低堿度堿礦渣水泥固化放射性廢物性能研究.pdf

1、能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著全球可用石油、天然氣和煤炭等資源的日益短缺以及“京都協(xié)議”的貫徹執(zhí)行，核能已被認(rèn)為是未來最重要、最有潛力的新型能源之一。核能生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生一定的核廢料，尤其是核電站及其它核利用在運行中產(chǎn)生大量的高、中、低放射性廢物。在這些廢物中，中、低放射性廢物(ILW、LLW)超過95％。因此，如何安全處置核廢物已成為制約核能發(fā)展的重要障礙之一。 研究和應(yīng)用表明，采用水泥基材料固結(jié)核廢物是經(jīng)濟(jì)、有效

2、的處置方式。使用的膠結(jié)材可以是硅酸鹽水泥(OPC)、復(fù)合硅酸鹽水泥等。比較而言，采用復(fù)合水泥系統(tǒng)固結(jié)核廢物具有高效、低水化熱、低成本等優(yōu)點，是目前的主要應(yīng)用方式。但這種固化體系堿度很高(pH可超過13.0)，即使礦渣(BlaSt Furnace Slag，BFS)取代水泥達(dá)到90％，體系堿度仍然維持在12.5左右。高堿度液相易與中、低放射性廢物中的活潑金屬如鎂和鋁等發(fā)生腐蝕發(fā)應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣并導(dǎo)致體系過度膨脹甚至破壞，為放射性廢物的處置

3、帶來安全隱患。因此，選擇堿度更低的固結(jié)系統(tǒng)十分必要。 熟料礦物的水化是硅酸鹽水泥系統(tǒng)和復(fù)合硅酸鹽水泥系統(tǒng)堿度的主要來源。取消熟料的使用是降低系統(tǒng)堿度的有效技術(shù)措施。本文采用堿礦渣水泥體系作為固結(jié)核廢物的固化基體，并使用中性鹽Na<,2>SO<,4>和CaSO<,4>激發(fā)礦渣(Ground GroOmed Blastfurnace Slag，GGBS)的活性以期降低體系的堿度。試驗主要研究了該體系(中性鹽-礦渣-粉煤灰膠結(jié)材體系)

4、的凝結(jié)時間及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、抗壓強度、堿度、自由水含量、對金屬Al的腐蝕狀況及Cs<'+>的浸出率，并對該體系的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。試驗結(jié)果表明： ①礦渣-硅酸鹽水泥膠結(jié)材體系(BFS/OPC)凝結(jié)時間短(3～5.5h)。雖然早期強度較高，但后期發(fā)展緩慢，60天強度仍低于25.0MPa。該體系對Cs<'+>的滯留能力差，養(yǎng)護(hù)至28天齡期時，Cs<'+>浸出率仍高達(dá)60％以上。并且體系各齡期堿度高，尤其是新拌漿體，其堿度超過13.

5、0，使得該體系內(nèi)金屬發(fā)生顯著的腐蝕現(xiàn)象。因此，該體系不宜直接用于固結(jié)放射性廢物。 ②中性鹽-礦渣-粉煤灰膠結(jié)材體系初凝時間可控制在4h以上，終凝時間可控制在48h以內(nèi)。早期強度發(fā)展緩慢，但28天強度可達(dá)到20～35.0MPa且后期強度持續(xù)增長。各齡期堿度均可控制在12.0以內(nèi)，并隨著PFA摻量的增加，堿度進(jìn)一步降低，一定條件下可降至11.0以下；體系自由水含量低，可控制在10～15.0％之間，較低的堿度及自由水含量為避免金屬發(fā)生

6、腐蝕提供了有利條件。 ③激發(fā)劑摻量適當(dāng)時，中性鹽-礦渣-粉煤灰膠結(jié)材體系內(nèi)未發(fā)生明顯的金屬腐蝕現(xiàn)象，且Cs<'+>浸出率低，本研究條件下28天浸出率低于32.0％。因此，該體系能夠滿足固結(jié)核廢物的基本要求。 ④中性鹽-礦渣-粉煤灰膠結(jié)材的主要水化產(chǎn)物為低堿度水化硅酸鈣、鈣礬石型水化硫鋁酸鈣和桿沸石型水化硅鋁酸鈣鈉。三者相互結(jié)合，形成致密的結(jié)構(gòu)，提高了固化體的強度及對核素離子的滯留能力。另外，在水化后期，仍殘留一定量未參與