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技术

本发明专利技术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％。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术公开的技术方案是：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％。其中水泥、石灰的作用是作为胶凝材料，提供胶结能力与强度；膨润土的作用是吸附固化核废液中的放射性元素；镁铝层状双金属氢氧化物、氢氧化锂、硫酸铵作为改性剂，镁铝层状双金属氢氧化物具有吸附核废液中放射性元素、提高水泥基材料耐久性的作用，氢氧化锂具有促进水泥基材料凝结的作用，硫酸铵具有延长水泥基材料凝结时间的作用，在本配方中当改性剂的三种组分共同作用时，会产生协同作用，即解除硼酸盐对水泥基材料的缓凝作用，并提升水泥固化体早期及长期抗压强度；温轮胶、萘系减水剂的作用是改善水泥基固化材料的工作性，提高水泥固化体综合性能。所述的水泥基固化材料的固化方法为：将水泥、膨润土、石灰、镁铝层状双金属氢氧化物、氢氧化锂、硫酸铵、温轮胶及萘系减水剂按照预定比例充分混合，然后在混合料中加入核废液，充分混合搅拌。所述的水泥基固化材料的固化方法为：将水泥、膨润土、石灰、温轮胶及萘系减水剂按照预定比例充分混合得到粉料，将镁铝层状双金属氢氧化物、氢氧化锂及硫酸铵按照预定比例加入核废液中充分搅拌均匀，然后将粉料与核废液混合搅拌均匀。在该方法中，首先将改性剂先与核废料混合，然后再与预先混合的粉料混合搅拌，其与前述第一种方法的不同之处在于：镁铝层状双金属氢氧化物可以优先吸附固化核废液中放射性元素，同时氢氧化锂与硫酸铵可以预先与核废液中硼酸盐混合，实现改性剂在核废液中的均匀分布，在与粉料混合搅拌后，可以提升对硼酸盐缓凝作用的解除效果，从而更好地发挥改性剂中三种组分的协同作用，对水泥固化体抗压强度有更好的提升。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术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EJ1186-2005《放射性废物体和废物包的特性鉴定》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。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本专利技术的限定。实施例1本实施例提供一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，其组成按重量百分比如下所示：PI52.5水泥：75％膨润土：15％石灰：10％镁铝层状双金属氢氧化物：水泥、膨润土与石灰总量的0.3％氢氧化锂：水泥、膨润土与石灰总量的0.2％硫酸铵:水泥、膨润土与石灰总量的0.5％温轮胶：水泥、膨润土与石灰总量的0.2％萘系减水剂：水泥、膨润土与石灰总量的0.2％核废液：水泥、膨润土与石灰总量的37.3％。本实施例还提供该水泥基固化材料的固化方法，包括如下步骤：a、将上述所有粉料按照比例称料后加入搅拌机内混合均匀；b、将称量后的核废液加入到混合均匀的粉料中，混合搅拌均匀。实施例2本实施例提供一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，其组成按重量百分比如下所示：PI52.5水泥：80％膨润土：12.5％石灰：7.5％镁铝层状双金属氢氧化物：水泥、膨润土与石灰总量的0.4％氢氧化锂：水泥、膨润土与石灰总量的0.3％硫酸铵:水泥、膨润土与石灰总量的0.65％温轮胶：水泥、膨润土与石灰总量的0.25％萘系减水剂：水泥、膨润土与石灰总量的0.25％核废液：水泥、膨润土与石灰总量的37.3％。本实施例还提供该水泥基固化材料的固化方法，包括如下步骤：a、将胶凝材料与外加剂按照比例称料后加入搅拌机内混合均匀；b、将改性剂按照比例称料后加入核废液中混合均匀；c、将粉料与核废液混合搅拌均匀。实施例3本实施例提供一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，其组成按重量百分比如下所示：PI52.5水泥：85％膨润土：10％石灰：5％镁铝层状双金属氢氧化物：水泥、膨润土与石灰总量的0.5％氢氧化锂：水泥、膨润土与石灰总量的0.4％硫酸铵:水泥、膨润土与石灰总量的0.8％温轮胶：水泥、膨润土与石灰总量的0.3％萘系减水剂：水泥、膨润土与石灰总量的0.3％核废液：水泥、膨润土与石灰总量的37.3％。本实施例还提供该水泥基固化材料的固化方法，包括如下步骤：a、将胶凝材料与外加剂按照比例称料后加入搅拌机内混合均匀；b、将改性剂按照比例称料后加入核废液中混合均匀；c、将粉料与核废液混合搅拌均匀。上述实施例固化体28d抗压强度值测试结果见下表1。表1本专利技术固化体的抗压强度值测试项目28d抗压强度(MPa)标准要求7实施例119.6实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，其特征在于，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％。

【技术特征摘要】
1.一种固化含有高浓度硼酸核废液的水泥基固化材料，其特征在于，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％。2.如权利要求1所述的水泥基固化材料，其特征在于，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％。3.如权利要求1所述的水泥基固化材料，其特征在于，所述固化材料的容...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，李秋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42