一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法权利要求

1.《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》特征在于，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥、沸石、矿渣、硅粉、粉煤灰、UNF-5减水剂混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、放射性废树脂和水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

2.根据权利要求1所述一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，其特征在于，所述放射性树脂、硫铝酸盐水泥、沸石、矿渣、硅粉、粉煤灰、UNF-5减水剂与水的用量比例为：（0.9～1.1）升:（1240～1580）克:（65～185）克:（180～200）克:（150～200）克:（60～150）克:（2～6）克:（100～150）毫升。

《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》属于放射性废物水泥固化技术领域，具体涉及一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法。

一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法专利目的

《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》的目的是提供一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法。

一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法技术方案

《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》是按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥、沸石、矿渣、硅粉、粉煤灰、UNF-5减水剂混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、放射性废树脂和水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

所述放射性废树脂、硫铝酸盐水泥、沸石、矿渣、硅粉、粉煤灰、UNF-5减水剂与水的用量比例为：（0.9～1.1）升:（1240～1580）克:（65～185）克:（180～200）克:（150～200）克:（60～150）克:（2～6）克:（100～150）毫升。

一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法有益效果

《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》使用硫铝酸盐水泥并掺加沸石固化废树脂，体积包容量可达40％以上，固化体核素浸出率低。该发明的方法操作简单，成本低，所得固化体抗压强度较高、浆料流动度适当。

核设施在运行、检修及废液处理过程中产生大量放射性离子交换树脂。废树脂中含有大量水分，具有弥散性，辐解或热解时会产生燃爆性气体，必须以合适的方式固化，以便于贮存、运输和处置。水泥固化技术因固化体性能稳定、设备简单、易于操作、成本较低的优势，广泛应用于中、低放废物的固化。2011年5月前核电站实际使用的放射性废树脂水泥固化配方存在包容量低、固化体核素浸出率高等不足。

硫铝酸盐水泥的主要熟料矿物是无水硫铝酸钙（3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄），硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀等优点，可以作为固化放射性废物的主要材料。为了在固化过程中保证必需的操作性以及使固化体获得良好的机械性能和抗浸出性能，水泥固化配方中也可以掺加一种（单掺）或几种（双掺或复掺）矿物混合材，如沸石粉、矿渣粉、硅灰、粉煤灰、膨润土、高岭土等。各种矿物混合材的掺加可以改善水泥固化体中核素的抗浸出性能，降低水泥水化热，沸石可以提高混合浆料的保水性，矿渣、硅灰、粉煤灰等可以在一定程度上提高固化体抗压强度。使用硫铝酸盐水泥并掺加沸石固化废树脂，体积包容量可达40％以上。在硅酸盐水泥中掺加丝光沸石水泥固化废液，固化体强度、铀浸出率均满足国家标准。利用硅酸盐水泥，双掺矿渣、硅灰可以有效固化含Cd² 和Na 的低放废液，双掺硅灰、沸石可固化阳树脂。使用硅铝酸钙化合物，掺加火山灰、页岩灰、炉渣、硅灰、硅藻土、膨润土、沸石、高岭土中的一种或几种，可以在液固比0.5～0.8之间固化放射性废液。

采用混合树脂为模拟放射性废树脂，混合树脂中阴阳树脂的体积比为3:2。使用硫铝酸盐水泥作为主要基材，复合掺加一定比例的沸石、矿渣、硅粉和粉煤灰，固化混合树脂。

• 实施例1

硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥1440克、沸石100克、矿渣200克、硅粉180克、粉煤灰80克、UNF-5减水剂2克混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、1升混合树脂和125毫升水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

测定固化体7天抗压强度为13.1兆帕。

• 实施例2

硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥1470克、沸石100克、矿渣200克、硅粉170克、粉煤灰60克、UNF-5减水剂2.4克混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、1升混合树脂和110毫升水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；在水泥胶砂流动度测定仪台面中央放置流动度试模，将在搅拌机中拌好的浆料分两层迅速装入流动度试模，测定浆料的流动度；

（3）将在搅拌机中拌好的浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

测定固化体7天抗压强度为12.6兆帕。浆料的流动度为216毫米。

• 实施例3

硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥1440克、沸石100克、矿渣200克、硅粉180克、粉煤灰80克、UNF-5减水剂2克混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、1升含4克Cs 的混合树脂和125毫升水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护28天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％，然后进行核素浸出试验，浸出剂为1.5升去离子水，温度为25℃，分别在第1、3、7、10、14、21、28、35和42天时取样并更换新的浸出剂。

Cs 在第42天的浸出率和累积浸出分数分别为8.4×10^-7厘米/天和7.1×10^-5厘米。

• 实施例4

硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥1240克、沸石65克、矿渣180克、硅粉150克、粉煤灰150克、UNF-5减水剂2克混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、0.9升混合树脂和100毫升水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

测定固化体7天抗压强度为12.1兆帕。

• 实施例5

硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，按照如下步骤进行：

（1）将硫铝酸盐水泥1580克、沸石185克、矿渣190克、硅粉200克、粉煤灰100克、UNF-5减水剂6克混合均匀，制成混合物料；

（2）将混合物料、1.1升混合树脂和150毫升水在搅拌机中搅拌3分钟，制成浆料；

（3）将浆料转移至Φ50毫米×50毫米的模具内，抹平后放入养护箱内养护7天，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。

测定固化体7天抗压强度为12.9兆帕。

2016年12月7日，《一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B

放射性废树脂的处理和处置是长期困扰核工业发展的一大难题。水泥固化是经济而安全的固化方法，但是目前的水泥固化配方存在包容量低、核素浸出率高、固化体体积增容比大等缺点。核电站因为要使用硼酸来调节反应性，因而所产生的放射性废树脂吸附有大量的硼，硼对水泥浆的缓凝作用给废树脂的水泥固化带来了更大的困难。.本项目将在对水泥固化机理以及硼对水泥浆的缓凝机理进行深入研究的基础上对含硼树脂水泥固化的配方进行优化，将水泥固化含硼树脂的包容量从目前的305L/C1桶提高到大于400L/C1桶，从而减小需要处置的废物体积，降低处置成本。通过添加沸石等辅助材料来减小固化体中放射性核素的浸出率，通过选择添加剂来调节水泥浆凝结时间，防止树脂和水泥浆的分层。并对固化过程的操作工艺进行深入研究，针对固化体的微观结构和长期稳定性开展研究，为该技术的工程应用奠定理论基础，为配方应用于工程实践创造条件。 2100433B

放射性废树脂的处理是放射性废物处理的难点之一，中、低放射性废树脂水泥固化体在处置场300年的存放过程中会由于自身和周围环境的辐照而对固化体的性能产生影响。废树脂水泥固化体经辐照后机械性能会发生变化，树脂在长期辐射过程中会逐渐分解释放出H2等可燃气体，同时辐照也会对核素浸出率产生影响。为了确保放射性废树脂水泥固化体的安全处置亟需对其辐照稳定性开展研究。本项目拟采用钴源对放射性废树脂水泥固化体进行辐照，研究辐照对固化体机械强度、核素浸出率的变化规律。并通过微观分析探索辐照对固化体性能的影响机理。测量不同辐照剂量率和总剂量时固化体辐解气体的产生量，建立辐解气体产、扩散和释放模型，为辐解气体产生量的计算提供方法。建立放射性废树脂水泥固化体辐照稳定性的评价体系，为我国放射性废树脂的最终安全处置提供保障，项目开展对于我国放射性废树脂的安全储存有重要意义。

废树脂是最难处理的放射性废物之一。目前，水泥固化因为其原料易得、设备工艺成熟、操作简单等优点而被广泛应用于放射性废树脂的处理。放射性废树脂的水泥固化体要在废物处置场存放300-500年，因此其性能要求具有极端长期性、不可维修性等特点。放射性废树脂在进入处置场后，来自于周围废物以及树脂自身的辐照会对固化体性能产生一定的影响。为了确保固化体在处置期间的安全性需要对辐照对固化体的性能进行系统的研究，以获得辐照对固化体性能的影响变化规律，并从微观上解释固化体结构的变化，从而为保证固化体长期处置安全提供理论依据。 利用60Co辐照装置研究了不同配方的模拟放射性废树脂水泥固化体在辐照条件下抗压强度和辐解产物。树脂体积为50%的固化体其抗压强度在累积受照剂量106Gy的辐照下，其性能符合国家标准要求。对于树脂本身当累积剂量达105Gy时，其氢气量已达到3.5%。因此树脂长期贮存和高整体容器处置时，应限制树脂放射性活度。计算分析表明，我国现有的放射性废树脂水泥固化不会产生辐照稳定性问题。 研究了辐照对放射性废树脂特种水泥固化体的影响。重点比较了树脂固化体经过不同剂量的γ射线辐照前后固化体抗压强度、冻融试验后强度以及核素浸出率的变化规律，并通过扫描电镜比较了辐照前后水泥固化体的微观结构变化。试验结果表明：辐照会使固化体抗压强度降低，在相同的养护时间下，辐照引起的水泥固化体抗压强度损失随剂量的增加而增大，养护时间相同时吸收剂量为105Gy和106Gy的γ辐照后固化体抗压强度损失分别为13%和26%；水泥固化体经过辐照，在冻融实验中固化体稳定性影响会因辐照的介入而加剧；研究得到，SAC固化体的核素浸出率大小为Cs > Sr2 > Co2 ，辐照后固化体对浸出离子的吸附能力降低，同样浸出时间下，各核素浸出率出现不同程度的升高；SEM照片和EDX能谱图显示，在微观结构中γ射线辐照后固化体中铝胶胶团含量相对减少，辐照可能引起其水化产物中高铝凝胶的分解，从而导致对核素滞留降低而浸出率的升高。 同时研究结果表明，已经研发得到的水泥固化配方在处置期间内结构不会破坏，浸出率升高幅度可以接受，因此废物的处置是安全的。 2100433B