[發明專利]高鹽高堿中低水平放射性廢液水泥固化體及其制備方法

有效

• 申請號: 201010608152.1
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102169737A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 李玉香;易發成;陳雅斕;肖正學;袁燕秋
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G21F9/20
• 分類號: G21F9/20;G21F9/06;G21F9/16
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明屬于放射性廢物處置、固化處理，涉及一種高鹽高堿中低水平放射性廢液水泥固化體及其制備方法。特別適用于總鹽濃度為100～400g/L，其pH值＞13，所含主要離子為Na⁺、AlO₂^－、NO₃^－、CO₃^2－、PO₄^3－、SO₄^2－、或/和OH^－及核素⁹⁰Sr或/和¹³⁷Cs的中、低水平放射性廢液的固化處理。

背景技術

由核燃料的后處理、各類核反應堆、核電站等裝置產生的放射性廢物具有相當的危害性，不能直接向環境排放，必須用合適的方法進行固化并由適當的裝置隔離貯存，直到其中的放射性元素衰變至對環境不產生危害為止。目前，中、低水平放射性廢物的固化處理主要采用水泥固化，并且也得到了工業應用。但中、低水平放射性廢物的形態是多樣的，其組成和聚集狀態與固化材料選擇的關系密切，因此，固化體的配方也要與特定的放射性廢物相適應。

中、低水平放射性廢物中，核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs是最重要的兩種，它們的產率較高，半衰期較長(⁹⁰Sr的半衰期為27.7a，¹³⁷Cs為30.5a)，隨著這類放射性廢物存放時間的延長，它們的放射性占混合裂變產物總放射性的比重較大。放射性核素具有特定的放射生物學毒性，其中鍶、銫屬于中、高毒性的?(如：⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等需經幾百年甚至更長的時間才能衰變至無害水平)?，因它們通常以離子形式存在，在水中具有很強的遷移能力。因此，中、低水平放射性廢物的固化體必須對這兩種核素具有較強的滯留能力。

高鹽高堿中低水平放射性廢液的固化是具有一定的難度的，原因有以下幾個方面：大量可溶性鹽的存在，使得固化體的對廢液的包容量降低；可溶性鹽會使混合漿體的凝結時間延長；鹽容易從固化體表面析出；固化體的抗浸泡性能下降，導致固化體的浸出率增加等。

現有技術中，中低水平放射性廢物的固化材料主要是硅酸鹽水泥，摻有硅灰、礦渣、粉煤灰等火山灰質混合材料的硅酸鹽類水泥。由于硅酸鹽水泥礦物組成的原因，其水化熱較大，使固化體內溫度升高，可能造成微裂紋，影響固化體耐久性。有研究表明，硅酸鹽水泥的水化產物對核素離子的吸附能力差，對核素的固化不利。摻具有火山灰性混合材料（如礦渣、粉煤灰等）的硅酸鹽類水泥其耐久性有所提高，水化熱有所下降，但早期強度較低，其水化產物對核素（如⁹⁰Sr、¹³⁷Cs）的吸附能力仍然較差，固化體中核素的浸出率仍然處于較高水平。在硅酸鹽水泥和火山灰性混合材料構成的水泥中，再摻入吸附劑，如：沸石等，主要為了提高固化體對核素的吸附能力，從而增加固化體對核素的滯留能力，這種技術措施的結果會使核素的浸出率下降，但固化體的強度會有一定的下降。如果用這類材料直接固化高鹽高堿中、低放射性廢液時，實際上構成了堿－火山灰質混合材料－硅酸鹽水泥－吸附劑的固化材料體系，但目前硅酸鹽水泥中硅酸三鈣（以下簡稱為C₃S）的含量一般達到50%～60%，硅酸二鈣的含量一般為20%～25%(以下簡稱為C₂S)。眾所周知，堿－火山灰質混合材料的早期強度高，硅酸鹽水泥中的C₃S也是早強礦物，C₂S能使固化體后期和長期強度增長。堿－火山灰質混合材料－硅酸鹽水泥構成的混合水泥，發揮早期強度的物質過多，固化體的長期力學性能難以保證，甚至產生強度倒縮現象。如，該堿－火山灰質混合材料－硅酸鹽水泥－吸附劑的固化材料體系配比不合適，以及如果沒有混合漿體性能控制劑的參與，往往會出現混合漿體凝結時間不易控制、易泌水等不足，從而導致固化體不均勻，最終導致浸出率較高。