水泥放射性废物固化体中Cs~ 和Sr~(2 )的固化机理

对Cs~ 和Sr~(2 )在碱矿渣水泥固化体中的吸附和固溶机理进行了定量研究。结果表明,掺有沸石和硅灰的碱矿渣水泥硬化体具有较强的吸附Cs~ 和Sr~(2 )能力以及抗Cs~ 和Sr~(2 )脱附能力。XRD分析表明,Cs~ 和Sr~(2 )通过替代C—S—H中的Ca~(2 )而被固溶入C—S—H晶格。C—S—H的d_(111)值随CsNO_3和Sr(NO_3)_2掺入量的增加呈限量台阶状增大。SEM/EDS分     

粉煤灰基沸石固化体中Sr~(2+)、Cs~+的浸出行为

以电厂粉煤灰为原料水热制备粉煤灰基沸石,利用粉煤灰基沸石对模拟放射性废液中Sr~(2+)、Cs~+进行分离富集,在碱激发剂的作用下,以粉煤灰、粉煤灰基沸石制备地聚合物固化体,测试了所得固化体的抗压强度和抗浸出性能,并采用X射线衍射法(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对浸出机理进行了初步探讨。结果表明,不同沸石掺量对固化体的抗压强度和抗浸出性能有很大的影响,当沸石掺量(质量分数)为20%~30%时,其抗压性能达到国家标准,浸出率和累积浸出分数均远低于国家标准限值。同时,固化体对Sr~(2+)、Cs~+阻滞效果不同,其中对Sr~(2+)的固化效果更加优异,42d浸出率最低为1.87×10~(-6)cm/d,累积浸出分数为3.3×10~(-4)cm。实验得出,粉煤灰基沸石固化体对Sr~(2+)、Cs~+具有较优异的固化效果。     

水合五氧化二锑-磷钼酸铵对锶、铯的吸附性能研究

研究多种因素对水合五氧化二锑(HAP)及水合五氧化二锑-磷磷钼酸铵(HAP-AMP)制备的影响,在实验条件下找到了HAP及HAP-AMP的最佳制备工艺。分别考察了HAP对Sr~(2+),HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的吸附性能。结果表明:在实验条件下,HAP对Sr~(2+)的最大吸附量可达0.73 mmol/g,而HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的最大吸附量可分别达到0.47 mmol/g和0.32 mmol/g;同时,HAP-AMP对Sr~(2+)、Cs~+的吸附还有显著的选择性。     

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。     

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。     

掺合料对含氟放射性废液MKPC凝胶材料固化体性能的影响

以KH_2PO_4、重烧MgO和硼砂按一定比例制备磷酸钾镁(MKPC)凝胶材料固化模拟含氟放射性废液,研究掺合料(石英砂、沸石、硅灰、粉煤灰)对固化体性能的影响。结果显示,掺合料不改变固化体的终凝时间,但影响其孔隙率,掺入粉煤灰后孔隙率降低,掺入硅灰则相反。固化体空气养护28 d后,抗压强度大于55 MPa,抗压强度的损失与孔隙率呈正比。所制备的固化体具有良好的抗浸出性能,浸出实验42 d后,模拟核素Sr~(2+)、Cs~+、Co~(2+)的浸出率和Cs~+的42 d累积浸出率低于GB 14569.1—2011的限值,F~-平均浸出浓度低于GB 5085.3—2007的限值。     

90Sr、137Cs在水泥固化体中的吸附和迁移行为

采用批试法和柱迁移实验研究了放射性核素90Sr、137Cs在富铝碱矿渣水泥和525#水泥中的吸附迁移行为.结果表明,富铝碱矿渣水泥对90Sr、137Cs的吸附比约为525#水泥的10倍;富铝碱矿渣水泥在阻止放射性核素迁移及浸出性能方面明显优于目前采用的525#水泥.     

水泥固化体的铯的浸出行为

通过对硅酸盐水泥、碱矿渣水泥以及掺加沸石的碱矿渣水泥固化体在２５℃和７０℃下Ｃｓ￣＋的浸出行为研究发现，掺加３０％沸石的碱矿渣水泥固化体２８天Ｃｓ￣＋累积浸出量仅是硅酸盐水泥固化体的１／１０，是碱矿渣水泥固化体的１／６－１／４。几种水泥固化体Ｃｓ￣＋的累积浸出分数Ｐｔ与ｔ￣（１／２）作图都呈折线关系，前３天Ｃｓ￣＋扩散系数大于后期。Ｃｓ￣＋的浸出主要取决于水泥固化体的结构致密程度和固化体连通孔溶液中游离Ｃｓ￣＋浓度，而后者则又与水化产物束缚Ｃｓ￣＋的能力成反比和水化产物的溶解度成正比。因此碱矿渣水泥固化Ｃｓ￣＋的能力大于硅酸盐水泥。同时探讨了水泥固化体Ｃｓ￣＋的浸出模型。     

