专利名称:核电废弃物的水泥固化方法
技术领域：
本发明属于核电技术领域：
，涉及一种核电站放射性废弃物的处理方法，尤其涉及一种核电废弃物的水泥固化方法 。
背景技术：
由于水泥是无机材料，水泥固化工艺简单，固化体具体长期稳定性的特性，因而水泥固化在核电厂放射性废弃物固化中得到广泛应用。由于放射性废弃物经水泥固化后，水泥固化体的体积远大于原始废弃物的体积，增加了废弃物的最终处置费用。
目前在核电站使用对放射性废弃物进行处理的水泥固化配方，适用于特定的废弃物源项，实际固化操作废弃物源项发生偏差时需人为干预。固化过程需要有经验的人员参与及判定。当固化过程中发现废弃物搅拌偏干时，只能通过人为加水来调整。人为调整过程中如果出现操作失误，将会出现废弃物从废弃物桶溢出发生废弃物二次污染现象甚至导致固化体性能不能满足标准要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种能降低水泥固化体的体积、提高核电废弃物包容率、处理过程更安全可靠的核电废弃物的水泥固化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种核电废弃物的水泥固化方法，包括以下步骤
(I)、以水泥、石灰和外加剂作为对核电废弃物固化的固化剂原料；
(2)、对每批待固化的核电废弃物浓缩液进行成份分析，检测得到核电废弃物浓缩液的密度、硼酸根离子浓度、总盐分含量、磷酸根离子浓度、硫酸根离子浓度；
(3)、根据步骤(2)检测得到的硼酸根离子浓度、磷酸根离子浓度和硫酸根离子浓度数据，确定所需的石灰重量；
(4)、根据步骤(2)检测的核电废弃物浓缩液的密度、总盐分含量得到核电废弃物浓缩液的含水量，根据水和水泥的重量比为0. 35 0. 45、夕卜加剂与水泥的重量百分比为
0.8 2%，确定核电废弃物浓缩液固化所需的水泥重量和外加剂重量；
(5)、依次向核电废弃物浓缩液中加入外加剂、石灰和水泥搅拌均匀；
(6)、最后将浆料静置固化得到固化体。
所述步骤(3)中，根据石灰与硼酸根离子、磷酸根离子和硫酸根离子的化学反应平衡关系并控制石灰过量，得到每单位重量浓缩液需要加入石灰的重量。
所述步骤(3)中，所述控制石灰过量为根据化学平衡关系，相对于浓缩液中的硼酸根离子过量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相对于浓缩液中的磷酸根离子过量
1.2 I. 8倍得到第二部分石灰重量，相对于浓缩液中的硫酸根离子过量0. 8 I. 2倍得到第三部分石灰重量，并将上述第一部分石灰重量、第二部分石灰重量、第三部分石灰重量加和得到所需石灰的重量。[0014]所述步骤⑷中，根据步骤⑵中得到的总盐分含量和核电废弃物浓缩液的密度得到浓缩液的含水量。
所述步骤⑷中，首先根据水和水泥的重量比、外加剂与水泥的重量比来得到每单位重量的浓缩液固化需要的水泥重量和外加剂的重量；再根据设定的装桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加剂重量。
所述步骤(5)中，搅拌时间为30 60分钟，搅拌速度为300rpm ;搅拌采用行星式双螺带搅拌器。
所述步骤(5)中，搅拌时间优选为40分钟。
本发明中在现有的水泥固化配方中去除了砂粒，降低水泥固化体的体积，从而来提高核电废弃物的包容率。同时根据现场废弃物源项的变化，建立标准化的水泥固化配比的确定方法和步骤，确保废弃物处置更为有效、安全。并且通过对废弃物进行预处理、外力口剂的应用以及优化水泥固化配方等方面提高废弃物的包容率和装桶率以及改善固化体性 能的目的，实现废弃物最小化，属于环境保护领域技术发明，且得到的固化体各项指标完全能满足国标要求。
取消砂粒的使用，降低放射性废弃物固化体的体积，来提高废弃物体积包容率；根据电站实际产生的废弃物源项化学分析得到的试验结果，对配方进行适应性调整。本发明确保水泥固化体性能满足标准要求，并且使得废弃物处置更为有效、安全；确保废弃物装桶率在允许的范围内，不会发生废弃物溢流，造成二次污染现象。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式
。
一种核电废弃物的水泥固化方法，包括以下步骤
(I)、只选择水泥、石灰和外加剂作为对核电废弃物固化的固化剂原料，去除砂粒部分，可以减少整个固化体的体积；
外加剂为减水剂，减水剂在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。
(2)、对每批待固化的核电废弃物浓缩液进行成分分析，检测得到核电废弃物浓缩液的密度、硼酸根离子浓度、总盐分含量、磷酸根离子浓度、硫酸根离子浓度；
(3)、根据步骤⑵检测得到的硼酸根离子浓度、磷酸根离子浓度和硫酸根离子浓度数据，确定所需的石灰重量；具体是根据石灰与硼酸根离子、磷酸根离子和硫酸根离子浓度的化学反应平衡关系并控制石灰过量，得到每单位重量浓缩液需要加入石灰的重量。
含硼废物水泥固化时遇到的最大问题是硼酸根离子对水泥的缓凝作用。在水泥水化时，在水泥颗粒表面生成水化物膜层，而在膜层外表面多存在Ca (OH) 2的饱和溶液和晶体，水化物膜层内外渗透压差的变化会促使膜层不断的破裂和弥合，从而保证了水泥颗粒内的水化不断深化，并且在水泥颗粒间发生水化物的凝聚。在用水泥固化含硼酸根离子的浓缩废液时，硼酸根离子会和水泥颗粒水化膜外表面的Ca(OH)2反应，形成偏硼酸钙结晶，并包覆于水泥颗粒表面形成一层不溶解的、不易破碎的硼酸钙壳层，阻止了水泥颗粒的进一步水化。在浓缩废液中硼酸根离子达到一定浓度而不进行预处理时，其对水泥的影响可以使水泥浆永远不会凝结、硬化，即使在水分蒸发后也是易碎的产物，不具备任何所希望的水泥固化产物性能。
为了解决硼酸根离子对水泥水化的缓凝问题，在浓缩液计量完成后添加水泥前加入一定量的熟石灰进行预处理，预处理可产生下列反应
BO广+Ca (OH) 2 — Ca (BO2) 2+H20
BO广+Ca (OH) 2+2H20 — Ca (BO2) 2 6H20
BO33 +Ca (OH) 2 — CaB4O7
这些反应的最终产物是偏硼酸钙、六水化偏硼酸钙以及四硼酸钙，这些化合物是不溶解的或轻微溶解的，首先通过石灰加入先期形成这些产物，从而可以防止水泥加入后， 硼酸根离子在水泥颗粒表面形成偏硼酸钙结晶层阻止水泥成份进一步水化。
此外，必须控制Ca(OH)2 (熟石灰)的添加量，Ca(OH)2的添加量以保证能和硼酸根离子充分反应即可，Ca(OH)2添加过多会降低水泥固化体的强度等多项性能，因此，本发明控制。本发明中控制了石灰过量水平，Ca (OH) 2适量添加，并将操作条件控制得当，使得在固化期间不溶解的偏硼酸钙可能会转化为稳定的沸石态结构(沸石矿物一娃钙硼石就含有硼的组份，其分子式为2Si02 2Ca0 B2O3 mH20)，这种结构能够更紧密的和水泥水化产物结合，改善水泥固化体性能，提高废物的包容量。
石灰的添加量确定是分为三个部分，所述控制石灰过量为根据化学平衡关系，相对于浓缩液中的硼酸根离子过量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相对于浓缩液中的磷酸根离子过量I. 2 I. 8倍得到第二部分石灰重量，相对于浓缩液中的硫酸根离子过量
0.8 I. 2倍得到第三部分石灰重量,并将上述第一部分石灰重量、第二部分石灰重量、第三部分石灰重量加和得到所需石灰的重量。
(4)、由于浓缩液中含水，无需另外添加水，在确定水泥和外加剂的添加量时，首先要检测核电废弃物浓缩液的含水量，根据步骤⑵中得到的总盐分含量和核电废弃物浓缩液的密度得到浓缩液的含水量，再根据水和水泥的重量比为0. 35 0. 45、外加剂与水泥的重量百分比为0. 8 2%，确定核电废弃物浓缩液固化所需的水泥重量和外加剂重量；其中首先确定的固化每单位重量的核电废弃物所需的水泥重量和外加剂的重量；再根据设定的装桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加剂重量。
(5)、依次向核电废弃物浓缩液中加入外加剂、石灰和水泥，采用行星式双螺带搅拌器进行搅拌，搅拌时间为30 60分钟，搅拌速度为300rpm ;搅拌时间根据搅拌均匀性决定，在此范围内的任意时间都可以实现。
