[发明专利]一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料及其固化方法

说明书

本发明涉及一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料及其固化方法。该水泥基固化材料包括胶凝材料、改性剂及外加剂；所述胶凝材料包括水泥、膨润土和石灰；所述改性剂包括镁铝层状双金属氢氧化物、氢氧化锂和硫酸铵；所述外加剂包括温轮胶和萘系减水剂；所述胶凝材料中水泥占75wt％～85wt％、石灰占5wt％～10wt％、膨润土占10wt％～15wt％，三者之和为100wt％：所述镁铝层状双金属氢氧化物占胶凝材料总质量的0.3％～0.5％，所述氢氧化锂占胶凝材料总质量的0.2％～0.4％，所述硫酸铵占胶凝材料总质量的0.5％～0.8％。本发明制备的水泥基固化材料与现有技术相比，固化体28d的抗压强度值高达24.7Mpa，其高于7MPa，大大满足EJ 1186‑2005的要求，在含有高浓度硼酸的核废液工程中发挥重要价值，应用前景十分辽阔。

技术领域

本发明涉及处理放射性核废物的固化材料，尤其涉及一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料及其固化方法。

背景技术

随着核能工业的迅猛发展，核废料的处理与处置越来越受到人们的重视。核废料是核物质在核反应堆(原子炉)内燃烧后余留下来的核灰烬，具有极强烈的放射性，而且其半衰期长达数千年、数万年甚至几十万年。如果放射性核废料进入环境，可以对空气、水、土壤造成污染，进而通过各种途径进入人体。放射性核废料的电离辐射能够作用于机体，对生物分子造成损害，能够引起细胞的代谢失常，功能和机构破坏乃至死亡。因此，世界各国都在积极寻找途径，用于核废料的处理。

目前，根据废物的形态、性质和处理目的，可供选择的固化技术有水泥固化、玻璃固化、沥青固化、塑料固化和人造岩石固化等方法。水泥固化技术的工艺简单，对设备要求不高，不需要高温，原料易得，生产能力很大，水化产物稳定，没有废气的净化问题，同时投资和运行的成本较低，固化生产时的二次污染较小，已经被广泛的认为是经济有效的固化方法，并且在中低放射核废料的处理中已经取得广泛应用。

然而，对于含有高浓度硼酸的核废液，硼酸在水泥颗粒水化层表面形成硼酸钙包裹层，有效地抑制了水化，通过延迟钙矾石的形成导致延缓水泥的凝结。当硼酸浓度过高时，硼酸可以抑制钙矾石的形成。这就导致固化体的早期强度不足，进而影响固化体后期强度的发展，使得固化体28d的强度值无法满足工程的需求。因此，解除核废液中硼酸对水泥基材料的缓凝作用，提升固化体的抗压强度成为含有高浓度硼酸核废料处理的关键技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料及其固化方法。该材料能够减弱核废料中硼酸对水泥基材料缓凝作用，同时提升水泥固化体的抗压强度。

为实现上述目的，本发明公开的技术方案是：

一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，所述水泥基固化材料包括胶凝材料、改性剂及外加剂；所述胶凝材料包括水泥、膨润土和石灰；所述改性剂包括镁铝层状双金属氢氧化物、氢氧化锂和硫酸铵；所述外加剂包括温轮胶和萘系减水剂；所述胶凝材料中水泥占75wt％～85wt％、石灰占5wt％～10wt％、膨润土占10wt％～15wt％，三者之和为100wt％：所述镁铝层状双金属氢氧化物占胶凝材料总质量的0.3％～0.5％，所述氢氧化锂占胶凝材料总质量的0.2％～0.4％，所述硫酸铵占胶凝材料总质量的0.5％～0.8％。

上述方案中，所述温轮胶占胶凝材料总质量的0.2％～0.3％，所述萘系减水剂占胶凝材料总质量的0.2％～0.3％。

上述方案中，所述固化材料的容重为：1780kg/m3～1920kg/m3。

上述方案中，每立方米水泥基固化材料中核废液的用量为630kg～710kg。

上述方案中，所述高浓度硼酸核废液是指硼酸的质量浓度大于3％。