磷酸镁水泥固化体中Sr~(2+)、Cs~+浸出性能及迁移模型研究

采用磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)对核素Sr2+、Cs+进行固化,对固化体中Sr2+、Cs+的浸出性能进行了研究,并根据Fick第二定律建立了适用于磷酸镁体系的Sr2+、Cs+迁移模型,对核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移进行预测。结果表明,磷酸镁水泥可以有效固化Sr和Cs,使核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中浸出率较低;建立的一维衰变浸出模型可以有效地预测核素Sr2+、Cs+在磷酸镁水泥固化体中的迁移规律。     

水泥固化Cs、U(Ⅵ)的浸出模型研究

采用碱矿渣-粘土复合胶凝材料(AASCM)和普通硅酸盐水泥(OPC)固化模拟放射性泥浆,对固化体中Cs⁺、U(Ⅵ)的浸出性能进行了研究。根据Fick第二定律建立并优化了预测核素浸出行为的二维衰变浸出模型。通过MATLAB软件编程计算,以非恒定表观扩散系数的二维衰变模型对Cs⁺、U(Ⅵ)的浸出行为进行了预测。结果表明：AASCM固化Cs⁺、U(Ⅵ)的能力大于OPC,浸出28d后,AASCM中Cs⁺、U(Ⅵ)的累积浸出分数分别低于OPC的1/5和1/2;Cs⁺、U(Ⅵ)浸出的表观扩散系数呈衰减趋势,当考虑表观扩散系数衰减时,二维衰变浸出模型对OPC固化Cs⁺、U(Ⅵ)及AASCM固化U(Ⅵ)的浸出行为预测较好,但对离子交换吸附作用较强的AASCM固化体中Cs⁺浸出行为预测较差。     

焚烧灰造粒水泥玻璃固化体抗浸出性能研究

对焚烧灰造粒水泥玻璃固化体的抗浸出性能进行了研究,研究内容包括焚烧灰造粒水泥玻璃固化体的抗浸出性能和水泥玻璃净浆固化体的抗浸出性能。结果表明,在焚烧灰造粒水泥玻璃固化的基础配方(硬化剂,30%;水玻璃,66%;水泥,3%;外加剂,1%)上制备的焚烧灰造粒水泥玻璃固化体和净浆固化体的抗浸出性能好于水泥固化体的国家标准规定的要求,对于核素85Sr和134Cs,第42天的浸出率均≤1.5×10-4cm/d,累积浸出分数均小于6.23×10-2cm。     

非饱和浸出实验后水泥固化体内137Cs分布特征

非饱和浸出实验完成后,经分层分段切削取样测量,得到了被浸水泥固化体试块内剩余137Cs的比活度分布.结果表明,固化体内137Cs比活度A(d,h,t)随径向距离d的增加而减少;沿径向的分布可以用公式A/A0=1-a×exp[-b×(R-d)]很好地描述,公式中A0为试块内137Cs的初始平均比活度,R为固化体试块的半径,d为固化体的径向坐标,t为浸出实验的时间,a、b为拟合系数,它们与固化体周围浸出介质中水的饱和度S和浸出实验持续时间t密切相关.以浸出前后核素比活度变化小于5%的深度d max为最大浸出深度,在本实验的各种条件下,d max约为2.25 cm.另外,核素的轴向分布呈现中间较高、两端较低的现象,说明在固化体两端分布的137Cs,除了沿径向浸出外,还沿轴向浸出.     

碱矿渣水泥固化模拟高放废液的研究

研究了用碱矿渣水泥固化模拟高放废液。结果表明,碱矿渣水泥在抗压强度、孔结构、Cs离子浸出性能及热稳定性等方面均优于硅酸盐水泥和高铝水泥。以碱矿渣水泥为基体,掺入适量沸石和硅灰,采用特殊工艺,在废物包容量小于25％时。固化体抗压强度65-100MPa,孔隙率小于10％,核素Cs和Sr离子浸出率仅为10~(-5)和10~(-6)g·cm~(-2)·d~(-1)的水平,与现有玻璃固化体性能相近。另外还探讨了核素离子在碱矿渣水泥固化体中的固化机理。     

核素铯和锶浸出率的测定

一种用于固化处置核燃料后处理中放废液的新颖的类玻璃水泥材料已经研制成功。该材料对模拟料液的固化体的抗压强度、相组成已经表征,材料配方申请了专利。本实验中,每种模拟料液与水泥比例为0.45～0.55,混和搅拌至少5min。泥浆灌入圆柱体模子后在室温和大气条件下养护28天。脱模后的废物体完全浸入去离子水中,根据GB-14569/93的规定测定核素浸出率。实验结果表明:核素Cs第42天浸出率为104量级,核素Sr为105量     

