%ZrO2和32.8%SiO2，原锆石必须经过精选才能用于铸造生产，锆英石中ZrO2的含量应高于60%，否则因杂质过多，使性能恶化。如国过去生产的一种低品位锆英石，ZrO2含量仅为55%，杂质含量高达10%，致使耐火度不高，热分解温度下降,高温力学性能差,在铸造生产中不能应用。图1-1 锆石英晶体构造锆英石(ZrSiO4)是岩浆岩、沉积岩和变质岩中常见的岛状硅酸盐矿物。锆英石晶体的晶胞构造如图1所示。锆英石四方晶系；a0=0.662 nm，c0=0.602 nm，Z=4。锆英石构造属于ABO4构造类型(硅酸盐和磷酸盐)在构造中，SiO4四面体呈孤立状，彼此借助Zr4+相联结；且二者在c轴方向相间排列。Zr4+的配位数为8，呈由立方体特殊畸变而成的ZrO8配位多面体。整个构造也可视为由平行于a轴的共边ZrO8三角十二面体链和平行于c轴的SiO4四面体与ZrO8十二面体交替排列的链所组成，锆英石晶体构造如图1.1所示。锆英石是一种重要材料，具有许多独特的性能。它具有极低的热导率(室温下为5.1W/m,1000为33.5W/m)和极低的热膨胀系数(251400为4.110-6/)，并且其强度在1400的高温也不衰减，同时烧结锆英石具有比莫来石和氧化锆更好的抗热震性能。另一方面锆英石具有优异的化学稳定性、高温力学性能等,在玻璃工业、瓷工业、冶金工业、原子能工业、化学工业等领域得到了广泛的应用。这些性能使得锆英石成为高温构造瓷的重要候选材料 1,2。1.2 锆英石的主要应用在玻璃、瓷工业方面，锆英石可作为玻璃瓷工业中的添加剂和遮光剂；冶金工业方面，天然锆砂粒度均匀，吸热性好，散热均匀，加热时不发生多型转化(-转化)，因此可做铸造工业用的型砂。锆砂磨细后涂于铸型件部，可提高铸件成品率；原子能工业，主要用在原子能发电站核动力舰船及潜艇等的核反响堆中；化学工业方面，锆具有优异的抗腐蚀性能，用于化工设备中，如用含锆材料制成的阀门、排气机零件，以及在反响糟、蒸馏釜中的轧板均使用含锆材料；其他工业方面，含锆的涂料具有绝缘性，可做绝缘玻璃涂料，也可做防焦结涂料，难熔绝缘涂料，绝热涂料。锆英石与含铝矿物配合可制成锆铝磨料。含锆鞣料可鞣制优质白色皮革。用锆化合物浸渍过的织物具有防水性，耐热性及防腐性。氧化锆瓷纤维可用于生产合成纸，这种纸具有抗热性能，化学惰性，绝热和隔音性能；最重要的一个应用是锆英石可作为核废料处置矿物类比物的重要矿物。1.3 锆英石的主要合成方法目前锆英石的制备方法主要有：固相法、沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法。1.3.1 固相法早期利用高温固相法制备锆英石通常是采用ZrO2和SiO2(石英、方石英或磷石英)为原料直接进展。Bowen 和 Greig发现在1460有ZrSiO4成，Barlet以及Scott 和Hilliard发现在1500有ZrSiO4合成，而Geller和Yovat sky认为在1700有ZrSiO4合成，Curtis和Sowman的结果说明ZrSiO4是在13151430间合成。由于受原料及制备方法的限制，他们都没有确定其合成的最高和最低温度。固相法制备锆英石工艺简单，效率高，本钱低，可以批量化生产，但纯度较低。在核废物固化处理过程中应尽量采用简洁实用的固相反响工艺,以到达降低本钱、保护操作人员的平安，尽量防止或减少固化处理过程中可能带来的二次环境污染。制约锆英石瓷固化体处理高放废物的问题在于制备条件。由于SiO2 和 ZrO2 颗粒之间形成锆英石的反响具有相当低的形成自由能、低的扩散性和需要很高的活化能，因此合成锆英石瓷固化体需要高温(1300)和高压，并无法获得较高的锆英石收率(一般 PZC时，胶粒外表带负电荷；反之，则带正电荷。