CN108475548A - 用于固化放射性废物的含有氧化铝水泥的固化剂组合物以及使用其固化放射性废物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固化放射性废物的固化剂，特别涉及一种包含氧化铝水泥和石膏粉的用于固化放射性废物的固化剂组合物。包含氧化铝水泥和石膏粉的固化剂组合物在固化放射性废物时能够有效地将固化的放射性废物产物的体积增加最小化至满足物理和化学安全规定的水平。

Description

用于固化放射性废物的含有氧化铝水泥的固化剂组合物以及 使用其固化放射性废物的方法
技术领域
本发明涉及一种用于固化放射性废物的固化剂，并且更具体地涉及一种用于固化并因此物理和化学稳定地处理从核电站和放射性物质处理场所产生的放射性废物的固化剂组合物，以及一种其制备方法。
背景技术
对于用于固化放射性废物的常规技术，公开了包含普通波特兰水泥和混合在一起的混合物(例如聚合物、石蜡等)的固化剂组合物，但实际上未使用它们。
对于200L放射性废物，存放和管理固化放射性废物的成本至少为1000万韩元。
在使用常规的普通波特兰水泥基固化剂组合物固化放射性废物的情况下，建议相对于要固化的放射性废物的质量，使用100％(5：5比例)的固化剂以满足物理和化学安全要求。因此，放射性废物体积的增加被认为是50％或更多。
目前，许多使用固化剂处理放射性废物的尝试仅仅是为了满足物理和化学安全性，并且受限于未考虑在固化过程中体积的增加。特别地，迄今尚未固化的国内放射性废物量相当可观，并考虑到将来将继续产生的放射性废物的处理成本，迫切需要开发减少固化放射性废物产品的体积的技术。
[引文列表]
[专利文献]
韩国专利申请公开号10-2009-0089757
公开内容
技术问题
因此，本发明旨在提供一种包含氧化铝水泥和石膏粉的固化剂组合物，从而以物理和化学安全的方式固化放射性废物。
技术方案
因此，本发明的一个方面提供一种用于固化放射性废物的固化剂组合物，其包含氧化铝水泥和石膏粉。
固化剂组合物在总计100重量份的组合物中可以含有10至70重量份的氧化铝水泥和5至50重量份的石膏粉，还可以在总计100重量份的组合物中进一步含有1至10重量份的树脂粉末，0.01至3重量份的反应促进剂，0.01至5重量份的助留剂，0.01至5重量份的消泡剂和0.1至10重量份的流化剂。
另外，本发明的另一个方面提供了一种固化放射性废物的方法，其包括以下步骤：(1)向放射性废物中加入流化剂和水并进行搅拌；(2)向包含步骤(1)中加入的流化剂和水的放射性废物中加入固化剂组合物并进行搅拌，以及(3)硬化含有步骤(2)中加入的固化剂组合物的放射性废物。
在步骤(2)中，可以加入100重量份的放射性废物的33至68重量份的固化剂组合物，并且可以包括氧化铝水泥和石膏粉。固化剂组合物可以在其100重量份中包含10至70重量份的氧化铝水泥和5至50重量份的石膏粉，并且可以在总计100重量份的组合物中进一步包含1至10重量份的树脂粉末，0.01至3重量份的反应促进剂，0.01至5重量份的助留剂，0.01至5重量份的消泡剂以及0.1至10重量份的流化剂。
在步骤(3)中，硬化可以进行28天。
有益效果
根据本发明，固化剂组合物包含氧化铝水泥和石膏粉，因此在放射性废物固化期间，可将固化放射性废物产品体积的增加有效地最小化至满足物理和化学安全规定的水平。
而且，制造满足核能环境局提出的放射性废物处理标准的固化放射性废物产品所需的固化剂的使用可以有效地减少最多67％。
最佳模式
在下文中，将给出本发明的具体实施方式。
本发明的一个实施例解决一种用于固化放射性废物的固化剂组合物，其包括氧化铝水泥和石膏粉。所述固化剂组合物在其总计100重量份中可以包含10至70重量份的氧化铝水泥和5至50重量份的石膏粉，并且可以在其总计100重量份中进一步包含1至10重量份的树脂粉末，0.01至3重量份的反应促进剂，0.01至5重量份的助留剂，0.01至5重量份的消泡剂和0.1至10重量份的流化剂。如果氧化铝水泥的量小于10重量份，则固化剂的硬化反应(固化反应)被延迟，并且固化产物的压缩强度不能达到一定水平。另一方面，如果氧化铝水泥的量超过70重量份，则固化剂的硬化反应发生得太快，使得难以确保贮存期，并且发生例如水合热生成、表面开裂和低强度的问题。石膏粉用以实现氧化铝水泥和废物的强粘合，并且石膏粉的量优选为氧化铝水泥量的50％(50重量份相对于100重量份氧化铝水泥)以展现所需强度。树脂粉通过提高固化剂组合物的耐化学性和耐水性来提高整体质量。助留剂调节硬化时间，并且在本发明中控制氧化铝水泥的硬化速率是优异的。消泡剂去除固化剂组合物内的泡沫，并且流化剂赋予流动性以促进混合过程，从而确保流动性并达到放射性废物的固化均匀性。
本发明的另一个实施例解决一种固化放射性废物的方法，其包括以下步骤：(1)向放射性废物中加入流化剂和水并进行搅拌；(2)向包含步骤(1)中加入的流化剂和水的放射性废物中加入固化剂组合物并进行搅拌，以及(3)硬化含有步骤(2)中加入的固化剂组合物的放射性废物。
执行步骤(1)以确保放射性废物的流动性并达到放射性废物的固化均匀性。当达到均匀性时，放射性废物的总放射性可以通过取样过程确定。如果放射性废物具有高粘度或高硬度，则可能难以与固化剂混合，并且在固化剂和放射性废物混合不佳的情况下，固化产物的质量可能劣化。因此，使放射性废物加入水和流化剂以获得一定的流动性，之后可以混合固化剂，从而产生均匀的固化产物。
在步骤(2)中，加入100重量份的放射性废物的33至68重量份的固化剂组合物。如果固化剂组合物的量小于33重量份，则固化产物的压缩强度不能达到一定水平。另一方面，如果其量超过68重量份，则增加用于废物的固化剂的量，并且增加固化废物产物的体积，从而增加了放射性废物处理的成本。固化剂组合物包含氧化铝水泥和石膏粉，并且所述固化剂组合物可以在其100重量份中包含10至70重量份的氧化铝水泥和5至50重量份的石膏粉，并且可以在其总计100重量份中进一步包含1至10重量份的树脂粉末，0.01至3重量份的反应促进剂，0.01至5重量份的助留剂，0.01至5重量份的消泡剂和0.1至10重量份的流化剂。
在步骤(3)中，硬化优选在密封状态下进行28天。当废物的顶部被密封并进行硬化时，防止了水蒸发，由此减少了固化产物的裂纹并提高了其压缩强度，由此使得可以制造在物理和化学上更稳定的固化产物。
下面的实例将给出对本发明的更好的理解，这些实例仅用来说明而不被视为限制本发明的范围，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
实例1.固化剂组合物的制备
通过将60g氧化铝水泥，30g石膏粉，3g树脂粉末，0.2g反应促进剂，1g助留剂，2g消泡剂和3.5g流化剂混合来制备固化剂组合物。
实例2.固化剂组合物的制备
以与实例1中相同的方式制备固化剂组合物，不同之处在于使用0.5g反应促进剂，0.5g助留剂和4g流化剂。
表1
[表1]实例1和2的固化剂组合物的组分(重量)
实例3.放射性废物的固化
使含有35％水的100g放射性废物(A)浆料(体积：63mL，固体含量：65g)通过与5g液体流化剂混合并搅拌5分钟进行固化预处理。然后，将33g实例1中制备的固化剂组合物加入其中并搅拌3分钟，然后使用直径50mm且高度100mm的样品制造用模具制造测试样品。
实例4.放射性废物的固化
进行与实例3中相同的步骤，不同之处在于使用43g实例1中制备的固化剂组合物。
实例5.放射性废物的固化
使不含水的100g放射性废物(B)(体积：136mL，固体含量：100g)通过与6g液体流化剂和55g混合水混合并搅拌5分钟进行固化预处理。然后，将53g实例2中制备的固化剂组合物加入其中并搅拌3分钟，然后使用直径50mm且高度100mm的样品制造用模具制造测试样品。
例6.放射性废物的固化
进行与实例5中相同的步骤，不同之处在于使用68g实例2中制备的固化剂组合物。
