含Pu废物的玻璃和玻璃陶瓷固化基材研究进展

对于239Pu含量较高且很难回收利用的含Pu废物,在安全处置前须进行妥善的固化处理。玻璃和玻璃陶瓷因在制备方面具有较陶瓷简单的工艺、低廉的成本和高效的产出被认为是目前处理含Pu废物综合优势明显的固化基材,因而得到了广泛和深入的研究。本文对碱硼硅酸盐玻璃、镧硼硅酸盐玻璃、铁磷酸盐玻璃以及含钙钛锆石、烧绿石或独居石结晶相的玻璃陶瓷等在含Pu废物固化方面的研究进展进行了综述,包括其组分、Pu包容量和化学稳定性,并进行了对比分析,认为在对玻璃固化基材继续研究与应用的基础上,玻璃陶瓷有望成为固化绝大多数含Pu废物的较佳选择。     

2Al/Fe_2O_3铝热剂的点火温度

为确定2Al/Fe2O3铝热剂的点火温度,对铝粉重量、电阻和形貌随温度变化的特性进行了实验观测,用均匀体系热爆炸理论计算了铝热剂球的临界点火温度并通过实验检验。结果表明,对于粒径约30μm的铝热剂,温度超过铝的熔点(933K)时铝粉氧化膜胀裂,流出的铝液铺展到邻近的氧化铁粉表面;点火温度约1600K,低于氧化铁分解点(1730K),点火前化学反应为液-固相型;点火温度与铝热剂球的体积无明显关系,均匀体系热爆炸理论不适用。     

自蔓延高温合成实验压力与燃烧速率测试方法研究

自蔓延高温合成技术是利用原料在初始点燃条件下化学反应所产生的高温高热,使燃烧反应自发地进行,从而得到新的成分和结构的产物。通过对自蔓延高温合成实验压力和燃烧速率测试方法的研究,根据实验的要求,选择合适的压力传感器,并自行设计有效的燃烧速率测试系统,合理选择监测点,编制满足测试需求的数据采集及控制程序,获取大量有效实验数据,为测定自蔓延燃烧过程中的压力和速率变化曲线,进行反应热力学、动力学分析,对反应安全进行评估,提供有力的数据支持,并对相关研究具有重要的借鉴意义。     

铝热剂SHS合成模拟核废物固化产物的组成结构分析

以Fe2O3为氧化剂,采用铝热剂(Al与Fe2O3的质量比为1:3)自蔓延高温合成(self-propagating high temperature synthesis,SHS)技术制备模拟核废物砂土固化产物,研究了不同模拟示踪核素在固化产物中的存在状态。通过扫描电镜、显气孔率测试、密度分析、X射线衍射分析等分析了固化产物的表面形貌和组成结构。结果表明:采用SHS技术固化砂土,固化产物为无定形玻璃和晶体颗粒构成的混合物,密度为2.60～3.05g/cm3,其中晶体成分主要是α-Al2O3,约占晶体质量的49.4%～63.6%,其他为示踪核素Ce,Sr,Ba,Er与SiO2结合生成的Ce2SiO5,BaSrSi2O6和Er2SiO5,各约占晶体质量的12.0%～18.7%。     

铝热剂SHS合成污染土壤固化产物中模拟核素的分布

以稀土元素Ce,Er和碱土金属元素Sr作为模拟核素,通过合金固溶度理论分析,并借助于ICP/MS,X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和PCT浸出法等分析手段,研究了对采用铝热剂自蔓延高温合成污染土壤固化产物中模拟核素的分布情况、固化体的物相组成和化学稳定性。结果表明,在SHS高温合成条件下,模拟核素在铁中的含量均在1×10-6数量级以上;示踪核素Ce主要是以CeAl11O18和Ce2SiO5的矿物晶体的形态存在于固化产物中,固化体中模拟核素的28 d平均浸出速率为1×10-5～1×10-6g.m-.2d-1,比一般硼硅酸盐玻璃固化体中稀土元素的浸出速率低1～2个量级;固化体中Ca,Si和Al的28 d浸出速率约为1×10-3g.m-.2d-1,Fe约为1×10-4g.m-.2d-1。放射性核素被固结在固化体中,而不进入到铁中,有利于后续固化体处理的安全性。     

