放射性焚烧灰固化用的地质水泥及其固化方法技术

本发明专利技术提供一种放射性焚烧灰固化用的地质水泥材料及其固化方法。本发明专利技术方法将含铝硅酸盐成分的渣料、吸附剂混合均匀制备地质水泥A料，复合液态激发剂制备地质水泥B料，然后将地质水泥A、B料与放射性焚烧灰加水在搅拌锅内搅拌5min，移至模具内成型、养护。本发明专利技术的方法能够使得废物包容量明显提高，固化体流动度150～180mm，流动性好，可调，终凝时间〈12h，并且保证适当的初凝时间进行固化操作。经28d养护后，固化体抗压强度达20MPa以上，经20次冻融循环测试，试样抗压强度损失<10％，经90d浸泡试验，固化体表面无裂纹，抗压强度呈增长趋势，137Cs元素第42d浸出率为4.0×10-4cm/d。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于放射性焚烧灰固化
，具体涉及一种放射性焚烧灰固化用新型地质水泥材料及其固化方法。
技术介绍
后处理厂产生的可燃放射性废物种类很多，40％以上固体放射性废物是可燃的，其中包括纤维类物质(如纸、木材、棉织物等)，塑料，橡胶类物质等；核电厂50％～80％的固体放射性废物为可燃废物；针对这些可燃放射性固体废物，通常处理方法是焚烧，最终产品为均质的灰烬，产生的灰烬用水泥、玻璃或其它方法固化。焚烧对于处理有机废液也是一种较有吸引力的工艺，因为有机废液很容易燃烧且可达到高的减容系数。所以焚烧法成为处理此类废物的主导工艺，也符合废物最小化战略的政策，有减容效果显著、转型后废物的稳定性高等优点。但作为主要二次废物的焚烧灰属于弥散性物质且富集了绝大部分放射性，为了防止对环境的危害，须经过必要的处理后，才能够送到放射性废物处置场进行最终处置。如何安全处理焚烧灰成为世界各国研究者和工程设计人员致力研究的问题。水泥固化法优点是工艺简单、设备简单、设备投资费用低、固化处理成本低；水泥固化体的机械稳定性、耐热性、耐久性均较好。目前国内外对水泥基材料固化技术做了大量研究，有传统硅酸盐水泥、铝酸盐水泥及硅酸盐水泥-粘土矿物复合体系，但以水泥为固化基材固化焚烧灰依然存在以下缺点：水泥固化体致密度差、浸出率较高、减容效果不显著、处置费用大，且当焚烧灰中混有铅、锌、锡等金属时，固化物在放置过程中会产生氢气，并由此引起固化物的破裂，甚至使包装桶破损。地质水泥材料具有结构致密，机械强度高，水化产物稳定且溶解度低，抗渗能力强等优点。用作固化基材时，硼元素对于凝结时间影响有限，能够较好的包容外来离子，水化产物能够更多的吸附和固溶核素离子，防止其大量浸出。同时这种方法还具有原料易得、工艺简单、成本低廉，固化体长期稳定优越等突出优点，均是其他固化方法不可比拟的，因此具有广泛的应用前景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种放射性焚烧灰固化用新型地质水泥材料及其固化方法，能够避免固化体表面出现裂纹，减少137Cs元素第42d的浸出率。本专利技术提供的放射性焚烧灰固化用的地质水泥，包括地质水泥A料和地质水泥B料，其中，所述地质水泥A料按重量比包括：68％-85％的铝硅酸盐分的渣料、15％-32％沸石结构的吸附剂；所述地质水泥B料按重量比包括：25％～55％的SiO2、3％～20％的Na2O和/或K2O、40％～70％的H2O。所述渣料包括高炉矿渣和/或粉煤灰。所述渣料的勃氏比表面积不小于400kg/m3。所述吸附剂按重量比包括0％～50％的钠基膨润土、20％～40％的沸石、20％～40％的高岭土中的一种或几种。本专利技术还提供了一种放射性焚烧灰的固化方法，包括：步骤1：制备地质水泥A料：按重量比将68％-85％的铝硅酸盐分的渣料、15％-32％沸石结构的吸附剂均匀混合；步骤2：制备地质水泥B料：按重量比将25％～55％的SiO2、3％～20％的Na2O和/或K2O、40％～70％的H2O均匀混合；步骤3：固化：在搅拌锅内，将地质水泥A料和地质水泥B料与放射性焚烧灰加水搅拌5min，移至模具内成型，养护1d后拆模，继续养护至28d，养护温度为25±5℃、相对湿度≥90％。在步骤3中，所述放射性焚烧灰、地质水泥A料、地质水泥B料的用量比为1000g:(850～1150)g:(1500～1800)g。所述渣料包括高炉矿渣、粉煤灰中的一种或两种，在制备地质水泥A料前对渣料进行粉磨磨制，使得其勃氏比表面积不小于400kg/m3。