способ получения кристаллического циркона, допированного изоморфными примесями
Классы МПК: | C01G25/00 Соединения циркония |
Автор(ы): | Бураков Б.Е., Андерсон Е.Б., Пазухин Э.М., Михеева Е.Э. |
Патентообладатель(и): | Научно-производственное объединение "Радиевый институт им.В.Г.Хлопина" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-11-12 публикация патента:
27.11.1995 |
Использование: для получения кристаллического циркона, допированного изоморфными примесями. Сущность изобретения: сначала готовят шихту, при этом в шаровой мельнице в течение 1 ч смешивают порошки диоксидов урана, кремния и пудру металлического циркония. Затем шихту спрессовывают под давлением 10 МПа в виде таблеток, не снимая давления в среде гелия нагревают до 1900°С в течение нескольких минут, давление снижают до атмосферного, осуществляют продувку воздухом и снижают температуру до 1600°С. В течение трех суток снижают температуру с 1600°С до 1200°С и нагрев прекращают. Выход продукта (ZrU)SiO4 составляет не менее 75% Размер кристаллов циркона 80 мкм.
Формула изобретения
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЦИРКОНА, ДОПИРОВАННОГО ИЗОМОРФНЫМИ ПРИМЕСЯМИ, включающий приготовление шихты на основе цирконийсодержащего компонента и диоксида кремния с последующей термической или термобарической обработкой, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего компонента используют металлический цирконий.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к синтезированию кристаллических материалов, включающих различные изоморфные примеси. Известны способы синтезирования цирконов с различными изоморфными добавками (Ме) методом раствора в расплаве, включающие приготовление шихты на основе ZrO2, MeOx, SiO2 и флюса (типа LiMoO4) с последующим расплавлением смеси и кристаллизацией в условиях различного давления. В данных технологиях исключительная химическая и термическая устойчивость окиси циркония (ZrO2), а также некоторых видов присадок (например окислов редких земель) в исходной шихте преодолевается растворением этих веществ в легкоплавком флюсе. Недостатками данных способов получения цирконов с изоморфными добавками является наличие посторонних загрязняющих продуктов (остатков флюса), находящихся в смеси с материалом синтеза. Указанные недостатки не позволяют использовать для синтеза цирконов технологии газостатического и осевого прессования, имеющие большое значение для получения кристаллических материалов с высокотоксичными радиоактивными изоморфными примесями. Использование исходной шихты без флюса делает эти технологии экономически нецелесообразными, так как процесс синтеза требует в данном случае значительных энергетических и временных затрат. Целью изобретения является разработка оптимального способа получения кристаллического циркона, допированного изоморфными добавками (U, Th, TR и др.) без применения легкоплавкого флюса. Цель достигается тем, что для синтеза циркона (ZrSiO4), допированного изоморфными примесями (Me), используют не смесь исходных окислов ZrO2, MeOx и SiO2, а получают промежуточное аморфное соединение типа Zr-Me-O, которое в дальнейшем реагирует с SiO2 с образованием заданного циркона (Zr, Me) SiO4. П р и м е р. В шаровой мельнице в течение 1 ч провели смешение порошков UO2, SiO2 и пудры металлического циркония. Состав шихты в пересчете на металлы составил, мас. U 10,0 Zr 48,9 Si 17,1Полученная шихта была спрессована в газостате под давлением 100 МПа в виде таблетки диаметром 15 мм и высотой 10 мм. Не снимая давления, в среде гелия таблетка была нагрета до 1900оС в течение нескольких минут. Далее давление было снижено до атмосферного и была осуществлена продувка воздухом, температура была снижена до 1600оС. В течение 3 сут происходило снижение температуры с 1600оС до 1200оС, после чего нагрев был прекращен. Анализ продуктов синтеза показал, что выход высокоуранового циркона (Zr, U)SiO4 с содержанием изоморфного урана от 6 до 10% массы составил не менее 75% Максимальный размер кристалликов циркона 80 мкм. Проведенные детальные минералогические исследования техногенного циркона позволили доказать изоморфное вхождение урана в структуру циркона. Об этом свидетельствуют существенно завышенные относительно стандартов параметры элементарной ячейки (а 6,619 А; с 5,990 А при а 6,604 А; с 5,979 А для стандарта), заниженные показатели преломления (n0 1,916, ne 1,965, при n0 1,960; ne 2,020 для стандарта), а также отсутствие самостоятельных микрофаз урана в матрице циркона при электронно-микроскопических исследованиях. Таким образом, синтез высокоуранового циркона осуществлялся по схеме
1) Zrметалл + UO2 ->> Zr U O
2) Zr U O + SiO2 ->> (Zr,U) SiO4
циркон
Применение данного способа делает возможным получение на основе циркона прочной кристаллической матрицы для включения в ее структуру значительных количеств радиоактивных отходов. Данный способ может быть реализован с помощью наименее опасных в радиационном отношении технологий осевого и газостатического прессования. Промежуточное аморфное соединение типа Zr Me O может быть в готовом виде использовано для приготовления исходной шихты или возникать в шихте, в которой в качестве основных компонентов использованы металлический цирконий, SiO2, MeOx.
Класс C01G25/00 Соединения циркония