掺合材料对硅酸盐水泥固化体滞留铀(Ⅵ)性能的影响

在25℃、浸出周期为42d条件下，实验研究用模拟地下水浸出的纯硅酸盐水泥、掺硅灰水泥、掺偏高岭土水泥和掺粉煤灰水泥的含铀固化体，比较掺入不同混合材料对硅酸盐水泥固化体滞留铀（Ⅵ）能力的影响。研究结果表明：掺入硅灰、偏高岭土可提高硅酸盐水泥固化体对铀（Ⅵ）的滞留能力；掺入粉煤灰则会降低硅酸盐水泥固化体对铀（Ⅵ）的滞留能力。     

类玻璃水泥固化体中134Cs,85,89Sr浸出率的测定

以134Cs和85,89Sr为示踪剂,采用新型的类玻璃水泥材料固化3种模拟废液。液固比为0.45～0.55,混合搅拌5min后灌入直径与高相等的圆柱体模子中,在室温和大气条件下密封养护28d。脱模后的废物固化体完全浸入去离子水中,按照GB7023 86的方法,测定核素浸出率。实验结果表明:134Cs,85,89Sr在第42d的浸出率分别为4.0×10-4,2.0×10-4,6.9×10-4;3.5×10-5,2.3×10-5,7.5×10-5cm/d,满足GB14569.1 93性能要求,优于普通硅酸盐水泥固化体。     

水泥浆固化体的浸出行为

本文概述了用于水力压裂处置的水泥浆固化体在去离子水和处置现场近域地下水中的浸出行为。浸出试验分别采用国际标准化组织(ISO)颁布的长期浸出试验方法和美国能源部材料特征化中心(MCC)曾采用过的静态浸出试验法。用长期浸出试验方法(浸出剂为去离子水)得到192天时的三种浸出试样(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)中~(137)Cs 和~(90)Sr 的浸出分数、累积浸出分数、递增浸出率和扩散系数见下表。     

模拟放射性含氟废液水泥固化配方的研究

本文以沸石、硅灰、石英砂为添加剂,按照质量比m（沸石）∶m(硅灰)∶m（石英砂）∶m（水泥）=1∶1∶3∶10配方对模拟放射性含氟废液进行水泥固化。由配方得到的水泥浆流动度和初、终凝时间满足桶内固化要求。测定了水泥固化体28 d的抗压强度、抗浸泡性和抗冻融性实验后的强度损失,进行了抗冲击性能测试和模拟核素浸出实验。结果表明,该配方可有效地固化模拟放射性含氟废液,固化体28 d抗压强度、各项实验强度损失和模拟核素浸出率均满足GB 14569.1-2011的要求。水泥固化体的F^-浸出率很低,XRD显示F^-以CaF₂形式存在。废液中F^-质量分数控制在1%较为合适,此时水泥固化体终凝时间为14 h,F^-的42 d浸出率为2.54×10^-3 cm/d。     

模拟放射性含硼废液的水泥固化研究

为了比较硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥含硼废液的固化,为配方优化提供依据,研究采用两种配方对模拟放射性含硼废液进行水泥固化。测定了固化体28d抗压强度、抗浸泡性、抗冻融性和耐γ辐照试验后的强度损失,进行了模拟核素浸出试验,并对固化体水化产物进行XRD分析。结果表明,两种配方可有效固化模拟含硼废液,固化体28d抗压强度、各项试验强度损失和模拟核素浸出率均满足GB14569.1—93的要求,试验所用的硫铝酸盐水泥配方对Cs＋的滞留能力优于普通硅酸盐水泥配方,固化体中的硼以B(OH)4－形式固溶在钙矾石中。     

核电厂废物固化体90Sr、137Cs、60Co的浸出行为研究

以去离子水为释放环境,研究核电厂废树脂和浓缩液水泥固化体被完全浸泡情景下核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs、⁶⁰Co的浸出行为。分析中以有效扩散系数表征浸出行为。试验结果表明：固化体中的核素累积浸出份额不超过4%,¹³⁷Cs浸出最快,⁹⁰Sr其次,⁶⁰Co最慢;同类废物体的抗压强度越大,核素浸出速率越慢。     

放射性废物水泥固化样品核素浸出率测量分析

以放射性废树脂、残渣和蒸残液的水泥固化热配方试验为依据,运用HPGe-γ谱仪、低本底α、β测量仪对废物固化样品的放射性核素浸出率进行测量,分析不同源项的水泥固化体核素浸出率结果,验证相应水泥固化样品配方的准确性及可靠性。结果表明,残渣、蒸残液和废树脂的不同水泥固化样品中60Co、137Cs和总β的浸出率均在浸泡前期急剧下降;随着浸泡时间的延长,浸出率变化趋于稳定;浸出率满足GB14569.1-93的要求。     

放射性废物固化体抗浸出性快速测定方法探讨

固化体的抗浸出性是放射性废物安全管理的一重要参数。目前，国内采用国标GB7023—86中的标准浸出试验方法测试固化体的抗浸出性，试验周期长。并且，国标GB14569.1—93仅对核素第42d的浸出率作了规定。这一规定不能很好反映不同固化基材、不同配方固化体间抗浸出性的差异。美国国家标准ANSI/ANS-16.1—2003采用快速浸出试验方法，并用浸出因子来表征核素的抗浸出性。本工作参照美国标准对试验结果的处理方法，对以往获得的真实或模拟放射性废物水泥固化体的浸出试验数据进行重新计算。计算结果表明，当核素累积浸出百分数小于20%时，核素的浸出率与浸出因子间存在一定的换算关系。据此，可考虑建立快速浸出试验方法和新的试验结果表述式，以较全面地判定放射性废物固化体的抗浸出性能。     

