一種放射性含氟廢液水泥固化方法
【專利摘要】本發明涉及一種放射性含氟廢液水泥固化方法，包括步驟：S1，提供放射性含氟廢液；S2，將硅酸鹽水泥和添加劑與放射性含氟廢液混合，其中，硅酸鹽水泥、添加劑和放射性含氟廢液的比例為1000kg:500kg:450L；所述添加劑由質量比為1:1:3的沸石、硅灰和石英砂組成；S3，混合物在模具中固化，得到水泥固化體。本發明的放射性含氟廢液水泥固化方法，通過沸石來抑制放射性元素和元素氟的析出率；通過硅灰來降低水泥漿流動度，降低泌水性；通過石英砂來增加水泥固化體的抗壓強度；如此，本發明提供的水泥固化體的各項指標能滿足GB14569.1?2011的要求，且能很好的包容氟元素，使得其近乎沒有浸出。
【專利說明】
-種放射性含氣廢液水泥固化方法
技術領域
[0001] 本發明設及水泥固化，更具體地設及一種放射性含氣廢液水泥固化方法。
【背景技術】
[0002] 社基烙鹽堆不同于壓水堆，其主冷卻劑是一種烙融態的氣化鹽。烙鹽堆在運行和 乏燃料后處理階段不可避免的產生含氣放射性廢液，為保證周邊公眾安全和大量廢液對環 境污染的威脅，需要對放射性含氣廢液進行減容和固化處理，使其達到安全暫存要求。
[0003] 水泥固化是放射性廢液處理的一種常用的方法，它為放射性廢液W安全穩定的固 體狀態封存提供了一種行之有效的辦法。水泥固化具有W下優點：設備簡單、工藝成熟、操 作方便、安全可靠、耗能少、設備投資和運行費用低、固化體機械強度高等。
[0004] 目前的水泥固化是針對壓水堆的含棚廢液，對于放射性含氣廢液水泥固化的配方 還未見相關報道，亟需開展相關配方研究，W保證形成的水泥固化體能對放射性含氣廢液 形成有效包容，滿足最終處置的要求。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種能夠有效包容放射性含 氣廢液的水泥固化體，從而提供一種放射性含氣廢液水泥固化方法。
[0006] 本發明所述的放射性含氣廢液水泥固化方法，包括步驟:S1，提供放射性含氣廢 液;S2，將娃酸鹽水泥和添加劑與放射性含氣廢液混合，其中，娃酸鹽水泥、添加劑和放射性 含氣廢液的比例為1000kg:500kg:450レ所述添加劑由質量比為1:1:3的沸石、娃灰和石英 砂組成;S3，混合物在模具中固化，得到水泥固化體。
[0007] 放射性含氣廢液中的氣的質量濃度為0.5%-8%。
[0008] 放射性含氣廢液中含有氣化鋼。
[0009] 放射性含氣廢液中還包括Sr ( N03 ) 2、CsN〇3和Co ( N03 ) 2。
[0010] 石英砂為200目、400目或1200目的石英砂。
[0011] 步驟S2在水泥膠砂攬拌機的攬拌鍋中進行。
[0012] 本發明的放射性含氣廢液水泥固化方法，通過沸石來抑制放射性元素和元素氣的 析出率;通過娃灰來降低水泥漿流動度，降低泌水性;通過石英砂來增加水泥固化體的抗壓 強度;如此，本發明提供的水泥固化體的各項指標能滿足GB14569.1-2011的要求，且能很好 的包容氣元素，使得其近乎沒有浸出。因此，本發明的放射性含氣廢液水泥固化方法能夠有 效解決放射性含氣廢液水泥固化處理問題，為其最終處置提供了基礎，填補了國內放射性 含氣廢液水泥固化配方的空白。
【附圖說明】
[0013] 圖1是根據本發明的放射性含氣廢液水泥固化方法提供的水泥固化體經過抗沖擊 性能測試后的測試結果圖；
[0014] 圖2是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬Sr2+析出率曲線圖；
[0015] 圖3是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬CS+析出率曲線圖；
[0016] 圖4是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬Co2+析出率曲線圖；
[0017] 圖5是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬Sr2+累積浸出率曲線圖；
[0018] 圖6是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬CS+累積浸出率曲線圖；
