磷酸二氢钾粒度对磷酸钾镁水泥性能影响

KH2PO4作为磷酸钾镁水泥主要原材料,与其性能直接相关。研究了KH2PO4粒度对磷酸钾镁水泥的流动性、凝结时间、抗压强度、粘接强度、水化浆体温度和孔隙率等方面的影响。结果表明,随着KH2PO4粒径的减小,磷酸钾镁水泥的凝结时间缩短,流动度先增加后减小;材料抗压强度和粘接强度逐渐增大,中位粒径为45μm时,3h抗压强度达32 MPa,1d粘接强度达4.3MPa;KH2PO4的粒度对磷酸钾镁水泥的水化热有较大影响,对于100mm×100 mm×100mm的试块,成型后中心最高温度逐渐升高,最高可达79.5℃;随着KH2PO4粒径降低,磷酸钾镁水泥的平均孔径降低,孔隙率降低,材料致密程度相应提高。同时,粒径的减小也明显减轻了磷酸钾镁水泥所存在的"泛霜"现象。     

矿物混合材在放射性废物水泥固化中的作用

水泥固化是核电站放射性废物处理的常用技术,在放射性废物的水泥固化过程中,矿物混合材在固化操作性、固化体机械性能及核素浸出性等方面表现出优异性能。综述了活性和非活性矿物混合材的特性,及其在放射性废物水泥固化中的应用和对固化体性能的影响。活性矿物混合材的形态效应、火山灰效应和微集料效应以及非活性矿物混合材的填充作用可改善水泥固化体性能,降低水泥水化热升温,提高固化体抗压强度、抗裂性和耐久性,降低核素浸出率。混合材种类和掺加比例极大地影响着固化效果,通过配方实验保证混合材的适当掺量,可以保证水泥固化体性能的提升,保证固化体在处置期间的长期稳定性。     

含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的合成与流变特性（英文）

在1400℃和1500℃温度下合成了不同配比的铝酸钙水泥(CMA)。检测结果显示,当温度升高时镁铝尖晶石的粒径由5μm生长到15μm。合成温度达到1400℃时,镁铝尖晶石晶粒呈团簇状并分布在铝酸钙晶粒周围;当合成温度升高至1500℃时,镁铝尖晶石晶粒穿插在铝酸钙晶粒中。另外,随着水泥中镁铝尖晶石含量的增加,水泥的凝结时间延长,同时粘度下降。相应的,水泥储能模量和流动点的大小分别为0.15 MPa和4.44%。提高镁铝尖晶石相的含量或增大铝酸钙晶粒尺寸会减弱水泥水化时絮凝结构的强度。     

含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的合成与流变特性

在1400℃和1500℃温度下合成了不同配比的铝酸钙水泥(CMA)。检测结果显示, 当温度升高时镁铝尖晶石的粒径由5 μm生长到15 μm。合成温度达到1400℃时, 镁铝尖晶石晶粒呈团簇状并分布在铝酸钙晶粒周围; 当合成温度升高至1500℃时, 镁铝尖晶石晶粒穿插在铝酸钙晶粒中。另外, 随着水泥中镁铝尖晶石含量的增加, 水泥的凝结时间延长, 同时粘度下降。相应的, 水泥储能模量和流动点的大小分别为0.15 MPa和4.44%。提高镁铝尖晶石相的含量或增大铝酸钙晶粒尺寸会减弱水泥水化时絮凝结构的强度。     

铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥水化硬化特性的影响及其在复合磷酸盐磷酸镁水泥中的稳定性。实验结果表明,复合磷酸盐磷酸镁水泥抗压强度随着铅离子掺量的增加而降低,其中硝酸铅掺量达到10%时,复合磷酸盐磷酸镁水泥的各个龄期的抗压强度发生明显下降。铅离子对复合磷酸盐磷酸镁水泥凝结时间没有明显影响。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化过程中,铅离子对水泥体系的pH值影响不大,但能够造成水泥水化放热峰出现的时间延迟,水化放热的总量减少并影响主要水化产物的结晶程度。在复合磷酸盐磷酸镁水泥水化反应后期,当硝酸铅掺量达到10%以上时,在水化产物中出现了较为明显的Pb2P2O7的衍射峰。复合磷酸盐磷酸镁水泥固化铅离子的浸出毒性试验结果(43μg/L)远低于国家标准要求(5mg/L)。     

YIG陶瓷对三价锕系模拟核素的固化行为研究

石榴石具有较大的锕系包容量及化学灵活性, 被认为是潜在的锕系核素固化基材。本工作以Nd³⁺模拟三价锕系核素, 通过高温固相法成功合成了Y_3-xNd_xFe₅O₁₂(0≤x≤2)系列钇铁石榴石(YIG)固化体。研究了Nd在YIG固化体中的固溶极限和Nd掺杂量对固化体的物相和微观结构的影响规律, 以及不同pH条件下Nd掺杂钇铁石榴石固化体的化学耐久性。研究结果表明, 当x≤1.7时, YIG基固化体为纯相YIG; 当x≥1.8时, YIG基固化体中YIG、NdFeO₃和Fe₂O₃三相共存。纯相YIG基固化体对Nd³⁺的固溶极限约为29.5%(质量分数)。随着Nd掺杂量增加, 固化体的密度增大, 体积减小, 孔隙率减小。浸出实验结果显示, 28 d后元素归一化浸出率(LR_i)逐渐趋于平衡, 42 d后, 其元素的LR_i为10^-6~10^-5 g·m^-2·d^-1。LR_Y小于LR_Nd, 且酸性溶液中元素归一化浸出率也略高于中性和碱性溶液。这些结果表明, YIG陶瓷是理想的三价锕系核素候选固化基材。     

不同环境条件下磷酸镁水泥对硝酸铅的固化

在不同pH值、碳化、氯离子侵蚀条件下,利用磷酸镁水泥对不同掺量的硝酸铅进行固化。研究不同条件下重金属铅的浸出率规律,并对不同掺量的硝酸铅对磷酸镁水泥水化产物种类、水化产物形貌进行了探讨。研究表明,在pH值为2时,铅的浸出率最大,随着pH值增加浸出率降低,但在pH值为12,浸出率又有所升高;在碳化条件下铅的浸出率随养护时间的延长先增加后趋于稳定;在氯离子侵蚀条件下,铅的浸出率随侵蚀时间的延长变化不明显。     

陶瓷固化体的浸出行为及其机理

高放废物(HLW)在深地质处置后, 其中的放射性核素有可能浸出并伴随地下水循环进入人类环境。这是固化体中放射性核素进入生物圈最可能的途径, 因此HLW固化体的化学稳定性是固化基材筛选的主要依据。陶瓷固化体作为第二代HLW固化体, 具有长程有序的特点, 相比玻璃固化体, 更容易定量表征, 这对于固化体浸出机理的研究有着重要的意义。然而陶瓷固化体的浸出机理与评价方法研究都处于起步阶段, 也缺乏被处置库接收的标准。为规范/建全陶瓷固化体化学稳定性评价方法, 认识放射性核素的浸出机制, 本文概述了核废物固化体化学稳定性研究方法、研究重点; 总结了相关陶瓷的水热蚀变研究现状, 分析了其中核素的浸出率; 探讨了影响因素及其影响方式; 最后归纳了目前提出的浸出机制以及存在的问题。     

铁磷摩尔比对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体的影响

研究了不同铁磷摩尔比对铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体结构和化学稳定性的影响。用溶解速率法(DR)研究了固化体的化学稳定性,用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)方法表征了样品的结构,用全谱直读等离子体发射光谱(ICP-OES)测定浸出液中各元素的含量。研究结果表明,当铁磷摩尔比为0.67时,在980℃下保温3h得到的铁磷酸盐玻璃陶瓷固化体具有较高的化学稳定性,浸泡42d的质量浸出率变化幅度不大且浸出率较低,约为7.05×10-9g/(cm2.min),其中Ce、La元素均未检出,其余浸出元素来自玻璃相;固化体的主晶相为独居石,结构中主要含有大量的正磷酸基团[PO4]3-和少量的焦磷酸基团[P2O7]4-,不存在偏磷酸基团[PO3]-。     