比较实例1
使含有35％水的100g放射性废物(A)浆料(体积：63mL，固体含量：65g)通过与5g液体流化剂和38g混合水混合并搅拌进行固化预处理。然后，向其中加入100克典型固化剂并搅拌，然后使用直径50mm且高度100mm的样品制造用模具制造测试样品。
比较实例2
进行与比较实例1中相同的步骤，不同之处在于使用33g典型固化剂。
比较实例3
使不含水的100g放射性废物(B)(体积：136mL，固体含量：100g)通过与5g液体流化剂和88g混合水混合并搅拌进行固化预处理。然后，向其中加入100g典型固化剂并搅拌，然后使用直径50mm且高度100mm的样品制造用模具制造测试样品。
比较实例4
进行与比较实例3中相同的步骤，不同之处在于使用55g混合水和53g典型固化剂。
表2
[表2]根据本发明的用于固化放射性废物的混合条件
测量
通过密封和湿硬化28天来测量实例3至6和比较实例1至4中通过固化获得的固化的放射性废物产物的体积和压缩强度。此外，在空气干燥并浸渍90天的浸渍试验后测定压缩强度，在热循环试验(60至-40℃，30个循环)后测定压缩强度。结果总结在下表3中。
表3
[表3]
表4
[表4]
放射性废物固化标准
从表2至4可以看出，为了满足放射性废物固化标准(表4)，当放射性废物固化时，在100重量份的放射性废物中，使用100重量份的典型固化剂，使用33至68重量份的本发明的固化剂组合物，实例3至6全部满足放射性废物处理标准。因此，与使用普通波特兰水泥(典型固化剂)相比，在本发明的固化放射性废物产物中，固化剂的使用减少最多67％，由此所得固化产物的体积可以显著减小。
此外，使用典型固化剂时体积变化为10.3至87.3％，但在使用根据本发明的实施例的固化剂组合物时为-9.6至27％。
虽然为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将会理解，这些实施例仅用以说明而不被视为限制本发明的范围。因此，本发明的实质范围将由所附权利要求及其等同项限定。

Claims (9)

1.一种用于固化放射性废物的固化剂组合物，其包含氧化铝水泥和石膏粉。
2.如权利要求1所述的固化剂组合物，其中所述氧化铝水泥占100重量份所述组合物的10至70重量份，以及
所述石膏粉占100重量份所述组合物的5至50重量份。
3.如权利要求2所述的固化剂组合物，在总计100重量份所述组合物中，进一步包含1至10重量份树脂粉末，0.01至3重量份反应促进剂，0.01至5重量份助留剂，0.01至5重量份消泡剂和0.1至10重量份流化剂。
4.一种固化放射性废物的方法，其包括以下步骤：
(1)向放射性废物中加入流化剂和水并进行搅拌；
(2)向包含步骤(1)中加入的所述流化剂和所述水的所述放射性废物中加入固化剂组合物并进行搅拌，以及
(3)硬化含有步骤(2)中加入的所述固化剂组合物的所述放射性废物。
5.如权利要求4所述的方法，其中在步骤(2)中，加入100重量份的所述放射性废物的33至68重量份的所述固化剂组合物。
6.如权利要求4所述的方法，其中在步骤(2)中的所述固化剂组合物包含氧化铝水泥和石膏粉。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述氧化铝水泥占100重量份所述组合物的10至70重量份，以及
所述石膏粉占100重量份所述组合物的5至50重量份。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述组合物在其总计100重量份中进一步包含1至10重量份树脂粉末，0.01至3重量份反应促进剂，0.01至5重量份助留剂，0.01至5重量份消泡剂和0.1至10重量份流化剂。
9.如权利要求4所述的方法，其中步骤(3)中的所述硬化进行28天。
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