一种放射性焚烧灰水泥固化体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种放射性焚烧灰水泥固化体及其制备方法，属于放射性废物处理领域。本发明专利技术提供放射性焚烧灰水泥固化体，包括以下组分：放射性焚烧灰、水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙、细砂、减水剂和引气剂。实施例的结果显示，本发明专利技术的水泥固化体的抗压强度≥20MPa；水泥固化体核素第42天的浸出率：

【技术实现步骤摘要】
一种放射性焚烧灰水泥固化体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及放射性废物处理领域，尤其涉及一种放射性焚烧灰水泥固化体及其制备方法。

技术介绍

[0002]在核设施运行、退役期间会产生大量的可燃固体废物，后处理厂产生的40％以上固体放射性废物是可燃废物，核电厂产生的50％～80％的固体放射性废物为可燃废物，这些可燃放射性废物包括纤维类物质(如纸、木材、衣物等棉织物)、塑料、橡胶类物质等。针对这些可燃放射性固体废物，通常的处理方法是焚烧，最终产品为均质的灰烬。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，必须对放射性焚烧灰进行必要的处理后，才能够送到放射性废物处置场进行最终处置。
[0003]在放射性焚烧灰的处理方法中，水泥固化具有工艺简单、设备简单、设备投资费用低、固化处理成本低，水泥固化体机械稳定性、耐热性、耐久性均较好等优点。但是由于放射性焚烧灰的弥散性较高，焚烧灰渣中最大粒径达6～10cm，不仅含有一些硬度较大类似陶瓷体的颗粒，还含有较多松散团聚易漂浮的焚烧灰颗粒，在固化过程中整体呈现焚烧灰下沉上浮的特点，无法形成性能稳定的水泥固化体，使得水泥固化体的抗压强度差，不利于水泥固化体的长时间放置，同时对放射性核素的固化效果不佳，严重限制了水泥固化体在放射性焚烧灰固化中的应用。
[0004]因此，提供一种对放射性核素固化效果优异的高强度水泥固化体，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种放射性焚烧灰水泥固化体及其制备方法，本专利技术提供的放射性焚烧灰水泥固化体具有凝结速度快、抗压强度高的特点，且水泥固化体中放射性核素的浸出率低。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种放射性焚烧灰水泥固化体，包括以下组分：放射性焚烧灰、水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙、细砂、减水剂和引气剂。
[0008]优选地，按质量百分比计，所述放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体包括以下组分：放射性焚烧灰：20～23％；水化硅酸钙凝胶：12～14％；氢氧化钙：12～15％；水石榴石：11～13％；水化铁酸钙凝胶：6～8％；碳酸钙：0.5～1％；细砂：30～35％；减水剂：0.2～0.3％和引气剂：0.2～0.3％。
[0009]优选地，所述细砂为河砂、石英砂或机制砂。
[0010]优选地，所述细砂的粒径为0.1～0.5mm。
[0011]优选地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
[0012]优选地，所述引气剂为灰霸混凝土引气剂或者科莱恩引气剂。
[0013]本专利技术提供了上述技术方案所述放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将放射性焚烧灰、水泥、高炉矿渣和细砂混合，得到混合物；
[0015](2)将减水剂的水溶液和引气剂的水溶液混合，得到添加剂水溶液；
[0016](3)将所述步骤(1)得到的混合物和所述步骤(2)得到的添加剂水溶液混合后进行养护，得到放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体；
[0017]所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序。
[0018]优选地，所述步骤(2)中减水剂的水溶液中减水剂的质量与水的质量之比为(0.5～2)：100.
[0019]优选地，所述步骤(2)中引气剂的水溶液中引气剂的质量与水的质量之比为(0.5～2)：100。
[0020]优选地，所述步骤(3)中养护的温度为25
±
5℃，养护的相对湿度≥90％，养护的时间为21～30天。
