高い化学的耐久性を備えた鉄リン酸塩ガラス系の作製と評価

Preparation and evaluation of iron phosphate glass systems with high chemical durability

天本 一平; 明珍 宗孝; 赤井 直人*; 矢野 哲司*; 柴田 修一*

Amamoto, Ippei; Myochin, Munetaka; Akai, Naoto*; Yano, Tetsuji*; Shibata, Shuichi*

従来リン酸塩ガラスは、シリケートガラスと比べ種々の他成分との相溶性がよく、低融点で作製しやすいガラス系であるが、高い化学的耐久性を付与することが実用性の面で非常に重要な問題である。近年、リン酸塩ガラスに鉄酸化物を添加することで、ボロシリケートガラスに匹敵するほどの化学的耐久性を有することがわかり、放射性廃棄物固化用ガラスなどへの新たな応用が期待されている。しかし、なぜこれほど高い化学的耐久性を有するのかについての本質的なメカニズムは未だに十分に解明されていない。本報告では、より高い化学的耐久性を有する新規組成鉄リン酸塩ガラスとして、他の遷移金属で置換したガラスを作製するとともに、それらにランタノイドを主成分とした擬似放射性廃棄物元素を添加したガラスも作製した。さらに、X線光電子分光法(XPS)によってガラス構造を調べ、どのような構造が耐久性の向上に寄与しているのかについて検討した。

The chemical durability of iron phosphate glasses was investigated by substituting MnO or CoO for a part of FeO and by addition of pseudo nuclear waste (NW). The glass structure was also analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The substitution of MnO and CoO decreased chemical durability of the glass without NW, while NW remarkably increased the chemical durability of glasses substituted by MnO and CoO. According to XPS measurement, the substitution of MnO and CoO increased bridging oxygen ratio and NW decreased it. The fraction of bridging oxygen is suggested to be one of the factors to affect the improvement of chemical durability.