带电胶粒周围的溶剂中由等量的反电荷形成扩散层，相邻胶粒的扩散层重叠产生推斥力，此外，胶粒间相互作用还有分子间德华引力和由表层价电子重叠引起的短程玻恩斥力。在胶粒间距一定的情况下，任何一种减少排斥力的措施，如减少外表电荷或增加扩散层中反离子浓度等，都会降低能垒的高度，导致凝聚，形成凝胶。空间位阻效应，如使胶粒外表吸附短链聚合物，也可使溶胶稳定化，这主要有两方面的原因：首先，当胶粒相互靠近时，吸附的聚合物构象熵减少，体系自由能增加，这与胶粒间产生推斥力是等效的。其次，胶粒间聚合物层重叠局部浓度增加，产生浓压差，使胶粒互斥。由溶胶制备凝胶的具体方法有：使水、醇等分散介质挥发或冷却溶胶，使之成为过饱和液而形成冻胶。参加非溶剂，如在果胶水溶液中参加适量酒精后，即形成凝胶。将适量的电解质参加胶粒亲水性较强(尤其是形状不对称)的憎液型溶胶，即可形成凝胶(例如Fe(OH)3在适量电解质作用下可形成凝胶)。利用化学反响产生不溶物，并控制反响条件可制得凝胶。溶胶-凝胶技术58可分为：胶体的溶胶-凝胶法，由金属有机物转变为有机聚合物的凝胶法，生成有机聚合物的凝胶法。其根本原理是将聚合物溶解在无机物的前驱体溶液中，在聚合物存在的条件下，使前驱体水解、聚合形成SiO2网络或使聚合物单体和无机物前驱体同步发生聚合而获得有机无机交织网络。其相微区尺寸在纳米尺寸围，严密结合或相互贯穿于小的微区尺寸，使材料具有更高的透明性。同时，通过对聚合过程的控制，材料的成分，微观相形态相互贯穿的程度等均可以在很大围变化，它决定了材料的性能；也可以在无机物和聚合物之间很大围变化，具有可设计性。1.5 本文研究目的及容1.5.1 本文研究的目的随着核能的广泛应用，特别核能的民用化，在解决当今能源危机的同时也带来诸多问题。反响堆的乏燃料经后处理将产生含锕系元素的高水平放射性液体废物高放废物，对这些高放废物必须首先进展固化，才能采用适宜的方法进展最终的平安处置。目前，被广泛承受的处置技术方案是基于多重屏障体系的高放废物地质处置，即将固化后的高放废物置入5001000m深的地质处置库中，使高放废物与生物圈平安、长期的隔离9. z.-1.5.1.1 瓷固化基体的选择瓷固化法用矿物基体作为核废液的固化材料，利用矿物学上类质同象替代，通过一定的热处理工艺获得热力学稳定性能优异的矿物固溶体，将放射性核素包容在固溶体的晶相构造中，从而获得平安固化处理矿物，用构造来固定高放废物中的有关元素，只要晶体不分解，进入晶体的元素就难以脱离构造的束缚，浸出率自然就低。表1-1中列出目前比较常用的高放废物瓷固化方法。表1-1 高放废物瓷固化方法方法工艺描述特点备注硅酸盐瓷固化过煅烧法根据高放废物的组成添加SiO2、CaO、Al2O3等添加剂，高温1100煅烧而成，以硅酸盐矿物为主废物包容量大，热稳定性高；Cs、Ru等核素的挥发损失性大，*些核素的浸出率偏大。需要包覆或固化于玻璃固化体中，才能进展处置。锆英石瓷锆英石ZrSiO4是一种天然稳定矿物，其Zr位可被锕系元素取代，可用于对别离的锕系元素或过剩武器级Pu的固化。热膨胀低、耐高温，抗浸出性能和抗辐射性能均较好。但制备工艺复杂，需要较高的温度和压力10。对于武器级Pu的固化可防回取铝酸盐瓷固化铝酸盐瓷可固化*些特殊组成高铝含量的废液，在复原条件下热压烧结，基体为氧化铝和尖晶石，放射性核素呈独立性矿物，包裹于化学性能稳定的基体相中。化学稳定性能好，废物包容量高，核素挥发损失小。只对特殊高放废物效果好磷酸盐瓷独居石独居石REPO4是一种天然矿物，也是固化锕系元素和镧系元素的基体矿相，适于高放废物中别离的锕系元素和镧系元素的固化长期稳定性，热稳定性及抗浸出稳定性较好钠锆磷酸盐瓷NZPNZPNaZr2(PO4)3，其晶体构造的四个离子位可容纳元素周期表中近2/3的元素，适用于多种高放废物的固化10耐辐照性，热膨胀小，抗浸出性能较好，无多相异性膨胀引起的应力和浸出差异工艺稳定较低，具有良好的应用前景. z.