[发明专利]高盐高碱中低水平放射性废液水泥固化体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于放射性废物处置、固化处理，涉及一种高盐高碱中低水平放射性废液水泥固化体及其制备方法。特别适用于总盐浓度为100～400g/L，其pH值＞13，所含主要离子为Na⁺、AlO₂^－、NO₃^－、CO₃^2－、PO₄^3－、SO₄^2－、或/和OH^－及核素⁹⁰Sr或/和¹³⁷Cs的中、低水平放射性废液的固化处理。

背景技术

由核燃料的后处理、各类核反应堆、核电站等装置产生的放射性废物具有相当的危害性，不能直接向环境排放，必须用合适的方法进行固化并由适当的装置隔离贮存，直到其中的放射性元素衰变至对环境不产生危害为止。目前，中、低水平放射性废物的固化处理主要采用水泥固化，并且也得到了工业应用。但中、低水平放射性废物的形态是多样的，其组成和聚集状态与固化材料选择的关系密切，因此，固化体的配方也要与特定的放射性废物相适应。

中、低水平放射性废物中，核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs是最重要的两种，它们的产率较高，半衰期较长(⁹⁰Sr的半衰期为27.7a，¹³⁷Cs为30.5a)，随着这类放射性废物存放时间的延长，它们的放射性占混合裂变产物总放射性的比重较大。放射性核素具有特定的放射生物学毒性，其中锶、铯属于中、高毒性的 (如：⁹⁰Sr、¹³⁷Cs等需经几百年甚至更长的时间才能衰变至无害水平) ，因它们通常以离子形式存在，在水中具有很强的迁移能力。因此，中、低水平放射性废物的固化体必须对这两种核素具有较强的滞留能力。

高盐高碱中低水平放射性废液的固化是具有一定的难度的，原因有以下几个方面：大量可溶性盐的存在，使得固化体的对废液的包容量降低；可溶性盐会使混合浆体的凝结时间延长；盐容易从固化体表面析出；固化体的抗浸泡性能下降，导致固化体的浸出率增加等。

现有技术中，中低水平放射性废物的固化材料主要是硅酸盐水泥，掺有硅灰、矿渣、粉煤灰等火山灰质混合材料的硅酸盐类水泥。由于硅酸盐水泥矿物组成的原因，其水化热较大，使固化体内温度升高，可能造成微裂纹，影响固化体耐久性。有研究表明，硅酸盐水泥的水化产物对核素离子的吸附能力差，对核素的固化不利。掺具有火山灰性混合材料（如矿渣、粉煤灰等）的硅酸盐类水泥其耐久性有所提高，水化热有所下降，但早期强度较低，其水化产物对核素（如⁹⁰Sr、¹³⁷Cs）的吸附能力仍然较差，固化体中核素的浸出率仍然处于较高水平。在硅酸盐水泥和火山灰性混合材料构成的水泥中，再掺入吸附剂，如：沸石等，主要为了提高固化体对核素的吸附能力，从而增加固化体对核素的滞留能力，这种技术措施的结果会使核素的浸出率下降，但固化体的强度会有一定的下降。如果用这类材料直接固化高盐高碱中、低放射性废液时，实际上构成了碱－火山灰质混合材料－硅酸盐水泥－吸附剂的固化材料体系，但目前硅酸盐水泥中硅酸三钙（以下简称为C₃S）的含量一般达到50%～60%，硅酸二钙的含量一般为20%～25%(以下简称为C₂S)。众所周知，碱－火山灰质混合材料的早期强度高，硅酸盐水泥中的C₃S也是早强矿物，C₂S能使固化体后期和长期强度增长。碱－火山灰质混合材料－硅酸盐水泥构成的混合水泥，发挥早期强度的物质过多，固化体的长期力学性能难以保证，甚至产生强度倒缩现象。如，该碱－火山灰质混合材料－硅酸盐水泥－吸附剂的固化材料体系配比不合适，以及如果没有混合浆体性能控制剂的参与，往往会出现混合浆体凝结时间不易控制、易泌水等不足，从而导致固化体不均匀，最终导致浸出率较高。