一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用，目的在于解决采用普通硅酸盐水泥对放射性化学泥浆进行固化时，包容量0.6（以液灰比计）以上，固化体就会出现泌水、开裂、核素浸出高等问题。本发明专利技术的地质水泥通过将超细高钙粉煤灰、活性高岭土、含硫酸根和碳酸根为主的激发剂混合均匀实现。采用本发明专利技术方法固化放射性化学泥浆时，包容量最高可达到0.85（以液灰比计），凝结时间可调，终凝时间＜24h，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11MPa以上，超铀元素的第42d浸出率明显低于国家标准，固化体各项指标均优于《国家低、中水平放射性废物固化体性能要求‑水泥固化体》GB14569.1‑2011的规定。

Geological cement for solidifying radioactive chemical mud and its application

The invention discloses a geological cement used to solidify radioactive chemical mud and its application. The purpose is to solve the problem of water secretion, cracking and nuclide leaching of the solidified body with the capacity of 0.6 (by the liquid ash ratio meter) when the radioactive chemical mud is solidified by the ordinary portland cement. The geological cement of the invention is evenly mixed with ultra-fine calcium fly ash, active kaolin, sulfuric acid and carbonic acid based excitant. When radioactive chemical mud is cured by this method, the maximum package capacity can reach 0.85 (with a liquid cement ratio), the setting time is adjustable, the end setting time is less than 24h, and the appropriate initial setting time is guaranteed for curing operation. After 28d curing, the compressive strength of the solidified body is above 11MPa, and the 42d leaching rate of the hyper uranium element is obviously lower than that of the national standard. All the indexes of the solidified body are better than the regulations of the cement solidify body of the solidified body of the low and middle level radioactive waste solidified body of the country, GB14569.1 2011.

【技术实现步骤摘要】
一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用
本专利技术涉及核工业领域，尤其是放射性化学泥浆水泥固化
，具体为一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用。
技术介绍
水泥固化法处理中低放射性废物具有工艺简单、成本低廉等优点。但普通水泥固化废物包容量低，增容明显（0.5~1.0），且浸出率较高。放射性化学泥浆呈碱性（pH值为10~11），其中含有各类盐分及核素，具有固体含量低（仅占2%~4%），含水量高（含水率96%以上），放射性危害大的特点。采用普通硅酸盐水泥对放射性化学泥浆进行固化时，包容量0.6（以液灰比计）以上，固化体就会出现泌水、开裂、核素浸出高等问题，不符合国家相关要求。因此，目前采用的水泥在固化化学泥浆时，废物包容量大约为0.4~0.5（以液灰比计）。为此，迫切需要一种新的方法或物质，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对采用普通硅酸盐水泥对放射性化学泥浆进行固化时，包容量0.6（以液灰比计）以上，固化体就会出现泌水、开裂、核素浸出高等问题，提供一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用。本专利技术的地质水泥通过将超细高钙粉煤灰、活性高岭土、含硫酸根和碳酸根为主的激发剂混合均匀实现。采用本专利技术方法固化放射性化学泥浆时，包容量最高可达到0.85（以液灰比计），凝结时间可调，终凝时间＜24h，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11MPa以上，超铀元素的第42d浸出率明显低于国家标准，固化体各项指标均优于《国家低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》GB14569.1-2011的规定。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥，包括如下质量百分比的组分：激发剂10%~25%，超细高钙粉煤灰10%~30%，活性高岭土50%~75%。所述激发剂包括如下质量百分比的组分中的三种或四种：碳酸盐35%~70%，硫酸盐15%~40%，Na2SiO35%~25%，碱性氧化物10%~40%；所述各组分质量之和为100%，所述碱性氧化物为Na2O和K2O中的一种或多种。所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾中的一种。所述激发剂包括如下质量百分比的组分：碳酸盐35%~70%，硫酸盐15%~40%，Na2SiO35%~25%；或所述激发剂包括如下质量百分比的组分：碳酸盐35%~70%，硫酸盐15%~40%，Na2SiO35%~25%，碱性氧化物10%~40%。所述超细高钙粉煤灰中CaO含量为12wt%~30wt%，勃氏比表面积700kg/m3~2000kg/m3。所述活性高岭土的活性指数（测试方法参照GB/T18736-2002）为100~350，勃氏比表面积为1500kg/m3~3500kg/m3。前述地质水泥在放射性化学泥浆处理中的应用。将本专利技术的地质水泥与放射性化学泥浆在反应器中混合搅拌7~10min，搅拌完后转移至模具中冷凝，养护，即可。冷凝时间＜24h；养护条件如下：养护时间28d，养护温度25±5℃，养护湿度≥90%。以放射性化学泥浆计，1L放射性化学泥浆中添加的地质水泥的用量为1176~1818g。针对前述问题，本专利技术提供一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用。该地质水泥包括如下质量百分比的组分：含硫酸根和碳酸根为主的激发剂为10%~25%，超细高钙粉煤灰为10%~30%，活性高岭土为50%~75%；将各组分混合均匀，即得。含有硫酸根和碳酸根为主的激发剂为碳酸盐（碳酸钠或碳酸钾）35%~70%，硫酸盐（硫酸钠或硫酸钾）15%~40%，Na2SiO35%~20%，碱性氧化物10%~40%；所述各组分质量之和为100%，上述碱性氧化物为Na2O和K2O中的一种或多种。本专利技术中，地质水泥材料是碱性化合物与铝硅酸盐原料通过化学反应形成的产物，具有类似于天然沸石（水霞石、钠沸石、卡利波石、方沸石等）的组成，也包含类托勃莫来石、低钙水化硅酸钙、水榴石和地聚物等。此类材料水化产物稳定且溶解度低，抗浸出能力较强。进一步，本专利技术提供前述地质水泥在放射性化学泥浆固化中的应用。更具体地，其固化操作如下：将地质水泥与放射性化学泥浆在搅拌锅内搅拌7~10min，搅拌完成之后，转移至模具中凝结，终凝时间＜24h，养护时间28d，养护温度25±5℃，养护湿度≥90%，即可。本专利技术中，放射性化学泥浆与地质水泥用量比为1L:（1176~1818）g。本专利技术根据现有固化方法存在的包容量低等不足的缺陷，提供一种新型地质水泥材料及其固化方法，该地质水泥可大幅度提高放射性废物的包容量，有效降低固化体的增容比。本专利技术在进行固化时，一方面，利用其碱性特质促进水化产物生成；另一方面，由于地质水泥超细矿物掺合料比表面积大，且含有大量的活性高岭土等吸附剂，能更好的固化含水量大的放射性化学泥浆，包容其中的各类离子，而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。将本专利技术的地质水泥用于固化放射性废物处理，其具有成本低廉、抗辐射性能好及固化体长期稳定优越等突出优点，这是其他固化方法不可比拟的。因此，本专利技术在放射性废物处理方面具有广泛的应用前景。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥，固化体中化学泥浆的包容量最高达到0.85（以液灰比计），有效降低了固化体的增容比；（2）本专利技术在进行固化放射性废物时，凝结时间可调，终凝时间<24h，能保证适当的初凝时间进行固化操作；（3）经28d养护后，本专利技术制备的固化体各项指标均优于《国家低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》的规定；其中，抗压强度最高达17.2MPa；90d浸泡试验后，强度损失在合理范围（约10%），表面无龟裂；冻融循环测试10次后，抗压强度基本未发生变化，表面无明显裂纹；超铀元素的第42d素浸出率明显低于国家标准。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。本专利技术实施例中固化的化学泥浆为某单位放射性化学泥浆，泥浆中固体及盐分含量2%~4%（按质量比）。实施例1（1）按如下质量百分比称取各组分：40%Na2CO3、40%Na2SO4、5%Na2SiO3、15%Na2O，混合得到复合激发剂。（2）取25重量份超细高钙粉煤灰、60重量份活性高岭土、15重量份复合激发剂，混合均匀，制成地质水泥。（3）取425ml化学泥浆与500mg地质水泥（化学泥浆体积与地质水泥质量比为0.85），将称取的化学泥浆与地质水泥在搅拌锅内搅拌7min，搅拌完毕后，由锅内取样移至φ50×50mm的模具内，凝结20h，取出固化体放入养护箱内养护28d，养护温度25±5℃，相对湿度90%，制备获得化学泥浆水泥固化体。经测定，本实施例制备的水泥固化体的抗压强度为14.1MPa；冻融循环测试10次后，抗压强度为13.8MPa，表面无明显裂纹；固化体经90d浸泡后，抗压强度13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：激发剂            10%~25%，超细高钙粉煤灰    10%~30%，活性高岭土        50%~75%。

【技术特征摘要】
1.一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：激发剂10%~25%，超细高钙粉煤灰10%~30%，活性高岭土50%~75%。2.根据权利要求1所述的地质水泥，其特征在于，所述激发剂包括如下质量百分比的组分中的三种或四种：碳酸盐35%~70%，硫酸盐15%~40%，Na2SiO35%~25%，碱性氧化物10%~40%；所述各组分质量之和为100%，所述碱性氧化物为Na2O和K2O中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的地质水泥，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾中的一种。4.根据权利要求1~3任一项所述的地质水泥，其特征在于，所述超细高钙粉煤灰中CaO含量高于12wt%，勃氏比表面积大于700kg/m3。5.根据权利要求4所述的地质水泥，...

【专利技术属性】
技术研发人员：万小岗，桑培伦，苏伟，曹海琳，潘社奇，翁履谦，李绍彬，张俊，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51