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Structural change by phosphorus addition to borosilicate glass containing simulated waste components

模擬廃棄物成分含有ホウケイ酸ガラスへのリン添加による構造変化

岡本 芳浩  ; 塩飽 秀啓   ; 嶋村 圭介*; 小林 秀和 ; 永井 崇之  ; 猪瀬 毅彦*; 佐藤 誠一*; 畠山 清司*

Okamoto, Yoshihiro; Shiwaku, Hideaki; Shimamura, Keisuke*; Kobayashi, Hidekazu; Nagai, Takayuki; Inose, Takehiko*; Sato, Seiichi*; Hatakeyama, Kiyoshi*

モリブデンの溶解度を高める効果があるリンを含む模擬核廃棄物ガラス試料を作製し、放射光X線吸収微細構造(XAFS)分析によりいくつかの構成元素を、ラマン分光分析によりその配位構造を分析した。分析では、リンの添加量や廃棄物積載率の違いによる局所構造および化学状態の変化を系統的に調べた。その結果、最大廃棄物量30wt%(MoO$$_3$$ 1.87mol%に相当)においても、モリブデン酸塩化合物による結晶相は観察されなかった。廃棄物充填率を上げると酸化が進行し、リンを添加すると還元が進行した。さらに、それらの酸化と還元の効果が相殺されるケースもみられた。特定元素の周辺局所構造は、主に廃棄物充填率の影響を受けるZn、廃棄物充填率とリン添加の両方の影響を受けるCe、どちらの影響も受けないZr元素に分類された。Moと他の元素の分析結果の比較から、添加したリンは遊離されたPO$$_4$$構造単位として存在し、モリブデン酸イオンに配位するアルカリ金属を奪い取っている可能性があると考えられた。

Simulated nuclear waste glass samples containing phosphorus, which increase the solubility of molybdenum, were prepared and analyzed using synchrotron X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) analysis for some constituent elements and Raman spectroscopic analysis of their complex structure. Changes in local structure and chemical state due to different phosphorus additions and waste loading rates were systematically studied. Consequently, no crystalline phase due to the molybdate compound was observed even at a maximum waste content of 30 wt% (corresponding to 1.87 mol% MoO$$_3$$). Oxidation proceeded when the waste-loading rate was increased, whereas the reduction proceeded when phosphorus was added. In some cases, the effects of oxidation and reduction were offset. The local structure around specific elements can be classified as follows; Zn that is affected mainly by the waste-loading rate, Ce that is affected by both the waste-loading rate and phosphorus addition, and Zr element that is not affected by either of them. From the comparison between the analytical results of Mo and other elements, it was considered that the added phosphorus exists as a free PO$$_4$$ structural unit and may deprive the alkali metal coordinated to the molybdate ion.

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