磷酸鎂水泥固化中低放射性廢物研究.pdf

1、水泥固化技術運用在中低放射性廢物的處理有著明顯的優(yōu)勢，固化處理工藝和設備簡單，處理費用低廉，固化體安全耐久，因此在中低放射性廢物的固化和儲存運輸方面，均得到廣泛應用。采用普通硅酸鹽水泥和高鋁水泥等的傳統(tǒng)水泥處理技術存在水灰比高、核素浸出率高和固化體強度低等不足，而且放射性廢物的pH值必須在一定范圍，否則需進行預處理，同時放射性廢物中PO43-，BO33-，Zn，Sn等離子影響水泥凝結時間和強度發(fā)展，特別是傳統(tǒng)水泥固化體包容量小，固化體的

2、儲存或運輸材料體積過大，一些情況下對于中低放射性廢物的固化受到空間限制。因此，有必要從膠凝材料體系上選擇新的水泥類型用于中低放射性廢物固化，改善水泥固化體性能、提高固化體包容量，以及提高水泥固化速度和固化體安全耐久，促進水泥固化技術在核廢料處理和處置領域應用?？紤]磷酸鎂水泥所具有的特點，本文研究選用磷酸鎂水泥作為固化基材，將磷酸鎂水泥用于固化中低放射性廢物，包括用于處理中低放射性焚燒灰。
　　 首先，從有利于中低放射性廢物固化角

3、度，研究磷酸鎂水泥有關性能。對常用的三種磷酸鹽分別制備的磷酸鎂水泥強度以及配比對強度的影響進行研究，以便從中選擇適宜的固化基材配方。同時考慮到磷酸鎂水泥固化體在制備、儲存和運輸過程中可能受到溫度變化的影響，研究了磷酸鎂水泥在-20℃條件下養(yǎng)護強度發(fā)展趨勢以及在經(jīng)歷高溫后性能的變化情況。材料的耐久性也是重要的指標，因此對磷酸鎂水泥的抗凍融性能和抗浸泡性能進行研究。結果顯示采用磷酸二氫銨制備的磷酸鎂水泥強度最大，磷酸二氫鉀次之，磷酸氫二銨強

4、度最低。配比對性能的影響，M/P比在其中起到關鍵作用，其次是硼砂的影響，氧化鎂細度影響最小。磷酸鎂水泥在低溫條件下強度仍能實現(xiàn)較大的增長，而經(jīng)歷高溫后，強度有所降低，但經(jīng)歷了1400℃處理后仍能保持結構的完整。而耐久性的研究也表明磷酸鎂水泥具有較好的抗凍融循環(huán)和抗浸泡性能。通過對強度、溫度對基材性能的影響以及耐久性的研究分析，表明磷酸鎂水泥是一種理想的固化基材。
　　 由于Cs和Sr是中低放射性廢物中最常見且危害最大的兩種放射性

5、核素，通過摻加Cs和Sr研究了Cs和Sr對磷酸鎂水泥水化和硬化的影響，磷酸鎂水泥對Cs和Sr的吸附性能、含核素固化體的浸出率以及耐久性、以及Cs和Sr在磷酸鎂水泥中的存在狀態(tài)。摻加Cs和Sr均對磷酸鎂水泥的抗壓強度造成影響，造成了磷酸鎂水泥強度的下降。磷酸鎂水泥對Cs和Sr均具有較好的吸附性能，尤其對Sr吸附率高達97.72％。摻加Cs的固化體42d浸出率和累計浸出分數(shù)低至5.47×10-5 cm·d-1和2.81×10-3 cm，而摻

6、加Sr的固化體Sr的42d浸出率和累計浸出分數(shù)可達2.85×10-5 cm·d-1和5.92×10-3 cm。Cs對磷酸鎂水泥早期水化影響較小，而Sr的影響較大，Sr的摻入降低了磷酸鎂水泥的水化熱，延緩了水化。Cs和Sr在固化體中主要以難溶的MgCsPO4·6H2O和SrHPO4形式存在，使其固化體浸出率大幅降低。
　　 放射性焚燒灰是目前固化處理的難點。本文采用磷酸鎂水泥固化模擬放射性焚燒灰。首先進行包容量研究，其次是對固化體

7、的性能進行分析。通過強度分析，磷酸鎂水泥對模擬焚燒灰的最大包容量可以達到60wt％。水化熱分析表明模擬放射性焚燒灰摻量越大，固化體的水化熱越低，導致水化進程有較大延緩。固化體Cs的浸出率為1.7×10-4cm·d-1，累計浸出分數(shù)為0.15cm；Sr的浸出率為1.1×10-4cm·d-1，累計浸出分數(shù)為0.015cm。對固化體的流動度，抗沖擊性能、抗凍融性能和抗浸泡性能研究也表明了其完全滿足固化體性能指標要求。
　　 本研究表明