-相对其他瓷固化体，锆英石固化体具有比其他更优越的条件，在本实验中，我们选择合成锆英石固化体，主要研究反响条件对其成胶的影响，其优越条件表达在表1-2。表1-2 锆英石固化体的稳定性1113化学稳定性机械稳定性热稳定性辐射稳定性锆英石固化体R(120)=7.110-5g/(m2d)在高于1400也不会变形热导率热导系数(室温下为5.1wm-1-1,1000时3.5Wm-1-1)热膨胀系数(在251400间大约为4.110-6 K-1)UT 衰变会导致锆石构造破坏,而使晶质锆石逐渐向非晶锆石转变(1)化学稳定性：锆英石瓷固化体具有具有极好的抗热液浸出性能，120时易浸出元素的浸出率为7.110-5g/(m2d)，即使完全脱晶质的锆英石固化体，其浸出率也只增大100倍，仍比硅酸盐玻璃低得多。(2)机械稳定性：在高于1400也不会变形。(3)热稳定性：锆英石的热导率室温下为5.1wm-1-1，1000时3.5wm-1-1(4)辐射稳定性：结晶锆英石的稳定性高于放射性破坏的蜕晶质化锆石，结晶锆英石受放射性破坏后。一方面，会有裂变径迹出现，裂变径迹四周的晶格构造被破坏，产生晶格缺陷而逐渐变得蜕晶质化；另一方面，蜕晶质或局部蜕晶质锆石晶格中更容易被(OH)-等离子进入，从而导致锆石的不稳定性增强。综合以上对锆英石固化体的优点，本实验目的就是采用溶胶-凝胶法合成锆英石，对合成条件：加水量、pH值进展研究，最终得到最优的结果，为制备锆英石固化体提供实验数据。1.5.2 本文研究的容本论文以放射性核素固化基体为主要研究对象，运用冷压成型技术，合成用于高放废物固化的锆英石固化体。希望通过本项研究工作能对进一步高放废物瓷固化基体选择以及特性研究提供理论依据和参考。本论文将采用室试验与理论分析相结合的研究方法，主要工作包括：(1)采用溶胶-凝胶法合成锆英石固化体。(2)通过改变加水量和pH值来选定最好的参数。(3)综合两个参数制备出来的锆英石，通过对样品的*RD测试对其物相分析，通过电子探针对微区域的化学成分进展分析。. z.-第二章 实验局部2.1 仪器及试剂表2-1 主要的实验设备和仪器设备名称型号生产厂家箱式电阻炉S2-12-10实验仪器厂瓷纤维马弗炉TM-0617P盈安美诚科学仪器瓷纤维马弗炉TM-3010P盈安美诚科学仪器C型钢框架分体式通风柜1200mm750mm2350mm长海科技开展电子分析天平AR1140奥豪斯国际贸易真空枯燥箱DZG-6050D森信实验仪器冷压制片机FY-24天津思创精实科技开展表2-2 主要实验试剂药品名规格生产厂家正硅酸四乙酯C8H20O4Si分析纯AR含量28.4%以SiO2计国药集团化学试剂无水乙醇CH3CH2OH分析纯AR质量分数99.7%振兴化工一厂硝酸铈Ce(NO3)36H2O分析纯AR含量99.0%国药集团化学试剂硝酸氧锆ZrO(NO3)22H2O分析纯AR含量=45.0%以ZrO2计天津市津科精细化工研究所去离子水二次蒸馏东华理工大学分析测试中心. z.-2.2 实验过程2.2.1实验流程图ZrO(NO3)22H2O, Ce(NO3)36H2O分别用去离子水溶解 滴入硝酸 混合搅拌烘干烘干煅烧研磨凝胶化TEOS溶解于无水乙醇参加适量PVA研磨烧结冷压制片图2-1 sol-gel法制备锆英石流程图2.2.2实验具体操作步骤1) 计算所需原料质量，分别将ZrO(NO3)22H2O， Ce(NO3)36H2O溶解、混合，TEOS溶解于无水乙醇中，用稀释后的硝酸1:100稀释调节pH值，将两种硝酸盐混合液参加溶液中，化一天。