锕系核素污染沙土的铝热剂SHS固化模拟实验

为探索对锕系核素污染沙土进行玻璃或陶瓷固化的有效途径,采用了铝热剂自蔓延高温合成(SHS)固化的模拟实验.主要进行了铝热剂粉末SHS固化的原理分析、模拟物质的选择、单质铁中模拟物质的含量、固化体中模拟物质浸出率的实验等.结果表明,固化体中模拟元素铈、铒的浸出率为10~(-3)～10~(-5) g·m~(-2)·d~(-1)量级;X射线衍射分析、扫描电镜观察发现,固化体中含有模拟元素铈、铒的硅酸盐晶体,晶体周围分布着大量玻璃体;单质铁相中模拟元素含量极低.用铝热剂可以固化锕系核素污染的沙土.     

铁元素对铝热剂SHS核废物固化体性能的影响

研究了铁元素对用自蔓延高温合成（SHS）技术固化处理的核废物固化体的组成结构及化学稳定性的影响。借助XRD、SEM和TG-DSC等测试手段对固化体的矿相组合、微观结构和热稳定性进行了测试分析,采用PCT浸泡法对固化体的抗浸出性能进行了研究。结果表明：不同配比的固化体矿相结构基本相同,矿相的主要组成为Al₂O₃,Fe元素对固化体的矿相结构无明显影响。固化体的微观结构非常致密,结晶良好,但固化产物的气孔数量及孔径随Fe元素含量的增大而增大。在小于1400 ℃时,固化体无明显失重,具有良好的热稳定性。固化体中示踪核素Ce的28 d浸出速率为10^-5～10^-6 g/(m²•d),固化体中Fe的含量在1%~10%范围内波动时,其对Ce、Ca、Si、Al、Fe的浸出速率无明显影响。     

铈模拟放射性废物固化体的物理化学性质

以稀土元素Ce作为示踪核素,采用铝热剂自蔓延高温合成技术固化了粒度≤200μm的模拟核废物土壤,通过密度测定和扫描电子显微镜、X射线荧光光谱、X射线衍射、电感耦合等离子发射光谱分析,研究了不同Ce含量的固化体的组成结构和核素浸出率。结果表明：在CeO2质量分数大于1%的情况下,示踪核素Ce主要是以CeAl11O18和Ce2SiO5的矿物晶体的形态存在于固化产物中。产物为无定形态玻璃和陶瓷体的混合物,体积密度超过3.0 g/cm3。固化体中示踪核素Ce的28 d平均浸出速率为10-5～10-6 g/（m2.d）,比一般硼硅酸盐玻璃固化体中稀土元素的浸出速率低1～2个数量级。固化体中Ca、Si和Al的28d浸出速率约为10-3g/（m2.d）,Fe的28d浸出率约为10-4g/（m2.d）。     

石墨导电混凝土的制备及在接地工程中的应用

为解决某接地工程中要求降阻材料同时具有低电阻率和一定抗压强度特性的难点,制备了石墨导电混凝土,研究了电阻率和28d抗压强度随石墨掺量变化的情况,确定了石墨掺量的渗滤阈值.利用自然失重法测量了镀锌扁钢在石墨导电混凝土中的腐蚀速率为0.0072 mm/a.工程选用石墨掺量为10%的导电混凝土,使得接地装置的工频接地电阻均不大于0.5Ω,符合设计要求.     

放射性废物的SHS固化处理研究及应用

采用自蔓延高温合成技术(SHS)固化处理放射性废物是固化方法新的研究方向。分析探讨了SHS固化处理方法的固化机理、研究现状及固化特点。SHS固化具有工艺简单、能量利用效率高、处理过程快速、成本低廉等优点,可针对不同类型的放射性废物选择合适的反应体系,进行产物设计,可直接应用到废物处置点或实现废物就地处置。介绍了近期笔者采用铝热剂自蔓延高温合成固化处理爆炸过程产生的有毒物质和受锕系核素污染的砂土及时两种形态的核废物的模拟固化实验研究。