CN102254579A

CN102254579A - 一种使用NaAlO2和Ca(OH)2促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法

Info

Publication number: CN102254579A
Application number: CN2011101534229A
Authority: CN
Inventors: 王建龙; 孙奇娜; 李俊峰
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: CN102254579B

Abstract

本发明公开了属于放射性蒸残液水泥固化技术领域的一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法。该方法是将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO₂、Ca(OH)₂混合均匀，与放射性蒸残液在搅拌锅内搅拌，移至模具内，养护。使用本发明固化放射性蒸残液时，固化的放射性蒸残液硼浓度可以达到45g/L，可以使固化体中蒸残液包容量达到60％，终凝时间缩短到24h以内，保证适当的初凝时间进行固化操作，且固化体可以获得较高的抗压强度。

Description

一种使用NaAlO<sub>2</sub>和Ca(OH)<sub>2</sub>促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法

技术领域

本发明属于放射性蒸残液水泥固化技术领域，具体涉及一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法。

背景技术

蒸发技术是核电站放射性废液处理的主要方法之一，去污因子可达10³～10⁴(不含洗涤废水)，技术适应性强。处理后大部分核素都富集在蒸残液中，需要经过固化处理后进行最终处置。水泥固化广泛地应用于中、低放废物的固化，其固化体性能稳定、设备简单、易于操作，但固化体中废物包容量较低，固化体增容比大，处置成本高。尤其是固化压水堆核电站产生的含硼蒸残液时，存在硼对水泥的缓凝作用，为了保证固化体性能，废物包容量通常较低。目前国内压水堆核电站水泥固化含硼蒸残液，产生的C1混凝土桶固化体废物包容量约为40％。

为了提高固化体的废物包容量、消除硼对水泥固化的不利影响，有工艺将蒸残液中加入石灰，得到硼酸钙沉淀后，或是固液分离再浓缩上清液，或是对浆料进行干燥，再进行固化操作(压水堆核电站产生的硼酸废液和浓缩废液的水泥固化研究，辐射防护，1995，15(1)：33-41)。00100596.0号专利向含硼废液中添加碱金属和碱土金属化合物，并将温度保持在含有硼和碱金属化合物、硼和碱土金属化合物的析出温度以上，将废液干燥成粉体后再进行水泥固化。这些工艺虽然可以提高废液在固化体中的包容量，但操作步骤复杂，成本较高。

对于含硼酸盐放射性废液的直接固化，许多工艺都采用了促凝剂。201010269158.0号专利中公开的固化剂，使用了硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，促凝剂为硅酸钠。王韧等固化含硼和酸性废物时，使用的水泥包括普通硅酸盐水泥、火山灰水泥、高铝水泥和沸石水泥，掺加了偏铝酸钠(压水堆核电站放射性废液的水泥固化研究，辐射防护，1982，2(5)：352-360)。魏保范等使用硅酸盐水泥掺加偏铝酸钠固化含硼废液，废液中的硼含量低于10g/L时固化效果良好(反应堆放射性含硼废液固化的研究，南开大学学报，1995，28(3)：71-74)。本发明人的前期研究发现，碳酸锂对水泥固化含硼废液也可起到促凝作用(模拟放射性含硼废液的水泥固化研究，原子能科学技术，2010，44(S)：153-158)。

硫铝酸盐水泥掺加矿物添加固化蒸残液，核素浸出率低、固化体机械强度高，但在固化含硼蒸残液时也受到硼的影响。本发明提供的固化配方，固化的蒸残液硼浓度可达到45g/L，在硫铝酸盐水泥中掺加NaAlO₂和Ca(OH)₂，可以增加液相中Al(OH)₄ ^-的浓度，提高体系pH值，增加[Al(OH)₆]^3-的生成速率，促进硫铝酸盐水泥的水化，从而达到促凝目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法。

一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法，将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO₂、Ca(OH)₂混合均匀，与放射性蒸残液在搅拌锅内搅拌，移至模具内，养护1-20d，养护温度为20-30℃，相对湿度≥90％。

所述复合矿物添加剂可选为沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的混合物。

所述沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的质量比可选为5∶10∶9∶4。

所述放射性蒸残液、硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO₂与Ca(OH)₂的用量比为1L∶(1625～2075)g∶(175～225)g∶(20～45)g∶(40～70)g。

本发明的有益效果：使用本发明固化放射性蒸残液时，固化的放射性蒸残液硼浓度可以达到45g/L，可以使固化体中蒸残液包容量达到60％，终凝时间缩短到24h以内，保证适当的初凝时间进行固化操作，且固化体可以获得较高的抗压强度。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明做进一步说明。

固化的蒸残液为模拟放射性蒸残液，蒸残液中硼浓度≤45g/L(以硼计)。

实施例1

将1963g硫铝酸盐水泥、212g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、21.6g NaAlO₂、43.2g Ca(OH)₂混合均匀，与1L模拟放射性蒸残液(硼浓度为38.8g/L)在搅拌锅内搅拌3min，将搅拌好的浆料一次装满凝结时间测定试模，振动数次刮平表面后放入养护箱内，养护温度为20±1℃，相对湿度≥90％。养护至开始搅拌后30min时测定初凝时间，初凝时间完成测定后，将凝结时间试模翻转继续养护，测定终凝时间。测得的初凝和终凝时间分别为6.4h和20.3h。

实施例2

将1963g硫铝酸盐水泥、212g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、21.6g NaAlO₂、43.2g Ca(OH)₂混合均匀，与1L模拟放射性蒸残液(硼浓度为38.8g/L)在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，制备固化体，计算固化体的总体积并以此计算固化体中废树脂体积包容量，得到包容量数值为62％。

实施例3

将1963g硫铝酸盐水泥、212g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、21.6g NaAlO₂、43.2g Ca(OH)₂混合均匀，与1L模拟放射性蒸残液(硼浓度为38.8g/L)在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，养护，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。养护48h后脱模，养护7d后，将其上下表面用砂纸适当打磨，保持上下表面平行，然后在压力试验机上测定其无侧限抗压强度。测得7d抗压强度为20.3MPa。

实施例4

将2015g硫铝酸盐水泥、217g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、22.0g NaAlO₂、44.0g Ca(OH)₂混合均匀，与1L模拟放射性蒸残液(硼浓度为40.0g/L)在搅拌锅内搅拌3min，使用与实施例1相同的凝结时间测定方法，与实施例2相同的废树脂体积包容量计算方法，与实施例3相同的固化体制备方法和7d抗压强度测试方法，得到的终凝时间、包容量和7d抗压强度数值分别为14.8h、61.5％和20.1MPa。

实施例5

将1805g硫铝酸盐水泥、195g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、35.0g NaAlO₂、52.5g Ca(OH)₂混合均匀，与1L模拟放射性蒸残液(硼浓度为35.0g/L)在搅拌锅内搅拌3min，使用与实施例1相同的凝结时间测定方法，与实施例2相同的废树脂体积包容量计算方法，与实施例3相同的固化体制备方法和7d抗压强度测试方法，得到的终凝时间、包容量和7d抗压强度数值分别为13.2h、61％和19.8MPa。

Claims

1.一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法，其特征在于，将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO₂、Ca(OH)₂混合均匀，与放射性蒸残液在搅拌锅内搅拌，移至模具内，养护1-20d，养护温度为20-30℃，相对湿度≥90％。

2.根据权利要求1所述一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法，其特征在于，所述复合矿物添加剂为沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的混合物。

3.根据权利要求2所述一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法，其特征在于，所述沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的质量比为5∶10∶9∶4。

4.根据权利要求1所述一种使用NaAlO₂和Ca(OH)₂促凝剂水泥固化放射性蒸残液的方法，其特征在于，所述放射性蒸残液、硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO₂与Ca(OH)₂的用量比为1L∶(1625～2075)g∶(175～225)g∶(20～45)g∶(40～70)g。