放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料及其固化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料及其固化方法。本發(fā)明方法將含鋁硅酸鹽成分的渣料、復合礦物激發(fā)劑、吸附劑混合均勻制備化學鍵合膠凝材料，然后將化學鍵合膠凝材料與放射性廢樹脂加水在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至模具內(nèi)養(yǎng)護。本發(fā)明方法在固化放射性廢樹脂時，飽和廢樹脂含水率在42％～50％之間，固化體中飽和廢樹脂包容量達到60％，廢物包容量明顯提高，固化體流動度140～210mm，流動性好，可調(diào)，終凝時間〈12h，并且保證適當?shù)某跄龝r間進行固化操作。經(jīng)28d養(yǎng)護后，固化體抗壓強度達10MPa以上，凍融循環(huán)測試大于10次，經(jīng)90d浸泡試驗，固化體表面無裂紋，抗壓強度損失小于10％。
【專利說明】放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料及其固化方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于放射性廢樹脂固化【技術領域】，具體涉及一種放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料及其固化方法。

【背景技術】
[0002]離子交換樹脂常用于化學分離、純化、制備等，在核工業(yè)廠礦、同位素制備、放射化學研究中被廣泛應用，尤其在核電站，它是核反應堆一、二回路輔助系統(tǒng)及凈化處理工藝廢水的主要手段。當負載的核素放射性水平過高或交換容量飽和時，設備中的樹脂需定時更換，會產(chǎn)生大量的放射性廢樹脂，而卸載后的廢樹脂需經(jīng)過固化后才能進行處置。
[0003]水泥固化法是目前最常用的中低廢物固化方法，但目前水泥固化配方存在包容量低、核素浸出率高、固化體體積增容比大、容易產(chǎn)生裂紋等缺點。在固化壓水堆核電站產(chǎn)生的含硼廢樹脂時，由于硼元素的存在，導致固化體凝結時間延長甚至無法凝結，降低固化效率。目前核電站使用的廢樹脂固化配方中，廢樹脂體積包容量僅為35%，固化體增容比大，最終處置費用昂貴。
[0004]化學鍵合膠凝材料具有結構致密，機械強度高，水化產(chǎn)物穩(wěn)定且溶解度低，抗?jié)B能力強等優(yōu)點。用作固化基材時，硼元素對于凝結時間影響有限，能夠較好的包容外來離子，水化產(chǎn)物能夠更多的吸附和固溶核素離子，防止其大量浸出。同時這種方法還具有原料易得、工藝簡單、成本低廉，固化體長期穩(wěn)定優(yōu)越等突出優(yōu)點，均是其他固化方法不可比擬的，因此具有廣泛的應用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料及其固化方法，能夠避免固化體表面出現(xiàn)裂紋，且抗壓強度損失小。
[0006]本發(fā)明提供的廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料，按重量比包括:12%?20%的復合礦物激發(fā)劑、68%?85%鋁硅酸鹽成分的渣料、8%?17%沸石結構的吸附劑。
[0007]所述復合礦物激發(fā)劑按重量比包括:30%?60% S12、5?30% Na2O和/或K20、0%?50% Ca0、0%?5%的 Na2S04、0%?30% Na2C03。
[0008]所述渣料包括高爐礦渣、粉煤灰、鋼渣中的一種或幾種。
[0009]所述渣料的勃氏比表面積不小于400kg/m3。
[0010]所述吸附劑包括鈉基膨潤土、沸石、蒙脫土、高嶺土、改性凹凸棒中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明還提供了一種放射性廢樹脂的固化方法，包括:
[0012]步驟1:制備化學鍵合膠凝材料:按重量比將12%?20%的復合礦物激發(fā)劑、68%?85%鋁硅酸鹽成分的渣料、8%?17%沸石結構的吸附劑均勻混合；
[0013]步驟2:攪拌:在攪拌鍋內(nèi)，將所述化學鍵合膠凝材料與放射性廢樹脂加水攪拌7min ；
[0014]步驟3:養(yǎng)護:將攪拌完畢的化學鍵合膠凝材料和放射性廢樹脂移至模具內(nèi)，養(yǎng)護I?28d，養(yǎng)護溫度為25 ±5°C、相對濕度彡90%。
[0015]在步驟2中，所述放射性廢樹脂、化學鍵合膠凝材料、水的用量比為1L: (1050?1550)g: (200 ?300)g。
[0016]所述渣料包括高爐礦渣、粉煤灰、鋼渣中的一種或幾種，在制備化學鍵合膠凝材料前對渣料進行粉磨磨制，使得其勃氏比表面積不小于400kg/m3。
[0017]所述吸附劑包括鈉基膨潤土、沸石、蒙脫土、高嶺土、改性凹凸棒中的一種或幾種。
[0018]由上述技術方案可知，本發(fā)明提供的放射性廢樹脂固化用化學凝膠及其固化方法，能夠在固化放射性廢樹脂時，使得固化體中飽和廢樹脂包容量為55%?65%，廢物包容量明顯提高，固化體流動度140?210mm，流動性好，可調(diào)，終凝時間〈12h，并且保證適當?shù)某跄龝r間進行固化操作。經(jīng)28d養(yǎng)護后，固化體抗壓強度達1MPa以上，凍融循環(huán)測試大于10次，經(jīng)90d浸泡試驗，固化體表面無裂紋，抗壓強度損失小于10%。

【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]本發(fā)明以下實施例中所采用的固化的廢樹脂為核電站放射性廢樹脂，廢樹脂含水率 42%?50%。
[0021]實施例1
