放射性废物固化方法综述

玻璃固化体的稳定性随放射性废物放热而降低，导致其浸出率增加，现较好的玻璃固体是硼酸盐玻璃；陶瓷固化体具有优越的化学稳定性、热稳定性、机械稳定性；水泥固化具有设备简单、生产能力大、投资和运行费用低、无废气净化问题、原料易得、固化生产过程二次污染少等优点，但是多孔性是水泥固化材料的致命弱点。     

矿物固化核废物的研究进展

进入21世纪以来,核废物的处置成为核能利用的一大难题。人造岩石和铁氧化物矿石因在高放废物固化研究中具有良好的性能,近年来被广泛研究。对常见的人造岩石和铁氧化物矿石固化体在含高放核素和模拟核素固化处理方面的进展进行了综述,主要包括其组分、固溶量、化学稳定性和理论计算等方面。与常见的玻璃、水泥固化体相比,人造岩石和铁氧化物矿石固化体在高放核素固化处置中具有明显的优势,是高放废物地质深埋处置的理想固化体。然而,人造岩石和铁氧化物矿石固化体仍处于研究开发阶段,尚未实际应用到放射性核环境中。     

铁硼磷酸盐玻璃的结构与化学稳定性

采用PCT法对摩尔组成为xB2O3-(40-x)Fe2O3-60P2O5系列玻璃的化学稳定性进行了测试,并结合XRD与FTIR分析测试手段,研究了所制备的系列玻璃的结构。化学稳定性测试结果表明,当x=11时,所制备的玻璃的化学稳定性最佳,并且在5≤x≤13范围内基本一致;FTIR分析结果表明,在此配方条件下,玻璃中磷元素主要以PO3-4和P2O4-7基团的形式存在,硼元素主要以BO4和BO3形式存在,因而具有良好的化学稳定性。     

锆英石基An4+放射性核素固化体性能研究

为研究锆英石基An4+(四价锕系核素)放射性核素固化体的性能,利用Ce4+作为An4+的模拟替代物质,以ZrO2、SiO2和CeO2粉体为原料,采用高温固相法制备出包容20%(物质的量,下同)Ce4+的锆英石基固化体,利用60Co源γ射线辐照装置对其进行572.1kGy的γ射线辐照.利用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电感耦合等离子体质谱仪对γ射线辐照前后固化体的物相、结构、微观形貌及模拟核素的浸出行为进行了研究.结果表明,固化体中虽包容有20%的Ce4+,但其主物相仍以锆英石物相为主,与标准样品相比晶胞参数发生10-4nm量级的变化,经γ射线辐照后样品晶胞参数仅发生了10-5~10-4nm量级的微弱变化,在pH6.5的HCI浸出液中Ce4+的平衡浓度低于0.30μg/L.     

煤系废物地聚合物稳定/固化重金属离子效果研究

基于传统地聚合物的硅铝质原材料的单一性和局限性限制了地聚合固化技术处置重金属离子的发展,因此,本文研究了煤系废物地聚合物稳定/固化重金属离子的性能.采用活性煤系废物代替常用的低钙粉煤灰、偏高岭土,以碱激发,研究制备了一种新型、高性能无机地聚合物,并对比分析了重金属离子(Co2+、Cr3+、Zn2+、Ni2+)的稳定/固化效果.结果表明,常温(20℃)、相对湿度95%时,煤系废物地聚合物的最佳配比为:煤矸石和粉煤灰的质量比m(G)∶m(CFA)=7∶3、微硅灰质量分数7%,无定形地聚合物凝胶紧密包裹在粉煤灰和煤矸石颗粒周围,固化体表面出现大量鱼鳞片状产物,层层交织,结构体致密.综合固化体抗压强度和浸出毒性的标准,Co2+、Cr3+、Zn2+、Ni2+的理想固化量分别为1.5%、2.5%、2.0%、1.5%,固化效果明显,稳定性良好,长期安全性.     

DTCR协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥的研究

采用二硫代氨基甲酸盐(DTCR)为添加剂协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥,以抗压强度和颗粒固化体(粒径￡9.5mm)浸出毒性为指标确定水泥和DTCR的最优配比.通过酸雨条件(pH 3)下对颗粒固化体和整个固化体的浸出试验来评价固化/稳定化的效果.利用X射线衍射仪(XRD)和环境扫描电镜(ESEM)分析了固化/稳定化机理.结果表明,固化/稳定化的最优配比为水泥掺入量为50%(干底泥),DTCR掺入量为2%(干底泥).其固化体7d抗压强度为1.03MPa,颗粒固化体中重金属Cu,Zn,Pb,Cd的浸出浓度分别为0.105,4.65,0.232,0.123mg/L,能够达到安全填埋要求.酸雨条件下(pH 3)对颗粒固化体和整个固化体浸出研究表明,水泥、DTCR固化/稳定化底泥效果更好;XRD和ESEM分析表明,固化/稳定化的机理主要是水泥在水化反应时,能够形成水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt),将重金属废物包容,并逐步硬化形成具有一定强度的水泥固化体.     

