CN103886926A

CN103886926A - 一种放射性浓缩液固化配方

Info

Publication number: CN103886926A
Application number: CN201210564133.2A
Authority: CN
Inventors: 莫晓蔚; 周瑞东; 童楚华; 任军; 谭其明; 李俊峰; 陈德冲
Original assignee: CNNC Nuclear Power Operation Management Co Ltd
Current assignee: CNNC Nuclear Power Operation Management Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明属于压水堆核电站放射性浓缩液固化技术领域，具体涉及一种放射性浓缩液固化配方，目的是解决现有技术水泥固化配方存在放射性固体废物体积包容率偏低的问题。它包括硅酸盐水泥、废树脂、沸石、石灰、减水剂和水；配方中各种组分的配比为：硅酸盐水泥：900kg；浓缩液：450L；沸石：55kg；石灰：110kg；减水剂：3kg。通过向现有配方中增加沸石，抑制了放射性元素的析出率，通过向现有配方中增加减水剂，使搅拌过程更加流畅；去除了原配方中的砂子，并合理调配配方中各组分的配比，每个水泥桶包容的放射性浓缩液从342升提高到450升，放射性废树脂固化体的包容率从39.9%提高到52.5%。固化体包容率均有了明显的提高。

Description

一种放射性浓缩液固化配方

技术领域

本发明属于压水堆核电站放射性浓缩液固化技术领域，具体涉及一种放射性浓缩液固化配方。

背景技术

在核电厂的运行过程中会产生大量的废树脂和浓缩液等放射性固体废物，为了防止放射性固体废物对人类生活环境造成危害，必须对其进行固化处理，使其便于运输和储存，然后长期存放于放射性固体废物最终处置场，以保证放射性固体废物与环境安全隔离300-500年后，放射性核素经过自然衰变，其放射性降到可以接受的水平，不再危害环境。

水泥固化是比较安全的固化方法，其原理是以水硬水泥作为无机凝胶材料，将水泥、放射性废物、水及其它物料按一定比例混合，利用水泥组分的水化作用使混合浆体形成具有一定机械强度和耐久性的水泥固化体，从而实现废物固化的目的。

目前，核电厂采用水泥固化处理放射性浓缩液，使用水泥桶做为包装容器。但目前的水泥固化配方存在放射性固体废物体积包容率偏低的问题。每个水泥桶包容的放射性浓缩液为342升，体积包容率则仅为39.9%，这将直接导致放射性固体废物的产量较大。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术水泥固化配方存在放射性固体废物体积包容率偏低的问题，提供一种放射性浓缩液固化配方。

本发明是这样实现的：

一种放射性浓缩液固化配方，包括硅酸盐水泥、废树脂、沸石、石灰、减水剂和水；配方中各种组分的配比为：

硅酸盐水泥：900kg；浓缩液：450L；沸石：55kg；石灰：110kg；减水剂：3kg.

如上所述的浓缩液是指经过蒸馏得到的硼浓度大于40000ppm的放射性废液。

如上所述的石灰是指Ca(OH)₂的含量大于92%的石灰。

本发明的有益效果是：

通过向现有配方中增加沸石，抑制了放射性元素的析出率，通过向现有配方中增加减水剂，使搅拌过程更加流畅；去除了原配方中的砂子，并合理调配配方中各组分的配比，每个水泥桶包容的放射性浓缩液从342升提高到450升，放射性废树脂固化体的包容率从39.9%提高到52.5%。固化体包容率均有了明显的提高。秦山第二核电厂共有4台核电机组，放射性浓缩液新配方投入使用后，按照核电机组平均40年寿期考虑，以1/2号机组2002-2010年产生的实际放射性浓缩液固体废物产量均值来计算，预计秦山第二核电厂共可直接减少放射性固体废物产量约824m³。

附图说明

图1是经过抗冲击性能测试后的采用本发明的一种放射性浓缩液固化配方进行固化的水泥固化体的测试结果图。

图2是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Co²⁺析出率曲线图；

图3是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Sr²⁺析出率曲线图；

图4是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Cs²⁺析出率曲线图；

图5是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Co²⁺累积浸出分数曲线图；

图6是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Sr²⁺累积浸出分数曲线图；

图7是模拟核素浸出试验中蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟Cs²⁺累积浸出分数曲线图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的一种放射性浓缩液固化配方进行介绍：

一种放射性浓缩液固化配方，包括硅酸盐水泥、废树脂、沸石、石灰、减水剂和水。

配方中各种组分的配比为：

硅酸盐水泥：900kg；浓缩液：450L；沸石：55kg；石灰：110kg；

减水剂：3kg。所述浓缩液是指经过蒸馏得到的硼浓度大于40000ppm的放射性废液。所述石灰是指Ca(OH)₂的含量大于92%的石灰。

下面结合一具体实施例验证的本发明的配方。

配方中各种组分的配比为：硅酸盐水泥：900kg；浓缩液：450L；沸石：55kg；石灰：110kg；减水剂：3kg。

对于浓缩液固化优化配方，在中核核电运行管理有限公司二厂1，2号机组水泥固化系统进行了CI固化桶验证实验，实验过程中浓缩液添加量为450L（9批料），固化体体积约为840L，浓缩液包容量约为52.5（v/v）。养护24h后的固化体如图1所示。

