一种核电站放射性蒸残液水泥固化体及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种核电站放射性蒸残液水泥固化体及其制备方法，包括质量比为4～4.5：7～8：2～3的放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂，通过在蒸残液中先加固化专用添加剂后加水泥搅拌得到，放射性蒸残液由93％～98％水、2％～5％硼酸、0.5％～1％甘露醇和0.2％～1％氢氧化钠组成，固化专用添加剂由40％～60％矿粉、17％～45％硅藻土、10％～20％沸石粉、0.2％～0.4％淀粉醚和2％～4％粉剂聚羧酸减水剂组成。本发明专利技术可使水泥固化体的增容率降低至75％，同时仍具有高流动性和高保水性，且满足国家标准GB14569.1‑2011的规定，大幅降低硼酸对水泥的缓凝作用，实现凝结时间可控效果。

A cement solidified body of radioactive steam residue in nuclear power plant and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种核电站放射性蒸残液水泥固化体及其制备方法
本专利技术涉及核电放射性蒸残液水泥固化领域，具体涉及一种核电站放射性蒸残液水泥固化体及其制备方法。
技术介绍
核电站运行过程中低、中放废物的安全处置，对于我国核能和核技术利用可持续发展、环境安全和公众安全具有重要意义。其中含有137Cs、90Sr、60Co等放射性核素的低中水平放射性废水包括工艺废水、地面疏水和化学废水等需要通过热泵蒸发和干燥减容工艺处理，蒸发形成蒸残液后，采用水泥、沥青、玻璃、塑料等对其进行最终固化处理，使有害物质转化为物理或化学特性稳定的惰性物质，并具有足够的机械强度，从而满足再生利用或处置的要求。现有的蒸残液水泥固化体制备技术多参照现行国家标准《低、中放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》(GB14569.1-2011)的要求，该标准对硬化水泥固化体的游离液体、机械性能、抗水性、抗冻融性、耐γ辐照性提出了要求，但对于新拌水泥固化体浆体的泌水分层、流动性、凝结时间、增容率等指标未做明确规定，导致很多新拌水泥固化体浆体存在泌水分层、流动度经时损失快、凝结时间过慢等问题。目前，核电站要求在特殊工况下(如断电、机器故障等)蒸残液水泥固化体在一定时间内不发生凝结并具备较好的施工性，以保证搅拌桨与水泥固化体浆体能够有效分离；同时要求水泥固化体的终凝时间控制在24h以内，以保证水泥固化体钢桶在需要时高效运输。从技术上看，上述特殊要求的水泥固化体在制备过程中存在如下难点：(1)为了使水泥固化体不出现泌水分层，通常需要采用较低的水胶比，导致固化后的增容率较大；(2)采用较高水胶比的水泥固化体，增容率降低，但易出现泌水率离析，需要添加增稠组分进行改性；(3)添加增稠组分后，混凝土的流动度经时损失增大，固化浆体拌合物性能不易控制。
技术实现思路
针对部分核电站对于核电站放射性蒸残液水泥固化体的特殊要求，克服现有蒸残液水泥固化增容率大、泌水分层、流动度经时损失快、凝结时间过慢等问题，本专利技术的主要目的在于提供一种核电站放射性蒸残液水泥固化体配方，使蒸残液水泥固化体在各性能满足国家标准GB14569.1-2011的基础上，同时实现增容率大幅降低的情况下浆体无泌水分层现象，初始流动度达到220mm～250mm，且流动度保持好，终凝时间在24h以内等特殊要求。本专利技术的另一目的在于提供通过上述水泥固化体配方制备蒸残液水泥固化体的方法，通过使用矿粉、沸石粉、硅藻土、淀粉醚、粉剂聚羧酸减水剂等组成的水泥固化专用添加剂，及先加添加剂后加水泥的搅拌方式，实现特殊要求下蒸残液水泥固化体的制备，工艺简单，固化效果好且可以满足核电工程水泥固化工艺多样化的需求。本专利技术的上述目的通过以下技术方案来实现：本专利技术的核电站放射性蒸残液水泥固化体配方的技术方案，包括放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂，且所述放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂的质量比为4～4.5：7～8：2～3；其中：所述放射性蒸残液由以下质量百分比的组分组成：水93％～98％、硼酸2％～5％、甘露醇0.5％～1％和氢氧化钠0.2％～1％。进一步，所述固化专用添加剂由以下质量百分比的组分组成：矿粉40％～60％、硅藻土17％～45％、沸石粉10％～20％、淀粉醚0.2％～0.4％和粉剂聚羧酸减水剂2％～4％。进一步，所述水泥固化体的增容率为75％～85％，且初始流动度为220mm～250mm，1h流动度大于200mm，无泌水分层现象，初凝时间大于6h，终凝时间不大于24h。