[0019]圖7是模擬核素浸出試驗中水泥固化體的模擬Co2+累積浸出率曲線圖；
[0020] 圖8是水泥固化體的F浸出-濃度曲線。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖，給出本發明的較佳實施例，并予W詳細描述。
[0022] 本發明的放射性含氣廢液水泥固化方法，包括W下步驟：
[0023] S1，按照下表1提供放射性含氣廢液；
[0024] 表1放射性含氣廢液組成
[0025]
[0026] 其中，該放射性含氣廢液可W是經過處理得到的含氣質量濃度在0.5%~8%的放 射性廢液。實施例5中模擬含氣放射性廢液有部分NaF不溶解，需將模擬含氣放射性廢液攬 拌均勻后進行固化，W保證F的質量濃度達到8%。
[0027] S2,在水泥膠砂攬拌機的攬拌鍋中，將1000kg的娃酸鹽水泥和500kg的添加劑與 45化的放射性含氣廢液混合。其中，所述添加劑由100kg的沸石、100kg的娃灰和300kg的石 英砂組成。其中，石英砂為200目、400目或1200目的石英砂。其中，攬拌時間約在2-5min即 可，優選3min。
[0028] S3，混合物在模具中固化，得到水泥固化體。其中，該模具為塑料模具。混合物注入 巫50 X 50臟3的塑料模具中固化。
[0029] 實驗表明：所有實施例的水泥固化體外觀完整，攬拌過程中水泥漿流動度適中，水 泥固化體在2地內終凝，且表面完整，沒有裂紋。
[0030] 1、W實施例1所得到的水泥固化體進行性能測定
[0031] 1.1、游離液體
[0032] 經過試驗發現養護7天后水泥固化體上表面無游離液體，配方滿足國標要求。
[0033] 1.2、抗壓強度測試
[0034] 按國標GB14569.1-2011《低、中水平放射性廢物固化體性能要求水泥固化體》的要 求進行了抗壓強度測試、浸泡實驗和凍融試驗。水泥固化體試樣養護28d后的抗壓強度不應 小于7MPa。水泥固化體試樣抗浸泡試驗和抗凍融試驗后，其外觀不應有明顯的裂縫或龜裂， 抗壓強度損失不超過25 %。
[0035] 水泥固化體試塊在標準養護箱中養護28d后，測試其抗壓強度。同時進行浸泡和凍 融實驗，測試實驗后水泥固化體的抗壓強度。結果顯示水泥固化體的抗壓強度遠大于7MPa， 滿足國標的要求。凍融實驗后外觀沒有明顯的裂縫或龜裂，滿足國家標準固化體凍融后抗 壓強度損失不超過25%的要求。浸泡實驗后外觀沒有明顯的裂縫或龜裂，抗壓強度略有增 加，滿足國家標準固化體浸泡后抗壓強度損失不超過25%的要求。抗壓強度的平均數據如 表2所示。
[0036] 表2水泥固化體抗壓強度測試的平均數據
[0037]
[003引1.3、抗沖擊性能測試
[0039 ]按國標GB14569.1 -2011《低、中水平放射性廢物固化體性能要求水泥固化體》的要 求進行了墜落試驗，水泥固化體從9米高處自由落體落到水泥地面上不能粉碎。
[0040] 按推薦配方制備〇50X50mm3的圓柱形樣品，在標準養護箱養護28天后進行了墜 落試驗，試驗分別將樣品從9米高樓房自由落體到水泥地面上，如圖1的Ξ個平行樣所示，沒 有任何一個出現完全破裂，全部滿足國家標準要求。
[0041] 1.4、模擬核素浸出試驗
[0042] (1)水泥固化試塊制備
[0043] 用上述模擬放射性含氣廢液制備〇50X50mm3的水泥固化試塊，準確稱量每個試 塊的重量，根據質量比換算出每個試塊中Sr2+、Cs+、Co2+的質量。
[0044] 然后將水泥固化體試塊按照GB 14569.1-2011要求的養護條件，放入養護箱，在溫 度25 ± 5°C，相對濕度90% ± 5%的氣氛中養護28d，樣品完全滿足國家標準GBT 7023-2011 要求:幾何表面積應為（10~5000) cm2;長徑比等于或稍大于1。
[0045] (2)浸泡、取樣和換水
[0046] 將〇50X50mm3水泥固化體樣品分別用單股細塑料線十字捆綁后吊入化帶蓋聚乙 締塑料瓶中，向塑料瓶中加入1.化去離子水，使樣品處于水體中央。
[0047] 浸出率試驗使用200#的去離子水作浸出劑，其電導率約為1.43化S/cm，每次使用 量為1.化，滿足國家標準GBT 7023-2011要求:浸出率測定的浸出劑電導率不大于15化S/m; 浸出劑體積/樣品幾何表面積=(10~15) cm。