在50下加热一定时间，放置至其完全凝胶化，得到所需凝胶。2)将所得到的凝胶在通风橱用氨水洗涤一次，将凝胶清洗过滤后，用去离子水反复洗涤几次。3) 所得凝胶在90温度下烘干。4) 将烘干后的凝胶在研钵中充分研磨。5) 烘干后的粉末在700下煅烧calcination约1小时 ，待马弗炉炉温度降至室温取出粉末。6) 冷却后的粉末再次置于玛瑙研钵中研磨，称量研磨后的样品重量，并加样品重量10%的PVA粘结剂质量百分比10%进展充分研磨，适当情况下不太潮不太干进展冷压制片。7) 将所得薄片置于马弗炉中进展烧结(sintering),程序升温如下:室温360升温时间2小时，3601500升温时间4小时，1500下保温3小时，烧结完毕后让其自然冷却。瓷烧结的热工示意图如图2-2所示。 通过实验对溶胶-凝胶反响的探索以及实验结果的分析，我们认为最正确条件为加水量30mL、反响pH在23。接下来我们制备加水量为30mL、反响pH在23条件下的锆英石，两个样品制备完后对其烧结情况如表2-3所示。图2-2 锆英石制备工艺曲线图表2-3 锆英石瓷试样样号压片压力MPa凝胶有无处理烧结前颜色烧结前尺寸mm烧结后颜色烧结后尺寸mm烧结后密度g/cm313.75无淡黄色1=15.03h1=11.92白色1=11.30h1=5.204.0025.00氨水洗涤淡黄色2=15.08H2=3.70白色2=11.65H2=2.983.882.3 性能测试2.3.1线收缩率线收缩率是指经热定型处理后长度的缩小值对其原长度的百分率。参考QB/T 1548-1992 瓷坯泥料线收缩率测定方法，知以下计算式线收缩率计算式：式中 S=线收缩率%1=烧结前瓷块直径mm2=烧结后瓷块直径mm2.3.2体积密度和显气孔率固化体的体积密度是指固化体质量与总体积包括孔隙的比值，显气孔率指固化体开口孔隙与大气相通的体积与固化体的体积的百分比值。. z.-基于阿基米德原理，参照QB/T瓷胚体显气孔率和体积密度测试方法,采用排水法测量固化体样品的体积密度，煮水法测量固化体样品的显气孔率。体积密度的计算公式：式中，=试样的体积密度g/cm3; m0=试样的枯燥质量g; m1 =试样在空气中的质量(g);m2=试样在水中的质量(g); 水=测试温度下水的密度g/cm3显气孔率的计算公式：式中， m0=试样的枯燥质量g; m1 =试样在空气中的质量(g);m2=试样在水中的质量(g);2.4 表征方法采用德国bruker公司的D8 Advance粉晶*射线衍射仪定性分析经煅烧后锆英石的物相；采用日本电子公司的JSM-6700F电子探针分析微区域的化学成分。. z.-第三章 结果与讨论3.1 不同实验条件对成胶的影响通过加水量、pH因素的改变来确定课题的实验条件，得到加水量和pH值的最正确值。3.1.1加水量在溶胶-凝胶反响过程中，水被用来溶解ZrO(NO3)22H2O, Ce(NO3)36H2O，称取ZrO(NO3)22H2O 6.9272g，Ce(NO3)36H2O 0.4673g，加热温度均为50，调节反响液的pH为23，通过改变水的参加量来研究其对成胶效果和时间的影响，结果见表3-1。表3-1 水参加量与成胶时间的关系加水量/mL成胶时间/h凝胶情况2080.4有少许沉积物在凝胶底部3025透明的胶体40108透明胶体60109.7透明的胶体70116透明的胶体含有少量白色沉淀由表3-1可知，在高浓度溶液情况下，由于含量高，吸收水分太快，水解也快，来不及形成凝胶就产生了沉淀，故浓度愈高，水解愈快，对形成凝胶是不利的；低浓度溶液由于醇盐含量低，由溶剂乙醇吸收的水分导致醇盐很快水解，浓度愈低，水解愈快导致直接沉淀。