CN102276231B - 一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于放射性废树脂水泥固化技术领域的一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法。该方法是将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO2、NaOH混合均匀，与放射性废树脂在搅拌锅内搅拌，移至模具内，并养护。本发明的方法固化放射性废树脂，提高了固化体的废物包容量和抗压强度，缩短了凝结时间。
Description
技术领域
本发明属于放射性废树脂水泥固化技术领域，具体涉及一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法。
背景技术
在核电站中，离子交换技术广泛应用于一、二回路的辅助系统和放射性废液处理系统，由于负载的核素放射性水平过高或交换容量饱和等原因，设备中的树脂需要定期更换，卸载的废树脂必须经过固化后才能进行最终处置。水泥固化技术是放射性废树脂的主要固化手段，但废物包容量较低。特别是固化压水堆核电站产生的含硼废树脂时，包容量增加使单位体积固化体所含的硼量增加，导致浆体凝结时间急剧延长甚至无法凝结。目前国内压水堆核电站产生的C1混凝土桶固化体，废树脂体积包容量约为35％，固化体增容比大，最终处置费用昂贵。
硫铝酸盐水泥是我国拥有自主知识产权的水泥系列，用于放射性废物固化的研究已有报道。钙矾石是硫铝酸盐水泥的主要水化产物之一，其晶体中存在[Al(OH)6]3-八面体结构，其成核需要有一定的过饱和度，才能完成析晶过程。当水化体系中有硼存在时，硼与水泥组分中的钙反应生成微溶于水的硼酸钙，硼酸钙晶体聚集水泥熟料颗粒表面，阻碍水泥与水接触，不利于钙矾石晶体的形成，因此延缓水泥的水化反应。硫铝酸盐水泥固化含硼树脂的配方中掺加NaAlO2，可以提高液相中Al(OH)4 -的浓度，增加[Al(OH)6]3-的生成速率，促进钙矾石晶体的生成，从而达到促凝目的。
水泥固化技术所处理的废物种类和成分多样，对于水泥水化过程的影响复杂，常使用促凝剂来调节水泥的凝结时间。200810097228.1号专利提供了一种 用于固体废弃物混凝土的固化剂，其中使用了促凝剂但并未公开其具体成分。200810036184.1号专利公开的用于市政污水处理厂排水污泥和河道污泥的固化剂使用的水泥种类为硫铝酸盐水泥，促凝剂为锂盐或氢氧化锂。在放射性废物水泥固化的应用中，掺加促凝剂可以缩短凝结时间、改善固化体性能。201010269158.0号专利公开了一种固化含硼酸盐放射性废物的固化剂，使用的水泥种类为硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，促凝剂为硅酸钠。王韧等用普通硅酸盐水泥、火山灰水泥、高铝水泥和沸石水泥固化放射性废液时，使用了偏铝酸钠作促凝剂，缩短浆体的凝固时间(压水堆核电站放射性废液的水泥固化研究，辐射防护，1982，2(5)：352-360)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法。
一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法，将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO2、NaOH混合均匀，与放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，养护7d，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。
所述复合矿物添加剂为沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的混合物，沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的质量比为5∶10∶9∶4。
所述放射性废树脂、硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO2与NaOH的用量比例为：1L∶(1455～1674)g∶(45～126)g∶(8～16)g∶(1～4)g。其中，复合矿物添加剂占硫铝酸盐水泥和复合矿物添加剂总质量的3％～7％、NaAlO2与NaOH的掺量质量比为6∶1～4∶1。
本发明的有益效果：本发明的方法固化放射性废树脂，提高了固化体的废物包容量和抗压强度，缩短了凝结时间。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例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，阴树脂上的硼含量约为1.2mol/L(以B计)。
实施例1
将1505g硫铝酸盐水泥、95g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、15g NaAlO2、3g NaOH混合均匀，与1L模拟放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，将搅拌好的浆料一次装满凝结时间测定试模，振动数次刮平表面后放入养护箱内，养护温度为20±1℃，相对湿度≥90％。养护至开始搅拌后30min时测定初凝时间，初凝时间完成测定后，将凝结时间试模翻转继续养护，测定终凝时间。测得的初凝和终凝时间分别为4.7h和19.0h。
实施例2
将1505g硫铝酸盐水泥、95g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、15g NaAlO2、3g NaOH混合均匀，与1L模拟放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，制备固化体，计算固化体的总体积并以此计算固化体中废树脂体积包容量，得到包容量数值为65％。
实施例3
将1505g硫铝酸盐水泥、95g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、15g NaAlO2、3g NaOH混合均匀，与1L模拟放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，养护，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％。养护48h后脱模，养护7d后，将其上下表面用砂纸适当打磨，保持上下表面平行，然后在压力试验机上测定其无侧限抗压强度。测得7d抗压强度为14.5MPa。
实施例4
将1505g硫铝酸盐水泥、115g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、14.2g NaAlO2、2.8g NaOH混合均匀，与1L模拟放射性废树脂在 搅拌锅内搅拌3min，使用与实施例1相同的凝结时间测定方法，与实施例2相同的废树脂体积包容量计算方法，与实施例3相同的固化体制备方法和7d抗压强度测试方法，得到的终凝时间、包容量和7d抗压强度数值分别为17.5h、61％和12.7MPa。
实施例5
将1515g硫铝酸盐水泥、65g复合矿物添加剂(沸石∶矿渣∶硅灰∶粉煤灰＝5∶10∶9∶4)、14.2g NaAlO2、3g NaOH混合均匀，与1L模拟放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，使用与实施例1相同的凝结时间测定方法，与实施例2相同的废树脂体积包容量计算方法，与实施例3相同的固化体制备方法和7d抗压强度测试方法，得到的终凝时间、包容量和7d抗压强度数值分别为20.3h、65％和11.3MPa。
Claims (1)
1.一种使用NaAlO2促凝剂水泥固化放射性废树脂的方法，其特征在于，将硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO2、NaOH混合均匀，与放射性废树脂在搅拌锅内搅拌3min，移至Φ50mm×50mm的模具内，养护7d，养护温度为25±5℃，相对湿度≥90％；其中放射性废树脂、硫铝酸盐水泥、复合矿物添加剂、NaAlO2与NaOH的用量比例为：1L：(1455～1674)g：(45～126)g：(8～16)g：(1～4)g；其中复合矿物添加剂为沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的混合物，沸石、矿渣、硅灰与粉煤灰的质量比为5:10:9:4。
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