Publication detail

Impact of rare earth ion size on the phase evolution of MoO3-containing aluminoborosilicate glass-ceramics

Year: 2018

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Journal of Nuclear Materials

Publisher name: Elsevier Science BV

Place: Amsterdam

Page from-to: 539-550

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Vliv velikosti iontů vzácných zemin na fázový vývoj aluminoborosilikátové sklokeramiky obsahující MoO3	Přechodné kovy a prvky vzácných zemin (RE) jsou důležité štěpné produkty přítomné v použitém jaderném palivu, které ve vysokých koncentracích mají sklon srážet krystalické fáze ve formě sklovitého jaderného odpadu. Obzvláště zajímavé jsou dvě fáze: powellit (CaMoO4) a oxyapatit (Ca2RE8 (SiO4) (6) O-2). Závislosti na složení skla, které řídí krystalizaci těchto fází při chlazení z taveniny, jsou špatně pochopeny. V této studii byl studován vliv identity vzácné zeminy a intenzity kationtu pole modifikátoru na krystalizaci powellitu a apatitu v modelu MoO3 obsahujícího alkalického hliníku a hlinitokřemičitanového skla alkalických zemin se zaměřením na (1) vliv velikosti kationtů vzácných zemin (pro RE3 (+): Ce, La, Nd, Sm, Er, Yb) a (2) vliv ne-rámcových kationtů (RE3 +, Mo6 +, Na +, Ca2 +). Kalené sklenice a sklokeramika (získané pomalým ochlazováním) byly charakterizovány rentgenovou difrakcí (XRD), Ramanovou spektroskopií, rentgenovou absorpční spektroskopií (XAS) a mikroanalýzou elektronové sondy (EPMA). Všechny vzorky byly po kalení rentgenově amorfní, s výjimkou kompozice obsahující Ce, která krystalizovala cerii (Ce02), a vzorek bez jakýchkoliv kationtů vzácných zemin, které krystalizovaly prášek. Při tepelném zpracování ve většině vzorků krystalizoval prášek a oxyapatit, přičemž první část krystalizovala v objemu a druhá na povrchu. Výsledky EPMA potvrdily malou koncentraci boru v krystalové struktuře oxyapatitu. RE kationty byly včleněny do skla, stejně jako do práškového materiálu, oxyapatitu a v případě Yb3 +, keiviitu (Yb2Si2O7). Ramanova spektroskopie ukázala, že primární vibrační pás pro molybdenan MoO42- ve sklech byl silně ovlivněn silou iontového pole modifikujících kationtů (alkálie, alkalické zeminy a RE), což naznačuje jejich blízkost k MoO (4) (2-) ionty ve skle, i když délka vazby Mo-O a koordinace podle XAS naznačují malou lokální změnu.	Ionty vzácných zemin; Imobilizace jaderného odpadu; Molybdenan; Sklokeramika
eng	Impact of rare earth ion size on the phase evolution of MoO3-containing aluminoborosilicate glass-ceramics	Transition metal and rare earth (RE) elements are important fission products present in used nuclear fuel, which in high concentrations tend to precipitate crystalline phases in vitreous nuclear waste forms. Two phases of particular interest are powellite (CaMoO4) and oxyapatite (Ca2RE8(SiO4)(6)O-2). The glass compositional dependencies controlling crystallization of these phases on cooling from the melt are poorly understood. In the present study, the effect of rare earth identity and modifier cation field strength on powellite and apatite crystallization were studied in a model MoO3-containing alkali/alkaline-earth aluminoborosilicate glass with focus on (1) influence of rare earth cation size (for RE3(+): Ce, La, Nd, Sm, Er, Yb) and (2) influence of non-framework cations (RE3+, Mo6+, Na+, Ca2+). Quenched glasses and glass-ceramics (obtained by slow cooling) were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy (XAS), and electron probe microanalysis (EPMA). All samples were X-ray amorphous upon quenching, except the Ce-containing composition which crystallized ceria (CeO2), and the sample devoid of any rare earth cations which crystallized powellite. On heat treatment, powellite and oxyapatite crystallized in the majority of the samples, with the former crystallizing in the volume and the latter on the surface. The EPMA results confirmed a small concentration of boron in the oxyapatite crystal structure. RE cations were incorporated in the glass, as well as in powellite, oxyapatite, and in the case of Yb3+, keiviite (Yb2Si2O7). Raman spectroscopy showed that the primary vibration band for molybdate MoO42- in the glasses was strongly affected by the ionic field strength of the modifying cations (alkali, alkaline earth, and RE), suggesting their proximity to the MoO(4)(2- )ions in the glass, though the Mo-O bond length and coordination according to XAS suggested little local change. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserv	Rare earth ions; Nuclear waste immobilization; Molybdate; Glass-ceramic

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links