在加水量为2070 mL区域变化时，随着水的参加量增加，溶胶的凝胶时间先变小后又逐渐变大；随着水量的增加，溶胶的时间会逐渐缩短；但随着水的参加量的继续增加，溶胶时间又会逐渐增长，且凝胶的质量也在下降，由透明的凝胶到出现一些白色的悬浊物掺杂于凝胶中。综合成胶时间和成胶效果，我们将加水量定为30mL。3.1.2 溶液pH值硝酸作为催化剂，参加到溶液中调节pH值，在以下实验条件下：加热温度均为50，加水量为30ml，探索溶液的PH值对成胶的时间、效果的影响，结果如表3-2。表3-2 溶液pH值与成胶效果的关系pH值成胶时间/h溶胶/凝胶情况0.5沉淀，无凝胶1.536溶胶不稳定，凝胶有少许杂质2.527透明的胶体3.524透明的胶体由表3-2可知，溶液酸性较大时，由于H+浓度过大抑制其聚合反响，使得其凝胶效果较差；随着浓度的降低，凝胶化时间逐渐降低，凝胶效果更好。水解速度会随着溶液酸碱度增加而加快，缩聚速度则在中性、碱性和强酸性溶液中较快，只在pH值约为2处有一个极小值。在酸性条件下，硅酸单体的慢缩聚反响将形成聚合物状的硅氧键，最终得到弱交联、低密度网络的凝胶，凝胶老化时易在相邻分支之间产生新的硅氧键，从而导致网络收缩；在碱性条件下，硅酸单体水解后迅速缩聚，生成相邻致密的凝胶颗粒，胶体颗粒的尺寸取决于溶液的温度和pH，这些胶体颗粒相互连接，形成网络状的凝胶，孔洞率较大，网络相对较稀，结合成胶时间和成胶效果，我们将将pH值定为23。3.2物化性能测试结果表3-3 锆英石的物化性能m0gm1gm2g水g/cm3g/cm3Q(%)1cm2cmS(%)10.88461.17921.16591.03.95844.4715.0711.3824.3521.21991.23320.91891.03.88244.2115.0811.6522.75对两组样品物化性能检测结果如表3-3所示，三组样品的收缩率分别为24.81%、22.75%，烧结收缩率均大于20%，说明锆英石在合成烧结过程中伴随有较大的体积收缩。显气孔率分别为5.33%、4.21%，显气孔率均大于4%，都存在明显和较多的气孔。表观密度分别为4.0001 g/cm3、3.8824g/cm3，与天然锆英石的表观密度5.27g/cm3与表观显气孔率0.51%比照可知，人工合成的锆英石较天然合成的锆英石在物理性能上来说有一定程度的降低，这与人工合成的实验条件及反响的环境有很大的关系，但制得的固化体样品相对来说较为致密，气孔率在允许的围。图3-1 样品1的*RD谱图3.3 *RD测试结果表3-3中样品1的*RD谱图如图3-1所示：由样品的*RD图谱可以看到，样品1三条主要的特征衍射峰在2为28.356、31.630和34.263，利用Jade分析软件对此衍射图谱进展分析，其对应的物相为单斜锆石，主要的物相为ZrO。衍射峰锋利且峰宽较窄，说明晶体的结晶程度较好，晶体生长较完全。合成的锆石主要沿(-1，1，1)和1，1，1晶面进展生长。表3-3中样品2的*RD谱图如图3-2所示：图3-2 样品2的*RD谱图分析结果显示其中主要含有三种物相，与标准PDF卡片号37-1484、标准PDF卡片号39-1425和标准PDF卡片号06-0266比照，分别为斜锆石ZrO2、方石英SiO2和锆英石ZrSiO4。斜锆石ZrO2特征衍射峰对应的2为32.219和39.766；方石英SiO2特征衍射峰对应的2为22.871和29.171；锆英石ZrSiO4特征衍射峰对应的2为20.091和27.686。固化体以结晶锆英石和单斜锆石为主，衍射峰锋利且峰宽较窄，晶体的转化程度较好。样品1主要晶体组成与样品2有较大的差异，分析比照其制备和烧结条件，推测造成差异的原因可能是凝胶的后处理工序和压片成型的压力有关。