中低放廢液的處理處置技術(shù)

1、一. 中低放廢液的處理處置技術(shù)研究的目的與意義當(dāng)今世界，核科學(xué)技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入新階段，同位素和核技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛深入,核能發(fā)電已成為解決當(dāng)前世界能源危機的重要途徑之一,很多國家已將其列為重點發(fā)展的能源。核能的開發(fā)和利用給人類帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益的同時，也產(chǎn)生了大量的放射性廢物,給人類的生存環(huán)境帶來了較大的威脅。因此，如何安全有效地處置放射性廢物，使其最大限度地與生物圈隔離，已成為核工業(yè)、核科學(xué)面臨的日益迫切的重要課題，是影響核能持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。對放射性廢物的處置，人們認(rèn)為最合理的措施是首先將放射性廢物進(jìn)行固化處理，然后將得到的放射性廢物固化體進(jìn)行最終的地質(zhì)處置。已經(jīng)發(fā)展起來的放

2、射性廢物固化處理方法有很多，主要有水泥固化、瀝宵固化和塑料固化，玻璃固化以及人造巖石固化。水泥固化具有固化體性能穩(wěn)定、工藝操作簡單、成本低廉等優(yōu)勢，被廣泛用于蒸殘液、泥漿、廢樹脂等中、低放廢物的處理。近年來，在水泥化學(xué)、新水泥系列、混合材、外加劑及混凝土用纖維等方面的研究取得了許多進(jìn)展，這些成果可直接或間接地指導(dǎo)放射性廢物水泥固化的研究和應(yīng)用。國內(nèi)外研究進(jìn)展后處理廠主要產(chǎn)生高放廢液、中放廢液、低放廢液和有機廢液，必須對這些廢液進(jìn)行凈化處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，再向環(huán)境排放。放射性廢液應(yīng)分類收集和監(jiān)測，根據(jù)其特性選用最佳處理工藝。放射性廢液在送往處理系統(tǒng)的主要干管上應(yīng)設(shè)置體積累積測量儀表，實時統(tǒng)計廢

3、液量，及早發(fā)現(xiàn)廢液輸送異常。設(shè)備清洗時采用合理的去污工藝和去污劑，盡量減少去污廢液的產(chǎn)生量，并盡量使二次廢液的成分簡單，以便后續(xù)處理。較低放射性水平的廢液應(yīng)采用蒸發(fā)、離子交換、超濾等技術(shù)進(jìn)行處理，將放射性物質(zhì)濃縮在較小體積里，減小需進(jìn)一步處理的廢液體積。采用放射性物質(zhì)包容性高、增容少的廢液固化技術(shù)，減少需處置的固體廢物體積。對于污有機溶劑，應(yīng)進(jìn)行回收復(fù)用，對不能復(fù)用的污溶劑，應(yīng)優(yōu)先采用焚燒或濕法氧化等減容大的技術(shù)進(jìn)行處理。各類放射性廢液的比活度、含鹽量差別很大，處理方法也不一樣。核工業(yè)放射性工藝廢液一般需要多級凈化處理，低、中放廢液常用的處理方法有絮凝沉淀、蒸發(fā)、離子交換（或吸附）和膜技術(shù)（如

4、電滲析、反滲透、超濾膜）。高放廢液比活度高，一般只經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后貯存在雙壁不銹鋼貯槽中。1. 沉淀法去污機理：離子態(tài)核素通過加入另一種離子或化合物使之轉(zhuǎn)變成不溶性或難溶性化合物沉淀來達(dá)到分離。有沉淀、共沉淀或吸附作用。離子濃度的乘積大于濃度積，生成沉淀。加入載體，發(fā)生共沉淀。被吸附在別的沉淀物或晶體的表面，形成吸附共沉淀。溶液中絮凝劑水解和縮聚反應(yīng)生成線性結(jié)構(gòu)聚合物，與膠?；蚓肺臋n微小懸浮物吸附橋聯(lián)，或者因膠體粒子的雙電層受壓縮和電中和而凝聚。影響因素：加入試劑的種類、濃度、用量、加入的速度和方式、攪拌情況，廢水的離子濃度、溫度和pH值等。去污因子10沉淀法評價：絮凝沉淀工藝較多用于處理組分

5、復(fù)雜的低、中水平放射性廢水，其方法簡便，成本低廉。在去除放射性物質(zhì)的同時，還去除懸浮物、膠體、常量鹽，有機物和微生物等，一般與其他方法聯(lián)用時作為預(yù)處理方法。缺點是放射性去除效率較低，一般為50%70%。產(chǎn)生的污泥量較多，需要進(jìn)一步處理。2. 蒸發(fā)濃縮法工作原理：加熱把廢液中大量水份汽化，將放射性物質(zhì)濃縮、減少廢液的體積。除少量易揮發(fā)性核素一起進(jìn)入蒸汽和少量放射性核素被霧沫夾帶出去外，絕大部分放射性核素被保留在蒸發(fā)濃縮物中，貯存等待進(jìn)一步固化處理。蒸發(fā)器類型：釜式蒸發(fā)器、自然循環(huán)蒸發(fā)器（中央循環(huán)管式和外加熱循環(huán)）、強制循環(huán)蒸發(fā)器、刮膜蒸發(fā)器等。蒸發(fā)器的問題：結(jié)垢、腐蝕和發(fā)泡。蒸發(fā)法評價：較多用于

6、高、中放廢液，可處理含鹽量高達(dá)200300g/L的各種廢液。處理能力大（0.56t/h），凈化效率高（103106）,減容倍數(shù)大（幾十倍至幾白倍）。蒸發(fā)法不適合處理含有易起泡物質(zhì)（如某些有機物）和易揮發(fā)核素（如Ru,I）的廢水；蒸發(fā)耗能大，系統(tǒng)復(fù)雜、運行和維修要求高，處理費用較高。3. 離子交換法工作原理：借助離子交換劑上的可交換離子（活性基因）和溶液中的離子進(jìn)行交換，選擇性地去除溶液中以離子態(tài)存在的放射性核素，使廢液得到凈化。離子交換劑是不溶解的固體物質(zhì)。當(dāng)離子交換劑與某種電解質(zhì)溶液接觸時，這些離子可按化學(xué)計算的當(dāng)量值交換相同電荷的其它離子。離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)通式可表達(dá)為：R-H+M

