В рамках синтеза новых вариантов матричных материалов для остекловывания вы¬сокоактивных радиоактивных отходов обнаружены и изучены кристаллические фазы, образующиеся при быстром охлаждении из расплавов системы Na2O–Rb2O–SrO(Ba)–B2O3–SiO2–Al2O3–ZrO2 с высоким содержанием Rb и Zr (до 10 мол. %). Методами электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и КР спектроскопии в образцах установлено присутствие многочисленных Zr- и Rb-содержащих кристаллов; изучены их морфология, химический состав и спектральные характеристики. Сделан вывод о том, что образование данных кристаллических фаз обусловлено избыточным содержанием отдельных компонентов расплава и определяет нежелательную итоговую локальную неоднородность и кристаллизацию матричных материалов.

Ключевые слова: радиоактивные отходы, иммобилизация, матричные материалы, кристаллизация, рубидий, цирконий.

Статья поступила в редакцию 01.12.2023 г., принята к печати 08.12.2023 г.

В.Е. Еремяшев, Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, Институт минералогии, г. Миасс, Челябинская обл., 456317 Россия;

Южно-Уральский государственный университет , Россия; vee-zlat@mail.ru, vee-zlat@mineralogy.ru 

Г.Г. Кориневская, Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, Институт минералогии, г. Миасс, Челябинская обл., 456317 Россия;

Южно-Уральский государственный университет,  Россия; 

С.М. Лебедева, Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, Институт минералогии, г. Миасс, Челябинская обл., 456317 Россия;

М.А. Рассомахин, Южно-Уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН, Институт минералогии, г. Миасс, Челябинская обл., 456317 Россия

1. Еремяшев В.Е., Мазур А.С., Толстой П.М., Осипова Л.М. (2019) Исследование особенностей структуры рубидиевых боросиликатных стекол методом ЯМР-спектроскопии. Неорганические материалы, 55(5), 538–543.
2. Arima M., Edgar A.D. (1980). Stability of wadeite (Zr2K4Si6O18) under upper mantle conditions: petrological implications. Contribution to Mineralogy and Petrology, 72(2), 191–195.
3. Caurant D., Loiseau P., Majerus O., Aubin-Chevaldonnet V., Bardez I., Quintas A. (2009) Glasses, glass-ceramics and ceramics for immobilization of highly radioactive nuclear wastes. New York, Nova Science Publishers, 445 p.
4. Chen H., Marcial J., Ahmadzadeh M., Patil D., McCloy J.S. (2020) Partitioning of rare earths in multiphase nuclear waste glass-ceramics. International Journal of Applied Glass Science, 11, 660–675.
5. Donald I.W. (2010) Waste immobilization in glass and ceramic based hosts: tadioactive, toxic and hazardous wastes. John Wiley & Sons, Ltd, 507 р.
6. Eremyashev V.E., Zherebtsov D.A., Osipova L.M., Danilina E.I. (2016) Thermal study of melting, transition and crystallization of rubidium and caesium borosilicate gasses. Ceramics International, 42, 18368–18372.
7. Eremyashev V.E., Zherebtsov D.A., Brazhnikov M.P., Zainullina R.T., Danilina E.I. (2020) Cerium infuence on the thermal properties and structure of high-alkaline borosilicate glasses. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139(2), 991–997.
8. Eremyashev V.E., Rassomakhin M.A., Korinevskaya G.G., Zhivulin D.E., Lebedeva S.M., Danilina E.I., Osipov A.A., Bocharov V.N. (2023) Synthesis and study of zirconium-containing sodium-cesium aluminoborosilicate matrix materials. Journal of Non-Crystalline Solids, 617, 122497.
9. Fewox C. S., Kirumakki S. R., Clearfeld A. (2007) Structural and mechanistic investigation of rubidium ion exchange in potassium zirconium trisilicate. Chemistry of Materials, 19(3), 384–392.
10. Guo Y., Liu C., Wang J., Ruan J., Li X., Han J., Xie J. (2020) Effect of ZrO2 crystallization on ion exchange properties in aluminosilicate glass. Journal of the European Ceramic Society, 40(5), 2179–2184.
11. Keshavarzi A., Russel C. (2012) The effect of TiO2 and ZrO2 addition on the crystallization of Ce3+ doped yttrium aluminum garnet from glasses in the system Y2O3/ Al2O3/SiO2/AlF3. Materials Chemistry and Physics, 132(2), 278–83.
12. Kyono A., Kimata M. (2001) Refnement of the crystal structure of a synthetic non-stoichiometric Rb-feldspar. Mineralogical Magazine, 65(4), 523–531.
13. Lafuente B., Downs R.T., Yang H., Stone N. (2015) The power of databases: the RRUFF Project. http://rruff.info (accessed 21 February 2023).
14. Singh B.K., Hafeez M.A., Kim H., Hong S., Kang J., Um W. (2021) Inorganic waste forms for effcient immobilization of radionuclides. ACS ES&T Engineer, 1(8), 1149–1170.
15. Vienna J.D., Collins E.D., Crum J.V., Ebert W.L., Frank S.M., Garn T.G., Gombert D., Jones R., Jubin R.T., Maio V., Marra J.C., Maty J., Nenoff T.M., Riley B.J., Sevigny G.J., Soelberg N., Strachan D., Thallapally P.K., Westsik Jr. J.H. (2015) Closed fuel cycle waste treatment strategy, FCRD-MRWFD-2015-000674, rev. 0, PNNL-24114. Pacifc Northwest National Laboratory, Richland, WA. https://www.pnnl.gov/main/ publications/ external/technical_reports/PNNL-24114.pdf