本专利技术的上述核电站放射性蒸残液水泥固化体的制备方法的技术方案，包含以下步骤：步骤A：按质量百分比配制固化专用添加剂；步骤B：将步骤A所得固化专用添加剂和水泥依次装入料斗，且所述固化专用添加剂位于下层，所述水泥位于上层；步骤C：将所述放射性蒸残液各组分注入固化钢桶内，插入搅拌桨，以300r/min的速度匀速搅拌；步骤D：打开步骤B的料斗，将混料以80r/min的速度在20min内缓慢匀速加入固化钢桶中；步骤E：提高搅拌桨搅拌速度至120r/min，继续加速搅拌25min；步骤F：将钢桶封盖，常温养护，即得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、现有技术中无泌水分层的水泥固化体水胶比在0.3～0.35范围内，固化后蒸残液的增容率在90％以上，本专利技术的核电站放射性蒸残液水泥固化体配方通过提高水胶比至0.4～0.45，使水泥固化体的增容率降低至75％～85％，且其他各性能均优于国家标准GB14569.1-2011中的规定，进一步减少固体蒸残液废物的数量，降低核电站放射性蒸残液的处置成本。2、本专利技术的固化专用添加剂中矿粉有利于降低蒸残液水泥固化体中水泥的水化放热量，减少搅拌过程中水泥固化体的流动度损失，提高可操作时间；此外，矿粉的火山灰活性有利于改善水泥固化体的毛细孔结构，提高水泥固化体的抗浸出性，减少放射性核素泄漏的危险。3、本专利技术的固化专用添加剂中沸石粉、硅藻土和淀粉醚三种增稠材料同时使用，可提高蒸残液水泥固化体的保水效果，有效改善固化体浆体的泌水分层现象，克服单一增稠材料的缺陷：单独使用沸石粉，掺量较低时保水增稠效果不够，掺量较高时水泥的水化进程加快，加速浆体流动性损失；单独使用淀粉醚，掺量较低时保水增稠效果不够，掺量较高时，搅拌过程中引入大量气泡，导致水泥固化体密实度降低、强度下降；单独使用硅藻土，可有效调节水泥固化体的流动性，同时提高水泥固化体的抗浸出性，但硅藻土本身的保水增稠效果不如沸石粉和淀粉醚，即使掺量较大也达不到需要的增稠效果。上述三种增稠材料的复合使用可降低单一增稠材料的绝对用量，实现0.4～0.45的较高水胶比条件下，水泥固化体浆体也具有较高的保水性和均匀性。4、本专利技术通过在蒸残液中先加入固化专用添加剂，再加入水泥的制备方法，使外掺料颗粒预先充分分散在蒸残液中，可有效避免水泥颗粒与蒸残液中的硼酸过度接触，使蒸残液水泥固化体的凝结时间控制在目标范围内，防止凝结时间过长的问题，制备工艺简单，固化效果和施工性好，且能满足高效运输处置要求。具体实施方式下面将进一步对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。实施例1～5的制备过程如下：A.按质量百分比配制固化专用添加剂；B.将A中所得的固化专用添加剂和水泥依次装入料斗，控制固化专用添加剂位于下层，水泥位于上层；C.配制模拟蒸残液注入固化钢桶内，插入搅拌桨，以300r/min的速度匀速搅拌；D.打开步骤B的料斗，将混料以80r/min的速度在20min内缓慢匀速加入固化钢桶中；E.提高搅拌桨搅拌速度至120r/min，继续加速搅拌25min后拔出搅拌桨；F.将钢桶封盖，常温养护，即得核电站放射性蒸残液水泥固化体。实施例1将矿粉、硅藻土、沸石粉、淀粉醚、粉状聚羧酸减水剂按质量百分比60％：17.6％：20％：0.4％：2％混合均匀后形成固化专用添加剂，将水、硼酸、甘露醇、氢氧化钠按质量百分比93％：5％：1％：1％配制模拟蒸残液，将模拟蒸残液、水泥和固化专用添加剂按质量比4：7：3按上述步骤搅拌制备蒸残液水泥固化体。实施例2将矿粉、硅藻土、沸石粉、淀粉醚、粉状聚羧酸减水剂按质量百分比50％：31.7％：15％：0.3％：3％混合均匀后形成固化专用添加剂，将水、硼酸、甘露醇、氢氧化钠按质量百分比95.1％：3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电站放射性蒸残液水泥固化体，其特征在于：包括质量比为4～4.5：7～8：2～3的放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂；其中：所述放射性蒸残液由以下质量百分比的组分组成：水93％～98％、硼酸2％～5％、甘露醇0.5％～1％和氢氧化钠0.2％～1％；所述固化专用添加剂由以下质量百分比的组分组成：矿粉40％～60％、硅藻土17％～45％、沸石粉10％～20％、淀粉醚0.2％～0.4％和粉剂聚羧酸减水剂2％～4％。

【技术特征摘要】
1.一种核电站放射性蒸残液水泥固化体，其特征在于：包括质量比为4～4.5：7～8：2～3的放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂；其中：所述放射性蒸残液由以下质量百分比的组分组成：水93％～98％、硼酸2％～5％、甘露醇0.5％～1％和氢氧化钠0.2％～1％；所述固化专用添加剂由以下质量百分比的组分组成：矿粉40％～60％、硅藻土17％～45％、沸石粉10％～20％、淀粉醚0.2％～0.4％和粉剂聚羧酸减水剂2％～4％。2.如权利要求1所述的核电站放射性蒸残液水泥固化体，其特征在于：所述放射性蒸残液、水泥和固化专用添加剂的质量比为2.25：4：1；其中：所述放射性蒸残液中水、硼酸、甘露醇和氢氧化钠的质量百分比为97.3％：2％：0.5％：0.2％；所述固化专用添加剂中矿粉、硅藻土、沸石粉、淀粉醚和粉状聚羧酸减水剂的质量百分比为40％：45.8％：10％：0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊俊江，孙丹丹，於林锋，韩建军，王琼，沈贵阳，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31