7、=R-阱Hl+陽樹脂+陽離子=飽和樹脂+交換離子或R-OH+N=R-N+OH陰樹脂+陰離子=飽和樹脂+交換離子人工合成離子交換樹脂：交換正離子的酸性陽離子樹脂和交換負(fù)離子的堿性陰離子樹脂。天然離子交換和吸附劑：有天然無機材料如天然沸石、粘土（膨潤土或高嶺土）、蒙脫石、蛭石、硅藻土、海泡石等；天然有機吸附劑如活性炭、木屑和磺化煤等；人工無機材料：合成沸石、硅酸、爐渣、金屆的水合氫氧化物和氧化物、多價金屆難溶鹽基吸附劑和一些金屆粉末等。樹脂的再生：酸堿或鹽型。壓水堆核電站一次性使用。廢樹脂：可焚燒或固化，再生液多用蒸發(fā)處理。廢液條件：懸浮固體物濃度小于4mg/L,含鹽量小于1g/L,核素必須以離子

8、態(tài)存在，液體溫度不能太高，不含油類和油脂物質(zhì)。優(yōu)點：工藝成熟，去污因子較高10100,適于連續(xù)運行和自動化操作。4. 電滲析5. 工作原理：在直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，讓陽離子透過陽膜，陰離子透過陰膜，使溶液中的離子發(fā)生定向遷移，達(dá)到凈化和濃縮液體的目的。多作為離子交換前料液脫鹽的預(yù)處理。問題：濃差極化反滲透6. 工作原理：在濃側(cè)施加壓力（P兀，1.510MPa,讓濃溶液中的溶劑通過半透膜進(jìn)入稀溶液中，使?jié)馊芤焊鼭?，起到濃縮作用。去污因子：10100。適于處理含鹽量較低的廢液如洗衣廢水和洗澡水，含硼廢水等，濃縮液體占料液的10哧右。半透膜：醋酸纖維素膜，空心纖維膜超濾工作原理

9、：借助于壓力和選擇透過性薄膜，使分子量小的物質(zhì)（如水、溶劑和電解質(zhì)）通過，分離出大分子（分子量大于500）懸浮顆粒和膠體，達(dá)到濃縮、分離的作用。7. 工藝：聚丙烯臘管式膜等，工作壓力0.11.4MPa,濃縮倍數(shù)可達(dá)104。去污因子：10100。優(yōu)點：能耗低、操作簡單膜分離借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差的推動下對混合物中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和富集。與其他傳統(tǒng)的分離方法相比，膜分離具有過程簡單、無相變、分離系數(shù)較大、節(jié)能高效、可在常溫下連續(xù)操作等特點，是近年來發(fā)展較快的化工分離技術(shù)。8. 過濾對于含有污染物濃度更高，顆粒尺寸更大（小于10m的廢液，首先選用的技術(shù)是沉降（澄活）

10、和過濾。用于沖洗、冷卻或去污產(chǎn)生的放射性廢水一般都含有污染顆粒物，常見的有砂、粘土、膠體和溶解的物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)在廢水進(jìn)一步處理（或排放）前把這些顆粒物除去。有機廢液的處理：特點：易燃、易揮發(fā)、易輻射分解、熱分解、生物降解。廢萃取劑TBP/煤油、廢機油、潤滑油、測量低能6-射線3H和14C的有機閃爍液。塑料固化：聚乙烯、聚苯乙烯固化TBR包容量可達(dá)50%TBP/煤油焚燒處理。熱解焚燒：TBP350450C發(fā)生熱解，生成RO和QHh、CHOHBQ與Ca(OH反應(yīng)生成焦磷酸鈣，可水泥固化處置。煤油和丁烷與丁醇在后燃燒室被燒掉存在問題：磷酸的腐蝕和尾氣處理困難。9. 固化處理 水泥固化在放射性廢物的固化處

11、理方面，水泥固化技術(shù)開發(fā)最早，至今已有40多年的歷史。水泥固化ILLW已是一種成熟的技術(shù)，已被很多國家廣泛采用，在德國、法國、美國、日本、印度等都有大規(guī)模工程化應(yīng)用。我國秦山核電站、大業(yè)灣核電站等都采用了水泥固化工藝來處理illW4。用于放射性廢物固化的水泥有堿礦渣水泥、高鋁水泥、鋁酸鹽水泥、波特蘭水泥等，可以根據(jù)放射性廢物的種類和性質(zhì)進(jìn)行選擇8劇。水泥固化的原理：水泥固化是基于水泥的水化和水硬膠凝作用而對廢物進(jìn)行固化處理的一種方法。水泥作為一種無機膠結(jié)材料，經(jīng)過水化反應(yīng)后形成堅硬的水泥固化體，從而達(dá)到固化處理放射性廢物的目的。目前采用水泥基固化的廢物主要是輕水堆核電站的濃縮廢液、廢離子交換樹

12、脂和濾渣，以及核燃料處理廠或其他核設(shè)施產(chǎn)生的各種放射性廢物10。水泥固化放射性廢物的工藝很多，主要有常規(guī)水泥固化處理工藝(流程見圖1)、貯桶內(nèi)混合、貯桶外混合、水力壓裂、冷壓水泥、熱壓水泥等方法。貯桶內(nèi)混合法特別適合于處理廢液，該工藝可分為兩種：一種是將可升降的攪拌器下降到貯桶中攪拌；另一種是在貯桶中加入水泥及起搗動作用的重物，泵入要處理的廢液，然后加蓋封嚴(yán)送到滾翻或震動臺架上翻滾或震動，使廢物和水泥混合。前者混合均勻，但要活洗攪拌器，容易污染；后者操作簡單，但混合均勻程度較差。貯桶外混合是水泥和廢物在混合器里混合好后再裝入貯桶。水力壓裂法是一種處置放射性廢液方法，它是利用石油開采技術(shù)，把由中

13、低放廢液、水泥和添加劑形成的灰漿注入到200300m深不滲透的貞巖層中，再把貞巖層壓出裂縫，使灰漿滲入到貞巖層中去，并固結(jié)在其中，美國橡樹嶺國家研究所(ORNL)曾用此法處理了含有60萬Ci以上放射性廢物灰漿。冷壓水泥法是把焚燒灰和水泥的混合物壓成小圓柱體，得到含水量低、廢物包容量高達(dá)65%的固化體，美國蒙特實驗室曾用此法來處理含超鈾元素的焚燒灰。熱壓水泥法是在較高的溫度(100400C)和壓力(1707000MPa*,獲得高強度、高密度、低含水量、低孔隙率和透氣性的固化體，但這種工藝的設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜4，11。水泥固化處理放射性廢物流程水泥固化的優(yōu)點是：工藝簡單，對含水量較高的廢物可以直

14、接固化而不需要徹底的脫水過程；設(shè)備簡單，設(shè)備投資費用和日常費用低，固化處理成本低；水泥固化體的機械穩(wěn)定性、耐熱性、耐久性均較好。缺點是：水泥固化體的致密度較差，浸出率較高；水泥基固化的產(chǎn)品一般要比廢物原體積增大1.52倍，減容效果不顯著，從而增加了處置費用。 水泥、水、添加劑廢物貯留槽混煉機地質(zhì)處置養(yǎng)護(hù)機成型機供料裝置圖1水泥固化處理放射性廢物流程瀝宵固化1960年，比利時首先提出放射性廢物的瀝宵固化技術(shù)，法國、西德、美國、前蘇聯(lián)等相繼開展了這方面的研究工作。我國從60年代末期開始進(jìn)行硝酸鈉體系廢液的瀝宵固化技術(shù)研究，1984年，八二一廠建成了瀝宵固化試生產(chǎn)廠房及其配套設(shè)施。在早期的ILLW固

15、化處理中，瀝宵固化工藝得到了廣泛的應(yīng)用，但是，由丁其固化工藝過程中存在很大的安全隱患和瀝宵固化體本身的缺陷，其發(fā)展受到很大的限制1214。瀝宵固化的原理：瀝宵固化是利用瀝宵與放射性廢物在一定溫度下均勻混合，產(chǎn)生皂化反應(yīng)，使放射性廢物包容在瀝宵中形成固化體。瀝宵固化一般被用來處理放射性蒸發(fā)殘液、放射性廢水化學(xué)處理產(chǎn)生的污泥、放射性焚燒灰產(chǎn)生的灰分等10，15。瀝宵固化的工藝主要包括3個部分，即固體廢物的預(yù)處理、廢物與瀝宵的熱混合以及二次蒸氣的凈化處理，其中，關(guān)鍵的部分是熱混合。干燥的放射性廢物可以直接與加熱的瀝宵攪拌混合，對丁含有較多水分的廢物，需要先脫去水分，再進(jìn)行熱混合。混合的溫度應(yīng)該控制在

16、瀝宵的熔點和閃點之間，溫度過高時容易產(chǎn)生火災(zāi)12。供料槽瀝宵預(yù)熱器攪拌混合槽冷凝器靜電除塵器faF木炭過濾器f固化體油煙過濾器局煙囪排放圖2瀝宵固化處理放射性廢物的工藝流程與水泥固化相比，瀝宵固化有以下優(yōu)點：固化體孔隙率較低，因而其放射性核素浸出率較低；對放射性廢物的包容量較高（固體廢物：瀝宵一般為1：11:2）,最終固化體的體積較小，可以減少處置費用；固化體對溶液或微生物具有較強的抗侵蝕性10。但與水泥固化相比它也有以下缺點：固化工藝復(fù)雜，固化處理過程中容易產(chǎn)生二次污染，含水量大的廢物需要進(jìn)行冷凍、熔融或離心脫離處理，增加了處理的復(fù)雜性和費用，設(shè)備投資費用高；固化體的化學(xué)穩(wěn)定性和抗老化性能較

17、差；瀝宵具有可燃性，因此，在其固化處理和最終處置過程中存在較大的安全隱患。 塑料固化20世紀(jì)70年代，美國開始研究和應(yīng)用塑料固化處理放射性廢物技術(shù)，所用的塑料包括熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料固化的原理：熱塑性塑料固化與瀝宵固化相似，是利用熱塑性塑料與放射性廢物在一定溫度下混合，產(chǎn)生皂化反應(yīng)，將放射性廢物包容在熱塑性塑料中，形成穩(wěn)定固化體。熱固性塑料固化的原理：熱固性塑料固化是利用熱固性塑料在加熱條件下通過交鏈聚合過程使小分子變成大分子，并由液體變轉(zhuǎn)為固體，同時將放射性廢物包容在固化體中。已經(jīng)開發(fā)的塑料固化放射性廢物工藝較多，主要有脈醛固化、聚乙烯固化、聚氯乙烯固化、聚苯乙烯固化、聚

18、酯固化、環(huán)氧樹脂固化、聚合物浸漬混凝土等。脈醛固化工藝簡單，開發(fā)最早，20世紀(jì)70年代在美國應(yīng)用較多，由丁其固化過程和存放期間泄出酸性水分，對容器有腐蝕作用，現(xiàn)在已經(jīng)淘汰不用。聚乙烯固化類似丁瀝宵固化法，日本用聚乙烯包容50%廢樹脂，美國橡樹嶺實驗室用聚乙烯包容40%蒸發(fā)濃縮物或20%50%TBP廢溶劑等。聚氯乙烯固化與聚乙烯固化相似，西德卡爾斯魯厄研究中心研究用它包容40%50%TBP廢溶劑。聚苯乙烯固化工藝過程相對簡單，西德和荷蘭一些核電站用其流動裝置處理核電站廢物。聚酯固化是由法國格雷諾部爾核中心研究成功的，此法已應(yīng)用在美國和日本的一些核電站，并建成車載式流動固化裝置。環(huán)氧樹脂固化的固化

19、體性能優(yōu)良，但成本較高，尚未推廣使用。聚合物浸漬混凝土工藝復(fù)雜，工程應(yīng)用尚待開發(fā)研究4。熱塑性塑料固化工藝類似于瀝宵固化，需要加熱熔融。熱固性塑料固化工藝類似于水泥固化，廢物含水量有限制，必要時需脫水處理或者加入乳化劑攪拌乳化。為了控制聚合速度和聚合熱釋放，需要選擇適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑、催化劑、促進(jìn)劑和適當(dāng)?shù)呐淞媳?。塑料固化所用的設(shè)備是通常的化工設(shè)備，根據(jù)輻射防護(hù)的要求，需要設(shè)屏蔽和氣密系統(tǒng)，產(chǎn)生的尾氣和二次廢液需要適當(dāng)?shù)娜ノ蹆艋?。與水泥固化相比，塑料固化有以下優(yōu)點：核素浸出率較低，比瀝宵固化略低，比水泥固化低24個數(shù)量級，這對實現(xiàn)長期安全隔離有著重要意義；包容廢物量較高，固化產(chǎn)品數(shù)量少，處置費用減少

20、10。但與水泥固化相比，塑料固化也有以下缺點：工藝和設(shè)備相對復(fù)雜，固化處理的成本較高；與瀝宵固化一樣，塑料固化體的化學(xué)穩(wěn)定性和抗老化性能均較差；固化工藝的安全性較差。 玻璃固化20世紀(jì)50年代，法國開始研究高放射性廢物的玻璃固化技術(shù)，20世紀(jì)70年代率先進(jìn)入工程化應(yīng)用。玻璃固化處理HLW的工程化應(yīng)用已經(jīng)有30多年的歷史，是目前固化處理HLW較成熟的技術(shù)，在法國、英國、比利時、美國、俄國、日本等發(fā)達(dá)國家得到了規(guī)?；瘧?yīng)用。我國對玻璃固化處理HLW技術(shù)也進(jìn)行了實驗研究。玻璃固化的原理：將無機物與放射性廢物以一定的配料比混合后，在高溫(9001200C)下燧燒、熔融、澆注，經(jīng)退火后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的玻璃固化

21、體。用于固化處理HLW的玻璃主要有兩類：硼硅酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃，以硼硅酸鹽用得最多。近年來，玻璃固化技術(shù)得到了很大發(fā)展，人們不僅用它來固化處理HLW，而且還用它來處理ILLW、超鈾元素廢物等10。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，玻璃固化HLW的技術(shù)已發(fā)展了四代熔制工藝。第一代熔制工藝一一感應(yīng)加熱金屆熔爐，一步法罐式工藝。罐式工藝是法國和美國早期開發(fā)研究的玻璃固化裝置，如法國的PIVER裝置。20世紀(jì)70年代，中國原子能科學(xué)研究院開展了罐式法工藝的研究工作。罐式工藝熔爐壽命短，只能批量生產(chǎn)，處理能力低，已經(jīng)逐漸被淘汰，現(xiàn)在只有印度在使用。第二代熔制工藝一一回轉(zhuǎn)爐燧燒+感應(yīng)加熱金屆熔爐兩步法工藝，法國的AVM

22、和AVH及英國的AVW都屆于這種工藝。第三代熔制工藝一一焦耳加熱陶瓷熔爐工藝，它最早由美國太平洋西北實驗室(PNNL)所開發(fā)，西德首先在比利時莫爾建成PAMELA工業(yè)型熔爐，供比利時處理前歐化公司積存的高放廢液。目前，美國、俄羅斯、日本、德國和我國都采用焦耳加熱陶瓷熔爐工藝。第四代熔制工藝一一冷土甘埸感應(yīng)熔爐工藝，法國已經(jīng)在馬庫爾建成2座冷土甘埸熔爐，將在拉阿格玻璃固化工廠熱室中使用這種熔爐，美國漢福特的廢物玻璃固化也考慮選擇該技術(shù)，俄羅斯已在莫斯科拉同(RADON)聯(lián)合體和馬雅克核基地建冷土甘埸玻璃固化驗證設(shè)施。此外，等離子體熔爐和電弧熔爐等還在開發(fā)中邱。HLW玻璃固化工藝過程包括:高放廢液

23、的脫硝(加入甲醛或甲酸破壞硝酸根)、濃縮、燧燒，再加入玻璃形成劑，熔融、澄活、澆注等10。圖3HLW皮璃固化的工藝流程玻璃固化的優(yōu)點：可以同時固化高放廢物的全部組分，荷載量在10%30%(wt);高放廢物的玻璃固化技術(shù)比較成熟。其缺點：玻璃屆丁介穩(wěn)相，在數(shù)白攝氏度高溫和潮濕條件下，玻璃相會溶蝕、析晶，浸出率迅速上升，這要求對處置庫作降溫和去濕處理，以保證固化體的安全，但處置成本會大大增加；一些偶然因素造成玻璃固化體碎裂或粉化后，浸出率會大幅度提高；處理的過程中會產(chǎn)生大量有害氣體。 人造巖石固化自1978年澳大利業(yè)科學(xué)家Rinwood等發(fā)明人造巖石固化方法(Synroc)以來，日本、美國、俄國、

24、英國、德國等相繼開展了這方面的研究工作。由丁人造巖石固化體的優(yōu)越性能，它被廣泛認(rèn)為是第二代HLW固化體，受到世界各國的高度重視。澳大利業(yè)科學(xué)家對其固化機制、制備工藝、配方組成、微結(jié)構(gòu)、物理性能、浸出性能和輻照性能等方面做了較為廣泛深入的研究和評價。中國原子能科學(xué)研究院在1993年建成了人造巖石固化實驗室，開展了高鈉高放廢液和婀系核素的人造巖石固化的研究1214。人造巖石固化的原理：自然界中的一些礦物，尤其是那些天然含有放射性核素的礦物，在經(jīng)歷了幾白萬年甚至上億年的地質(zhì)作用后，仍然保持著原來的結(jié)構(gòu)、成分和形態(tài)，這些礦物的化學(xué)和機械穩(wěn)定性已不言而喻。進(jìn)一步的實驗研究表明，礦物晶體的確是十分理想的高

25、放廢物載體，因此，人造巖石固化HLW具有良好的理論基礎(chǔ)。人造巖石是利用礦物學(xué)上類質(zhì)同象替代，通過一定的熱處理工藝獲得熱力學(xué)穩(wěn)定性能優(yōu)異的礦物固溶體，將放射性核素包容在固溶體的晶相結(jié)構(gòu)中，從而獲得安全固化處理。高放廢物的大部分元素直接進(jìn)入礦相的晶格位置，少數(shù)元素被還原成金屆單質(zhì)，包容于合金相中，晶粒小于111m(一股為2050nm)。由于人造巖石固化體具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、輻射穩(wěn)定性，人造巖石固化處理放射性廢物得到了日益廣泛的研究，除用于固化處理HLW外，還用于處理從HLW中分離出來的婀系元素和長壽命核素鑰、飩等。人造巖石固化技術(shù)的發(fā)展很快，澳大利業(yè)核科學(xué)和技術(shù)組織(ANSTOT于1

26、987年率先在世界上建成第一套人造巖石冷試中間工廠，生產(chǎn)能力為10kg/h。根據(jù)冷試所獲得的經(jīng)驗，已經(jīng)做出了每年固化處理800t乏燃料后處理廠產(chǎn)生的HLW的人造巖石固化工廠的概念設(shè)計。目前，澳大利業(yè)、日本、英國、俄羅斯、美國、法國、加拿大和我國正在開發(fā)研究人造巖石固化處理技術(shù)。目前國內(nèi)外已經(jīng)合成了鈣鈦皓(CaZrTi2O7)、金紅石(TiO2)、堿硬鋌礦(BaAl2Ti6O6)、鈣鈦礦(CaTO)、皓英石(ZrSiO4)、皓石(ZrO2)、獨居石(CePQ)、磷灰石(Ca4-xREE6+x2(SiO4)6-y(PQ)y(O,F)2)等人造巖石固化基材，并對它們固化包容HLW進(jìn)行了大量的研究11

27、。人造巖石固化工藝過程中，均勻混料對固化體的物相組成及性能的影響很大，混料方法有機械研磨法、醇鹽法和溶膠法等。燧燒方法有回轉(zhuǎn)爐燧燒、噴霧燧燒和流化床燧燒等，澳大利業(yè)采用回轉(zhuǎn)爐燧燒。燧燒過程中還原條件的控制對防止形成可溶性飩相是特別重要的，澳大利業(yè)采用鼓進(jìn)含H2的家氣的方法，日本正在實驗用TiH2代替含H2的家氣，并省去熱壓前加入2%的鈦粉(作消氧劑)，以精簡工藝和設(shè)備。燒結(jié)方法主要有單向壓力燒結(jié)(HUP)、熱等靜壓(HIP)和空氣熱壓燒結(jié)(AS)等4。與玻璃固化相比，人造巖石有以下優(yōu)點：固化體孤立隔離放射性核素的能力強、浸出率低；固化體耐潮濕和高溫，在潮濕和高溫環(huán)境中，人造巖石固化體不會受到嚴(yán)

28、重?fù)p害，自退火作用增強，浸出率不會顯著增加；固化體的HLW荷載量高，最終固化體體積小，玻璃固化體的HLW摻入量最大為30%，而氧化物礦物類人造巖石的HLW荷載量3B平均為45%左右，而含氧鹽類礦物類人造巖石的HLW荷載量3B平均高達(dá)60%以上；人造巖石固化體地質(zhì)處置的防護(hù)要求較低，處置成本低。但它也有以下缺點：人造巖石的單一礦物只能固溶部分的高放廢物組分，固化介質(zhì)材料在處理放射性廢物時存在一定的局限性。人造巖石屆于結(jié)晶物質(zhì)，部分礦物輻射損傷(主要為a輻射)較大，浸出率升高，體積膨脹，這給地質(zhì)處置帶來了一定困難。目前，人們研究利用多種礦相結(jié)合的方法來解決單一礦物只能固溶部分的HLW組分這一缺陷，

29、也取得精品文檔了很大成效。對于輻射損傷問題，各種被用作HLW載體礦物的輻射損傷研究資料還不夠多,有待深入研究。三、研究內(nèi)容1. 研究的主要內(nèi)容后處理廠主要產(chǎn)生高放廢液、中放廢液、低放廢液和有機廢液，必須對這些廢液進(jìn)行凈化處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，再向環(huán)境排放。放射性廢液應(yīng)分類收集和監(jiān)測，根據(jù)其特性選用最佳處理工藝。放射性廢液在送往處理系統(tǒng)的主要十管上應(yīng)設(shè)置體積累積測量儀表，實時統(tǒng)計廢液量，及早發(fā)現(xiàn)廢液輸送異常。設(shè)備活洗時采用合理的去污工藝和去污劑，盡量減少去污廢液的產(chǎn)生量，并盡量使二次廢液的成分簡單，以便后續(xù)處理。較低放射性水平的廢液應(yīng)采用蒸發(fā)、離子交換、超濾等技術(shù)進(jìn)行處理，將放射性物質(zhì)濃縮在較小

30、體積里，減小需進(jìn)一步處理的廢液體積。采用放射性物質(zhì)包容性高、增容少的廢液固化技術(shù)，減少需處置的固體廢物體積。對于污有機溶劑，應(yīng)進(jìn)行回收復(fù)用，對不能復(fù)用的污溶劑，應(yīng)優(yōu)先采用焚燒或濕法氧化等減容大的技術(shù)進(jìn)行處理。各類放射性廢液的比活度、含鹽量差別很大，處理方法也不一樣。核工業(yè)放射性工藝廢液一般需要多級凈化處理，低、中放廢液常用的處理方法有絮凝沉淀、蒸發(fā)、離子交換（或吸附）和膜技術(shù)（如電滲析、反滲透、超濾膜）。高放廢液比活度高，一般只經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后貯存在雙壁不銹鋼貯槽中。電滲析是50年代發(fā)展的一項化工分離技術(shù)。填充床電滲析處理低放廢水早就得到應(yīng)用。駱大星等人研究用離子交換纖維高純電滲析的無迥路短流程

31、裝置將低放廢水蒸發(fā)冷凝液凈化到3.7x10-1Bq/l,它比填裝離子交換樹脂電滲析拆卸方便，運行穩(wěn)定，材料費用低，可作為反應(yīng)堆低放廢水的操作單元。王守謙等人研究成功一種快速拆裝新型電析滲裝置，采用小膜堆組件，立式安放、兩端旋緊的結(jié)構(gòu)，組裝及更換膜堆快速方便，受輻照少。對蒸發(fā)處理工藝，中國原子能科學(xué)研究院作了較多改進(jìn)，如在蒸發(fā)器供料系統(tǒng)上增設(shè)軟水器，使蒸發(fā)器結(jié)垢速率明顯下降多篩選優(yōu)良抗泡劑；穩(wěn)定操作工藝，防止二次蒸汽霧抹夾帶等，使蒸發(fā)器凈化效率可高達(dá)105-106。此外還建成了日處理能力為6t的節(jié)能熱泵蒸發(fā)裝置，試驗處理低放廢水、造紙廠和印染廠廢水等都達(dá)到預(yù)期節(jié)能效果.在離子交換技術(shù)處理廢水方面

32、，研究緒云絲光沸石和斜發(fā)沸石在低放廢水處理方面有好作用。為延長樹脂使用壽命和減少再生廢液?；钊A大學(xué)核能研究所正在進(jìn)行，在過濾技術(shù)方面，為秦山核電廠研制的折疊式過濾器，可去除小到5um的顆粒。中低放廢液經(jīng)過一些處理過程以后就進(jìn)入了固化過程，這里用的是水泥固化方法。硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制成的水泥，以硅酸鹽水泥熟料、少量混合材、適量石膏磨細(xì)制得的水硬性材料稱為普通硅酸鹽水泥，其水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣凝膠、Ca（OH、鈣研石等。目前放射性廢物硅酸鹽水泥固化精品文檔的137Cs浸出率高，對某些廢物的包容量過低，固化體抗浸泡性能差。某些廢樹脂中含有以硼酸根或偏硼酸根形式存在的硼，水泥組分中

33、的氧化鈣與硼酸鹽形成硼酸鈣晶體膜(CaO.B2Q.nH2O)在水泥顆粒表面形成隔離層,阻止水泥組分與水接觸，延緩水化反應(yīng),甚至使?jié){體無法凝固。工程中常在混合料液中加入苛性鈉或熟石灰，使硼轉(zhuǎn)化為硼酸鈉或使其沉淀以降低緩凝影響。某些混合材可降低核素(尤其是137Cs)的浸出。用普通硅酸鹽水泥固化放射性泥漿時，當(dāng)泥漿中固體含量為12%、泥漿與水泥質(zhì)量比為1:1.5時，摻入水泥質(zhì)量5%勺蛭石可將137Cs的浸出率由9.3mg/(cm2d)降低到0.25mg/(cm2d)，但同時導(dǎo)致了抗壓強度的降低。具有火山灰活性的SiO2可與水化產(chǎn)物Ca(OH反應(yīng)，降低系統(tǒng)堿度的同時乂生成低C/S比，從而提高固化體對

34、核素的滯留能力。2. 研究的主要目標(biāo)中低放廢液經(jīng)過水泥固化過程以后需要達(dá)到一定的指標(biāo)才能進(jìn)入地質(zhì)處置階段，這里的指標(biāo)主要是指機械性能和抗浸出性能。水泥固化體在處置地環(huán)境中耐久性估價的研究水泥固化體遠(yuǎn)期穩(wěn)定性的含義有兩層，一是在封閉狀態(tài)下水泥固化體本身的熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定性；二是在與處置地地下水接觸狀態(tài)下，水泥固化體的熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定性。研究的重點應(yīng)在于，研制一種系統(tǒng)能量極低的水泥材料，即水泥水化完全，水化產(chǎn)物具有地質(zhì)穩(wěn)定性。進(jìn)行水泥水化產(chǎn)物相的基礎(chǔ)熱力學(xué)研究，以及水泥體系與擬定所處地質(zhì)環(huán)境(含有侵蝕離子)的熱力學(xué)和動力學(xué)研究，并在此基礎(chǔ)上采用計算機模擬技術(shù)建立一套模型，以便在短期內(nèi)為水泥固化

35、體提供遠(yuǎn)期穩(wěn)定性的正確估價。放射性核素被濃集在小體積的過濾器芯、過濾泥漿、蒸發(fā)殘渣、廢樹脂等二次廢物中。這些二次廢物往往含有相當(dāng)多水份，容易分散和流失，運輸和長期貯存很不安全和方便，直接處置是不允許的，必須把它們固化起來，轉(zhuǎn)變成耐久、穩(wěn)定的固化體。固化體在長期貯存和處置過程中，會受到地下水、地面水侵蝕，氣候變遷，本身衰變熱和射線輻照以及植物、微生物影響等各種各樣物理、化學(xué)、生物的破壞作用，所以希望固化休滿足以下要求：(1) 有足夠機械強度，能經(jīng)受運輸操作和事故撞擊。若容易破碎成許多小塊和形成粉塵，則會增加表面積，使放射性核素容易被水浸泡出來與形成放射性氣溶膠污染環(huán)境。(2) 有優(yōu)良抗水性。水是

36、浸出和傳遞射性核素的重要介質(zhì)，所以抗水性是重要性質(zhì)，浸出率越低，安全性越高。(3) 輻照穩(wěn)定性好，即使廢物自身產(chǎn)生的輻照劑量累積到很大時，也不產(chǎn)生很多輻解氣體和顯著降低固化體性能。(4) 熱穩(wěn)定性好，受到外火源短時間作用不著火，不熔解，不分解。自身蛻變熱引起的溫升不引起自燃，不引起固化體性能明顯劣化。不含有游離的液體，不腐蝕包裝容器，不逸出氣體，不發(fā)生燃爆反應(yīng)，不易受細(xì)菌、微生物的侵蝕作用。選擇固化工藝還要求考慮經(jīng)濟效應(yīng)和技術(shù)可行性。影響經(jīng)濟效應(yīng)的重要因素是廢物包容量。包容量大，產(chǎn)生的固體廢物重量和體積小。此外，還希望固化設(shè)備投資和運行成本低，處理各種廢物適應(yīng)性強。技術(shù)可行性要求工藝過程簡單、

37、安全、可靠，設(shè)備條件容易滿足。3. 主要問題一般說來，水泥固化體核素浸出率比較高，其原因是水泥固化體非常多孔。據(jù)測算，浸泡在水中時與水實際接觸的表面積比其幾何表面積約大8000倍。水泥固化體的浸出極大受影響于廢物包容量、水泥種類和添加劑。在同種廢物固化體中，各種核素的浸出率也是不相同的。婀系元素浸出率最小，其次是稀土元素，堿金屆元素浸出率較高，尤其是137Cs浸出率較大。水泥白化體機械強度高，抗壓強度一般為150一300kg/cm2。固化體比重大，滿足海洋投棄處置的要求。水泥固化體耐熱性好，不可燃。在低于100C溫度下較一民時間加熱，性能無顯著惡化。水泥固化體具有很高抗輻照能力，耐輻照10ra

38、d以上。輻解氣體影響可不必考慮。第二個問題就是固化體的抗沖擊抗破壞性能，其次硅酸鹽水泥緩凝和延遲硬化的問題也有待解決。1. 研究方法研究為了改善固化體性能，除水泥熟料外，還要摻加一定量具有火山灰活性或潛在水硬性的礦物材料，這些材料統(tǒng)稱為混合材?；旌喜膯为毰c水拌合時無水硬活性，但能與某些水泥水化產(chǎn)物生成具有一定強度的新膠凝物質(zhì)。礦物混合材在加水初期吸水較少，并能改善粉體顆粒系統(tǒng)的級配，使水泥顆粒間隙中的部分填充水轉(zhuǎn)化為游離水，從而提高漿體流動性?；旌喜牡膸缀涡螤钤浇咏谇蛐?，對水泥漿體流動性的提高越有利。將礦物質(zhì)混合材研磨為超細(xì)粉體可增強其對水泥漿體的流化作用，并使水泥石結(jié)構(gòu)致密化。礦物混合材的

39、細(xì)度越大，這種作用越明顯?；谏鲜龅幕鹕交倚?yīng)、減水效應(yīng)和填充效應(yīng)，混合材的加入可提高水泥砂漿的抗浸性。(1) .水泥固化的水灰比對硅酸鹽水泥而言，以0.4左右為最佳。水灰比大，包容廢水量多，但是凝固時間加長，機械強度低，還可能殘留水份未被完全凝固。鹽灰比最高可達(dá)0.5,然而一般為0.15一0.3。鹽灰比大，包容廢物量大，但是降低產(chǎn)品的機械強度。水泥固化要求堿性條件，所以先要調(diào)到合適的堿度(p日二813)。為了能使水泥和廢物均勻混合，順利泵送和裝桶，不使養(yǎng)護(hù)存放時間過長，理想的初凝時間不小于1小時，終凝時間不大于48小時。(2) .水泥種類和添加劑水泥品種很多，但是常用來固化放射性廢物的水泥是

40、波特蘭(硅酸鹽)水泥、火山灰水泥和高鋁水泥。為了改善水泥固化體的抗浸出性、機械強度、包容量和凝固特性，人們常常加入各種添加劑。(3) 粉煤灰粉煤灰也叫飛灰，是火電行業(yè)的副產(chǎn)品，人工火山灰質(zhì)混合材，分為低鈣和高鈣兩類。低鈣粉煤灰的水化活性低，主要礦物組成為硅鋁酸鹽玻璃及少量石英、莫來石等結(jié)晶礦物；高鈣粉煤灰含有大量硅鋁酸鹽玻璃球，因此水化活性較高。粉煤灰的比表面積大、含碳量低、玻璃微珠含量高、火山灰活性和形態(tài)效應(yīng)高，更有利于增加水泥漿體的流動性。粉煤灰的摻入使混凝土早期強度偏低，后期逐漸提高，粉煤灰代替部分水泥，可減少水化熱，有利于降低大體積固化體的溫升。有人利用粉煤灰作為混合材，用硅酸鹽水泥固

41、化含60Co和137Cs的陽樹脂，結(jié)果表明，粉煤灰摻入量為15%30%寸，核素浸出率顯著降低。(4) 高爐礦渣高爐冶煉生鐵時，在高溫下，石灰石等助熔劑與鐵礦石發(fā)生反應(yīng)而形成硅酸鹽和鋁硅酸鹽的溶融體稱為高爐礦渣。在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下,?；郀t礦渣具有水硬性，是優(yōu)質(zhì)水泥原料，可用于生產(chǎn)礦渣水泥。磨細(xì)的礦渣粉也作為混合材用以改善水泥性能。礦渣+水泥體系對不同廢液的適應(yīng)性較強，且能不同程度提高固化體的抗壓強度，摻量越高，對強度越有利，固化體抗壓強度與混合材摻量有一定正相關(guān)性。(5) 硅灰在工業(yè)硅和硅鐵生產(chǎn)中，用布袋除塵器從電爐煙氣中捕集到的煙塵，一般稱為硅灰。硅灰的平均粒徑約為0.1n

42、m，是水泥粒徑的幾十至白分之一，比表面積20m/g，是硅酸鹽水泥的io師左右，具有良好的火山灰活性和充填性10。硅灰不能直接與水發(fā)生水化作用，而是與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH、硅酸鈣凝膠發(fā)生二次水化反應(yīng)，在消耗Ca(OH、降低孔溶液pH的同時，降低硅酸鈣凝膠的C/S比，提高水泥石對酸性介質(zhì)的抵抗能力。硅灰的摻量一般控制在5%10%，并使用減水劑調(diào)節(jié)用水量。硅灰作為混合材水泥固化不同類型的廢物時，其作用主要表現(xiàn)為對固化體強度、凝結(jié)時間以及固溶污染物的影響。(6) 沸石沸石是一族架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，在其結(jié)晶骨架內(nèi)，含有堿及堿土金屆離子，陽離子與骨架間的聯(lián)系脆弱，對其它陽離子有很大的吸附容量和

43、極強的離子交換能力，在水泥固化放射性廢物時，摻入沸石可降低放射性核素的浸出率。沸石中的鋁硅酸鹽礦物在堿性激發(fā)下，脫鋁解硅，解下的硅在與Ca(OH反應(yīng)后生成絮狀無定形的水化硅酸鈣，產(chǎn)物與殘余沸石晶體一同填充在水泥水化物顆粒間的空隙。在一定摻加量下，可增強水泥的粘結(jié)力和密實性，提高了水泥石的強度和抗浸性。硫鋁酸鹽水泥中摻入不超過10%的沸石粉有利于水泥石強度的提高，對改善微觀結(jié)構(gòu)、提高抗氯離子滲透性也有一定的作用。在普通硅酸鹽水泥固化體內(nèi)摻入沸石，在10%摻量內(nèi)，隨著沸石摻量的增加，固化體強度在4%參量時最高，初凝時間和終凝時間縮短。在此摻量下，固化體的抗浸泡性能和核素抗浸出性能都得以改善。在10

44、%40痢大摻量下，摻量增加會降低硫鋁酸鹽水泥固化體的抗壓強度11。此外沸石對Cs、Sr、Ba、PtxU(VI)有顯著的選擇吸附性。(7) 減水劑理論上，水泥完全水化所需的水灰比為0.22，但在實際操作時，水灰比往往遠(yuǎn)大于此數(shù)值，水灰比過大不利于固化體的長期穩(wěn)定性能，減水劑在水灰比不變時，能顯著增加固化體的強度。減水劑的減水機理一般認(rèn)為是由于這些表面活性物質(zhì)的加入，在水泥顆粒與水的界面上產(chǎn)生單分子層吸附，使水泥顆粒帶同性電荷而分散。此外，某些減水劑吸附層的空間位阻作用也可進(jìn)一步提高水泥顆粒問的分散性，使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)解體而釋放出游離水，提高水泥漿體的流動性。(8) 調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)

45、和硬化的外加劑促凝劑的作用是縮短固化混合物料由漿體變?yōu)楣虘B(tài)所需的時間,緩凝劑通過延緩水泥與水的水化作用來延緩凝結(jié)時間,使拌合物能夠在較長時間內(nèi)保持塑性，利于澆灌成型或降低水化熱。放射性廢物中通常含有許多普通建筑混凝土中所沒有的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)往往影響著水泥的水化進(jìn)程，從而改變固化拌合物的凝結(jié)、硬化和放熱，可能會有利于或嚴(yán)重?fù)p害固化體性能。例如，壓水堆核電站產(chǎn)生的含硼廢物會引起水泥的緩凝，甚至導(dǎo)致水泥無法凝結(jié)，含鋰廢物則能強烈地促凝。針對這類本身對水泥的凝結(jié)時間有影響的廢物固化，可選取與之作用相反的外加劑，減弱或消除不良影響。普通硅酸鹽水泥常用的促凝劑多數(shù)為無機鹽類，包括氯鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、

46、硝酸鹽、業(yè)硝酸鹽、硅酸鹽、鋁酸鹽等。硼砂、磷酸鹽、氯化鋅、碳酸鋅等無機緩凝劑對普通硅酸鹽水泥的緩凝作用不穩(wěn)定，應(yīng)用較少；有機緩凝劑包括木質(zhì)素磺酸鹽、羥基毯酸鹽、多元醇及衍生物、糖類等，多數(shù)在緩凝的同時兼有減水作用。有的外加劑對改善固化體性能有利，如硅酸鈉可沉降重金屆，降低固化體的滲透性。(9) 引氣劑引氣劑是一種表面活性劑，在0.002%0.01%的極小摻加量下，可向混凝土引入大量均勻、穩(wěn)定的微小氣泡，有效改善固化體的孔結(jié)構(gòu)，大幅提高其抗?jié)B性、抗凍性等耐久性。引氣劑提供的細(xì)小、穩(wěn)定、均勻分布的氣泡具有較高的彈性變形能力，可有效緩沖凍融循環(huán)中水相變所產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力、減少混凝土中的有害孔、降低毛細(xì)

47、孔的連續(xù)性、提高密實性，顯著提高其抗?jié)B性和抗融循環(huán)性能。對于放射性廢物的水泥固化而言，可在配方中摻加一定的引氣劑以期達(dá)到降低核素浸出率的目的。在建筑上常用的混凝土引氣劑的種類包括樹脂鹽、去污劑、松香類、脂肪酸、樹脂酸及其對應(yīng)的鹽等。(10) 減縮劑混凝土在約束條件下的收縮變形會引起固化體的早期收縮開裂，降低其耐久性。這一現(xiàn)象是混凝土工程中長期不能徹底解決的難題，而這種情況也不同程度地出現(xiàn)在放射性廢物水泥固化當(dāng)中。在固化拌合時，水灰比遠(yuǎn)高于水泥水化理論需水量，多余的水蒸發(fā)掉，當(dāng)環(huán)境相對濕度為5%90%f，混凝土發(fā)生十燥收縮。此時，毛細(xì)孔失水，孔中水的表面張力使孔的體積減小，當(dāng)張應(yīng)力大于混凝土的抗

48、張強度時，便發(fā)生開裂。減縮劑的主要化學(xué)組成是聚?；蚓鄞碱愑袡C物或其衍生物，減縮劑的摻加可減小毛細(xì)孔張力，減小十縮，也在一定程度上改善了開裂和微裂縫的問題，提高塑性收縮抗裂能力12。(11) 纖維材料在水泥固化中的應(yīng)用纖維增強水泥基復(fù)合材料，或泛稱為纖維混凝土是指由水泥凈漿、砂漿或水泥混凝土作基材，以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長纖維作增強材料的水泥基復(fù)合材料。在20世紀(jì)60年代，建筑工程中業(yè)已開始了將纖維摻加到水泥混凝土中以提高其抗裂性能的研究，近幾十年來，用丁生產(chǎn)纖維增強水泥基復(fù)合材料的纖維已涉及金屆纖維、礦物纖維、碳纖維、玻璃纖維、合成纖維、植物纖維等諸多種類。在纖維混凝土中，纖維表現(xiàn)出改善混凝

49、土的塑性收縮抗裂性能的作用，有利丁提高抗拉、抗裂、抗?jié)B及抗沖擊、抗凍性。合適的纖維材料具有在放射性廢物水泥固化中應(yīng)用的潛力。用普通硅酸鹽固化放射性廢樹脂時，一旦廢物包容量過大，由丁樹脂的溶脹現(xiàn)象，在一定濕度下或浸水后極難保證固化體的完整性，應(yīng)用纖維增強水泥基材料可緩解這一現(xiàn)象。單絲聚丙烯纖維細(xì)度大、質(zhì)輕，長期耐久性好，可亂向均勻地分布在混凝土內(nèi)，從減輕固化體的塑性開裂、提高抗沖擊性能角度考慮，該纖維材料可適用丁放射性廢物的水泥固化。技術(shù)路線及關(guān)鍵技術(shù)點圖三技術(shù)路線簡圖關(guān)鍵技術(shù)點：固化過程中的攪拌，如果攪拌不好造成局部核素堆積發(fā)熱量較大，固化體開裂影響固化體的抗沖擊性能容易破損。其次，水泥型號的

50、選擇以及添加劑的加入都會影響固化體的性能，還有固化體的養(yǎng)護(hù)也非常重要直接影響到固化體的一些性能。實驗步驟.固化體的制備固化劑為山西大同水泥廠生產(chǎn)的525#普通硅酸鹽水泥，應(yīng)用正交試驗法篩選出最佳配方后制備水泥固化體。制樣容器為25mL玻璃燒杯。制樣時，先將90Sr和137Cs示蹤液加入到盛有模擬廢物的25m成杯中，然后加入沸石，在定時攪拌條件下，放置16h以上讓NaX沸石吸附鑰。接著依次加入KiFe(CN)6和NiSQ，使之與飩形成Ni2(Cs4)Fe(CN)6固溶體，最后加入水泥與上述物質(zhì)混合，攪拌均勻后將此燒杯放入飽和水氣余中養(yǎng)護(hù)28d以上。.固化體的養(yǎng)護(hù)采用的固化體養(yǎng)護(hù)制度分別是水養(yǎng)法和

51、濕養(yǎng)法，水養(yǎng)法是將固化體放在20C的水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；濕養(yǎng)法是將固化體放在相對濕度大于90%勺養(yǎng)護(hù)箱中，用濕空氣養(yǎng)護(hù)。將固化體養(yǎng)護(hù)到28天后,再進(jìn)行抗沖擊試驗。(1) .固化體的性能測試將養(yǎng)護(hù)好的水泥固化體取出,用0#布打磨樣品的上下表面，使其成為規(guī)則的圓柱體。用無水乙醇活洗固化體后稱重，用千分卡尺測量其高度和直徑，系上尼龍絲備用。浸出容器為高密度聚乙烯制成的帶有雙層蓋的1L圓柱形瓶子，瓶中盛有體積數(shù)等于固化體表面積10倍量的浸出劑。將系有尼龍絲的固化體懸掛于瓶中，使其完全浸沒在浸出劑中。浸出實驗按國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行，實驗持續(xù)372d。實驗用的浸出劑為本院野外試驗場的地下水。浸出液中90Sr和137Cs的活度分析按文獻(xiàn)給出的方法進(jìn)行分離、純化和測量。浸出實驗結(jié)果的表示方法浸出實驗結(jié)