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。     

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。     

碱矿渣复合水泥固化模拟放射性焚烧灰

用偏高岭土、沸石及聚合物乳胶粉改性的碱矿渣复合水泥进行了模拟放射性焚烧灰固化处置研究。结果表明:模拟放射性焚烧灰包容量为40%时,水泥固化体性能满足国标GB14569.1—93要求。Cs+的第42d浸出率(GB7023—86,25℃)最低为1.32×10-4cm/d,累积浸出分数仅为0.041cm。28d抗压强度最低为45.6MPa,且后期强度增长依然较高。碱矿渣复合水泥凝结迅速,克服了焚烧灰中某些成分对水化造成的不利影响。偏高岭土、沸石之间存在协同效应,显著提高固化体的抗压强度,同时改善对核素离子的固化能力。乳胶粉在固化体内形成三维网状结构,改善固化体韧性及抗冲击性,引入的微小气泡优化孔结构、提高耐久性,但导致抗压强度下降,掺量以5%为宜。     

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。     

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。     

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。     

聚酯固化放射性废树脂的研究

文章研究不饱和聚酯固化模拟核电站废树脂的基础配方、工艺条件及主要参数，测试固化体的主要性能，用放射性示踪测试浸出率。实验表明，聚酯固化废树脂的工艺可行、流程简单、操作方便。室温下，固化过程约需２ｈ。固化体包容量ω（树脂）达４５％，抗压强度大于１０ＭＰａ，抗水性强，溶胀性小，耐辐照、耐温和热循环性能良好。￣（８５，８９）Ｓｒ、￣（１３４）Ｃｓ、￣（６０）Ｃｏ等主要核素１８０ｄ的浸出率为１０￣（－６）－１０￣（－８）ｃｍ·ｄ￣（－１），累积浸出份数为１０￣（－４）－１０￣（－５），明显低于水泥固化体和苯乙烯固化体。     

低放废水蒸残液的水泥固化

本文报道了低放废水蒸残液的水泥固化基础配方及其固化体性能的研究结果。结果表明，水泥浆的流动度、初凝时间均随水灰比、盐灰比的增大而增大，抗压强度则随其增大而降低。推荐的两个固化配方流动度达０．２０ｍ以上，固化体抗压强度大于９ＭＰａ，４２ｄ时总β和（１３７）￣Ｃｓ累积浸出分数在无添加剂时分别为（１．９—２．４）×１０￣（－１）和（１，５—２．４）×１０￣（－１）ｃｍ；添加１５％（ｗｔ）斜发沸石（剂灰比＝０．１５）时分别为７．２×１０￣（－３）和１．０×１０￣（－２）ｃｍ。     

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。     

富铝碱矿渣粘土矿物复合胶凝材料基模拟放射性泥浆固化体的性能研究

研究了富铝碱矿渣粘土矿物复合胶凝材料(RAAASCM)基模拟放射性泥浆固化体的机械强度、干缩性及抗浸出性能。结果表明:模拟泥浆掺量、胶砂比对固化体的抗压强度、抗冲击性影响较大,尤其是模拟泥浆的影响更为明显。当胶砂比为1∶1 ,水灰比为0 .45 ,模拟泥浆掺量为2 0 %时,固化体抗压强度及抗冲击性均满足GB 1 45 69.1 93要求。干缩主要发生在自固化体置于相对湿度为60 %±5 %的环境养护的2 0d内。模拟泥浆的掺入对富铝碱矿渣粘土矿物复合胶凝材料基固化体干缩性的影响较之普通硅酸盐水泥基固化体小。当胶砂比为1∶1 ,模拟泥浆掺量1 0 %～2 0 %时,两种基材固化体的干缩率相近。富铝碱矿渣粘土矿物复合胶凝材料基固化体的抗浸出性较普通硅酸盐水泥基固化体优越。固化体对Sr2 +的束缚比对Cs+的束缚牢固。     

搅拌参数对放射性废液水泥固化体性能的影响

目前,国内核电站或核设施产生的中低放废液都采用水泥固化进行处理,水泥浆及水泥固化体性能是水泥固化技术重点研究内容。本文采用普通硅酸盐水泥固化中低放废液模拟料液,研究不同液灰比条件下,搅拌时间和搅拌速度对水泥浆流动度和固化体28 d抗压强度、孔结构、显微结构和抗浸出性能的影响。结果表明：在相同液灰比下,随着搅拌时间的延长（10～50 min）,水泥浆的流动度和固化体抗压强度呈现先增大后减小的趋势,而固化体的孔隙率和Sr²⁺浸出率随搅拌时间的延长呈递减的趋势,搅拌50 min的固化体的结构较搅拌10 min的固化体致密;用较大搅拌速度制备的固化体的抗压强度较高,且在搅拌30 min内,提高搅拌速度可提高浆料的流动度;然而长时间用较大速度搅拌制备的固化体的孔隙率较高,同时核素浸出率也较大。由于固化工艺过程中搅拌速度和搅拌时间会影响水泥浆的流动性和固化体性能,因此在水泥固化装置投入使用前,应通过大量实验来确定满足工艺要求且满足固化体性能的最佳搅拌参数。     

