[发明专利]用于高放废物处置库中的缓冲回填材料及其制备方法

说明书

本发明属于高放废物地质处置技术领域，具体涉及用于高放废物处置库中的缓冲回填材料及其制备方法。该制备方法依次包括如下步骤，(1)改性：将膨润土、碱土金属盐按比例混合，并加水搅拌；膨润土、碱土金属盐的混合比例为：膨润土60～80重量份、碱土金属盐1～5重量份；混合物过滤后在80～120℃条件下烘干；(2)配料：在烘干后的混合物中加入石英砂10～20重量份、黄铁矿1～5重量份；(3)筛分：将混合物经孔径为0.002mm～5mm的筛网筛分；(4)压实成型：将筛分后的混合物均匀混合后，放入耐压容器中压实至混合料密度为1500～1900kg/m³，即制得回填材料。该回填材料能与地下水中的阴离子生成沉淀，达到阻滞弱吸附性核素的扩散的目的。

技术领域

本发明属于高放废物地质处置技术领域，具体涉及用于高放废物处置库中的缓冲回填材料及其制备方法。

背景技术

核电站的乏燃料中含有大量具有放射性强、半衰期长、毒性大的锕系元素和裂片元素，必须长期可靠地与人类生活环境隔离。目前处理乏燃料的最好方法是建立高放废物地质处置库，设计年限超过1万年。它采用“多重屏障系统”设计思路，主要分为“工程屏障”和“天然屏障”。花岗岩的强度高、渗透率低，被很多国家选为“天然屏障”。“工程屏障”填充在高放废物罐和地质体的中间，起着工程屏障、化学屏障、传导放射性废物衰变热等重要作用。

放射性废物是由地下水载带，通过“工程屏障”和“天然屏障”的裂隙、孔隙和空隙向生物圈迁移。作为最后一道人工屏障，回填材料必须具备低的渗透率，使得放射性废物的迁移以扩散为主；其次具备良好的膨胀性好，当地下水顺着花岗岩的裂隙进入处置库时，能够吸水膨胀，尽可能地减小裂隙，阻滞地下水的进入。再次还需要具有很高的阳离子交换容量，能够阻滞大量放射性核素，同时还需要具备良好的稳定性、价格低廉、耐辐照等特点。因此膨润土常被选作缓冲回填材料。但是膨润土的力学性能和热传导性能较差，国内外研究者大多添加石英砂来增强其力学性能。此外，申请号200810044755.6在膨润土中添加了沸石或/和凹凸棒石来提高力学性能，添加黄铁矿来提高导热性能。

尽管现有的配方对于乏燃料中包含的大量长寿命强吸附性核素，如锕系元素²³⁸U、²³⁷Np、²³⁹Pu等核素具有良好的阻滞能力。但是却很难阻滞长寿命弱吸附性核素，如⁹⁹Tc，¹²⁹I，⁷⁹Se等核素的迁移。本研究的目的在不改变现有回填材料性能的基础上，对膨润土进行无机改性，使得膨润土颗粒表面带有碱土金属离子。当“天然屏障”失效后，地下水进入“工程屏障”，地下水中含有大量硫酸根、碳酸根、磷酸根离子，这些阴离子与碱土金属阳离子产生沉淀，堵住弱吸附性核素的主要扩散通道-膨润土颗粒间的孔隙，从而阻滞弱吸附性核素的迁移。本研究项目得到浙江省自然科学基金(项目号：LY18B070006)的支持。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于高放废物处置库中的缓冲回填材料及其制备方法。利用膨润土的渗透性低、膨胀性高、阳离子交换容量高、耐辐照性等特点。将膨润土的表面进行无机改性，使得膨润土颗粒表面的阳离子能与地下水中的阴离子生成沉淀，从而堵住弱吸附性核素的扩散通道，达到阻滞弱吸附性核素迁移的目的，得到可用于高放废物地质处置库建造的缓冲回填材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

用于高放废物处置库中的缓冲回填材料，包括下列重量份的组份：

作为改进，所述膨润土为纳基膨润土或钙基膨润土。

作为改进，所述碱土金属盐是可溶性钙盐、可溶性锶盐、可溶性钡盐的任意一种，或者是任意二种的混合物，或者是上述三种的混合物。