專(zhuān)利名稱(chēng):核電廢棄物的水泥固化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種核電站放射性廢棄物的處理方法，尤其涉及一種核電廢棄物的水泥固化方法 。
背景技術(shù)：
由于水泥是無(wú)機(jī)材料，水泥固化工藝簡(jiǎn)單，固化體具體長(zhǎng)期穩(wěn)定性的特性，因而水泥固化在核電廠(chǎng)放射性廢棄物固化中得到廣泛應(yīng)用。由于放射性廢棄物經(jīng)水泥固化后，水泥固化體的體積遠(yuǎn)大于原始廢棄物的體積，增加了廢棄物的最終處置費(fèi)用。
目前在核電站使用對(duì)放射性廢棄物進(jìn)行處理的水泥固化配方，適用于特定的廢棄物源項(xiàng)，實(shí)際固化操作廢棄物源項(xiàng)發(fā)生偏差時(shí)需人為干預(yù)。固化過(guò)程需要有經(jīng)驗(yàn)的人員參與及判定。當(dāng)固化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)廢棄物攪拌偏干時(shí)，只能通過(guò)人為加水來(lái)調(diào)整。人為調(diào)整過(guò)程中如果出現(xiàn)操作失誤，將會(huì)出現(xiàn)廢棄物從廢棄物桶溢出發(fā)生廢棄物二次污染現(xiàn)象甚至導(dǎo)致固化體性能不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能降低水泥固化體的體積、提高核電廢棄物包容率、處理過(guò)程更安全可靠的核電廢棄物的水泥固化方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種核電廢棄物的水泥固化方法，包括以下步驟
(I)、以水泥、石灰和外加劑作為對(duì)核電廢棄物固化的固化劑原料；
(2)、對(duì)每批待固化的核電廢棄物濃縮液進(jìn)行成份分析，檢測(cè)得到核電廢棄物濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度；
(3)、根據(jù)步驟(2)檢測(cè)得到的硼酸根離子濃度、磷酸根離子濃度和硫酸根離子濃度數(shù)據(jù)，確定所需的石灰重量；
(4)、根據(jù)步驟(2)檢測(cè)的核電廢棄物濃縮液的密度、總鹽分含量得到核電廢棄物濃縮液的含水量，根據(jù)水和水泥的重量比為0. 35 0. 45、夕卜加劑與水泥的重量百分比為
0.8 2%，確定核電廢棄物濃縮液固化所需的水泥重量和外加劑重量；
(5)、依次向核電廢棄物濃縮液中加入外加劑、石灰和水泥攪拌均勻；
(6)、最后將漿料靜置固化得到固化體。
所述步驟(3)中，根據(jù)石灰與硼酸根離子、磷酸根離子和硫酸根離子的化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系并控制石灰過(guò)量，得到每單位重量濃縮液需要加入石灰的重量。
所述步驟(3)中，所述控制石灰過(guò)量為根據(jù)化學(xué)平衡關(guān)系，相對(duì)于濃縮液中的硼酸根離子過(guò)量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相對(duì)于濃縮液中的磷酸根離子過(guò)量
1.2 I. 8倍得到第二部分石灰重量，相對(duì)于濃縮液中的硫酸根離子過(guò)量0. 8 I. 2倍得到第三部分石灰重量，并將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]所述步驟⑷中，根據(jù)步驟⑵中得到的總鹽分含量和核電廢棄物濃縮液的密度得到濃縮液的含水量。
所述步驟⑷中，首先根據(jù)水和水泥的重量比、外加劑與水泥的重量比來(lái)得到每單位重量的濃縮液固化需要的水泥重量和外加劑的重量；再根據(jù)設(shè)定的裝桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加劑重量。
所述步驟(5)中，攪拌時(shí)間為30 60分鐘，攪拌速度為300rpm ;攪拌采用行星式雙螺帶攪拌器。
所述步驟(5)中，攪拌時(shí)間優(yōu)選為40分鐘。
本發(fā)明中在現(xiàn)有的水泥固化配方中去除了砂粒，降低水泥固化體的體積，從而來(lái)提高核電廢棄物的包容率。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)廢棄物源項(xiàng)的變化，建立標(biāo)準(zhǔn)化的水泥固化配比的確定方法和步驟，確保廢棄物處置更為有效、安全。并且通過(guò)對(duì)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理、外力口劑的應(yīng)用以及優(yōu)化水泥固化配方等方面提高廢棄物的包容率和裝桶率以及改善固化體性 能的目的，實(shí)現(xiàn)廢棄物最小化，屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)明，且得到的固化體各項(xiàng)指標(biāo)完全能滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求。
