[發明專利]一種高放廢物處置庫回填材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711443243.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN110570964B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 陳宗元;張震;郭治軍
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G21F9/00
• 分類號: G21F9/00;G21F1/04
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

高放廢物處置庫回填材料膨潤土易在地下水浸蝕下形成膠體，一方面會導致膨潤土的流失，另一方面會載帶放射性核素發生遷移。本發明提供了一種高放廢物處置庫回填材料，能夠簡單可行地抑制膨潤土膠體遷移。即將一定量的三水鋁石摻入膨潤土中，當被地下水浸蝕時，三水鋁石產生的氫氧化鋁膠體能降低膨潤土膠體的遷移能力，從而有效抑制膨潤土的流失。本發明提供的材料成本低廉，不僅能夠顯著改善膨潤土在地下水浸蝕情況下的流失，而且提升了膨潤土對放射性核素的阻滯能力。

技術領域

本發明屬于回填材料領域，具體涉及一種改善過的高放廢物處置庫回填材料。

背景技術

化石能源由于其燃燒利用率低，污染環境嚴重等問題，已不能滿足我國經濟發展與環境保護的雙重需求。發展核電是解決我國能源問題的必然選擇。核電產生的放射性廢物的處置是制約核電發展的瓶頸問題。目前，最為可行也被我國所采用的處置方案是深地質處置。根據2006年2月公布的《高放廢物地質處置研究開發規劃指南》，深地質處置將采用四重屏障，分別是高放廢物固化體，固化體包裝，緩沖/回填材料和巖石地質屏障。緩沖/回填材料是一道重要的人工屏障,它起著化學屏障和機械屏障的雙重作用,可以起到阻止地下水滲流、核素遷移和支撐廢物容器、均勻巖體壓力等作用。

以蒙脫石為主要成分的膨潤土是最合適的高放射性核廢料深地質處置緩沖回填材料,它具有低滲透性、高陽離子交換性、熱傳導系數大、力學強度高和對放射性核素的吸附能力強等優點。但是大量研究表明，在處置庫近場和遠場界面，與地下水的接觸會導致膨潤土的水化、膨脹，進而產生遷移能力很強的膨潤土膠體。膨潤土以膠體的形式流失，會使人工屏障降低乃至失去對廢物中的放射性核素的阻滯作用，進而導致放射性核素隨處置庫周圍地下水遷移到生物圈,造成放射性污染。另一方面，膨潤土膠體本身還可作為載體極大地促進高價態放射性核素的遷移。例如，A.等的實驗表明，膨潤土膠體可以促進三價和四價錒系元素的遷移行為，體系中沒有膨潤土膠體存在時，流出液中Am和Pu的回收率為20％-30％，有膨潤土膠體存在時，回收率增加到了60％-80％。因此尋找一種方法抑制膨潤土膠體的產生及遷移，對保持處置庫的安全性至關重要。

發明內容

針對上述技術問題，本發明旨在改善現有膨潤土回填材料易流失的技術難題，對此提供了一種高放廢物處置庫回填材料，所述材料由膨潤土和三水鋁石組成。

進一步地，所述的三水鋁石與膨潤土按質量比為：1：5-10。

進一步地，所述的三水鋁石與膨潤土按質量比為：1：5。

進一步地，所述膨潤土是以蒙脫石為主要成分的內蒙古高廟子鈉基膨潤土。

另外本發明還提供了一種高放廢物處置庫回填材料的制備方法，該方法包括：將天然的三水鋁石礦石粉碎后用篩網篩分，得到三水鋁石粉末，再將所得三水鋁石粉末與膨潤土均勻混合，即可獲得該回填材料。

進一步地，所述的篩網為150目。

進一步地，所述的經篩分得到的三水鋁石粉末粒徑小于0.106mm。

與現有技術相比,本發明具有下列特點和有益效果：

①添加到膨潤土中的三水鋁石對放射性核素有良好的吸附性能。當地下水腐蝕三水鋁石形成氫氧化鋁膠體時，氫氧化鋁膠體不僅可以顯著降低膨潤土以膠體的形式流失，同時氫氧化鋁膠體還能抑制膨潤土膠體對鈾等放射性核素遷移的促進作用。

②本發明原材料三水鋁石礦來源廣泛、成本低,制備工藝簡單,按本方法制得的膨潤土材料成型后力學、導熱、膨脹和抗滲等各項性能優良,水浸蝕下膨潤土流失顯著減少，同時對鈾等放射性核素具有優異的阻滯性能，極其適合作為國內外高放廢物處置庫的緩沖回填材料。

附圖說明：

圖1：氫氧化鋁膠體條件下膨潤土在北山花崗巖顆粒柱中的運移實驗圖；其中孔隙體積代表北山花崗巖柱中的含水體積，C/C₀代表從花崗巖顆粒柱中流出的膨潤土膠體的濃度與初始濃度之比。