Lanthanide Phosphates Prepared by Direct Precipitation and Hydrothermal Synthesis: Structure and Behavior during Heating

A. K. Koryttseva; Корытцева А. К.; A. I. Orlova; Орлова А. И.; A. A. Atopshev; Атопшев А. А.; V. А. Turchenko; Турченко В. А.; A. I. Beskrovnyi; Бескровный А. И.; A. A. Murashov; Мурашов А. А.; A. V. Nokhrin; Нохрин А. В.

doi:10.31857/S0002337X23080067

Структура и поведение при нагревании фосфатов лантаноидов, полученных методами прямого осаждения и гидротермального синтеза

Авторы: Корытцева А.К.¹, Орлова А.И.², Атопшев А.А.¹, Турченко В.А.³, Бескровный А.И.³, Мурашов А.А.², Нохрин А.В.⁴
Учреждения:
1. Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
2. Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
3. Объединенный институт ядерных исследований
4. Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Выпуск: Том 59, № 8 (2023)
Страницы: 878-887
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/231969
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23080067
EDN: https://elibrary.ru/SHQWEK
ID: 231969

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методами прямого осаждения из кислых растворов получены фосфаты со структурой минерала монацита – NdPO₄, GdPO₄, твердый раствор La_0.3Nd_0.5Sm_0.1Eu_0.1PO₄, моделирующий состав фракции РАО, и YbPO₄, кристаллизующийся в структуре ксенотима. В гидротермальных условиях получены кристаллогидраты NdPO₄·0.67Н₂О со структурой минерала рабдофана и YbPO₄ со структурой ксенотима. Размер областей когерентного рассеяния порошков варьируется от 13 до 65 нм, морфология и размер порошков зависят от способа синтеза. При нагревании до 1170 K порошки сохраняют свой фазовый состав. Средние значения коэффициентов теплового расширения при 900 К находятся в интервале (5.6–9.6) × 10^–6 K^–1, что позволяет отнести исследуемые материалы к классу среднерасширяющихся.

Ключевые слова

лантаноиды, фосфаты, монацит, рабдофан, ксенотим

Список литературы

Orlova A.I., Ojovan M.I. Ceramic Mineral Waste-Forms for Nuclear Waste Immobilization // Materials. 2019. V. 12. № 16. P. 2638. https://doi.org/10.3390/ma12162638
Clavier N., Podor R., Dacheux N. Crystal Chemistry of the Monazite Structure // J. Eur. Ceram. Soc. 2011. V. 31. № 6. P. 941–976.https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.12.019
Cuney M., Mathieu R. Extreme Light Rare Earth Element Mobilization by Diagenetic Fluids in The Geological Environment of the Oklo Natural Reactor Zones, Franceville basin, Gabon // Geology. 2000. V. 28. № 8. P. 743–746.
Montel J.-M., Razafimahatratra D., Ralison B., Parseval P., Thibault M., Randranja R. Monazite from Mountain to Ocean: A Case Study from Trolognaro (Fort-Dauphin), Madagascar // Eur. J. Mineral. 2011. V. 23. P. 745–757. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2011/0023-2149
Ewing C., Weber W.J., Clinard F.W. Radiation Effects in Nuclear Waste Forms for High-Level Radioactive Waste // Progr. Nucl. Energy. 1995. V. 29. № 2. P. 63–127.https://doi.org/10.1016/0149-1970(94)00016-Y
Heuser J., Bukaemskiy A.A., Neumeier S., Neumann A., Bosbach D. Raman and Infrared Spectroscopy of Monazite-Type Ceramics Used for Nuclear Waste Conditioning // Progr. Nucl. Energy. 2014. V. 72. P. 149–155. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2013.09.003
Dellen J., Kegler P., Gatzen C., Schreinemachers C., Shelyug A., Klinkenberg M., Navrotsky A., Bosbach D. Structural and Thermodynamic Mixing Properties of La1–xNdxPO4 Monazite-Type Solid Solutions // J. Solid State Chem. 2019. V. 270. P. 470–478.https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.11.040
Terra O., Clavier N., Dacheux N., Podor R. Preparation and Characterization of Lanthanum–Gadolinium Monazites as Ceramics for Radioactive Waste Storage // New J. Chem. 2003. V. 27. № 6. P. 957–967. https://doi.org/10.1039/B212805P
Neumeier S., Arinicheva Y., Clavier N., Podor R., Bukaemskiy A., Modolo G., Dacheux N., Bosbach D. The Effect of the Synthesis Route of Monazite Precursors on the Microstructure of Sintered Pellets // Progr. -Nucl. Energy. 2016. V. 92. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.07.011
Potanina E., Golovkina L., Orlova A., Nokhrin A., Boldin M., Sakharov N. Lanthanide (Nd Gd) Compounds with Garnet and Monazite Structures. Powders Synthesis by “Wet” Chemistry to Sintering Ceramics by Spark Plasma Sintering // J. Nucl. Mater. 2016. V. 473. P. 93–98.
Abraham M.M., Boatner L.A., Quinby T.C., Thomas D.K., Rappaz M. Preparation and Compaction of Synthetic Monazite Powders // Radioactive Waste Management. 1980. V. 1(2). P. 181–191.
DIFFRAC.EVA. Release 2011. Copyright Bruker AXS 2010, 2011. Version 2.0. www.bruker-axs.com.
Kraus W., Nolze G. POWDER CELL – a Program for the Representation and Manipulation of Crystal Structures and Calculation of the Resulting X-ray Powder Patterns // J. Appl. Crystallogr. 1996. V. 29. P. 301–303.
Mooney R.C.L. X-ray Diffraction Study of Cerous Phosphate and Related Crystals. I. Hexagonal Modification // Acta Crystallogr. 1950. V. 3. P. 337.
Perriere L., Bregiroux D., Naitali B., Audubert F., Champion E., Smith D.S., Bernache-Assollant D. Microstructural Dependence of the Thermal and Mechanical Properties of Monazite LnPO4 (Ln = La to Gd) // J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. P. 3207–3213.
Han J., Wang Y., Liu R., Fan W. Theoretical and Experimental Investigation of Xenotime-type Rare Earth Phosphate REPO4, (RE = Lu, Yb, Er, Y and Sc) for Potential Environmental Barrier Coating Applications // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 13681.