[發明專利]一種水泥基材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110961520.9
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113620648B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 李秋;陳偉
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;G21C11/08
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 張璐

本發明公開了一種水泥基材料及其制備方法，屬于放射性廢棄物固化技術領域。該水泥基材料，包括：30?50份水泥，10?60份硅灰，10?60份礦粉，5?15份粉煤灰，5?15份偏高嶺土，70?90份焚燒灰，20?30份核素固化劑，1?2份減水劑，0.02?0.1份增稠劑，2.5?3.5份促凝劑，0.1?0.5份晶核劑，60?70份水。該制備方法，包括將各組分預攪拌，之后加入水，之后按照140?150r/min的速度攪拌，之后按照250?285r/min的速度攪拌得到所述水泥基材料。該水泥基材料形成的水泥固化體于放射性核素的固化能力強，浸出率可低至6.5×10^?8cm/d。

技術領域

本發明涉及放射性廢棄物固化技術領域，具體涉及一種水泥基材料及其制備方法。

背景技術

隨著我國核電事業以及核能研究的不斷進步，我國每年都會產生大量放射性廢棄物，同時與放射性廢棄物接觸的建筑物、手套等也被放射性污染，通常對這些被放射性物質污染的材料進行焚燒處理，降低其體積，減少固化體的最終處置體積。

放射物因其放射性不同，所需要的固化方式也不同。中低放射性廢棄物通常使用的固化方式為水泥固化。水泥固化，是將水泥基材料與中低放廢物一起攪拌后，等待膠凝體硬化并養護到一定齡期，固化體產生一定的機械強度以及耐久性，從而將中低放廢物固化到水泥基體中。其基本原理為，水泥自身的水化產物具有較大的比表面積，可以吸附放射性廢物；水泥水化產物也為核素的共溶與取代提供大量的陰離子與陽離子位置；水泥水化后本身的高堿性環境也會促使某些核素離子產生沉淀。水泥固化優勢在于，水泥本身造價低廉、工藝本身簡單、不會產生其他廢氣，并且生產能力強，是一種公認的中低放廢物的固化方法。但是水泥固化的缺陷是水泥基材料本身孔隙率高，并且隨著水膠比的提升，孔隙率還會增大，這就會導致放射性核素浸出的可能性增加，特別是對于含有活性金屬單質的焚燒灰，很容易在固化的過程中產生氣泡導致水泥固化后形成較多的孔，導致其中的放射性核素難以固化，因此需要對水泥基體進行改性，增強水泥基材料的放射性核素固化能力。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術不足，提供一種水泥基材料及其制備方法，解決現有技術中難以固化含有活性金屬單質的焚燒灰中的核素的技術問題。

單質鋁在pH值高于11.75的堿性溶液中會發生如下反應，放出氫氣：

2Al+6H₂O+2OH^-＝2Al(OH)₄^-+3H₂↑(反應式1)

含有活性單質鋁的焚燒灰在使用水泥固化過程中，由于水泥水化過程中孔溶液的pH值高于13，導致發生反應式1中反應，生成氫氣，造成水泥固化體孔隙率增大，甚至在水泥固化體硬化后發生膨脹，產生裂紋或破壞。

為達到上述技術目的，本發明的技術方案提供一種水泥基材料，按照重量份數計算，包括以下組分：30-50份水泥，10-60份硅灰，10-60份礦粉，5-15份粉煤灰，5-15份偏高嶺土，70-90份焚燒灰，20-30份核素固化劑，1-2份減水劑，0.02-0.1份增稠劑，2.5-3.5份促凝劑，0.1-0.5份晶核劑，60-70份水。

進一步地，所述核素固化劑為沸石。

進一步地，所述減水劑為聚羧酸減水劑。

進一步地，所述增稠劑為定優膠。

進一步地，所述促凝劑為聚合硫酸鋁。

進一步地，所述晶核劑為羥基磷灰石。

本發明還提出一種上述水泥基材料的制備方法，包括將各組分預攪拌，之后加入水，之后攪拌得到所述水泥基材料。

進一步地，所述預攪拌的時間為10-15分鐘。