CN104464867B - 一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，目的在于解决目前采用水泥固化法处理废机油时，机油与水泥相容性差，难以获得满足国家标准GB14569.1‑2011要求的包容废机油水泥固化体的问题。该方法包括如下步骤：制备均质水包油乳液、制备水泥浆料、制备水泥固化体。本发明采用将机油与水乳化后进行水泥固化，同时在固化水泥配方中加入了粉煤灰、吸油树脂、木质纤维作为添加剂，加大水泥固化体的强度和降低放射性核素的浸出率。本发明能有效解决机油与水泥相容性问题，所制备的含有机物的水泥固化体性能优于国家标准GB14569.1‑2011要求。本发明设计合理，工艺简单，投资少，安全可靠，能够满足放射性废机油的处理要求，对于处理放射性废机油具有重要意义。

Description

一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法
技术领域
本发明涉及核工业领域，尤其是放射性污染废机油水泥固化技术领域，该方法能够用于核电行业放射性污染废机油水泥固化。
背景技术
在核工业领域，包括核设施和核电站运行过程中，会产生一定量的被放射性核素污染的废机油。该类机油主要包括压缩机油和真空泵油，这些有机介质会与放射性核素会形成相对稳定的络合物，而络合物的生成则增加了废机油的处理难度。
目前，国际上处理放射性有机废液的方法主要包括焚烧法、高温高压处理方法、各种高级氧化方法等，然而前述方法工艺复杂、能耗高，对于设备要求苛刻，因此，难以实施。而我国国内缺少放射性废机油简单易行的有效处理方法，核工业领域仍存放有一定量的放射性污染废机油亟待处理。
水泥固化法是将放射性污染废机油水泥固化成固化体后，放入中低放固体废物处置场的方法，其具有工艺简单、能耗低、投资少、安全可靠，且水泥固化体具有耐辐照和自屏蔽效应好等优点。
然而，放射性废机油与水泥混合不能形成均匀的体系。如果将机油直接加入水泥中进行固化，机油将影响水泥水化反应过程，并最终导致制成的水泥固化体性能达不到国家标准GB14569.1-2011要求。
因此，目前迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对目前采用水泥固化法处理废机油时，机油与水泥相容性差，难以获得满足国家标准GB14569.1-2011要求的包容废机油水泥固化体的问题，提供一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法。本发明采用将机油与水乳化后进行水泥固化，同时在固化水泥配方中加入了粉煤灰、吸油树脂、木质纤维作为添加剂，加大水泥固化体的强度和降低放射性核素的浸出率。本发明能有效解决机油与水泥相容性问题，所制备的含有机物的水泥固化体性能优于国家标准GB14569.1-2011要求。本发明设计合理，操作方便，工艺简单，投资少，安全可靠，能够满足放射性废机油的处理要求，对于处理放射性废机油具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备均质水包油乳液
将乳化剂、机油、水混合后，高速搅拌，形成均质水包油乳液；
(2)制备水泥浆料
将水泥、粉煤灰混匀后，向其中加水湿润，形成水泥浆料；
(3)制备水泥固化体
将步骤1制备的均质水包油乳液、步骤2制备的水泥浆料、吸油剂、水泥体增强剂混合，搅拌均匀，经固化养护后，即得水泥固化体；
所述步骤1中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1～2：0.1～0.2；
所述步骤2中，水泥、粉煤灰、水按质量比是1：0.05～0.1：0.1～0.2；
所述步骤3中，步骤1制备的均质水包油乳液、步骤2中的水泥、吸油剂、水泥体增强剂的质量比为0.35～0.50：1：0.01～0.15：0.01～0.1。
所述步骤1中，乳化剂为司苯、吐温、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚中的两种或两种以上。
所述步骤2中，水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、火山灰水泥中的一种或多种。
作为优选，所述步骤1中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1：0.1。
作为优选，所述步骤2中，水泥、粉煤灰、水按质量比是1：0.05～0.1：0.1。
所述吸油剂为吸油树脂，所述水泥体增强剂为木质纤维。
一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，包括如下步骤：
(a)制备均质水包油乳液
将乳化剂、机油、水混合后，高速搅拌，形成均质水包油乳液；
(b)制备水泥浆料
将水泥、粉煤灰、吸油剂、水泥体增强剂混匀后，向其中加水湿润，形成水泥浆料；
(c)制备水泥固化体
将步骤a制备的均质水包油乳液、步骤b制备的水泥浆料混合，搅拌均匀，经固化养护后，即得水泥固化体；
所述步骤a中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1～2：0.1～0.2；
所述步骤c中，水泥固化体中各组分的质量比为均质水包油乳液：水泥：粉煤灰：吸油剂：水泥体增强剂＝0.30～0.50:1:0.05～0.1:0.01～0.15:0.01～0.1。