不同温度处理对磷酸镁水泥性能的影响

对磷酸镁水泥在不同温度处理下的表观形貌、体积收缩率和抗压强度进行了研究,并通过XRD、SEM对各个温度阶段的物相及微观形貌进行了分析,利用TG-DSC研究了加热过程中的质量变化和所产生的热效应。结果表明,在200℃以下,磷酸镁水泥强度减小较大;在400～800℃之间,强度变化相对较小;在更高的温度下,由于烧结现象的出现,磷酸镁水泥的强度甚至有所增长;当温度达到1400℃,磷酸镁水泥的整体结构仍然保持完整,但体积则发生了较大的收缩。磷酸镁水泥具有良好的高温稳定性。     

0-3 型压电陶瓷/ 硫铝酸盐水泥复合材料的介电性及压电性

以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。      

热压烧结掺钕钛酸盐组合矿物固化体及其浸出性能

以天然锆英石(ZrSiO4),CaCO3,TiO2,Nd2O3,Al2O3,SiO2为原料,采用真空热压烧结技术制备掺钕钙钛锆石和榍石组合矿物固化体,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、背散射(BSE)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等分析手段,研究了组合矿物固化体的热压烧结温度、相结构及浸出性能等。结果表明:组合矿物固化体的较佳热压烧结温度为1130~1170℃,固化体的相对密度≥97.2%,主要物相为钙钛锆石(CaZrTi2O7)和榍石(CaTiSiO5)的组合矿物;固化体具有良好的化学稳定性,在90℃,pH值为5,7,9的水溶液中,Nd3+在42天的归一化浸出率分别为1.9×10-6,1.5×10-6,1.2×10-6g·m-2·d-1;pH值对固化体中Ca2+,Zr4+的浸出率没有明显的影响;在弱碱水溶液(pH=9)中,Ti 4+,Nd3+的浸出率较低,Si 4+,Al 3+的浸出率较高。     

Sr(NO_3)_2对碱矿渣材料结构和性能的影响

为探明碱矿渣胶凝材料(AAS)固化核素Sr2+后,固化体性能的变化。利用矿渣粉、水玻璃、水和Sr(NO3)2制备了碱矿渣固化体,并研究了Sr(NO3)2对AAS固化体结构和性能的影响。结果表明,Sr(NO3)2使得AAS固化体的结晶程度和水化放热均降低,延缓了浆体的凝结硬化;Sr2+破坏了Si—O—Al基团的形成过程,阻碍了二次C-S-H的形成。Sr(NO3)2的掺入降低了AAS固化体的3 d抗压强度;但当Sr2+掺量小于0.4%时,AAS固化体的28 d抗压强度增加。     

熔盐法低温合成掺钕ZrSiO4陶瓷的物相演变和化学稳定性

相较于传统固相烧结方法,熔盐在较低的温度下提供了快速的传质和成核过程,可合成用于固化高放废物(HLW)的陶瓷固化体。本工作采用熔盐法(MSS)在不同烧结温度(1100、1200、1300、1400、1500℃)和不同烧结时间(3、6、9、12、15 h)下制备了掺Nd的锆石(ZrSiO₄)陶瓷(Zr_1-xNdxSiO_4-x/2 (0≤x≤0.1)),并采用静态浸出试验(PCT)研究掺Nd的ZrSiO₄陶瓷在模拟地质处置环境下的化学稳定性。在熔盐与氧化物最佳摩尔比为10:1、烧结温度为1200℃、烧结时间为6 h的较温和条件下,利用熔盐法成功合成了Zr1-xNdxSiO4-x/2,可将Nd在ZrSiO₄中的固溶摩尔分数提高到8%,结果显示MSS法能够降低陶瓷合成温度,缩短合成时间,提高固溶量。ZrSiO₄陶瓷对三价锕系核素的固化机理为晶格固化。浸出实验结果显示, Nd的归一化浸出率(LRNd)低至～10^-5 g·m^-2     

m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的影响及机理研究

研究了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩行为的影响,采用温度记录仪、压汞仪、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等分析手段探讨了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的作用机理。结果表明,随着m(M)/m(P)比值的增大,磷酸镁水泥水化初期的膨胀量以及干燥收缩减小;水化8h左右水泥开始收缩,龄期达到20d左右收缩趋于稳定;磷酸镁水泥收缩量的减少,是由于m(M)/m(P)比值的增大导致磷酸镁水泥水化温度降低,孔隙率增大,水化产物MgKPO_4·6H_2O减少,水化产物结构趋于疏松。     

常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用

研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。     

海工磷酸镁水泥基材料的制备及性能研究

选用海砂、海水制备了海工磷酸镁水泥基材料,研究了该材料的贮存性能,早期强度特性及抗海水侵蚀性能。结果显示磷酸镁水泥有着良好的贮存性能,原材料按一定方式存放360d后,水泥强度降低不超过5%,原材料存放1000d后,水泥强度降低不超过10%;所制备的海工磷酸镁水泥基材料,2h的抗压强度均达到28MPa以上,1d抗压强度已达52MPa以上,凝结时间在25min以内;所制备的海工磷酸镁水泥胶砂抗海水侵蚀性能良好。     

利用硼泥制备氧化镁的工艺条件

采用浓度为1∶1的盐酸浸取硼泥中的镁得到氯化镁溶液,以氢氧化钾为沉淀剂与氯化镁反应生成氢氧化镁,氢氧化镁经煅烧后制得氧化镁。研究了浸出温度、浸出时间、盐酸与硼泥比例对硼泥中镁浸出率的影响,通过DSC曲线确定了氢氧化镁的最佳煅烧温度,利用XRD和SEM对产物氧化镁进行了表征。结果表明,在浸出盐酸足量的条件下,反应温度对镁浸出率影响最大。硼泥中镁浸出的最佳工艺条件为:浸出温度85℃,浸出时间30min;盐酸体积与硼泥质量比4∶1。氢氧化镁在600℃下煅烧2.5h得到平均粒径小于100nm的氧化镁粉体。     

氯氧镁水泥对焚烧飞灰固化作用及影响因素

利用氯氧镁水泥对飞灰进行固化处理,研究了氯氧镁水泥对飞灰重金属离子的固化效果及影响因素。结果表明,氯氧镁水泥对飞灰固化存在一个最佳摩尔比,在最佳摩尔比条件下Pb浸出浓度最低,固化率达94%;随着活性氧化镁含量上升(由28.9%提高到60.56%),Pb浸出浓度显著降低,固化率提高23.9%,当活性氧化镁含量进一步增加时,Pb浸出浓度降低幅度减小;按摩尔比为10∶1,水灰比为0.3配制氯氧镁水泥,在掺量为20%的条件下,固化效果优于掺量为40%的P·O42.5水泥,且满足生活垃圾填埋标准的限值,具有很好的应用前景。     

氯氧镁水泥对焚烧飞灰固化作用及影响因素

利用氯氧镁水泥对飞灰进行固化处理,研究了氯氧镁水泥对飞灰重金属离子的固化效果及影响因素。结果表明,氯氧镁水泥对飞灰固化存在一个最佳摩尔比,在最佳摩尔比条件下Pb浸出浓度最低,固化率达94%;随着活性氧化镁含量上升(由28.9%提高到60.56%),Pb浸出浓度显著降低,固化率提高23.9%,当活性氧化镁含量进一步增加时,Pb浸出浓度降低幅度减小;按摩尔比为10∶1,水灰比为0.3配制氯氧镁水泥,在掺量为20%的条件下,固化效果优于掺量为40%的P·O42.5水泥,且满足生活垃圾填埋标准的限值,具有很好的应用前景。