核废物处置及其环境影响(二)

<正> 3.2 核废物处置环境影响评价举例 3.2.1 HLW玻璃固化体处置的环境影响评价瑞士针对高放玻璃固化体在地下深约1200米、以花岗岩作为围岩的处置库中处置核废物的环境影响评价,使用的野外和实验室研究成果最多、计算模式的详细程度也与我们目前对有关过程和过程之间相互关系的理解程度及给出定量数据的能力相适应,该情况与我国最为相似,故我们以此为例。     

玻璃固化体中~(239)Pu、~(237)Np、~(241)Am、~(238)U核素迁移计算

利用水解反应动力学模型,基于设计计算书中的玻璃固化体包容核素数据,自编程序计算了~(239)Pu、~(237)Np、~(241)Am和~(238)U几个包容量较大的典型核素在玻璃固化体中的迁移情况,计算结果表明:在完全释放情况下,长效α核素~(238)U的释放速率是最大的,在10~(-3)g/a这个量级上;在部分释放情况下,~(239)Pu、~(237)Np、~(241)Am和~(238)U核素的释放速率在10~(-10)g/a量级上;10万年这个时间尺度内,半衰期较短的~(239)Pu和~(241)Am需要加以关注,其释放率都在10~4 Bq/a以上。     

放射性含乳化机油冷却液处理技术研究

实验研究了放射性含乳化机油冷却液的处理方法.实验先采用盐析加混凝的方法对冷却液进行预处理,然后用普通硅酸盐水泥+2％高岭土对残留液进行固化.实验结果表明,盐析剂选用CaSO4除油率大于74％;采用普通硅酸盐水泥+2％高岭土固化残留液,固化体浸出率小于1.1×10-6 cm/d,优于单纯普通硅酸盐水泥固化体,可以作为处理...     

放射性物质污染及其防治

X591 9502961从高放废液中提取钢系元素的研究一一TRPO萃取体系的改进/杨大助…(清华大学核能技术设计研究院)//核化学与放射化学/中国核化学与放射化学学会一1995,17(1)一26~32 环信O一16 观察了用TRPO(三烷基氧麟)萃取法直接处理我国生产堆高放废液产生第三相的情况,研究了稀释法和加人添加剂对形成三相及以媚为代表的钢系元素的萃取能力的影响,对TBP一TRPO-煤油萃取体系进行了辐照稳定性研究。表n参18X591 950296290一19/u模拟高放玻璃固化体的浸出特性评价/盛嘉伟…(中国原子能科学研究院)//核化学与放射化学/中国核化学与放射…     

加入椰丝纤维对灰渣基地聚合物-土壤固化体失水开裂情况的改善

针对地聚合物固化重金属污染土壤过程中因水分散失带来的最终形态韧性差、脆性大等问题,探究在灰渣基地聚合物-土壤固化体中添加椰丝纤维改善其失水收缩/开裂情况的可行性。通过模拟春夏交替阶段雨水频繁、夏季连续高温下土壤表面干燥开裂变化趋势,对比有无重金属污染下固化体收缩及开裂情况,探究纤维对固化体的力学强化效果。结果表明：受到重金属侵蚀的土壤失水速度高于原状土9.0%,且在25 d试样中其开裂因子相较原状土提高12.9%,收缩率提高34.6%。通过地聚合物进行固化的土壤抗裂性能得到提升,在连续干燥试验中掺入纤维进行优化的地聚合物固化体开裂因子进一步降低,收缩率降低71.3%,开裂因子仅为原状土的4.9%～5.1%。干湿循环条件下,纤维的掺入促使主裂缝消失,四轮干湿循环后最小开裂因子仅为0.0015,地聚合物-椰丝纤维复合改良污染土壤具有较好的抵抗开裂效果。     

