Кристаллизация боросиликатных расплавов, содержащих Na и Cs: результаты спектроскопии комбинационного рассеяния света

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом спектроскопии комбинационного рассеяния исследована структура боросиликатных стекол и стеклокерамических материалов двух составов с различным соотношением Cs/Na. Синтез материалов проведен в двух разных температурных режимах. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света проведено исследование анионного окружения цезия в стекле и изучены структурные перестройки сетки при формировании кристаллических фаз. Рентгенограммы стеклокерамических образцов позволили определить единственную кристаллическую фазу CsBSi2O6, структура которой не была определена однозначно. Стеклокерамика изученного состава может быть использована для иммобилизации цезия путем включения его в кристаллические фазы состава CsBSi2O6, при этом натрий остается размещенным в стеклообразной матрице. В результате исследований было показано, что состав кристаллической фазы не зависит от исходного соотношения щелочных катионов, тогда как соотношение между количествами упорядоченной и аморфной фаз зависит от кинетики процесса охлаждения расплава.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Н. Королева

Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН; Институт геохимии и аналитической химии РАН им. Вернадского

Автор, ответственный за переписку.
Email: olgankoroleva@gmail.com

Институт минералогии

Россия, 456317, Миасс, т. Ильменский заповедник; 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

Л. А. Неволина

Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН; Институт геохимии и аналитической химии РАН им. Вернадского

Email: olgankoroleva@gmail.com

Институт минералогии

Россия, 456317, Миасс, т. Ильменский заповедник; 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

А. П. Кривенко

Институт геохимии и аналитической химии РАН им. Вернадского

Email: olgankoroleva@gmail.com
Россия, 119991, Москва, ул. Косыгина, 19

Список литературы

  1. Быков В.Н., Королева О.Н., Осипов А.А. (2009) Структура силикатных расплавов по данным спектроскопии комбинационного рассеяния и термодинамического моделирования. Геохимия (11), 1138–1145.
  2. Bykov V.N., Koroleva O.N., Osipov A.A. (2009) Structure of silicate melts: Raman spectroscopic data and thermodynamic simulation results. Geochem. Int. 47 (11), 1067–1074.
  3. Деркачева Е.С. (2021) Фазообразование и характеризация борополлуцитов с примесями Ba. Физика и химия стекла 47, 714–720.
  4. Лаверов Н.П., Дмитриев С.А., Величкин В.И., Омельяненко Б.И. (2009) Условия безопасной изоляции жидких отходов низкого и среднего уровня активности. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология (3), 195–213.
  5. Малинина Г.А. (2016) Строение и гидролитическая устойчивость самарий, гафний и урансодержащих стеклокерамических материалов для иммобилизации твердых радиоактивных отходов. дис. ... канд. хим. наук. Москва, 117 с.
  6. Bubnova R.S., Stepanov N.K., Levin A.A., Filatov S.K., Paufler P., Meyer D.C. (2004) Crystal structure and thermal behaviour of boropollucite CsBSi2O6. Solid State Sci. 6, 629–637.
  7. Donald I.W. (2010) Waste immobilization in glass and ceramic based hosts: Radioactive, toxic and hazardous wastes. Chichester: Wiley, 507 p.
  8. Furukawa T., White W.B. (1981) Raman spectroscopic investigation of sodium borosilicate glass structure. J. Mater. Sci. 16, 2689–2700.
  9. Jantzen C.M. (2011) Historical development of glass and ceramic waste forms for high level radioactive waste Handbook of advanced radioactive waste conditioning technologies. Eds. Cambridge: Woodhead, 159–172.
  10. Kaneko S., Tokuda Y., Takahashi Y., Masai H., Ueda Y. (2017) Structural analysis of mixed alkali borosilicate glasses containing Cs+ and Na+ using strong magnetic field magic angle spinning nuclear magnetic resonance. J. Asian Ceram. Soc. 5 (1), 7–12.
  11. Kim M., Heo J. (2015) Calcium-borosilicate glass-ceramics wasteforms to immobilize rare-earth oxide wastes from pyro-processing. J. Nucl. Mater. 467, 224–228.
  12. Koroleva O.N. (2017) The structure of lithium silicate melts revealed by high-temperature Raman spectroscopy. Spectrosc. Lett. 50 (5), 257–264.
  13. Koroleva O.N., Nevolina L.A., Korobatova N.M. (2023) Glass-Containing Matrices Based on Borosilicate Glasses for the Immobilization of Radioactive Wastes. J. Compos. Sci. 7 (12), 505.
  14. Koroleva O.N., Shabunina L.A. (2013) Effect of the ratio R = [Na2O]/[B2O3] on the structure of glass in the Na2O-B2O3-SiO2 system. Russ. J. Gen. Chem. 83 (2), 238–244.
  15. Koroleva O.N., Shabunina L.A., Bykov V.N. (2011) Structure of borosilicate glass according to raman spectroscopy data. Glass and Ceram. 67 (11), 340–342.
  16. Krzhizhanovskaya M.G., Bubnova R.S., Filatov S.K. (2018) Powder X-Ray Diffraction Data on Polymorphism of RbBSi2O6 and Crystal Structure of Its High-Temperature Modification. J. Struct. Chem. 59, 1995–2000.
  17. Manara D., Grandjean A., Neuville D. (2009) Advances in Understanding the Structure of Borosilicate Glasses: A Raman Spectroscopy Study. Amer. Miner. 94, 777–784.
  18. McCloy J.S., Goel A. (2017) Glass-ceramics for nuclear-waste immobilization. MRS Bull. 42 (3), 233–240.
  19. Mysen B., Richet P. (2019) Glass versus melt Silicate glasses and melts (second edition) (Eds. Mysen B., Richet P.). Elsevier, 39–75.
  20. Nevolina L.A., Koroleva O.N., Tyurnina N.G., Tyurnina Z.G. (2021) Study of Alkaline Earth Borosilicate Glass by Raman Spectroscopy. Glass Phys. Chem. 47 (1), 24–29.
  21. Nevolina L.A., Shtenberg M.V., Zherebtsov D.A., Koroleva O.N. (2023) Structure and crystallizability of K2O-B2O3-SiO2 and K2O-B2O3-GeO2 glasses: Effect of composition and heat treatment mode. Ceram. Int. 49, 37228–37237.
  22. Ojovan M.I., Petrov V.A., Yudintsev S.V. (2021) Glass Crystalline Materials as Advanced Nuclear Wasteforms. Sustain. 13 (8)
  23. Osipov A.A., Osipova L.M., Zainullina R.T. (2015) Structural units in alkali borate glasses and melts. Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B 56 (6), 255–262.
  24. Parkinson B.G., Holland D., Smith M.E., Howes A.P., Scales C.R. (2005) The effect of Cs2O additions on HLW wasteform glasses. J. Non-Cryst. Solids. 351, 2425–2432.
  25. Serbena F.C., Mathias I., Foerster C.E., Zanotto E.D. (2015) Crystallization toughening of a model glass-ceramic. Acta Mater. 86, 216–228.
  26. Zhu H., Wang F., Liao Q., Zhu Y. (2020) Synthesis and characterization of zirconolite-sodium borosilicate glass-ceramics for nuclear waste immobilization. J. Nucl. Mater. 532, 152026.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение режимов № 1 (красным) и № 2 (синим) для синтеза стеклокерамических материалов из расплавов.

Скачать (70KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фото образцов стекла 1Na3Cs50 и стеклокерамических материалов составов 1Na3Cs50 и 2Na2Cs50.

Скачать (76KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры комбинационного рассеяния исходных стекол системы 30(Na2O+Cs2O)·20B2O3·50SiO2, содержащих натрий и цезий в различных соотношениях (а). Разложение спектров комбинационного рассеяния на суперпозицию линий (б). Q2 – тетраэдры SiO4 с двумя немостиковыми атомами кислорода; Q3 – тетраэдры SiO4 с одним немостиковым атомом кислорода; [3]B – структурные единицы, содержащие трехкоординированные атомы бора; [4]B – структурные единицы, содержащие атомы бора в четвертной координации.

Скачать (243KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление интегральных интенсивностей характеристических полос спектров стекол 1Na3Cs50 и 2Na2Cs50.

Скачать (76KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры комбинационного рассеяния стекла состава 1Na3Cs50 и стеклокерамического материала 1Na3Cs50-I, полученного из расплава при термической обработке согласно режиму № 1 (a). Оптическое изображение стеклокерамики 1Na3Cs50-I (б).

Скачать (158KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры комбинационного рассеяния стекла состава 2Na2Cs50 и стеклокерамического материала 2Na2Cs50-I, полученного из расплава согласно режиму № 1 (а). Оптическое изображение стеклокерамики 2Na2Cs50-I (б).

Скачать (173KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектры КР исходного стекла 1Na3Cs50 и различных участков стеклокерамики, полученной при термической обработке согласно режиму № 2 (а). Оптическое изображение стеклокерамики 1Na3Cs50-II (б).

Скачать (271KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры КР исходного стекла 2Na2Cs50, аморфной и кристаллической частей стеклокерамики, полученной согласно режиму № 2 (а). Оптическое изображение стеклокерамики 2Na2Cs50-II (б).

Скачать (244KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».