硅酸盐水泥固化模拟放射性废离子交换树脂的初步研究

以沸石、硅灰和聚乙烯醇(PVA)纤维作为添加剂,使用传统硅酸盐水泥固化含Cs废离子交换树脂,并评估了固化体的抗压强度、抗冲击性能及抗浸出性能等指标。结果显示:固化体28d抗压强度为11.34 MPa,抗冲击性能良好;42d浸出率和累积浸出分数分别为2.35×10~(-4) cm/d和3.66×10~(-2) cm;固化体在浸泡、冻融及γ辐照后均能保持较好的性能,固化体各项指标均符合国标要求。研究发现,PVA纤维能有效增强固化体的抗冲击性能,并且在受到高剂量γ辐照后PVA纤维仍能有效增强固化体抗冲击性能;γ辐照后,固化体抗浸出性能变差,而添加沸石和硅灰则能有效增强固化体的抗浸出性能。     

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。     

Solidification of spent radioactive organic solvent by sulfoaluminate and Portland cements

The solidification of simulated spent radioactive organic solvent, tri-butyl phosphate/kerosene, was investigated by emulsification–solidification method using sulfoaluminate cement (SAC) and Portland cement (PC). Zeolite, calcium hydroxide and MR-1 type emulsifier were mixed into the cement blends for improving the performance of solidified waste forms (SWF). The properties of SWF were evaluated in terms of mechanical strength, leachability and mineral phase analyses. The hydration products of SWF were characterized by X-ray diffraction (XRD). The experimental results showed that the 28 d compressive strengths of SAC solidified waste forms (SACF) and PC solidified waste forms (PCF) were 14.23 and 19.07 MPa, respectively. Leaching sequence of three radionuclides in two kinds of SWF is Cs⁺ > Sr²⁺ > Co²⁺. Compared with PCF, SACF had better performance in preventing nuclides Co²⁺ and Cs⁺ from leaching to the environment. The XRD patterns suggested that simulated spent radioactive organic solvent and emulsifier in SWF did not obviously change the hydration products of the two cements (SAC and PC).     

A Method of In-Pile Calorimetry

In order to immobilize Cs into pollucite structure, hydrothermal reactions of Cs with amorphous aluminosilicate (siliceous sinter) and with mixtures of low-quartz (silicastone) and Al(OH)₃, were performed. In both cases, pollucite was formed in 5-N NaOH solution above 200°C for 10 min. Synthesized pollucite was solid solution between pollucite and analcite. Waste forms in which Cs was immobilized in pollucite structure were successfully produced by the hydrothermal hot-pressing method using the silica matrix (mixture of low-quartz and amorphous aluminosilicate) containing Al(OH)₃ and NaAlO₂. Effect of hot-pressing conditions on leachability of the waste forms was investigated. The waste form containing 10w/o CsOH produced at 300°C and 49 MPa for 24 h, had Cs leach rate of 3.15 g/m²·d by Soxhlet leach tests for 7 d. The waste form was porous, but had high compressive strength and thermal stability.     

硼饱和模拟废活性炭的桶外水泥固化

核电站在运行过程中会产生含硼废水浸泡且硼饱和的废活性炭,需要对其进行固化处理。采用2.5‰(质量分数)的硼酸溶液对活性炭进行浸泡直至含硼量达到稳定来模拟实际废物源项,然后脱去硼饱和后活性炭中的游离水,并采用桶外水泥固化工艺对其进行水泥固化。结果表明,试验过程稳定可靠。另外通过试验验证可知,华龙一号新增废物源项废活性炭能够利用现有桶外水泥固化技术进行废物的处理,对硼饱和模拟废活性炭采用桶外工艺固化后,养护形成的水泥固化体按照标准GB 14569.1-2011进行游离液体、机械性能、抗水性、抗冻融性以及耐γ辐照性试验测试,结果均满足要求,且活性炭颗粒在固化体中分布均匀,未出现上浮现象,其搅拌完成以及30min后自由流动度均大于200mm,完全满足桶外水泥固化工艺稳定可靠的运行要求。     

Silicate Anion Structural Change in Calcium Silicate Hydrate Gel on Dissolution of Hydrated Cement

High pH conditions of aqueous solutions in a radioactive waste repository can be brought about by dissolution of cementitious materials. In order to clarify the mechanisms involved in maintaining this high pH for long time, we investigated the dissolution phenomena of OPC hydrate.

In the present research, leaching tests on powdered cement hydrates were conducted by changing the ratio of mass of leaching water to mass of OPC hydrate (liquid/solid ratio) from 10∽2, 000 (wt/wt). Ordinary Portland Cement hydrate was contacted with deionized water and placed in a sealed bottle. After a predetermined period, the solid was separated from the solution.

From the results of XRD analysis on the solid phase and the Ca concentration in the aqueous phase, it was confirmed that Ca(OH)₂ was preferentially dissolved when the liquid/solid ratio was 10 or 100 (wt/wt), and that C—S—H gel as well as Ca(OH)₂ were dissolved when the liquid/solid ratio was 500 (wt/wt) or larger. ²⁹Si-NMR results showed that the silicate anion chain of the C-S-H gel became longer when the liquid/solid ratio was 500 (wt/wt) or greater. This indicates that leaching of OPC hydrate results in a structural change of C—S—H gel.     

含硼废液水泥固化技术综述

压水堆核电厂含硼废液的处理主要采用水泥固化方法,这些方法大致可分为五种,即常规水泥固化工艺、改进型水泥固化工艺、高减容水泥固化工艺、制粉造粒灌浆固化工艺和高效率固化工艺。通过对各固化工艺特点的分析,提出我国应在制粉造粒灌浆固化工艺方面加强研究。