CN110570964A - 一种高放废物处置库回填材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

高放废物处置库回填材料膨润土易在地下水浸蚀下形成胶体，一方面会导致膨润土的流失，另一方面会载带放射性核素发生迁移。本发明提供了一种高放废物处置库回填材料，能够简单可行地抑制膨润土胶体迁移。即将一定量的三水铝石掺入膨润土中，当被地下水浸蚀时，三水铝石产生的氢氧化铝胶体能降低膨润土胶体的迁移能力，从而有效抑制膨润土的流失。本发明提供的材料成本低廉，不仅能够显著改善膨润土在地下水浸蚀情况下的流失，而且提升了膨润土对放射性核素的阻滞能力。

Description

一种高放废物处置库回填材料及其制备方法
技术领域
本发明属于回填材料领域，具体涉及一种改善过的高放废物处置库回填材料。
背景技术
化石能源由于其燃烧利用率低，污染环境严重等问题，已不能满足我国经济发展与环境保护的双重需求。发展核电是解决我国能源问题的必然选择。核电产生的放射性废物的处置是制约核电发展的瓶颈问题。目前，最为可行也被我国所采用的处置方案是深地质处置。根据2006年2月公布的《高放废物地质处置研究开发规划指南》，深地质处置将采用四重屏障，分别是高放废物固化体，固化体包装，缓冲/回填材料和岩石地质屏障。缓冲/回填材料是一道重要的人工屏障,它起着化学屏障和机械屏障的双重作用,可以起到阻止地下水渗流、核素迁移和支撑废物容器、均匀岩体压力等作用。
以蒙脱石为主要成分的膨润土是最合适的高放射性核废料深地质处置缓冲回填材料,它具有低渗透性、高阳离子交换性、热传导系数大、力学强度高和对放射性核素的吸附能力强等优点。但是大量研究表明，在处置库近场和远场界面，与地下水的接触会导致膨润土的水化、膨胀，进而产生迁移能力很强的膨润土胶体。膨润土以胶体的形式流失，会使人工屏障降低乃至失去对废物中的放射性核素的阻滞作用，进而导致放射性核素随处置库周围地下水迁移到生物圈,造成放射性污染。另一方面，膨润土胶体本身还可作为载体极大地促进高价态放射性核素的迁移。例如，A.等的实验表明，膨润土胶体可以促进三价和四价锕系元素的迁移行为，体系中没有膨润土胶体存在时，流出液中Am和Pu的回收率为20％-30％，有膨润土胶体存在时，回收率增加到了60％-80％。因此寻找一种方法抑制膨润土胶体的产生及迁移，对保持处置库的安全性至关重要。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在改善现有膨润土回填材料易流失的技术难题，对此提供了一种高放废物处置库回填材料，所述材料由膨润土和三水铝石组成。
进一步地，所述的三水铝石与膨润土按质量比为：1：5-10。
进一步地，所述的三水铝石与膨润土按质量比为：1：5。
进一步地，所述膨润土是以蒙脱石为主要成分的内蒙古高庙子钠基膨润土。
另外本发明还提供了一种高放废物处置库回填材料的制备方法，该方法包括：将天然的三水铝石矿石粉碎后用筛网筛分，得到三水铝石粉末，再将所得三水铝石粉末与膨润土均匀混合，即可获得该回填材料。
进一步地，所述的筛网为150目。
进一步地，所述的经筛分得到的三水铝石粉末粒径小于0.106mm。
与现有技术相比,本发明具有下列特点和有益效果：
①添加到膨润土中的三水铝石对放射性核素有良好的吸附性能。当地下水腐蚀三水铝石形成氢氧化铝胶体时，氢氧化铝胶体不仅可以显著降低膨润土以胶体的形式流失，同时氢氧化铝胶体还能抑制膨润土胶体对铀等放射性核素迁移的促进作用。
②本发明原材料三水铝石矿来源广泛、成本低,制备工艺简单,按本方法制得的膨润土材料成型后力学、导热、膨胀和抗渗等各项性能优良,水浸蚀下膨润土流失显著减少，同时对铀等放射性核素具有优异的阻滞性能，极其适合作为国内外高放废物处置库的缓冲回填材料。
附图说明：
图1：氢氧化铝胶体条件下膨润土在北山花岗岩颗粒柱中的运移实验图；其中孔隙体积代表北山花岗岩柱中的含水体积，C/C0代表从花岗岩颗粒柱中流出的膨润土胶体的浓度与初始浓度之比。
图2：氢氧化铝和膨润土胶体共存条件下六价铀在北山花岗岩颗粒柱中的运移实验图；其中孔隙体积代表北山花岗岩柱中的含水体积，C/C0代表从花岗岩颗粒柱中流出的膨润土胶体和铀的浓度与初始浓度之比。
具体实施方式：
下面将结合说明书附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是发明的全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实验材料：本研究所采用的三水铝石产自广西贵县，但三水铝石不仅限于该处的三水铝石；所述膨润土是以蒙脱石为主要成分的高庙子钠基膨润土，产自内蒙古高庙子。
实施例1一种高放废物处置库回填材料的制备
首先将天然的三水铝石矿石粉碎后用150目筛网筛分，得到颗粒粒径小于0.106mm的粉状，再将所得三水铝石粉末与膨润土按重量百分比为1:10的比例均匀混合，即可获得该缓冲回填材料。
实施例2一种高放废物处置库回填材料的制备
首先将天然的三水铝石矿石粉碎后用150目筛网筛分，得到颗粒粒径小于0.106mm的粉状，再将所得三水铝石粉末与膨润土按重量百分比为1:6的比例均匀混合，即可获得该缓冲回填材料。
实施例3一种高放废物处置库回填材料的制备
首先将天然的三水铝石矿石粉碎后用150目筛网筛分，得到颗粒粒径小于0.106mm的粉状，再将所得三水铝石粉末与膨润土按重量百分比为1:5的比例均匀混合，即可获得该缓冲回填材料。
实施例4实施例2和实施例3制备得到的高放废物处置库回填材料与单独膨润土在北山花岗岩颗粒柱中的运移实验
实验过程：将实施例2和实施例3制备得到的高放废物处置库回填材料制备成悬浮液，将悬浮液通入北山花岗岩颗粒柱中，收集流出液，测量流出液中膨润土胶体的浓度，经过数据处理得到膨润土胶体的回收率(C/C0)随着所通入悬浮液体积的变化(所通入悬浮液体积表示为花岗岩颗粒柱孔隙体积的倍数)。
实验结果：如图1所示，氢氧化铝胶体显著降低了膨润土的迁移能力，且膨润土的迁移能力随着氢氧化铝胶体量的增加而减弱。
实施例5实施例2和实施例3制备得到的高放废物处置库回填材料与单独膨润土对六价铀在北山花岗岩颗粒柱中的运移影响实验
实验过程：将实施例2和实施例3制备得到的高放废物处置库回填材料制备成悬浮液，加入六价铀使悬浮液中铀浓度为1.2×10-5mol/L,将上述悬浮液通入北山花岗岩颗粒柱中，收集流出液，测量流出液中膨润土胶体和六价铀的浓度，经过数据处理得到膨润土胶体和六价铀的回收率(C/C0)随着所通入悬浮液体积的变化(所通入悬浮液体积表示为花岗岩颗粒柱孔隙体积的倍数)。
实验结果：如图2所示，掺了氢氧化铝胶体的膨润土可显著抑制铀等放射性核素的迁移能力，且铀等放射性核素的迁移能力随着氢氧化铝胶体在膨润土中占的比重增加而减弱。

Claims (7)

1.一种高放废物处置库回填材料，其特征在于，所述材料由膨润土和三水铝石组成。
2.如权利要求1所述的一种高放废物处置库回填材料，其特征在于，所述的三水铝石与膨润土按质量比为：1：5-10。
3.如权利要求2所述的一种高放废物处置库回填材料，其特征在于，所述的三水铝石与膨润土按质量比为：1：5。
4.如权利要求1-3所述的任意一种高放废物处置库回填材料，其特征在于，所述膨润土是以蒙脱石为主要成分的内蒙古高庙子钠基膨润土。
5.一种如权利要求1-3所述的任意一种高放废物处置库回填材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将天然的三水铝石矿石粉碎后用筛网筛分，得到三水铝石粉末，再将所得三水铝石粉末与膨润土均匀混合，即可获得该回填材料。
6.如权利要求5所述的一种高放废物处置库回填材料的制备方法，其特征在于，所述的筛网为150目。
7.如权利要求5所述的一种高放废物处置库回填材料的制备方法，其特征在于，所述的经筛分得到的三水铝石粉末粒径小于0.106mm。
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