Sr、Cs和Pu在高庙子膨润土上的吸附行为研究

正~(90)Sr、~(137)Cs和~(239)Pu是高放废物深地质处置研究中需要考虑的关键核素。由于地下水的侵入和浸蚀,高放玻璃固化体中的部分~(90)Sr、~(137)Cs和~(239)Pu会被浸出并进入到地下水,在工程屏障材料(高庙子膨润土)中迁移。~(90)Sr、~(137)Cs和~(239)Pu     

高放废液碱矿渣水泥固化体研究

介绍了用碱矿渣水泥固化高放废液新工艺。该工艺以碱矿渣水泥为基体,掺加适量沸石和硅灰,无需加温加压,利用静态爆破剂水化时产生的膨胀压,在限容下使水泥基体致密。其抗压强度、耐热性和浸出率等性能均优于其它水泥。当废物氧化物包容量为25％时,固化体抗压强度可达65～100MPa,孔隙率可小于10％,Cs和Sr的浸出率可分别达到10~(-5)g·cm~(-2)·d~(-1)与10~(-7)g·cm~(-2)·d~(-1)水平。高放废液碱矿渣水泥固化体与玻璃固化体性能相当;而固化工艺比玻璃法简单。此外,还探讨了固化机理,核素离子在碱矿渣水泥固化体中的形态。     

多孔性硅基磷钼酸铵吸附剂对铯的固化性能

以多孔二氧化硅为载体,结合旋转蒸发减压法与孔内结晶法合成了硅基磷钼酸铵吸附剂(AMP/SiO₂),采用冷压成型/高温烧结工艺固化技术对分离模拟高放废液中Cs的二次固体废物AMP-Cs/SiO₂进行了固化处理,并考察了固化体的性能。实验结果表明：不添加固定基材且烧结温度大于1000 ℃时,AMP/SiO₂对Cs的固定率为40%。添加水铝英石(allophane)作为固化基材,烧结混合物（AMP-Cs/SiO₂-allophane）形成稳定的结晶相Cs₄Al₄Si₂₀O₄₈,对铯的固定率不小于96%,抗压强度大于7 MPa。烧结固化体在25 ℃去离子水中浸出28 d后,Cs(Ⅰ)的浸出率约为3×10^-5 g/(cm²•d)。     

火焰原子吸收法测定放射性废物固化体中模拟核素铯和锶

本文提供了一个用火焰原子吸收法测定包容模拟核素Cs、Sr固体浸出液中Cs、Sr的连续测定方法。对一些主要共存元素Si、Fe、Al、Ca、Mg、K、Na对Cs、Sr测量的干扰,以及干扰的消除进行了某些研究。加入1.00mg/mlK+作为消电离剂,2.50mg/ml La~(3+)作为释放剂,在同一溶液中进行Cs、Sr连续测定。测得本方法回收率Cs为96％,Sr为98％。本方法简便易行,能为放射性废物固化试验迅速准确地提供分析数据。并能适用于水泥以及玻璃固化体中核素Sr、Cs的测定。     

硅酸盐水泥基材中钙硅比对铀(Ⅵ) 滞留性能的影响

以氧化钙、硅灰为原料，在80℃水热条件下，能合成不同钙硅比的水化硅酸钙(CSH)，用X射线粉晶衍射(XRD)鉴定表明产物都为凝胶相。对含铀的不同钙硅比的CSH凝胶，用1％的盐酸溶液浸出，结果表明：低钙硅比的CSH凝胶对铀有更好的滞留性能。在25℃条件下，含铀普通硅酸盐水泥和碱矿渣水泥固化体102天的浸出结果表明：碱矿渣水泥固化体中铀的累积浸出分数和扩散系数分别比普通硅酸盐水泥固化体中低17．6％和40．6％，这与碱矿渣水泥中钙硅比低有关。     

大体积浇注水泥固化有机废液的配方研究

本文报道了用于大体积浇注水泥固化后处理厂有机废液(30%TBP+70%OK)的基础配方的研究方法和结果。在乳化-固化工艺中以醚类表面活性剂 OUPE 为乳化剂,市售水泥外加剂 DH_(4A)为缓凝剂;在吸附-乳化-固化工艺中除上述试剂外又加入 DX-SL 或 ZX-SL 活性炭作为吸附剂。试验结果表明,二种不同固化工艺所得固化体中有机废液包容量分别为其总重量的15%和18%,固化体抗压强度均大于5MPa;第二种固化工艺所得固化体的核素浸出率低于第一种,后者在第42天的浸出率分别为:~(137)Cs,3.5×10~(-4)cm/d;~(90)Sr,3.2×10~(-4)cm/d;~(239)Pu,1.3×10~(-6)cm/d。