烟雾箱模拟乙炔和NOx的大气光化学反应

利用自制光化学烟雾箱进行了一系列表征实验并模拟了乙炔和氮氧化物NOx在室温(20±1)℃下的大气光化学反应.讨论了乙炔与NOx的协同作用对光化学反应产生O3的影响.实验得到了O3和NO2的壁损失分别为5.80×10-6s-1和2.41×10-6s-1,相对于模拟实验中的O3和NO2,该损失可以忽略.测得了单支40W黑光灯的有效光强为0.64×10-3s-1(以NO2的光解速率表示).经过净化空气的本底校正后,讨论了不同乙炔浓度、NOx浓度以及光照强度对体系产生O3的影响,计算了乙炔的增强反应活性值(incremental reactivity,IR),4组实验的IR最大值分别为1.76×10-2、2.68×10-2、2.04×10-2和2.84×10-2.并发现IR值与乙炔的初始浓度以及光照强度关系密切,与NOx初始浓度关系不大.     

粉煤灰复合固化剂处理含油污泥实验研究

含油污泥是一种含有化学处理试剂、油污、污水、钻屑、加重材料和黏土的多相稳态胶体悬浮体系。研究了以工业废料粉煤灰为主、水泥为辅的复合固化剂和Al2(SO4)3、Na2SiO3复配的促凝剂对含油污泥进行固化的工艺。通过优化实验和正交实验确定了最佳固化配方为:粉煤灰投加量15%、水泥投加量4%、Al2(SO4)3投加量1.5%和Na2SiO3投加量1.5%。最佳固化配方下,固化体浸出液的主要污染指标测试均达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准要求,并且固化物料成本合理,约为80元/m3。     

含磷基材固化/稳定化铅污染土的铅形态演化和浸出特性

采用过磷酸钙-水泥(SSPC)及水泥(OPC)固化稳定铅(Pb)重金属污染土。通过无侧限抗压强度(UCS)、毒性浸出(TCLP)试验研究了铅污染土固化体的力学和浸出特性,并通过形态提取(BCR)分析了固化体中铅赋存形态,结合重金属形态分布特征,运用风险评价编码法(RAC)评价了重金属的潜在风险程度。试验结果表明:过磷酸钙-水泥(SSPC)和水泥均可显著降低固化体中铅浸出特性,过磷酸钙-水泥(SSPC)固化体的浸出浓度远低于水泥固化体,当过磷酸钙添加量分别为5%和10%时,固化体中铅浸出浓度低于GB/T 5085. 3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》。形态提取试验表明:水泥(OPC)和过磷酸钙-水泥(SSPC)均可促使Pb从活性态(弱酸提取态)向较稳定态(可还原态、残渣态)转化,但过磷酸钙-水泥(SPCC)固化体中残渣态Pb的含量较高。基于改进BCR法获得F1(弱酸态)的基础上,运用风险评价编码法评价了固化后污染土中铅的生态风险等级,对比未固化土,生态风险等级大幅降低。     

高水平放射性废物处理研究开发的现状

1.前言反应堆使用完后的核燃料经后处理回收有用的铀和钚之后,将残留下来高浓度放射性废液。为了便于管理,以便将来安全地处置则用硼硅酸盐玻璃固化。根据原子委员会的方针,玻璃固化处理从1975年左右正式进行开发研究,目前已到了开始建设验证设施的阶段。关于玻璃固化体的处理,以2000年前后实现深度处理为目标的重点开发计划正在研究制定中。本资料将介绍有关的现状。 2.高放废物的管理方针原子能委员会制定的方针大致如下: 1.贮藏在后处理工厂不锈钢容器中     

热等离子体熔融固化模拟医疗废物的研究

利用直流双阳极等离子体实验装置熔融固化处理不同组成的模拟医疗废物.研究了医疗废物熔融过程中重金属的迁移特性、熔渣的重金属浸出特性以及实验系统对医疗废物的处理效果.结果表明,经熔融处理得到的熔渣均呈典型的玻璃质结构,微观结构紧密、光滑且无空隙;所采用的等离子体对医疗废物中重金属有很好的固化效果,固化率在68.5%～89.4%之间;重金属Cd的浸出浓度低于仪器最低检测限,无法检出,Ni、Cr、Zn、Cu和Pb在熔渣中浸出浓度均远低于国家规定的毒性浸出标准.说明热等离子体技术是一种处理医疗废物的有效手段.     