3.4 电子探针分析表2-3中样品1的电子探针照片结果如图3-3和表3-4所示；样品2的电子探针照片结果如图3-4和表3-5所示： 图3-3 样品1电子探针照片图 图3-4样品2电子探针照片表3-4 样品1化学成分定量分析表wt%成分位置Al2O3SiO2Ce2O3ZrO2TiO2P2O5La2O3Total备注10.3092.850.313.080.040.000.0497.01暗区20.2888.991.093.220.010.000.0093.61暗区30.1446.952.6745.820.000.090.0096.14亮区40.1342.044.9645.300.000.060.0492.65亮区对样品1物质组成进展电子探针分析，如图3-3所示，在样品上随机取1、2、3、4四个点位，测定四点的化学组成，其定量分析结果如表3-4所示，暗点1、2主要的矿物组成为SiO2，重量百分比为92.85%和88.99%，还有局部ZrO2和很少量的Ce2O3；亮点3、4样品主要的矿物组成为SiO2、ZrO2，重量百分比为46.95%、45.82%和42.04%、45.30%。相对于暗区物质的含量，亮区中的Ce2O3有明显的提高。亮区的主要矿物的组成为SiO2、ZrO2，且含量接近1:1；结合*RD的分析样品1中只有单一的晶体ZrO2可知，亮区显示的为结晶的ZrO2。表3-5样品2电子探针化学成分定量分析表wt%成分位置Al2O3SiO2Ce2O3ZrO2TiO2BaOLa2O3Nd2O3Total备注10.2090.591.967.450.010.080.010.03100.56暗区20.1489.502.106.210.010.000.000.1198.26暗区30.1950.082.6447.670.040.080.000.06101.16亮区40.0935.812.9752.410.050.040.010.0091.62亮区对样品2物质组成进展电子探针分析，如图3-4所示，其定量分析结果如表3-5所示，暗点1、2主要的矿物组成为SiO2，重量百分比为90.59%和89.50%，还有局部ZrO2和很少量的Ce2O3；亮点3、4样品主要的矿物组成为SiO2、ZrO2，与样品1相似，亮区中的Ce2O3相对于暗区有明显的提高。点3亮区的主要矿物的组成为SiO2、ZrO2，且含量接近1:1；点4亮区的主要矿物的组成为SiO2、ZrO2，且含量比小于1；结合*RD的分析样品2中一些亮区物相为ZrSiO4晶体，一些亮区为ZrSiO4和ZrO2晶体。掺杂元素Ce会以(Zr，Ce)SiO4或Zr，CeO2两种形式存在。. z.-结 论本论文采用了溶胶-凝胶法合成锆英石。通过物化性能、*RD以及电子探针对两组样品的物化性能、物相、矿物组成进展表征。得出以下结论：(1) 合成锆英石的最正确条件为：加水量30mL，pH值23。(2) 合成产物烧结收缩率均大于20%，显气孔率均大于4%，表观密度均小于5.0 g/cm3。(3) 结合*RD和电子探针分析，凝胶后处理过程中未经氨水洗涤的样品，其晶体为单一的单斜锆石ZrO2；经过洗涤的其晶体组成主要以锆英石ZrSiO4和斜锆石ZrO2为主，其中含有局部方石英SiO2。几组样品的矿物组成均以ZrO2和SiO2等组成为主，且ZrO2的含量比重较大。. z.-致 作者首先要衷心的感罗太安教师，指导学长郁兴国、马辉，本论文从选题、资料收集、实验方案的设计、实验工作的进展、论文的编写都得到了罗教师的悉心指导和帮助。一年来，在罗教师和郁兴国学长的严格要求下，作者不仅丰富了专业知识和提高了科学研究的水平，而且学到了严谨、不断进取、实事的工作态度，无论是在学习还是以后工作都有很大的帮助。