Elucidation of the technological conditions for the formation of alkali silicates heat-insulating products based on ash-removal of thermal power plants and liquid glass

Олександр Дрючко; Наталія Бунякіна; Олександр Шефер; Руслан Захарченко; Дмитро Кислиця; Марина Москаленко

doi:10.26906/znp.2024.62.3860

Автор(и)

Олександр Дрючко НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0000-0002-2157-0526
Наталія Бунякіна НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0000-0003-4241-5127
Олександр Шефер НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0000-0002-3415-349X
Руслан Захарченко НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0000-0002-4651-0159
Дмитро Кислиця НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0009-0005-2007-4220
Марина Москаленко НУ "Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка" https://orcid.org/0000-0002-6135-5652

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2024.62.3860

Ключові слова:

неодим, цезій, стронцій, нітрати, водно-сольові системи, комплексоутворення, властивості

Анотація

Проведене комплексне дослідження дає достовірне уявлення про тенденції у спільній поведінці структурних компонентів у водно-сольових системах нітратних прекурсорів неодиму, цезію, стронцію у підготовчих стадіях технологічних регламентів концентрування й іммобілізації рідких радіоактивних відходів ядерного енергопромислового комплексу за схемами з використанням пористих і шаруватих матричних фіксаторів радіонуклідів 137Cs, 90Sr і тепловою активацією. Виявлено стадійність таких перетворень; з’ясовано закономірності комплексо- і фазоутворення в системах та фактори впливу на них; вивчений ряд фізико-хімічних властивостей утворюваних проміжних фаз – координаційних нітратів неодиму: їхній склад, види сполук, атомно-кристалічну будову, форми координаційних поліедрів Ln, типи координації лігандів, особливості і закономірності поведінки в процесах термооброблення. Встановлено, що в умовах існування розчинів система CsNO3 – Nd(NO3)3 – H2O характеризується утворенням 2 аніонних комплексних сполук Ln3+, система Sr(NO3)2 – Nd(NO3)3 – H2O – евтонічного типу. Протікаючі конкуруючі реакції є сильнодіючим технологічним фактором суттєво впливаючим на зміну активності структурних форм Ln3+. Систематизовані відомості дозволяють з’ясовувати механізми, кінетику перетворень структурних компонентів в аналогічних об’єктах та дають можливість перенести одержану систему знань у площину перспективних технологічних рішень отверднення рідких радіоактивних відходів.

Посилання

1. Salvatores, M. Radioactive waste partitioning and transmutation within advanced fuel cycles: Achievements and challenges / M. Salvatores, G. Palmiotti // Prog. Part. Nucl. Phys. – 2011. – V. 66, No.1. – P. 144–166. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2010.10.001

2. Zilberman, B.Ya. Dibutyl phosphoric acid and its acidic zirconium salt as an extractant for the separation of transplutonium elements and rare earths and for their partitioning / B. Ya. Zilberman, Yu. S. Fedorov, O. V. Schmidt [et al.] // J. Radioanal. Nucl. Ch. – 2009. – V. 279, No. 1. – P. 193–208. DOI: https://doi.org/10.1007/s10967-007-7253-5

3. Nishihara, K. Impact of partitioning and transmutation on LWR high-level waste disposal / K. Nishihara, S. Nakayama, Y. Morita [et al.] // J. Nucl. Sci. Technol. – 2008. – V. 45, No. 1. – P. 84–97. DOI: https://doi.org/10.3327/jnst.45.84

4. Forsberg, C. W. Rethinking high-level waste disposal: Separate disposal of high-heat radionuclides / C. W. Forsberg // Nucl. Technol. – 2000. – V. 131, No. 2. – P. 252–268. DOI: https://doi.org/10.13182/NT00-A3115

5. Del Cul, G. D. Citrate-based ―talspeak‖ actinide-lanthanide process / G. D. Del Cul, L.M. Toth, W. D. Bond [et al.] // Separ. Sci. Technol. – 1997. – V. 32, No. 1–4. – P. 431– 446. DOI: https://doi.org/10.1080/01496399708003208

6. Mathur, J. M. Actinides partitioning – a review / J. M. Mathur, M. S. Murali, K. L. Nash // Solvent Extr. Ion Exc. – 2001. – V. 19, No. 3. – P. 357–390. DOI: https://doi.org/10.1081/SEI-100103276

7. Paiva, A. P. Recent advances on the chemistry of solvent extraction applied to the reprocessing of spent nuclear fuels and radioactive wastes / A. P. Paiva, P. Malik // J. Radioanal. Nucl. Ch. – 2004. – V. 261, No. 2. – P. 485–496. DOI: https://doi.org/10.1023/B:JRNC.0000034890.23325.b5

8. Trachenko, K. Topical Review. Understanding resistance to amorphization by radiation damage / K. Trachenko // J. Phys.- Condens. Mat. – 2004. – V. 16. – P. 1491–1515. DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/49/R03

9. Anosov V.Ya. Basics of Physical and Chemical Analysis / V.Ya. Anosov, М.I. Ozerova, Yu.Ya .Fialkov., 1976. – 503 p.

10. Goroshchenko Ya. G. Physical and Chemical Analysis of homogenous and heterogenous systems / Ya. G. Goroshchenko. –K.: Naukova dumka, 1978. – 490 p.

11. Vigdorchik A.G., Malinovskij Ju.A., Drjuchko A.G. Preparation and crystalline structure of Cs2[Nd(NO3)5(H2O)2]. Crystallography. 1989. vol. 34, no. 2. pp. 292-296.

12. Vigdorchik A.G., Malinovskij Ju.A., Drjuchko A.G. Preparation and crystalline structure of Cs[Nd(NO3)4(H2O)3]. Journal of structural chemistry. 1989. vol. 30, no. 5. pp. 175-179.

13. Kudrenko E.O., Shmyt'ko Y.M., Strukova H.K. Structure of precursors of complex oxides of rare-earth elements prepared by solvent thermolysis. Fyzyka tverdoho tela. 2008, vol. 50, no. 5, pp. 924–930. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783408050272

14. Varma A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S. et al. Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials. American Chemical Society. Chem. Rev. 2016, vol. 116, pp. 14493-14586. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279

15. Schaak R.E., Mallouk T.E. Perovskites by Design: A Toolbox of Solid-State Reactions. Chemistry of Materials. 2002, vol. 14, no. 4, pp. 1455-1471. DOI: https://doi.org/10.1021/cm010689m