CN105130305B - 一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；再将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌后，再倒入含硼废树脂搅拌30‑120s，接着加入水玻璃搅拌，最后加入聚羧酸减水剂搅拌，制备成混合料浆；然后将混合料浆注入固化容器中。本发明取得的有益效果为：(1)树脂包容量明显增加，包容量为65％时依然可以满足国家标准GB14569.1‑2011规定的性能；(2)混合浆体凝结时间可调，可以有效的避免硼酸根对混合浆体的缓凝；(3)固化体水化放热量小，固化体表面没有裂纹，核素离子抗浸出性能好，并且混合浆体流动性能好，可以满足大体积固化的要求。

Description

一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法
技术领域
本发明属于放射性废物水泥固化技术领域，具体涉及一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法。
背景技术
随着核电技术的快速发展，我国有些地方能源短缺的问题也得到了有效的改善，但是正是这些核电站的发展使得我国产生了大量的核废料。目前水泥固化被世界各国认为是一种经济有效的固化方法。但是采用传统的水泥固化，往往存在水灰比过大，固化体不够密实；树脂包容量小，约为30％-40％，造成固化体增容比较明显；水化热大不利于大体积浇筑固化体以及树脂中吸附的硼酸根离子对水泥产生缓凝效应造成树脂与水泥浆分层等问题。
碱-矿渣水泥最先是由前苏联科学家Glukhovsky开发出的一种新型胶凝材料，主要由磨细的铝硅酸盐和碱激发剂组成，其主要水化产物是低钙硅比的C-S-H凝胶。碱-矿渣水泥由于其力学性能好、孔隙率低、固化体抗浸出性能好等特点，是一种较为理想的放射性核废物固化材料。沸石是硅氧四面体和铝氧四面体通过桥氧相连组成的一种网架状的空间结构，其空间结构中存在许多连通的孔穴，使得沸石的比表面积极大，可以达到400-800㎡/g，因此具有极大的吸附特性，同时碱金属离子或碱土金属离子与硅氧四面体之间的键合力非常的微弱使得沸石表现出极强的离子交换性能。因此，沸石广泛的应用在含重金属的污水处理以及放射性核废物中。
发明内容
针对传统水泥在核废料固化方面的缺陷，本发明提供了一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，此种方法不仅可以提高树脂包容量，而且还可以满足大体积固化的的工艺要求。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，其特征在于：
将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；再将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌60-150s后，再倒入含硼废树脂搅拌30-120s，接着加入水玻璃搅拌90-180s，最后加入聚羧酸减水剂搅拌45-90s，制备成混合料浆；然后将混合料浆注入固化容器中。
按上述方案，所述的碱矿渣、沸石粉、硅灰、水、含硼废树脂、水玻璃、聚羧酸减水剂的质量比为(65-80):(15-25):(5-10):(35-45):(5-65):(5-8):(0.5-1)。
按上述方案，所述碱矿渣为包含S95级及以上矿粉中的任意一种，80μm方孔筛筛余不大 于10％。
按上述方案，所述沸石粉为斜发沸石粉，斜发沸石含量50wt.％，80μm方孔筛筛余不大于10％。
按上述方案，所述水玻璃的模数为1.2-1.4。
按上述方案，所述的含硼废树脂为充分吸收水分处于体积饱和状态，其含水率为50-54wt.％。
本发明的基本原理是：利用水玻璃为激发剂对矿渣进行化学激发，水化生成低钙硅比的C-S-H凝胶，从而产生一定的强度将废树脂包容在固化体中，同时此种水化产物具有良好的离子交换能力和吸附能力，可以极好的降低废树脂中核素离子的浸出；沸石粉主要起吸附作用，可以降低核素离子的浸出率；硅灰不仅可以提高固化体的致密度，增加废树脂的包容量，而且可以部分参与水化反应生成低Ca/Si比的C-S-H凝胶，从而降低核素离子的浸出率；聚羧酸减水剂主要起调节混合料浆流动度的作用。
与传统的水泥固化相比，本发明取得的有益效果为：
(1)树脂包容量明显增加，包容量为65％时依然可以满足国家标准GB14569.1-2011规定的性能；
(2)混合浆体凝结时间可调，可以有效的避免硼酸根对混合浆体的缓凝；
(3)固化体水化放热量小，固化体表面没有裂纹，核素离子抗浸出性能好，并且混合浆体流动性能好，可以满足大体积固化的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
分别称取375g碱矿渣，100g沸石粉，25g硅灰，190g水，300g含硼废树脂，25g硅酸钠水玻璃，3.5g聚羧酸减水剂，然后按照如下步骤进行固化体的制备：
(1)将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；