所述吸附剂按重量比包括0％～50％的钠基膨润土、20％～40％的沸石、20％～40％的高岭土中的一种或几种。由上述技术方案可知，本专利技术提供的放射性焚烧灰固化用新型地质水泥材料及其固化方法，能够在固化放射性焚烧灰时，提高废物包容量，固化体流动度150～180mm，流动性好且可调，终凝时间〈12h，并能够保证适当的初凝时间进行固化操作。经28d养护后，固化体抗压强度达20MPa以上，冻融循环测试大于20次，经90d浸泡试验，固化体表面无裂纹，抗压强度呈增长趋势。137Cs元素第42d浸出率为4.0×10-4cm/d，低于国家标准10倍。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1高炉矿渣粉磨成渣料，粉末比表面积450kg/m3。70％渣料与30％吸附剂均匀混合制备地质水泥A料，其中吸附剂中各组分的百分比为：钠基膨润土50％、沸石50％。复合液态激发剂制备地质水泥B料，其中各组分的百分比为：25％SiO2、15％Na2O、60％H2O。取2000g地质水泥A料和3600g地质水泥B料，与2000g放射性焚烧灰加水在搅拌锅内搅拌5min，移至φ50×50mm的模具内，制备固化体。将试模放入养护箱内养护，养护温度20±1℃，相对湿度≥90％，测得固化体28d抗压强度为23.0MPa；冻融循环测试20次后，表面无明显裂纹，抗压强度为20.0MPa；固化体经90d浸泡后，表面无裂纹，抗压强度28.8MPa，137Cs元素第42d浸出率为1.0×10-4cm/d。实施例2高炉矿渣粉磨成渣料，粉末比表面积450kg/m3。70％渣料与30％吸附剂均匀混合制备地质水泥A料，其中吸附剂中各组分的百分比为：钠基膨润土40％、沸石60％。复合液态激发剂制备地质水泥B料，其中各组分的百分比为：25％SiO2、15％Na2O、60％H2O。取1950g地质水泥A料和3580g地质水泥B料，与2000g放射性焚烧灰加水在搅拌锅内搅拌5min，移至φ50×50mm的模具内，制备固化体。将试模放入养护箱内养护，养护温度20±1℃，相对湿度≥90％，测得固化体28d抗压强度为20.2MPa；冻融循环测试20次后，表面无明显裂纹，抗压强度为18.5MPa；固化体经90d浸泡后，表面无裂纹，抗压强度23.2MPa，137Cs元素第42d浸出率为4.0×10-4cm/d。实施例380％高炉矿渣和20％粉煤灰粉磨成渣料，粉末比表面积450kg/m3。80％渣料与20％吸附剂均匀混合制备地质水泥A料，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放射性焚烧灰固化用的地质水泥，包括地质水泥A料和地质水泥B料，其特征在于，所述地质水泥A料按重量比包括：68％‑85％的铝硅酸盐分的渣料、15％‑32％沸石结构的吸附剂；所述地质水泥B料按重量比包括：25％～55％的SiO2、3％～20％的Na2O和/或K2O、40％～70％的H2O。

【技术特征摘要】
1.一种放射性焚烧灰固化用的地质水泥，包括地质水泥A料和地质水泥B
料，其特征在于，所述地质水泥A料按重量比包括：68％-85％的铝硅酸盐分的渣
料、15％-32％沸石结构的吸附剂；所述地质水泥B料按重量比包括：25％～55％
的SiO2、3％～20％的Na2O和/或K2O、40％～70％的H2O。
2.根据权利要求1所述的地质水泥，其特征在于，所述渣料包括高炉矿渣
和/或粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的地质水泥，其特征在于，所述渣料的勃氏比表面
积不小于400kg/m3。
4.根据权利要求3所述的地质水泥，其特征在于，所述吸附剂按重量比包
括0％～50％的钠基膨润土、20％～40％的沸石、20％～40％的高岭土中的一种
或几种。
5.一种放射性焚烧灰的固化方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：制备地质水泥A料：按重量比将68％-85％的铝硅酸盐分的渣料、
15％-32％沸石结构的吸附剂均匀混合；
步骤2：制备地质水泥B料：按重量比将25...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹海琳，翁履谦，李绍彬，郭悦，李国学，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44