^90Sr、^137Cs在水泥固化体中的吸附和迁移行为

采用批式法和柱迁移实验研究了放射性核素^90Sr、^137Cs在富铝碱矿渣水泥和525^#水泥中的吸附迁移行为。结果表明,富铝碱矿渣水泥对^90Sr、^137Cs的吸附比约为525^#水泥的10倍;富铝碱矿渣水泥在阻止放射性核素迁移及浸出性能方面明显优于目前采用的525^#水泥。     

从鈾裂变产物中分离无載体Zr~(95)-Nb~(95)混合指示剂

本文研究了用Ce_2(C_2O_4)_3↓—MnO_2↓—TBP萃取法从鈾裂变产物中分离制备无載体Zr~(95)-Nb~(95)混合指示剂的方法。希土系用Ce_2(C_2O_4)_3共沉淀去除,MnO_2沉淀浓集Zr~(95)和Nb~(95)的同时分离Cs~(137),Sr~(90)等其他裂片元素;然后在高硝酸浓度下用TBP萃取回收无載体Zr~(95)-Nb~(95),以除去非放射性杂质及Ru~(106)等的沾污。得到的产物(Zr~(95)-Nb~(95))純度較高,Zr~(95)及Nb~(95)的回收率均在80%左右。     

NiSO4和K4[Fe(CN)6]预处理对模拟高放废液碱矿渣水泥固化体力学性能的影响

研究了模拟高放废液加入NiSO4和K4[Fe(CN)6]对碱矿渣水泥固化体抗压强度的影响。实验结果表明：NiSO4和K4[Fe(CN)6]的引入使得固化体凝结时间变慢、抗压强度下降;调整激发剂掺量到2％(NaOH提供的Na2O量) 3％(Na2SiO3提供的Na2O量)时(以Na2O占矿渣质量比例计),沸石掺量为15％,采用加压成型工艺,可有效提高固化体抗压强度。     

碱矿渣水泥固化核废物研究现状

着重从碱矿渣的结构特征、碱矿渣水泥水化产物及碱矿渣水泥固化体的性能等方面论述了碱矿渣水泥固化核废物的研究现状,并初步分析了固化机理,展望了其应用前景。     

水泥固化体中Cs+浸出行为研究

研究了25、40、70、90℃下碱矿渣 黏土复合胶凝材料(AASCM)和普通硅酸盐水泥(OPC)固化体中Cs⁺的浸出行为,并对浸出机理进行了探讨。结果表明：在25、40、70、90℃下,AASCM固化体和OPC固化体浸出行为不同,OPC固化体中Cs⁺的累积浸出分数在4个温度下趋于同一数值,而AASCM固化体中Cs⁺的累积浸出分数则随温度升高而增大。AASCM固化体中Cs⁺的存在状态为溶解态、吸附态及固溶态并存,而OPC固化体中则主要为溶解态和固溶态。AASCM固化体中处于吸附态和固溶态的Cs⁺接近90%,处于溶解态的约为10%;而OPC固化体中处于固溶态的约为40%,处于溶解态的约为60%。     

几种自然吸着剂吸着机构的研究

在靜态与动态条件下,以放射性同位素示踪方法研究了蒙脫土、黄土与蒙脫土-水泥成型物对水溶液中Cs~+与Sr~(++)(微量組成或常量組成)的吸着現象,并在靜态条件下与有机阳离子交換树脂及硅胶吸附剂作了比較。結果表明,蒙脫土吸着阳离子具有比較显明的离子交換性貭,符合貭量作用定律。平衡常数是K_(Cs→Sr)=8.72,K_(Cs→Ca)=10.7,K_(Sr→Ca)=1.39,K_(Sr→Na)=13.57,因此交換次序是Cs~+>Sr~(2+)>Ca~(2+)>Na~+。黄土不完全遵守貭量作用定律。吸着本領是Cs~+>Sr~(2+),Ca~(2+)>Na~+。說明黄土的吸着現象除离子交换作用外还包含有物理吸附或其他化学吸附等作用。蒙脱土-水泥成型物在用水将水泥中可溶性鈣洗淨后,主要显示出离子交換性貭。交換容量随水泥/蒙脫土比值增加而愈大于单純蒙脫土和水泥的权重平均。其原因有待进一步研究。从吸着曲线的形状可以看出,随水泥/蒙脫土比值的增加而斜率減小,穿透体积減小。这可能由于在不同固相中离子扩散速度不同而使达到平衡所需时間不同所致。未經水洗的蒙脫土-水泥成型物的吸着,包含着离子交换和溶解两过程,其表观交換容量远小于經水洗过的。对未經水洗的1∶1蒙脫土-水泥成型物,其表观交換容量只有經水洗后的四分之一到二分之一。这可能是由于水泥中游离鈣离子参加交換竞爭所致。     

聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂的制备及其对Sr~(2+)的吸附性能研究

以钛酸钾(KTiO)为有效成分、聚丙烯腈(PAN)为基体,制备了聚丙烯腈基钛酸钾球形复合吸附剂(PAN-KTiO)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等对PAN-KTiO进行了表征,并通过静态吸附实验,研究了接触时间、pH值、竞争离子、Sr~(2+)初始浓度等对PAN-KTiO吸附Sr~(2+)效果的影响,分析了吸附过程的反应动力学和吸附等温线。结果表明,PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附平衡时间约为24 h,PAN-KTiO吸附Sr~(2+)时,溶液最佳pH值约为6.55;Ca~(2+)、Mg~(2+)对Sr~(2+)在PAN-KTiO上的吸附存在较强的抑制作用;准二级动力学方程能更好地描述PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附动力学过程,而Langmuir模型能更好地描述PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附等温线;PAN-KTiO对Sr~(2+)的吸附过程是以化学吸附为主的单分子层吸附,PAN-KTiO对Sr~(2+)的饱和吸附容量可达53.850 mg/g。     

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。     

比较不同絮凝剂从水溶液中除去放射性元素的效率

为了比较四种化学絮凝剂FeCl_3、Fe_2(SO_4)_3、Al_2(SO_4)_3和Ca_3(PO_4)_2在处理低水平放射性废液时的效率,我们应用了Sr~(90)、Cs~(137)、Zn~(65)三种放射性元素的水溶液,研究在不同pH值和絮凝剂用量时四种絮凝剂的去污效率,得到Fe_2(SO_4)_3除去Sr~(90)可达99%以上,FeCl_3除去Zn~(65)可达99%以上,而对Cs~(137)四种絮凝剂效果都不好,最大仅有40%的除去率。初步探讨了去污效率不同的原因。对Sr~(90)的水溶液进一步研究了各种络合剂对除去率的影响。     

放射性焚烧灰碱激发胶凝材料固化体浸出实验

为了实现放射性焚烧灰的稳定包容,研究了以矿渣为主要原料,添加水泥熟料、粉煤灰和沸石,选用水玻璃或硅(硫)酸钠等作为激发剂制备出碱激发胶凝材料。实验优选的固化基材为:矿渣含量65%(质量分数,下同),粉煤灰10%,沸石20%,水泥熟料2%,氢氧化钙3%。水玻璃作为激发剂其添加量为基材的5%。采用该基材制备固化体,当放射性焚烧灰包容量为30%、水灰比0.34~0.35,固化体机械性能良好。浸出性能测试结果表明:第35天铀的浸出率为6.0×10-6cm/d,225天长期浸出率较低。铀在固化体中的扩散系数计算结果表明,碱激发胶凝材料对铀的滞留性能较好。最后探讨了固化体的浸出机制。     

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。     

碱矿渣胶凝材料固化废TBP的配方初步研究

核工业中产生的放射性废磷酸三丁酯（TBP）存在巨大的潜在危害,其处理是一世界性难题,国内尚处于理论研究阶段。本文针对废TBP碱度大和有机物盐份高的特征,提出了碱激发胶凝材料的固化处理方法,并研究了激发剂用量、水解产物包容量和养护时间对固化体的机械性能、抗水性、抗冻融性、水化程度、碱度、矿物组成以及活性Al、Si含量的影响。与硅酸盐水泥和矿渣水泥相比,碱矿渣胶凝材料在固化TBP水解产物方面凸显优越性,当包容量为14.49%时,碱矿渣胶凝材料固化体28 d的强度为18.90 MPa,而硅酸盐水泥固化体的强度仅8.69 MPa。碱矿渣胶凝材料中Cs和Sr的抗浸出性、抗冻融和抗冲击性能均明显优于矿渣水泥和硅酸盐水泥。