[004引在浸泡的第1、3、7、10、28、42(1進行換水，并取樣、酸化^備測量。測量浸出液模擬 核素濃度，并計算各核素的浸出率與累積浸出率。
[0049] (3)試驗結果
[0050] 圖2、3、4分別給出了水泥固化試塊的模擬核素浸出率，在實驗所用的配方中，模擬 核素的浸出率和累積浸出率大小順序為Cs+>Sr2+>Co2+。圖5、6、7分別給出了水泥固化試塊 的模擬核素累積浸出率。
[0化1 ] 從實驗結果可w得到，Sr2+的42d浸出率為1.96 X l〇-5cm/d，累積浸出率為1.24 X l〇-3cm;Cs+的42d浸出率為5.58 X l〇-4cm/d，累積浸出率為6.77 X l〇-2cm;Co2+的42d浸出率為 1.25 X l〇-8cm/d，累積浸出率為1.15 X 1〇-6畑1。實驗結果表明配方水泥固化試塊的浸出率和 累積浸出率滿足國家標準要求。
[0052] 2、水泥固化體中F的浸出試驗
[0053] 對實施例1-5的水泥固化體分別按照核素浸出試驗的方法進行養護、浸泡、取樣。
[0054] 使用氣離子電極(測試范圍〉2ppb)測試各水泥固化試塊42d的浸出液，測試結果如 表3所示，圖8給出了水泥固化試塊的F浸出一濃度曲線。
[0055] 表3水泥固化試塊42d的浸出液中F的浸出濃度
[0化6]
[0057]模擬放射性含氣廢液中F含量小于8%時，r的42d浸出率先上升后下降，在2%是 達到最大值4.59Xl(T3cm/d，浸出量很低，說明上述放射性含氣廢液水泥固化配方能有效包 容氣元素。
[005引通過向配方中增加沸石，抑制了放射性元素和元素氣的析出率;通過向配方中添 加娃灰，降低了水泥漿流動度，降低了泌水性;通過向配方中添加石英砂，增加了水泥固化 體的抗壓強度;水泥固化體的各項指標能滿足GB14569.1-2011的要求，且能很好的包容氣 元素，使得其近乎沒有浸出。上述配方能有效解決放射性含氣廢液水泥固化處理問題，為其 最終處置提供了基礎，填補了國內放射性含氣廢液水泥固化配方的空白。特別地，本發明通 過添加沸石等添加劑針對含氣廢液進行有效包容，具有良好的固化性能。
[0059] W上所述的，僅為本發明的較佳實施例，并非用W限定本發明的范圍，本發明的上 述實施例還可W做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的 簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護范圍。本發明未詳盡描述的均為 常規技術內容。
【主權項】
1. 一種放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，包括步驟： S1，提供放射性含氟廢液； S2，將硅酸鹽水泥和添加劑與放射性含氟廢液混合，其中，硅酸鹽水泥、添加劑和放射 性含氟廢液的比例為l〇〇〇kg:500kg:450L;所述添加劑由質量比為1:1:3的沸石、硅灰和石 英砂組成； S3，混合物在模具中固化，得到水泥固化體。2. 根據權利要求1所述的放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，放射性含氟廢液 中的氟的質量濃度為0.5 %-8 %。3. 根據權利要求1所述的放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，放射性含氟廢液 中含有氟化鈉。4. 根據權利要求3所述的放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，放射性含氟廢液 中還包括 Sr (N〇3) 2、CsN03 和 Co (N〇3) 2。5. 根據權利要求1所述的放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，石英砂為200目、 400目或1200目的石英砂。6. 根據權利要求1所述的放射性含氟廢液水泥固化方法，其特征在于，步驟S2在水泥膠 砂攪拌機的攪拌鍋中進行。
【文檔編號】G21F9/16GK105825906SQ201610192543
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】錢正華, 劉學陽, 喬延波, 馬洪軍, 王帥, 陳堃
【申請人】中國科學院上海應用物理研究所