作为优选，所述步骤c中，水泥固化体中各组分的质量比为均质水包油乳液：水泥：粉煤灰：吸油剂：水泥体增强剂＝0.42:1:0.05:0.03:0.01。
针对前述问题，本申请提供一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法。本发明中，首先利用乳化剂将机油与水乳化形成水包油型乳液(即均质水包油乳液)，然后制备水泥浆料、固化，得到水泥固化体。
经过实际测定，本发明中所获得水泥固化体的机油包容量大于15％，固化体抗压强度大，最大达12.6MPa，显著优于现有技术，其它各方面指标均满足国家标准GB14569.1-2011要求。本发明可用于核工业中低水平放射性污染废机油的固化处理，有效降低放射性废物管理的安全隐患，具有重要的意义。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为实施例8所制备的样品图。
图2为实施例9所制备的样品图。
图3为采用现有方法制备的废油乳液图。
图4为采用现有方法制备的固化体图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
将废机油、乳化剂和水按体积比1：0.1：1.0的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，经固化养护后，得到的水泥固化体强度为8.9MPa。
实施例2
将废机油、乳化剂和水按体积比1：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，经固化养护后，得到的水泥固化体强度为11.3MPa。
与实施例1相比，实施例2在制备水泥浆料的过程中，加入部分水，使水泥浆料湿润，其能够有效减少水泥浆料与废机油乳化液接触时，破乳现象的产生，最终显著提高水泥固化体的强度。
实施例3
将废机油、乳化剂和水按体积比1.0：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水按质量比1：0.05：0.1搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与机油乳化液、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.5：0.025：0.008搅拌均匀，经固化养护后，得到的水泥固化体强度为11.2MPa。
实施例3与实施例2相比，吸油树脂与木质纤维的添加顺序不同，但两者的实验结果无明显差异。这表明：吸油树脂与木质纤维先添加于水泥浆料中或最后添加，不会对水泥固化体本身产生影响。
实施例4
将废机油、乳化剂和水按体积比1.0：0.1：1.5的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与机油乳化液按质量比1：0.45搅拌均匀，经固化养护后，得到的水泥固化体强度为12.5MPa。
实施例5
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为9.3MPa。
对比实施例1
将废机油、乳化剂和水按体积比2：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为6.8MPa，该过程搅拌相对困难，上层少许浮油。
通过实施例4、5与对比实施例1的比较，能够看出：采用本申请技术方案之外的方案，其固化强度难以满足相关的要求，不能用于放射性废机油的水泥固化处理。
实施例6
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.4搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为8.0MPa。本实施例中，乳化剂采用十二烷基苯磺酸钠与辛基酚聚氧乙烯醚复配而成。
实施例7
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.55搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为7.3MPa。养护后，该固化体上层有少许乳化液干燥的迹象。
实施例8
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.1：0.1：0.07：0.05搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为8.3MPa。
对比实施例2
将废机油、乳化剂和水按体积比2：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.1：0.1：0.15：0.1搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为7.8MPa，该过程浆料搅拌相对困难。
实施例9
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将火山灰水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀，得到的水泥固化体强度为12.6MPa。
实施例10
将废机油、乳化剂和水按体积比1.3：0.1：1的比例充分搅拌后，形成机油乳化液。将铝酸盐水泥、粉煤灰、水、吸油树脂、木质纤维按质量比1：0.05：0.1：0.03：0.01搅拌均匀后，形成水泥浆料。将上述水泥浆料与废机油乳化液按质量比1：0.5搅拌均匀得到的水泥固化体强度为8.6MPa。