取消砂粒的使用，降低放射性廢棄物固化體的體積，來(lái)提高廢棄物體積包容率；根據(jù)電站實(shí)際產(chǎn)生的廢棄物源項(xiàng)化學(xué)分析得到的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)配方進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。本發(fā)明確保水泥固化體性能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且使得廢棄物處置更為有效、安全；確保廢棄物裝桶率在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生廢棄物溢流，造成二次污染現(xiàn)象。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
一種核電廢棄物的水泥固化方法，包括以下步驟
(I)、只選擇水泥、石灰和外加劑作為對(duì)核電廢棄物固化的固化劑原料，去除砂粒部分，可以減少整個(gè)固化體的體積；
外加劑為減水劑，減水劑在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌合用水量、提高混凝土強(qiáng)度；或在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量的外加劑。
(2)、對(duì)每批待固化的核電廢棄物濃縮液進(jìn)行成分分析，檢測(cè)得到核電廢棄物濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度；
(3)、根據(jù)步驟⑵檢測(cè)得到的硼酸根離子濃度、磷酸根離子濃度和硫酸根離子濃度數(shù)據(jù)，確定所需的石灰重量；具體是根據(jù)石灰與硼酸根離子、磷酸根離子和硫酸根離子濃度的化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系并控制石灰過(guò)量，得到每單位重量濃縮液需要加入石灰的重量。
含硼廢物水泥固化時(shí)遇到的最大問(wèn)題是硼酸根離子對(duì)水泥的緩凝作用。在水泥水化時(shí)，在水泥顆粒表面生成水化物膜層，而在膜層外表面多存在Ca (OH) 2的飽和溶液和晶體，水化物膜層內(nèi)外滲透壓差的變化會(huì)促使膜層不斷的破裂和彌合，從而保證了水泥顆粒內(nèi)的水化不斷深化，并且在水泥顆粒間發(fā)生水化物的凝聚。在用水泥固化含硼酸根離子的濃縮廢液時(shí)，硼酸根離子會(huì)和水泥顆粒水化膜外表面的Ca(OH)2反應(yīng)，形成偏硼酸鈣結(jié)晶，并包覆于水泥顆粒表面形成一層不溶解的、不易破碎的硼酸鈣殼層，阻止了水泥顆粒的進(jìn)一步水化。在濃縮廢液中硼酸根離子達(dá)到一定濃度而不進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，其對(duì)水泥的影響可以使水泥漿永遠(yuǎn)不會(huì)凝結(jié)、硬化，即使在水分蒸發(fā)后也是易碎的產(chǎn)物，不具備任何所希望的水泥固化產(chǎn)物性能。
為了解決硼酸根離子對(duì)水泥水化的緩凝問(wèn)題，在濃縮液計(jì)量完成后添加水泥前加入一定量的熟石灰進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理可產(chǎn)生下列反應(yīng)
BO廣+Ca (OH) 2 — Ca (BO2) 2+H20
BO廣+Ca (OH) 2+2H20 — Ca (BO2) 2 6H20
BO33 +Ca (OH) 2 — CaB4O7
這些反應(yīng)的最終產(chǎn)物是偏硼酸鈣、六水化偏硼酸鈣以及四硼酸鈣，這些化合物是不溶解的或輕微溶解的，首先通過(guò)石灰加入先期形成這些產(chǎn)物，從而可以防止水泥加入后， 硼酸根離子在水泥顆粒表面形成偏硼酸鈣結(jié)晶層阻止水泥成份進(jìn)一步水化。
此外，必須控制Ca(OH)2 (熟石灰)的添加量，Ca(OH)2的添加量以保證能和硼酸根離子充分反應(yīng)即可，Ca(OH)2添加過(guò)多會(huì)降低水泥固化體的強(qiáng)度等多項(xiàng)性能，因此，本發(fā)明控制。本發(fā)明中控制了石灰過(guò)量水平，Ca (OH) 2適量添加，并將操作條件控制得當(dāng)，使得在固化期間不溶解的偏硼酸鈣可能會(huì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的沸石態(tài)結(jié)構(gòu)(沸石礦物一娃鈣硼石就含有硼的組份，其分子式為2Si02 2Ca0 B2O3 mH20)，這種結(jié)構(gòu)能夠更緊密的和水泥水化產(chǎn)物結(jié)合，改善水泥固化體性能，提高廢物的包容量。
石灰的添加量確定是分為三個(gè)部分，所述控制石灰過(guò)量為根據(jù)化學(xué)平衡關(guān)系，相對(duì)于濃縮液中的硼酸根離子過(guò)量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相對(duì)于濃縮液中的磷酸根離子過(guò)量I. 2 I. 8倍得到第二部分石灰重量，相對(duì)于濃縮液中的硫酸根離子過(guò)量