经过实验表明水泥固化体外观完整，搅拌过程中水泥浆流动度适中，固化体表面完整，没有裂纹。

1、固化体28d抗压强度

制备圆柱

试样，在标准养护箱中养护28d后，测试其抗压强度，数据如表1所示。

表1 浓缩液普通硅酸盐水泥固化体抗压强度

结果表明固化体抗压强度满足7MPa的国家标准要求。

2、抗冲击性能测试

按国标GB14569.1《低、中水平放射性废物固化体性能要求水泥固化体》的要求进行了坠落试验。固化体从9米高处自由落体落到水泥地面上不能粉碎。

按推荐配方制备φ50*50mm的圆柱形样品，在标准养护箱养护28天后进行了坠落试验，试验分别将样品从9米高楼房自由落体到水泥地面上，没有任何一个出现完全破裂，全部满足国家标准要求，见附图1。

3、抗浸泡性能

废液水泥固化体的耐久性对于保证放射性物质与环境的隔离是非常重要的，一般放射性废液水泥固化体需要在地下存放300至500年才能保证大部分放射性物质衰变到安全的水平。以前的研究发现，普通水泥固化废液能获得外观漂亮的固化体，抗压强度也很好，但就是不能承受长期水浸泡，为了保证配方的安全性，测量水泥固化体在自来水中浸泡90天的抗压强度，见表2。

表2 浓缩液普通硅酸盐水泥固化体浸泡实验数据

实验结果表明固化体浸泡后抗压强度增加了5.8%。满足国家标准固化体浸泡后抗压强度损失不超过25%的要求。

4、模拟核素浸出试验

（1）模拟放射性废液的制备

准确称量一定量的钴、锶、铯盐，与一定量的湿废液混合并搅拌均匀，按配方制备成含模拟放射性核素的废液。废液与钴、锶、铯盐的用量如下：

废液：0.45L；氯化钴（CoCl2·6H2O）7.9955g，氯化锶（SrCl2·6H2O）6.0096g，氯化铯（CsCl）2.9639g。

每个Φ50×50mm试样含钴0.220g，含锶0.219g，含铯0.225g。

脱模后的固化体样品按照GB 14569.1要求的养护条件，放入养护箱，在温度25±5℃，相对湿度90%±5%的气氛中养护28d，样品完全满足国家标准GB 7023-86要求：几何表面积应为10～5000cm2；长径比等于或稍大于1。

（2）浸泡、取样和换水

将Φ50×50mm水泥固化体样品分别用单股细塑料线十字捆绑后吊入2升带盖聚乙烯塑料瓶中，向塑料瓶中加入1.5L去离子水，使样品处于水体中央。

浸出率试验使用200#的去离子水作浸出剂，其电导率约为1.436μS/cm，每次使用量为1.5升，满足国家标准GB 7023-86要求：浸出率测定的浸出剂电导率不大于150μS/m；浸出剂体积/样品几何面积＝10～15cm。

在浸泡的第1、3、7、10、14、21、28、35、42天进行换水，并取样、酸化以备测量。测量浸出液模拟核素浓度，并计算各核素的浸出率与累积浸出分数。

（3）试验结果

图2、3、4分别给出了蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟核素浸出率，在实验所用的配方中，模拟核素的浸出率和累积浸出分数大小顺序为Cs+＞Sr2+＞Co2+。图5、6、7分别给出了蒸残液普通硅酸盐水泥固化体的模拟核素累积浸出分数。

从实验结果可以得到，Sr的42天浸出率为2.9E-5cm/d;Cs的42天浸出率为4.0E-5cm/d，;Co的42天浸出率为4.1E-7cm/d。实验结果表明配方水泥固化体样品的浸出率满足国家标准要求。

5、耐冻融性

试样养护28天后进行耐冻融实验：将装在密闭塑料袋中的试样放入冷冻箱存放5小时，取出后立即放在18度的水中融解，融解时间大于4小时，如此循环5次，数据如表3。

实验结果表明固化体冻融后抗压强度增加了6.5%。满足国家标准固化体冻融后抗压强度损失不超过25%的要求。

6、耐辐解性

耐辐解实验所用的固化试样为养护28d的试样。用钴源辐照来模拟固化体在地下浅地层处置贮存时废液潜在的辐射分解对固化体强度的影响。对于总剂量为2.2×105Gy辐照后固化体的抗压强度数据见表3。

表3 浓缩液普通硅酸盐水泥固化体辐照试验数据

结果表明水泥固化体辐照后固化体抗压强度损失为5%，满足国家标准要求。

7、游离液体

经过在秦山二期现场的试验发现养护7天后水泥固化体上表面无游离液体。配方满足国标要求。

通过向现有配方中增加沸石，抑制了放射性元素的析出率，通过向现有配方中增加减水剂，使搅拌过程更加流畅；去除了原配方中的砂子，并合理调配配方中各组分的配比，每个水泥桶包容的放射性浓缩液从342升提高到450升，放射性废树脂固化体的包容率从39.9%提高到52.5%。固化体包容率均有了明显的提高。秦山第二核电厂共有4台核电机组，放射性浓缩液新配方投入使用后，按照核电机组平均40年寿期考虑，以1/2号机组2002-2010年产生的实际放射性浓缩液固体废物产量均值来计算，预计秦山第二核电厂共可直接减少放射性固体废物产量约824m³。以每立方米7万元的放射性废物处置费进行计算，4台机组寿期内约可节省处置费用10.3*2*40*7=5768万元。

Claims

1.一种放射性浓缩液固化配方，包括硅酸盐水泥、废树脂、沸石、石灰、减水剂和水；配方中各种组分的配比为：硅酸盐水泥：900kg；浓缩液：450L；沸石：55kg；石灰：110kg；减水剂：3kg。

2.根据权利要求1所述的一种放射性浓缩液固化配方，其特征在于：所述的浓缩液是指经过蒸馏得到的硼浓度大于40000ppm的放射性废液。

3.根据权利要求1所述的一种放射性浓缩液固化配方，其特征在于：所述的石灰是指Ca(OH)₂的含量大于92%的石灰。