粉煤灰固化处理生活垃圾焚烧飞灰效果研究

为了减少生活垃圾焚烧飞灰中重金属等污染物对环境的危害,以粉煤灰和脱硫石膏为原料对生活垃圾焚烧飞灰中重金属进行安全处理。采用机械力化学法探究了脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比、(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰掺加比、球磨频率、球磨时间和养护温度参数对固化体性能的影响。并通过XRD和FTIR手段对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化机制进行了研究。研究结果表明,采用机械力化学法能够显著提升粉煤灰的活性,并使制备出的固化体具有较高的抗压强度。当脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比为1∶4,(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰为2∶3,球磨频率30 Hz,球磨时间2 h,养护温度60℃时,固化体28 d抗压强度达到22.3 MPa,并采用AAS测得固化体浸出液中Cd和Zn重金属的浸出量分别仅为0.015 mg/L和0.008 mg/L,均远低于GB 5085.3-2007规定限值。XRD和FTIR表征结果表明,固化体水化过程中生成了水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)并分别主要以物理包裹和化学吸附的形式实现了垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化。     

赤泥-电石渣-磷石膏固化铜污染土性能

为了研究在浸泡条件下赤泥-电石渣-磷石膏3种固废物混合料对铜污染土的固化效果,本文对其混合料固化土的无侧限抗压强度、应力-应变、重金属形态、浸出毒性及微观结构进行了检测.结果表明,固化土强度随养护龄期的增加而增大,且掺加固废物对其强度有明显改善作用.混合料固化土中铜的存在形式以铁锰氧化态为主,其浸出毒性随龄期增加而降低,且其浓度值均低于水泥固化土.此外,混合料固化土中水化产物以水化硅酸钙/水化硅铝酸钙和钙矾石为代表.水化产物对固化土内部结构起填充作用,可改善固化土强度.同时,水化硅酸钙/水化硅铝酸钙对铜离子有吸附作用,钙矾石可与铜离子发生阳离子置换作用.因此,固废物的添加可对铜离子产生固化作用.     

烟雾箱与数值模拟研究苯和乙苯的臭氧生成潜势

结合光化学烟雾箱实验与数值模拟研究了苯和乙苯在NO x存在条件下的光氧化臭氧生成潜势.重复实验表明,在乙苯-NO x反应体系中,反应物初始浓度、温度、湿度和光照强度接近的条件下,整个反应过程中臭氧的最大偏差仅为4%,证明了烟雾箱的可重复性较高.在烟雾箱实验的基础上,使用MCM(master chemical mechanism)模拟了苯和乙苯的光氧化O3生成,并将其结果与实验数据进行了比对分析.干燥(≤5%)时MCM对苯和乙苯的模拟结果与实验结果较接近,如在苯-NO x反应体系中,MCM模拟的O3峰值比实验值偏大20%;在湿度为5%~70%时,MCM模拟的乙苯光氧化O3峰值与实验值偏高约(10%~25%).用MCM模拟了太阳光照条件下苯和乙苯的臭氧生成等值线,得到在它们浓度为(10~50)×10-9,NO x在(10~100)×10-9时,苯和乙苯的6 h臭氧贡献值分别为(3.1~33)×10-9和(2.6~122)×10-9,臭氧峰值范围分别是(3.5~54)×10-9和(3.8~164)×10-9.此外,模拟得到苯和乙苯的最大增量反应活性(maximum incremental reactivity,MIR)值分别为0.25/C和0.97/C(每单位碳).该结果与Carter通过SAPRC机制得到的MIR值趋势一致.模拟得到苯和乙苯的最大臭氧反应活性(maximum ozone reactivity,MOR)分别为0.73/C和1.03/C.苯的MOR值远高于Carter使用SAPRC得到的结果,说明根据Carter得到的苯MOR会低估苯的O3潜势.     

水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对重金属的固定效果比较

危险废物水泥窑协同处置与水泥固化,稳定化对废物中重金属的固定机理不同,固定效果因而有所差异.针对含As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等重金属离子的上述2类试样平行开展浸出实验及连续提取实验,以重金属浸出浓度及化学形态为指标,比较分析了水泥窑协同处置与水泥固化/稳定化对废物中不同重金属的固定效果的差异.结果表明,对于As、Pb、Zn等重金属离子,水泥窑高温煅烧及后续水化作用有助于其更稳定化学形态的形成,固定效果优于水泥固化,稳定化,说明含Ag、Pb、Zn的危险废物能够在水泥窑得到有效处置.Cr3 在水泥窑煅烧过程中易被氧化为迁移性和毒性更强的Cr6 ,因而含Cr的废物不适合采用水泥窑协同处置方式.该研究能为不同种类重金属危险废物处置方法的选取提供依据,并为水泥窑协同处置重金属类危险废物的应用和发展提供科学的决策依据.