[0021]本专利技术提供了一种放射性焚烧灰水泥固化体，包括以下组分：放射性焚烧灰、水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙、细砂、减水剂和引气剂。本专利技术通过采用水化硅酸钙凝胶、水石榴石以及水化铁酸钙凝胶可以将放射性核素进行固溶、吸附及包容，最终形成稳定的水泥固化体产品；采用水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙和细砂作为固化介质，可以提高水泥固化体的抗压强度；减水剂可以使水泥固化体在制备过程中形成的水泥砂浆具有很好的自流平性能，使其具有较好的流动度，以便使各组分能够充分渗透到放射性焚烧灰的空隙中，与放射性焚烧灰形成一个完整的整体，进而提高水泥固化剂的力学性能和对放射性核素的固化效果；引气剂可以有效改善水泥固化体的孔结构，大幅提高水泥固化体的抗渗性、抗冻性等耐久性。实施例的结果显示，本专利技术提供的水泥固化体的抗压强度≥20MPa；水泥固化体核素第42天的浸出率：
137
Cs＜4
×
10
‑3cm/d，
90
Sr＜1
×
10
‑3cm/d，
239
Pu＜1
×
10
‑5cm/d，其他放射性核素(不包括3H)＜1
×
10
‑5cm/d；水泥固化体核素第42天的累计浸出分数：
137
Cs＜0.26cm，其他放射性核素(不包括3H)＜0.17cm，满足EJ1186
‑
2005要求。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种放射性焚烧灰水泥固化体，包括以下组分：放射性焚烧灰、水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙、细砂、减水剂和引气剂。
[0023]在本专利技术中，按质量百分比计，所述放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体优选包括以下组分：放射性焚烧灰：20～23％；水化硅酸钙凝胶：12～14％；氢氧化钙：12～15％；水石榴石：11～13％；水化铁酸钙凝胶：6～8％；碳酸钙：0.5～1％；细砂：30～35％；减水剂：0.2～0.3％和引气剂：0.2～0.3％。
[0024]按质量百分比计，本专利技术提供的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体优选包括放射性焚烧灰：20～23％，更优选为21～22％。在本专利技术中，所述放射性焚烧灰优选为核电厂产生的可燃废物焚烧后的放射性焚烧灰；所述可燃废物优选包括纤维类物质、塑料和橡胶类物质。本专利技术将所述放射性焚烧灰的含量控制在上述范围内，可以降低放射性焚烧灰对水泥固化体稳定性能的影响，进一步提高水泥固化体的力学性能，同时使水泥固化体可以固化
足够多的放射性焚烧灰，提高水泥固化体的利用率。
[0025]按质量百分比计，本专利技术提供的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体优选包括水化硅酸钙凝胶：12～14％，更优选为13％。在本专利技术中，所述水化硅酸钙凝胶由硅酸三钙和硅酸二钙进行水化反应生成，所述硅酸三钙与硅酸二钙优选由硅酸盐水泥和高炉矿渣提供；所述水化反应的化学反应式为：2C3S+6H2O＝＝C
‑
S
‑
H+3Ca(OH)2；2C2S+4H2O＝＝C
‑
S
‑
H+Ca(OH)2。本专利技术通过将水泥固化体中水化硅酸钙凝胶的含量控制在上述范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射性焚烧灰水泥固化体，包括以下组分：放射性焚烧灰、水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙、水石榴石、水化铁酸钙凝胶、碳酸钙、细砂、减水剂和引气剂。2.根据权利要求1所述的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体，其特征在于，按质量百分比计，所述放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体包括以下组分：放射性焚烧灰：20～23％；水化硅酸钙凝胶：12～14％；氢氧化钙：12～15％；水石榴石：11～13％；水化铁酸钙凝胶：6～8％；碳酸钙：0.5～1％；细砂：30～35％；减水剂：0.2～0.3％和引气剂：0.2～0.3％。3.根据权利要求1或2所述的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体，其特征在于，所述细砂为河砂、石英砂或机制砂。4.根据权利要求1所述的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体，其特征在于，所述细砂的粒径为0.1～0.5mm。5.根据权利要求1或2所述的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。6.根据权利要求1或2所述的放射性焚烧灰硅酸盐水泥固化体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立国，赵翰，李昱汐，陈奇，刘秋丽，王宇坤，安晓丽，
申请(专利权)人：中核四川环保工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：