同时，申请人对上述实施例所得到的水泥固化体进行了测定，测定结构如表1所示。
表1获得水泥固化体性能指标
从表1的结果抗压看出，本发明中制备的废机油水泥固化体，抗压强度较高，浸出率较低，满足国家标准要求，具有较好的应用前景。
对比实验一
经过检索，申请人发现中国专利ZL201010534138.1(简称在先申请)公开了一种放射性有机废液水泥固化的方法，该专利与本发明的方法较为类似。为此，申请人依照中国专利ZL201010534138.1中提供的方法及配方，进行了废机油固化的验证实验。
实验过程及结果如下：①乳化实验过程：将机油、常见复配乳化剂、水以体积比为1：(0.8～1)：(0.15～0.3)混合，该比例条件下机油较难以形成均一的油水乳液，乳化后机油与水分层明显。②固化实验过程：将上述机油水混合液与水泥、沸石、石灰与常用水泥促凝剂CaCl2按专利(专利申请号：201010534138.1)公布配方比例进行固化。其中，图3为采用在先申请制备的废油乳液图，图4为采用该方法制备的固化体图，通过图3、4可以看出：油水不能均一乳液,固化体强度及28天后强度都不能满足国标要求。实验表明，该固化过程中，机油水混合液与水泥仍然难以相容，搅拌困难，最后形成的固化体强度及其它性能不能满足国家标准GB14569.1-2011要求，因此，该专利方法不适用于放射性废机油的水泥固化。
通过对比可以看出，本发明能够有效实现放射性废机油的水泥固化，所制备的固化体具有较高的机械强度，且机油包容量大于15％，其他各项指标均满足国家标准GB14569.1-2011的要求。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备均质水包油乳液
将乳化剂、机油、水混合后，高速搅拌，形成均质水包油乳液；
(2)制备水泥浆料
将水泥、粉煤灰混匀后，向其中加水湿润，形成水泥浆料；
(3)制备水泥固化体
将步骤1制备的均质水包油乳液、步骤2制备的水泥浆料、吸油剂、水泥体增强剂混合，搅拌均匀，经固化养护后，即得水泥固化体；
所述步骤1中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1～2：0.1～0.2；
所述步骤2中，水泥、粉煤灰、水按质量比是1：0.05～0.1：0.1～0.2；
所述步骤3中，步骤1制备的均质水包油乳液、步骤2中的水泥、吸油剂、水泥体增强剂的质量比为0.35～0.50：1：0.01～0.15：0.01～0.1；所述步骤3中水泥体增强剂为木质纤维。
2.根据权利要求1所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，乳化剂为司苯、吐温、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚中的两种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、火山灰水泥中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1：0.1。
5.根据权利要求1或2所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，水泥、粉煤灰、水按质量比是1：0.05～0.1：0.1。
6.一种放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)制备均质水包油乳液
将乳化剂、机油、水混合后，高速搅拌，形成均质水包油乳液；
(b)制备水泥浆料
将水泥、粉煤灰、吸油剂、水泥体增强剂混匀后，向其中加水湿润，形成水泥浆料；
(c)制备水泥固化体
将步骤a制备的均质水包油乳液、步骤b制备的水泥浆料混合，搅拌均匀，经固化养护后，即得水泥固化体；
所述步骤a中，机油、水、乳化剂的体积比为1～1.5：1～2：0.1～0.2；
所述步骤b中水泥体增强剂为木质纤维；
所述步骤c中，水泥固化体中各组分的质量比为均质水包油乳液：水泥：粉煤灰：吸油剂：水泥体增强剂＝0.30～0.50:1:0.05～0.1:0.01～0.15:0.01～0.1。
7.根据权利要求6所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，水泥固化体中各组分的质量比为均质水包油乳液：水泥：粉煤灰：吸油剂：水泥体增强剂＝0.42:1:0.05:0.03:0.01。
8.根据权利要求1或6所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述吸油剂为吸油树脂。
9.根据权利要求6所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，乳化剂为司苯、吐温、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚中的两种或两种以上。
10.根据权利要求6或7或9所述放射性废机油高强度水泥固化体的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，水泥为普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、火山灰水泥中的一种或多种。
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