0.8 I. 2倍得到第三部分石灰重量,并將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)、由于濃縮液中含水，無(wú)需另外添加水，在確定水泥和外加劑的添加量時(shí)，首先要檢測(cè)核電廢棄物濃縮液的含水量，根據(jù)步驟⑵中得到的總鹽分含量和核電廢棄物濃縮液的密度得到濃縮液的含水量，再根據(jù)水和水泥的重量比為0. 35 0. 45、外加劑與水泥的重量百分比為0. 8 2%，確定核電廢棄物濃縮液固化所需的水泥重量和外加劑重量；其中首先確定的固化每單位重量的核電廢棄物所需的水泥重量和外加劑的重量；再根據(jù)設(shè)定的裝桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加劑重量。
(5)、依次向核電廢棄物濃縮液中加入外加劑、石灰和水泥，采用行星式雙螺帶攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為30 60分鐘，攪拌速度為300rpm ;攪拌時(shí)間根據(jù)攪拌均勻性決定，在此范圍內(nèi)的任意時(shí)間都可以實(shí)現(xiàn)。
(6)、最后將漿料靜置固化得到固化體。
實(shí)施例I、在某核電站采用了本發(fā)明的方法對(duì)放射性濃縮液進(jìn)行固化處理試驗(yàn)，具體說(shuō)明如下
I.用于放射性固化的濃縮液水泥固化配方
I. I濃縮液水泥固化配方成分組成及添加順序
權(quán)利要求
1.一種核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、以水泥、石灰和外加劑作為對(duì)核電廢棄物固化的固化劑原料； (2)、對(duì)每批待固化的核電廢棄物濃縮液進(jìn)行成分分析，檢測(cè)得到核電廢棄物濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度； (3)、根據(jù)步驟(2)檢測(cè)得到的硼酸根離子濃度、磷酸根離子濃度和硫酸根離子濃度數(shù)據(jù)，確定所需的石灰重量； (4)、根據(jù)步驟(2)檢測(cè)的核電廢棄物濃縮液的密度、總鹽分含量得到核電廢棄物濃縮液的含水量，根據(jù)水和水泥的重量比為O. 35 O. 45、外加劑與水泥的重量百分比為O. 8 2%,確定核電廢棄物濃縮液固化所需的水泥重量和外加劑重量； (5)、依次向核電廢棄物濃縮液中加入外加劑、石灰和水泥攪拌均勻； (6)、最后將漿料靜置固化得到固化體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，根據(jù)石灰與硼酸根離子、磷酸根離子和硫酸根離子的化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系并控制石灰過(guò)量，得到每單位重量濃縮液需要加入石灰的重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述控制石灰過(guò)量為根據(jù)化學(xué)平衡關(guān)系，相對(duì)于濃縮液中的硼酸根離子過(guò)量I. 8 2. 3倍得到第一部分石灰重量，相對(duì)于濃縮液中的磷酸根離子過(guò)量I. 2 I. 8倍得到第二部分石灰重量,相對(duì)于濃縮液中的硫酸根尚子過(guò)量O. 8 I. 2倍得到第三部分石灰重量,并將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.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(4)中，根據(jù)步驟(2)中得到的總鹽分含量和核電廢棄物濃縮液的密度得到濃縮液的含水量。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(4)中，首先根據(jù)水和水泥的重量比、外加劑與水泥的重量比來(lái)得到每單位重量的濃縮液固化需要的水泥重量和外加劑的重量；再根據(jù)設(shè)定的裝桶率得到每桶固化所需要的石灰的重量、水泥重量、外加劑重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(5)中，攪拌時(shí)間為30 60分鐘，攪拌速度為300rpm。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的核電廢棄物的水泥固化方法，其特征在于，所述步驟(5)中，攪拌時(shí)間為40分鐘。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種核電廢棄物的水泥固化方法，包括步驟以水泥、石灰和外加劑為固化劑原料；檢測(cè)核電廢棄物濃縮液中濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度；確定所需的水泥重量和外加劑重量、所需的石灰重量；依次向核電廢棄物濃縮液中加入外加劑、石灰和水泥進(jìn)行攪拌；將漿料靜置固化得到固化體。本發(fā)明提供一種能降低水泥固化體的體積、提高核電廢棄物包容率、處理過(guò)程更安全可靠的核電廢棄物的水泥固化方法。
文檔編號(hào)G21F9/16GKCN102800377SQ201210245678
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月16日
發(fā)明者張鵬, 王輝誠(chéng), 景順平, 袁建春, 裴新意, 于興毫, 鐘香斌 申請(qǐng)人:中廣核工程有限公司, 中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan