【摘要】：水泥固化技術(shù)運(yùn)用在中低放射性廢物的處理有著明顯的優(yōu)勢(shì)，固化處理工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，處理費(fèi)用低廉，固化體安全耐久，因此在中低放射性廢物的固化和儲(chǔ)存運(yùn)輸方面，均得到廣泛應(yīng)用。采用普通硅酸鹽水泥和高鋁水泥等的傳統(tǒng)水泥處理技術(shù)存在水灰比高、核素浸出率高和固化體強(qiáng)度低等不足，而且放射性廢物的pH值必須在一定范圍，否則需進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)放射性廢物中PO43-, BO33-, Zn,Sn等離子影響水泥凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度發(fā)展，，特別是傳統(tǒng)水泥固化體包容量小，固化體的儲(chǔ)存或運(yùn)輸材料體積過(guò)大，一些情況下對(duì)于中低放射性廢物的固化受到空間限制。因此，有必要從膠凝材料體系上選擇新的水泥類型用于中低放射性廢物固化，改善水泥固化體性能、提高固化體包容量，以及提高水泥固化速度和固化體安全耐久，促進(jìn)水泥固化技術(shù)在核廢料處理和處置領(lǐng)域應(yīng)用�？紤]磷酸鎂水泥所具有的特點(diǎn)，本文研究選用磷酸鎂水泥作為固化基材，將磷酸鎂水泥用于固化中低放射性廢物，包括用于處理中低放射性焚燒灰。 首先，從有利于中低放射性廢物固化角度，研究磷酸鎂水泥有關(guān)性能。對(duì)常用的三種磷酸鹽分別制備的磷酸鎂水泥強(qiáng)度以及配比對(duì)強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究，以便從中選擇適宜的固化基材配方。同時(shí)考慮到磷酸鎂水泥固化體在制備、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中可能受到溫度變化的影響，研究了磷酸鎂水泥在-20℃條件下養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)以及在經(jīng)歷高溫后性能的變化情況。材料的耐久性也是重要的指標(biāo)，因此對(duì)磷酸鎂水泥的抗凍融性能和抗浸泡性能進(jìn)行研究。結(jié)果顯示采用磷酸二氫銨制備的磷酸鎂水泥強(qiáng)度最大，磷酸二氫鉀次之，磷酸氫二銨強(qiáng)度最低。配比對(duì)性能的影響，M/P比在其中起到關(guān)鍵作用，其次是硼砂的影響，氧化鎂細(xì)度影響最小。磷酸鎂水泥在低溫條件下強(qiáng)度仍能實(shí)現(xiàn)較大的增長(zhǎng)，而經(jīng)歷高溫后，強(qiáng)度有所降低，但經(jīng)歷了1400℃處理后仍能保持結(jié)構(gòu)的完整。而耐久性的研究也表明磷酸鎂水泥具有較好的抗凍融循環(huán)和抗浸泡性能。通過(guò)對(duì)強(qiáng)度、溫度對(duì)基材性能的影響以及耐久性的研究分析，表明磷酸鎂水泥是一種理想的固化基材。 由于Cs和Sr是中低放射性廢物中最常見(jiàn)且危害最大的兩種放射性核素，通過(guò)摻加Cs和Sr研究了Cs和Sr對(duì)磷酸鎂水泥水化和硬化的影響，磷酸鎂水泥對(duì)Cs和Sr的吸附性能、含核素固化體的浸出率以及耐久性、以及Cs和Sr在磷酸鎂水泥中的存在狀態(tài)。摻加Cs和Sr均對(duì)磷酸鎂水泥的抗壓強(qiáng)度造成影響，造成了磷酸鎂水泥強(qiáng)度的下降。磷酸鎂水泥對(duì)Cs和Sr均具有較好的吸附性能，尤其對(duì)Sr吸附率高達(dá)97.72%。摻加Cs的固化體42d浸出率和累計(jì)浸出分?jǐn)?shù)低至5.47×10-5cm·d-1和2.81×10-3cm，而摻加Sr的固化體Sr的42d浸出率和累計(jì)浸出分?jǐn)?shù)可達(dá)2.85×10~(-5)cm·d~(-1)和5.92×10~(-3)cm。Cs對(duì)磷酸鎂水泥早期水化影響較小，而Sr的影響較大，Sr的摻入降低了磷酸鎂水泥的水化熱，延緩了水化。Cs和Sr在固化體中主要以難溶的MgCsPO4·6H_2O和SrHPO_4形式存在，使其固化體浸出率大幅降低。 放射性焚燒灰是目前固化處理的難點(diǎn)。本文采用磷酸鎂水泥固化模擬放射性焚燒灰。首先進(jìn)行包容量研究，其次是對(duì)固化體的性能進(jìn)行分析。通過(guò)強(qiáng)度分析，磷酸鎂水泥對(duì)模擬焚燒灰的最大包容量可以達(dá)到60wt%。水化熱分析表明模擬放射性焚燒灰摻量越大，固化體的水化熱越低，導(dǎo)致水化進(jìn)程有較大延緩。固化體Cs的浸出率為1.7×10-4cm·d~(-1)，累計(jì)浸出分?jǐn)?shù)為0.15cm；Sr的浸出率為1.1×10-4cm·d~(-1)，累計(jì)浸出分?jǐn)?shù)為0.015cm。對(duì)固化體的流動(dòng)度，抗沖擊性能、抗凍融性能和抗浸泡性能研究也表明了其完全滿足固化體性能指標(biāo)要求。 本研究表明，磷酸鎂水泥對(duì)于中低放射性廢物具有良好的固化性能。主要原因是由于核素與其它反應(yīng)物形成了難溶的磷酸鹽礦物，同時(shí)輔以磷酸鎂水泥水化物的包裹作用，可快速將核素固定在固化體中，具有較大的廢物包容量。因此磷酸鎂水泥是一種理想的中低放射性廢物固化基材。
【圖文】：

物受到一定程度的溶蝕和水解，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)密實(shí)度下降。由此可見(jiàn)，磷酸鎂水泥的養(yǎng)護(hù)應(yīng)在空氣養(yǎng)護(hù)條件下為相當(dāng)于密封的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，因此，在養(yǎng)護(hù)制度上，固水泥的強(qiáng)度發(fā)展是有利的。

[96]對(duì)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)磷酸鎂水泥的性能影響進(jìn)行了研究。圖1.3是不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)磷酸鎂水泥凈漿抗壓強(qiáng)度的影響，在空氣養(yǎng)護(hù)和密封養(yǎng)護(hù)條件下，磷酸鎂水泥凈漿抗壓強(qiáng)度從1d到28d持續(xù)增長(zhǎng)，兩者差距較小，而在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和水養(yǎng)的條件下，28d抗壓強(qiáng)度與空氣養(yǎng)護(hù)條件下相比分別倒縮了29. 6%和44. 2%。主要是由于在水溶液作用下，磷酸鎂水泥中少量未反應(yīng)的磷
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X327

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 車春霞;滕元成;桂強(qiáng);;放射性廢物固化處理的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年02期

2 劉凱;李東旭;;磷酸鎂水泥的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年13期

3 楊建明;錢春香;焦寶祥;羅利民;閻曉波;;緩凝劑硼砂對(duì)磷酸鎂水泥水化硬化特性的影響[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2010年01期

4 丁鑄;李宗津;;早強(qiáng)磷硅酸鹽水泥的制備和性能[J];材料研究學(xué)報(bào);2006年02期

5 陳式;;放射性廢物安全的主題分類和部分成果評(píng)介[J];輻射防護(hù)通訊;2007年02期

6 李洪輝;范智文;;核電站放射性廢物水泥固化處理[J];輻射防護(hù)通訊;2010年03期

7 楊建明;錢春香;張青行;焦寶祥;閻曉波;;原料粒度對(duì)磷酸鎂水泥水化硬化特性的影響[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

8 李全偉,張東,李帆;沸石用于放射性廢樹(shù)脂水泥固化的試驗(yàn)研究[J];非金屬礦;2005年05期

9 張思宇;施惠生;;粉煤灰改性磷酸鎂水泥基材料的性能與應(yīng)用[J];粉煤灰綜合利用;2009年01期

10 李玉香,易發(fā)成,譚宏斌,傅依備;富鋁堿礦渣粘土礦物復(fù)合膠凝材料基模擬放射性泥漿固化體的性能研究[J];輻射防護(hù);2005年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 趙懷紅;中低放廢液大體積澆注水泥固化及銫固化機(jī)理[D];南京工業(yè)大學(xué);2002年

2 石擁軍;低堿度堿礦渣水泥固化放射性廢物性能研究[D];重慶大學(xué);2007年

3 袁大偉;利用硼泥制備磷酸鎂水泥[D];大連理工大學(xué);2008年

4 雒亞莉;新型早強(qiáng)磷酸鎂水泥的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2596189