[0022]高爐礦渣粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積420kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:56% S12,28% Na20,8% CaO,5% Na2SO4,3% Na2CO30吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 50%、沸石50%。取70重量份渣料粉末和15重量份復合礦物激發(fā)劑，15重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1480g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂加水285g在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ 50 X 50mm的模具內(nèi)，制備固化體。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度20 土 TC,相對濕度> 90 %,測得固化體28d抗壓強度為16.0MPa ;凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為14.6MPa ;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度22.5MPa，137Cs元素第42d浸出率為1.0X 10_4cm/d。
[0023]實施例2
[0024]高爐礦渣100%，粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積420kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:56% S12,28% Na20,8% CaO,5% Na2SO4,3% Na2CO30吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 40%、高嶺土 60%。取66重量份渣料粉末和18重量份復合礦物激發(fā)劑，16重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1480g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂加水320g在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ 50 X 50mm的模具內(nèi)，制備固化體，固化體廢物包容量為61%。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護,養(yǎng)護溫度20±1°C,相對濕度> 90%，測得固化體28d抗壓強度為20.0MPa ;凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為17.5MPa ;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度22.5MPa，137Cs元素第42d 浸出率為 1.4X 1-Wdo
[0025]實施例3
[0026]高爐礦渣85%，粉煤灰15%，一起粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積450kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:35% Si02U9% Na20,46% CaO0吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 50%、沸石50%。取70重量份渣料粉末和15重量份復合礦物激發(fā)劑，15重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1350g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂加水280g在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ50Χ50πιπι的模具內(nèi)，制備固化體，固化體廢物包容量為65%。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護,養(yǎng)護溫度20± 1°C,相對濕度^ 90%，測得固化體28d抗壓強度為15.0MPa，凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為16.0MPa;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度18.5MPa, 137Cs元素第42d浸出率為 4.0Xl(T4cm/d。
[0027]實施例4
[0028]高爐礦渣85%，粉煤灰15%，一起粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積400kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:50 % S12、32 % Na2O、14% CaO、4%的Na2SO4。吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 40%、高嶺土 60%。取70重量份渣料粉末和18重量份復合礦物激發(fā)劑，12重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1350g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ 50 X 50mm的模具內(nèi)，制備固化體，固化體廢物包容量為61.3%。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護,養(yǎng)護溫度20± 1°C,相對濕度> 90%，測得固化體28d抗壓強度為12.0MPa，凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為11.5.0MPa ;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度15.5MPa, 137Cs元素第42d 浸出率為 5.2X 1-Wdo
