Спекание магний-алюминиевой шпинели – инертной матрицы для изоляции высокоактивных отходов

Abstract

Исследовано спекание на воздухе и в вакууме образцов магний-алюминиевой шпинели в интервале температур 700…1700 °С. Материал предлагается использовать в качестве инертной матрицы для изоляции радиоактивных отходов. Были использованы наноразмерные порошки, полученные методом совместного обратного осаждения из смеси растворов азотнокислых солей магния и алюминия. Спекание проходит интенсивно в интервале температур 1000…1500 ºС, менее активно – при 1500…1700 ºС. Энергия активации спекания составляет (37,9 ± 0,6) и (9,4 ± 0,6) кДж/моль соответственно. Термообработкой при температуре 1700 °С в течение 1 ч получена магний-алюминиевая шпинель с относительной плотностью 94,7%. Методами рентгеновского фазового анализа и инфракрасной спектроскопии установлено, что полученный материал не имеет других фаз, кроме магний-алюминиевой шпинели. Структура представлена зернами 4…8 мкм, малыми округлыми (0,8…1,2 мкм) и большими неправильной формы (2,0…3,5 мкм) порами. Энергия активации роста зерен равна (83,1 ± 1,5) кДж/моль.

Досліджено спікання на повітрі й у вакуумі зразків магній-алюмінієвої шпінелі в інтервалі температур 700…1700 °С. Матеріал пропонується використовувати як інертну матрицю для ізоляції радіоактивних відходів. Було використано нанорозмірні порошки, які отримані методом спільного зворотного осадження із суміші розчинів азотнокислих солей магнію й алюмінію. Спікання проходить інтенсивно в інтервалі температур 1100…1500 ºС, менш активно – при 1500…1700 ºС. Енергія активації спікання становить (37,9 ± 0,6) і (9,4 ± 0,6) кДж/моль відповідно. Термообробкою при температурі 1700 °С впродовж 1 год отримано магнійалюмінієву шпінель з відносною густиною 94,7%. Методами рентгенівського фазового аналізу й інфрачервоної спектроскопії встановлено, що отриманий матеріал не має інших фаз, крім магній-алюмінієвої шпінелі. Структура представлена зернами 4…8 мкм, малими округлими (0,8…1,2 мкм) і великими неправильної форми (2,0…3,5 мкм) порами. Енергія активації росту зерен дорівнює (83,1 ± 1,5) кДж/моль.

Sintering of magnesium-aluminium spinel specimens on air and in vacuum in the interval of temperatures 700…1700 °С was investigated. The material is offered to be used as an inert matrix for insulation of radioactive waste. Nanosized powders obtained using a method of cojoint reversed precipitation from a mixture of solutions of magnesium and aluminium nitrate salts. Sintering takes place intensively in the interval temperatures 1100…1500 ºС and less active – at 1500…1700 ºС. Activation energy of sintering equals (37.9 ± 0.6) and (9.4 ± 0.6) кJ/mol accordingly. Magnesium-aluminium spinel with relative density of 94.7% was obtained by heat treatment at temperature 1700 °С within 1 hour. Using the methods of X-ray phase analysis and infrared spectroscopy it is determined, that the obtained material has no other phases except for magnesium-aluminium spinel. The structure has grains 4…8 μm and small rounded (0.8…1.2 μm) and major irregular (2.0…3.5 μm) pores. Activation energy of grain growth equals (83.1 ±1.5) кJ/mol.