(6)、最后将浆料静置固化得到固化体。
实施例I、在某核电站采用了本发明的方法对放射性浓缩液进行固化处理试验，具体说明如下
I.用于放射性固化的浓缩液水泥固化配方
I. I浓缩液水泥固化配方成分组成及添加顺序
权利要求
1.一种核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、以水泥、石灰和外加剂作为对核电废弃物固化的固化剂原料； (2)、对每批待固化的核电废弃物浓缩液进行成分分析，检测得到核电废弃物浓缩液的密度、硼酸根离子浓度、总盐分含量、磷酸根离子浓度、硫酸根离子浓度； (3)、根据步骤(2)检测得到的硼酸根离子浓度、磷酸根离子浓度和硫酸根离子浓度数据，确定所需的石灰重量； (4)、根据步骤(2)检测的核电废弃物浓缩液的密度、总盐分含量得到核电废弃物浓缩液的含水量，根据水和水泥的重量比为O. 35 O. 45、外加剂与水泥的重量百分比为O. 8 2%,确定核电废弃物浓缩液固化所需的水泥重量和外加剂重量； (5)、依次向核电废弃物浓缩液中加入外加剂、石灰和水泥搅拌均勻； (6)、最后将浆料静置固化得到固化体。
2.根据权利要求
I所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据石灰与硼酸根离子、磷酸根离子和硫酸根离子的化学反应平衡关系并控制石灰过量，得到每单位重量浓缩液需要加入石灰的重量。
3.根据权利要求
2所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述控制石灰过量为根据化学平衡关系，相对于浓缩液中的硼酸根离子过量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相对于浓缩液中的磷酸根离子过量I. 2 I. 8倍得到第二部分石灰重量,相对于浓缩液中的硫酸根尚子过量O. 8 I. 2倍得到第三部分石灰重量,并将上述第一部分石灰重量、第二部分石灰重量、第三部分石灰重量加和得到所需石灰的重量。
4.根据权利要求
I所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据步骤(2)中得到的总盐分含量和核电废弃物浓缩液的密度得到浓缩液的含水量。
5.根据权利要求
I所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，首先根据水和水泥的重量比、外加剂与水泥的重量比来得到每单位重量的浓缩液固化需要的水泥重量和外加剂的重量；再根据设定的装桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加剂重量。
6.根据权利要求
I所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，搅拌时间为30 60分钟，搅拌速度为300rpm。
7.根据权利要求
6所述的核电废弃物的水泥固化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，搅拌时间为40分钟。
专利摘要
本发明公开了一种核电废弃物的水泥固化方法，包括步骤以水泥、石灰和外加剂为固化剂原料；检测核电废弃物浓缩液中浓缩液的密度、硼酸根离子浓度、总盐分含量、磷酸根离子浓度、硫酸根离子浓度；确定所需的水泥重量和外加剂重量、所需的石灰重量；依次向核电废弃物浓缩液中加入外加剂、石灰和水泥进行搅拌；将浆料静置固化得到固化体。本发明提供一种能降低水泥固化体的体积、提高核电废弃物包容率、处理过程更安全可靠的核电废弃物的水泥固化方法。
文档编号G21F9/16GKCN102800377SQ201210245678
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月16日
发明者张鹏, 王辉诚, 景顺平, 袁建春, 裴新意, 于兴毫, 钟香斌 申请人:中广核工程有限公司, 中国广东核电集团有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan