一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥，它包括以下重量份的原料：3‑6份

【技术实现步骤摘要】
一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥及其制备方法，属于核屏蔽材料的制备领域
。

技术介绍

[0002]2017
年国内核能发电量为
2474.69
亿
kWh
，占全国各类电源总发电量的
3.94
％，相较于主流核电国家仍有较大的发展空间
。
核电属于优质高效的清洁能源，发展核电能够促进我国能源结构转型以及改善污染环境情况
。
核能发电相较于水电
、
光伏
、
风电等清洁能源具有无间歇性
、
受自然条件约束少等优点，目前国内核电年利用小时数在
7200
小时左右，远高于水电
、
光伏
、
风电等清洁能源的发电水平，是我国未来能源结构中代替火电的最合适选择
。
[0003]在核反应堆中，燃料棒受到中子的轰击下发生裂变反应，，释放出大量的能量，同时产生放射性核素
。
这些放射性核素通常可以分为高放射性和低放射性两类
。
高放射性废料指的是放射性核素浓度非常高
、
半衰期非常长的废料
。
这些废料通常包括使用过的核燃料
、
核反应堆中的核燃料残渣和废液等
。
由于这些废料含有大量的放射性核素，具有非常强的辐射性和热性，因此处理过程十分危险
。
[0004]氟磷灰石是一种磷酸盐类化合物，化学式为
Ca
10
(PO4)6F2。
氟磷灰石结构为
Ca
2+
、PO
43
‑
、F
‑
组成六方晶体结构，晶胞参数为在氟磷灰石中每个
PO
43
‑
都与六个
Ca
2+
和一个
F
‑
相连，构成了一个六角形的磷酸根团，而每个
Ca
2+
则被八个磷酸根基团所包围
。
当晶体中原本的
OH
‑
被
F
‑
所取代时，
F
‑
与晶体中的其他离子之间的化学键强度和长度发生了变化，从而引起了晶格畸变
。
每个
F
‑
与相邻的两个
PO
43
‑
之间形成了共价键，强于
OH
‑
和
PO
43
‑
之间的键
。
这种畸变导致了氟磷灰石比普通磷灰石更加稳定
。
此外，氟磷灰石的结构中还包含着一些微观孔洞和缺陷，这些孔洞和缺陷使得氟磷灰石具有更大的比表面积和更好的吸附性能，易于分散在水泥中不引起团聚
。
[0005]稀土元素
(
镧系元素
)
掺杂氟磷灰石相比未掺杂的氟磷灰石能够进一步提升其耐辐射性能
。
磷灰石中的稀土元素能够吸收辐射，从而在晶体结构中产生一些缺陷对，缺陷的存在能够吸收外部环境的辐射，减少辐射损伤；稀土元素的能级结构大多具有能级交叉
、
能级分裂等特点，因而可以提供额外的能量激发晶体缺陷的恢复；接受到外施能量的核外电子处于激发态后释放能量，激发局部区域的晶格振动
、
杂质位点移动，促进晶格的修复
。
此外稀土元素的
4f
电子层能够吸收高能电磁辐射，增强防护性能
。
不同的掺杂元素对磷灰石的耐辐射性能具有不同的影响，一般来说，稀土元素掺杂进入磷灰石晶体结构匹配度高，掺杂后能够确保晶体结构的稳定性增强，较长电子云半径的稀土元素在晶格中的占位更加稳定
、
较高电负性的元素对空位具有吸引能力从而加快缺陷对的复合
、
较弱结合能的元素能够更容易脱离晶格从而参与到自修复的过程中
。
[0006]常见的合成掺杂磷灰石粉末的方法有共沉淀法
、
溶胶凝胶法
、
燃烧法
、
气相沉积法
、
比表面积法等
。
共沉淀法虽然简单易操作
、
成本低廉，但是产物分散性差
、
纯度较低，并
且难以控制稀土掺杂量，合成粒径在几十纳米到数百纳米；溶胶凝胶法制备方法冗杂
、
时间长且成本较高，合成时常会使产物纯度不高
、
产生多晶；燃烧法会消耗大量能源，同时产生大量废气废水，污染环境
。
为了解决以上问题，我们选用水热共沉淀法合成
La
掺杂的纳米磷灰石，并选用柠檬酸三钠为络合剂和结晶助剂，
Tween 80
为表面活性剂，得到的产物粒径在
100nm
左右，后与普通水泥混合，得到耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥及其制备方法，确定耐辐射元素与掺杂比例，使采用本方法得到的磷灰石粉末纯度高
、
形貌均一
、
粒径小，易于分散在水泥中
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是
。
[0009]一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥，它包括以下重量份的原料：3‑6份
Ca(NO3)2·
4H2O
，1‑3份
Tween80
，1‑3份
CTAB
，8‑
14
份
Na3Cit
·
2H2O
，1‑2份
NaF
，1‑4份
(NH4)2HPO4，1‑3份
Ln(NO3)3粉末
。
[0010]其制备方法为：
[0011]步骤一：按组份称取
Ca(NO3)2·
4H2O、Tween80、Ln(NO3)3粉末，配置成溶液
A
；按组份称取
Na3Cit
·
2H2O、NaF、(NH4)2HPO4配置成溶液
B
；
[0012]步骤二：使用磁力搅拌器以
400
‑
800rpm
搅拌溶液
A 30min
‑
1h
去除其中空气，使用移液枪将溶液
B
以
0.01mL/s
滴加进入处于搅拌中的溶液
A
后，再搅拌
20min
‑
1h
充分混合；
[0013]步骤三：将步骤二中得到的混合溶液导入聚四氟乙烯反应釜中，以1‑
3℃/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥，其特征是：它包括以下重量份的原料：3‑6份
Ca(NO3)2·
4H2O
，1‑3份
Tween80
，1‑3份
CTAB
，8‑
14
份
Na3Cit
·
2H2O
，1‑2份
NaF
，1‑4份
(NH4)2HPO4，1‑3份
Ln(NO3)3粉末
。2.
如权利要求1所述的一种耐辐射稀土掺杂氟磷灰石水泥，其特征是：其制备方法为：步骤一：按组份称取
Ca(NO3)2·
4H2O、Tween80、Ln(NO3)3粉末，配置成溶液
A
；按组份称取
Na3Cit
·
2H2O、NaF、(NH4)2HPO4配置成溶液
B
；步骤二：使用磁力搅拌器以
400
‑
800rpm
搅拌溶液
A 30min
‑
1h
去除其中空气，使用移液枪将溶液
B
以
0.01mL/s
滴加进入处于搅拌中的溶液
A
后，再搅拌
20min...

【专利技术属性】
技术研发人员：余丁顺，岳文，邱坤峰，别少荣，于皓丞，邓军，
申请(专利权)人：中国地质大学北京郑州研究院，
类型：发明
国别省市：