Cesium immobilization into potassium magnesium phosphate matrix

Abstract

The possibility of isomorphous substitution of potassium ions by cesium ions in the structure of potassium magnesium phosphate KMgPO₄ ∙ 6H₂O (PMP) was shown. It was established, that the Cs included into the PMP matrix does not transfer to the environment during high temperatures heating process (1176 ºС, 3 hours). Analysis of the IR absorption spectrum of the PMP sample has demonstrated that an increase in the amount of additive of the cesium chloride resulted in the shift of the main bands in the spectrum to the low-frequency region with average shift value 10 cm⁻¹, which indicates the strengthening of bonds in the crystal lattice of matter. The calculated degree of substitution of potassium by cesium during energy release process in the PMP matrix at the level of vitrified high level wastes is about 4%, i. e. the PMP matrix should correspond to the formula K₀̦₉₆Cs₀̦₀₄MgPO₄ · 6H₂O.

Показана можливість ізоморфного заміщення іонів калію в структурі калій-магнієвого фосфату KMgPO₄ ∙ 6H₂O (КМФ) на іони цезію. Встановлено, що включений в КМФ-матрицю Cs не виходить у навколишнє середовище при нагріванні до високих температур (1176 °С, 3 год). Аналіз ІЧ-спектра поглинання КМФ-зразка показав, що зі збільшенням кількості добавки хлориду цезію основні смуги в спектрі відчувають зрушення в низькочастотну область, величина якої в середньому становить ~ 10 см⁻¹, що свідчить про посилення зв'язків у кристалічній решітці речовини. Розрахована ступінь заміщення калію на цезій при енерговиділенні в КМФ-матриці на рівні осклованих високоактивних відходів складає ~ 4%, тобто КМФ-матриця повинна відповідати формулі K₀̦₉₆Cs₀̦₀₄MgPO₄ · 6H₂O.

Показана возможность изоморфного замещения ионов калия в структуре калий-магниевого фосфата KMgPO₄ ∙ 6H₂O (КМФ) на ионы цезия. Установлено, что включенный в КМФ-матрицу Cs не выходит в окружающую среду при нагревании до высоких температур (1176 ºС, 3 ч). Анализ ИК-спектра поглощения КМФ-образца показал, что с увеличением количества добавки хлорида цезия основные полосы в спектре испытывают сдвиг в низкочастотную область, величина которого в среднем составляет ~ 10 см⁻¹, что свидетельствует об усилении связей в кристаллической решетке вещества. Рассчитанная степень замещения калия на цезий при энерговыделении в КМФ-матрице на уровне остеклованных высокоактивных отходов составляет ~ 4%, т. е. КМФ-матрица должна соответствовать формуле K₀̦₉₆Cs₀̦₀₄MgPO₄ · 6H₂O.