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通过原位形成硝酸亚铁将锝掺入磁铁矿、镁铁尖晶石和赤铁矿中:氧化铁核废料形式的前体。

Facile incorporation of technetium into magnetite, magnesioferrite, and hematite by formation of ferrous nitrate in situ: precursors to iron oxide nuclear waste forms.

机构信息

Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USA.

出版信息

Dalton Trans. 2018 Jul 31;47(30):10229-10239. doi: 10.1039/c8dt01356j.

DOI:10.1039/c8dt01356j
PMID:30014082
Abstract

The fission product, 99Tc, presents significant challenges to the long-term disposal of nuclear waste due to its long half-life, high fission yield, and to the environmental mobility of pertechnetate (TcO4-), the stable Tc species in aerobic environments. Migration of 99Tc from disposal sites can potentially be prevented by incorporating it into durable waste forms based on environmentally stable minerals. Since Tc(iv) and Fe(iii) have the same ionic radius, Tc(iv) can replace Fe(iii) in iron oxides. Environmentally durable iron oxides include goethite (α-FeOOH), hematite (α-Fe2O3), and magnesioferrite (MgFe2O4). The incorporation of Tc into two of these, hematite and magnesioferrite, as well as magnetite (Fe3O4) by means of simple, aqueous chemistry is presented starting from TcO4- in 5 M nitric acid. A combination of X-ray diffraction and X-ray absorption fine structure spectroscopy reveals that Tc(iv) replaces Fe(iii) within the iron oxide structures. Following incorporation, Tc doped samples were suspended in deionized water under aerobic conditions, and the release rates of Tc were determined. The results of this work show that Tc leaches more quickly from Fe3O4 than from α-Fe2O3 or MgFe2O4. Modeling the leach rates and comparison with the leach rate of Tc from TiO2 indicate that release of Tc is controlled by solid state diffusion.

摘要

裂变产物 99Tc 因其半衰期长、裂变产额高,以及在有氧环境中稳定的过氧络合物(TcO4-)具有环境迁移性,对核废物的长期处置构成了重大挑战。通过将 99Tc 掺入基于环境稳定矿物的耐用废物形式,可以防止其从处置地点迁移。由于 Tc(iv)和 Fe(iii)具有相同的离子半径,因此 Tc(iv)可以替代铁氧化物中的 Fe(iii)。环境稳定的铁氧化物包括针铁矿(α-FeOOH)、赤铁矿(α-Fe2O3)和镁铁尖晶石(MgFe2O4)。本研究采用简单的水溶液化学方法,从 5 M 硝酸中的 TcO4-开始,将 Tc 掺入其中两种,即赤铁矿和镁铁尖晶石,以及磁铁矿(Fe3O4)。X 射线衍射和 X 射线吸收精细结构光谱的组合表明,Tc(iv)取代了铁氧化物结构中的 Fe(iii)。掺入后,将掺杂 Tc 的样品悬浮在有氧条件下的去离子水中,并确定 Tc 的释放速率。这项工作的结果表明,Tc 从 Fe3O4 中的浸出速度比从 α-Fe2O3 或 MgFe2O4 中快。浸出速率的模型化以及与 TiO2 中 Tc 浸出速率的比较表明,Tc 的释放受固态扩散控制。

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