[0029]實施例5
[0030]高爐礦渣75%，粉煤灰15%，鋼渣10%，一起粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積450kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:53% S12,28% Na20,6% Ca0、2%的S03、11% CO30吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 50%、沸石50%。取70重量份渣料粉末和20重量份復合礦物激發(fā)劑，10重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1400g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂加水320g在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ50Χ50ι?πι的模具內(nèi)，制備固化體，固化體廢物包容量為65%。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度20 土 1°C，相對濕度彡90%，測得固化體28d抗壓強度為14.0MPa，凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為11.5MPa ;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度 15.0MPaZ37Cs 元素第 42d 浸出率為 6.5X l(T4cm/d。
[0031]實施例6
[0032]高爐礦渣75%，粉煤灰15%，鋼渣10%，一起粉磨制備渣料粉末，粉末比表面積400kg/m3。復合礦物激發(fā)劑中各組分的百分比為:58% S12,26% Na20U6% CaO0吸附劑中各組分的百分比為:鈉基膨潤土 40%、高嶺土 60%。取72重量份渣料粉末和18重量份復合礦物激發(fā)劑，10重量份吸附劑混合均勻，制備化學鍵合膠凝材料。然后將1400g化學鍵合膠凝材料與IL模擬放射性廢樹脂加水320g在攪拌鍋內(nèi)攪拌7min，移至Φ50Χ50πιπι的模具內(nèi)，制備固化體，固化體廢物包容量為59.0%。將試模放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度20± 1°C，相對濕度彡90%,測得固化體28d抗壓強度為11.0MPa,凍融循環(huán)測試10次后，表面無明顯裂紋，抗壓強度為11.8MPa ;固化體經(jīng)90d浸泡后，表面無裂紋，抗壓強度13.5MPa，137Cs元素第42d浸出率為6.6 X l(T4cm/d。
[0033]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種放射性廢樹脂固化用化學鍵合膠凝材料，其特征在于，所述化學鍵合膠凝材料按重量比包括:12 %?20 %的復合礦物激發(fā)劑、68 %?85 %鋁硅酸鹽成分的渣料、8 %?17%沸石結構的吸附劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的化學鍵合膠凝材料，其特征在于，所述復合礦物激發(fā)劑按重量比包括:30% ?60% Si02、5 ?30%Na20 和/或1(20、0% ?50% Ca0、0%?5% 的 Na2S04、0%?30% Na2CO3。
3.根據(jù)權利要求2所述的化學鍵合膠凝材料，其特征在于，所述渣料包括高爐礦渣、粉煤灰、鋼洛中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求3所述的化學鍵合膠凝材料，其特征在于，所述渣料的勃氏比表面積不小于400kg/m3。
5.根據(jù)權利要求4所述的化學鍵合膠凝材料，其特征在于，所述吸附劑包括鈉基膨潤土、沸石、蒙脫土、高嶺土、改性凹凸棒中的一種或幾種。
6.一種放射性廢樹脂的固化方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟1:制備化學鍵合膠凝材料:按重量比將12%?20%的復合礦物激發(fā)劑、68%?85%鋁硅酸鹽成分的渣料、8%?17%沸石結構的吸附劑均勻混合； 步驟2:攪拌:在攪拌鍋內(nèi)，將所述化學鍵合膠凝材料與放射性廢樹脂加水攪拌7min ； 步驟3:養(yǎng)護:將攪拌完畢的化學鍵合膠凝材料和放射性廢樹脂移至模具內(nèi)，養(yǎng)護I?28d，養(yǎng)護溫度為25 ±5°C、相對濕度彡90%。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種放射性廢樹脂的固化方法，其特征在于，在步驟2中，所述放射性廢樹脂、化學鍵合膠凝材料、水的用量比為1L: (1050?1550) g: (200?300) g。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種放射性廢樹脂的固化方法，其特征在于，所述渣料包括高爐礦渣、粉煤灰、鋼渣中的一種或幾種，在制備化學鍵合膠凝材料前對渣料進行粉磨磨制，使得其勃氏比表面積不小于400kg/m3。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種放射性廢樹脂的固化方法，其特征在于，所述吸附劑包括鈉基膨潤土、沸石、蒙脫土、高嶺土、改性凹凸棒中的一種或幾種。
【文檔編號】C04B28/08GK104291762SQ201410494084
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】翁履謙, 曹海琳, 郭悅, 李紹彬, 李國學 申請人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院