(2)将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌90s后，再倒入含硼废树脂搅拌90s，接着加入水玻璃搅拌180s，最后加入聚羧酸减水剂搅拌90s，制备成混合料浆；
(3)将上述料浆转移至φ50mm的模具内成型密实，在养护箱中养护28d，养护温度25℃，相对湿度≧90％。
采用GB/T1346-2011进行混合浆体凝结时间的测定，混合浆体的初凝时间为120min，终凝时间为140min，流动度为190mm。
随机选取6个固化体进行无侧限抗压强度实验，测得抗压强度为13.6MPa.
实施例2
分别称取400g碱矿渣，75g沸石粉，25g硅灰，200g水，325g含硼废树脂，35g水玻璃，3.5g聚羧酸减水剂，然后按照如下步骤进行固化体的制备：
(1)将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；
(2)将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌90s后，再倒入含硼废树脂搅拌90s，接着加入水玻璃搅拌180s，最后加入聚羧酸减水剂搅拌90s，制备成混合料浆；
(3)将上述料浆转移至φ50mm的模具内成型密实，在养护箱中养护28d，养护温度25℃，相对湿度≧90％。
采用GB/T1346-2011进行混合浆体凝结时间的测定，混合浆体的初凝时间为108min，终凝时间为136min，流动度为205mm。
随机选取6个固化体进行无侧限抗压强度实验，测得抗压强度为11.2MPa.
实施例3
分别称取325g碱矿渣，125g沸石粉，50g硅灰，210g水，325g含硼废树脂，30g硅酸钠水玻璃，5g聚羧酸减水剂，然后按照如下步骤进行固化体的制备：
(1)将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；
(2)将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌90s后，再倒入含硼废树脂搅拌90s，接着加入水玻璃搅拌180s，最后加入聚羧酸减水剂搅拌90s，制备成混合料浆；
(3)将上述料浆转移至φ50mm的模具内成型密实，在养护箱中养护28d，养护温度25℃，相对湿度≧90％。
采用GB/T1346-2011进行混合浆体凝结时间的测定，混合浆体的初凝时间为136min，终凝时间为158min，流动度为195mm。
随机选取6个固化体进行无侧限抗压强度实验，测得抗压强度为10.4MPa.
实施例4
分别称取375g碱矿渣，85g沸石粉，40g硅灰，205g水，300g含硼废树脂，30g硅酸钠水玻璃，2.5gKH-5型聚羧酸减水剂，然后按照如下步骤进行固化体的制备：
(1)将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料；
(2)将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌90s后，再倒入含硼废树脂搅拌90s，接着加入水玻璃搅拌180s，最后加入KH-5型聚羧酸减水剂搅拌90s，制备成混合料浆；
(3)将上述料浆转移至φ50mm的模具内成型密实，在养护箱中养护28d，养护温度25 ℃，相对湿度≧90％。
采用GB/T1346-2011进行混合浆体凝结时间的测定，混合浆体的初凝时间为115min，终凝时间为130min，流动度为190mm。
随机选取6个固化体进行无侧限抗压强度实验，测得抗压强度为12.8MPa。

Claims (4)

1.一种核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，其特征在于：
将碱矿渣、沸石粉、硅灰混合均匀制成混合物料，所述碱矿渣为包含S95级及以上矿粉中的任意一种，80μm方孔筛筛余不大于10％；再将上述混合物料与水在搅拌机中搅拌60-150s后，再倒入含硼废树脂搅拌30-120s，接着加入水玻璃搅拌90-180s，最后加入聚羧酸减水剂搅拌45-90s，制备成混合料浆；然后将混合料浆注入固化容器中；所述的碱矿渣、沸石粉、硅灰、水、含硼废树脂、水玻璃、聚羧酸减水剂的质量比为(65-80):(15-25):(5-10):(35-45):(5-65):(5-8):(0.5-1)。
2.按权利要求1所述的核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，其特征在于所述沸石粉为斜发沸石粉，斜发沸石含量50wt.％，80μm方孔筛筛余不大于10％。
3.按权利要求1所述的核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，其特征在于所述水玻璃的模数为1.2-1.4。
4.按权利要求1所述的核电站含硼废树脂的碱矿渣水泥固化方法，其特征在于所述的含硼废树脂为充分吸收水分处于体积饱和状态，其含水率为50-54wt.％。
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