在整个论文的实验阶段中，作者得到了其他教师和学长以及同学的很大帮助，在此一并表示由衷的感。感大学四年来陪伴我的教师和同学们，在四年的大学生活中，感在学习和生活当中给予我无限支持的寝室成员，特别感我的父母对我的养育之恩和理解以及求学路上的支持。. z.-参考文献1 瑞珠.自蔓延高温合成法固化高放射性核废料J.硅酸盐学报,2008,36(10): 14841487.2 Internation Atomic Energy Agency. Design and operation of high level waste vitrification and storeage facilities R/IAEA Technical ReportsSeries, No.339. Vienna, Austria: IAEA Press, 1992:1478.3车春霞,滕元成.放射性废物固化处理的研究及应用现状J.材料导报,2006,20(2) :941014 Reyad A. Shawabkeh.Solidification and stabilization of cadmium ions in sandcementclay mi*tureJ.Journal of Hazardous Materials, 2005, 125: 237243.5车春霞,滕元成.钙钛锆石固化处理高放射性废物的研究现状J.硅酸盐通报,2006,25(3): 105110.6 Yun Bao , Michael W. Grutzeck. Preparation and Properties of Hydroceramic Waste Forms Made with Simulated Hanford Low-Activity WasteJ. The American Ceramic Society, 2005, 88(12): 32873302.7 王茜.溶胶凝胶Sol-Gel法的原理、工艺及其应用J.化工,2007,30(4):2527.8Christekke Veytizou.Sol-gel synthesis via an aqueoussemi-alko*ide route ancharacterizationof zirconpowder.J.Mater.Chem.2000(10):3659滕元成,车春霞,朝彬.固相反响合成钙钛锆石和榍石J.西南科技大学学报,2006,21 (4):81510车春霞,滕元成.钙钛锆石固化处理高放射性废物的研究现状J.硅酸盐通报,2006,25(3): 105110.11 Reyad A. Shawabkeh.Solidification and stabilization of cadmium ions in sandcementclay mi*tureJ.Journal of Hazardous Materials, 2005, 125: 237243.12 Nour-el-hayet Kamel, Khadoudja Remil, Malika Arabi,et al.Effect of the synthesis method on the properties of a Pb-bearing (YGdCe) rare-earth phosphate used for the confinement of high-level radioactive wasteJ. Journal of Nuclear Materials, 2010, 401: 104112.13 龚恒风,马俊平等. 人造岩石固化体的研究现状J. 科学学报，2009,214. z.