低、中水平放射性廢物固化體性能要求－水泥固化體

低、中水平放射性廢物固化體性能要求－水泥固化體

Performance requirements for low and intermediate level radioactivewaste form－Cementedwaste form ( GB14569.1-2011 代替GB14569.1-93 2011-09-01實(shí)施)

為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國放射性污染防治法》，防治放射性污染，改善環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)人體健康，制定本標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了低、中水平放射性廢物水泥固化體（以下簡稱水泥固化體）的最低性能要求和檢驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于近地表處置的水泥固化體，大體積水泥澆注固化體除外。本標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)《低、中水平放射性廢物固化體性能要求水泥固化體》（GB 14569.1-93）的修訂。自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起，《低、中水平放射性廢物固化體性能要求水泥固化體》（GB 14569.1-93）廢止。

水泥固化在一般有害廢物（如電鍍污泥、含汞泥渣、含砷泥渣等）處理中是一種較為成熟的方法。在放射性廢物的固化處理方面，水泥固化技術(shù)開發(fā)最早，至今已有40多年的歷史水泥固化中、低放廢物已是一種成熟的技術(shù)，已被很多國家的核電站、核工業(yè)部門和核研究中心廣泛采用，在德國、法國、美國、日本、印度等都有大規(guī)模工程化應(yīng)用。

主要研究

為了克服水泥固化的缺點(diǎn)，近年來，國內(nèi)外科技人員對(duì)其進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作主要包括以下幾個(gè)方面:

1）降低放射性核素的浸出率

各國研究人員提出了較多的方法，包括

1）對(duì)廢液進(jìn)行預(yù)處理，如用K₂CuFe（CN和K₂ZnFe(CN)₆沉淀Cs，用活性炭除去Co。

2）利用添加劑降低銫、鍶的浸出率。

3）改常壓固化為加壓固化，使固化體致密化，減少與水接觸的表面積。

4）在水泥固化體表面敷加涂層（如瀝青、SiF4和有機(jī)聚合物等）。

其中以聚合物浸漬混凝土（PIC）獲得廣泛發(fā)展。其工藝過程為:先將水泥固化體加熱以獲得多孔結(jié)構(gòu)，然后在常壓或減壓下浸漬在苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯之類有機(jī)單體中，然后加熱或利用輻照使單體聚合。經(jīng)過這樣處理后的水泥固化體，其放射性核素的浸出率可降低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，抗壓強(qiáng)度可提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。

比較有效的措施是先將廢物干燥脫水，進(jìn)行干鹽分固化。當(dāng)然水泥固化時(shí)，還需要加入2）降低固化體的體積定量的水，這樣包容的廢物量比原來高得多，而固化產(chǎn)品大約只有原廢液體積的0.125～0.25倍。

放射性廢物水泥固化改善抗水浸出能力

為了改善水泥固化體的抗水浸出能力，提高機(jī)械強(qiáng)度和增加廢物包容量，20世紀(jì)70年代中期開始研究用聚合物浸漬水泥固化體。此外還開始了用熱壓水泥固化法處理高放廢液的實(shí)驗(yàn)室研究。

①聚合物浸漬水泥固化體聚合物浸漬混凝土是一種新型建筑材料，它具有機(jī)械強(qiáng)度高、孔隙率極低、耐化學(xué)腐蝕和耐風(fēng)化等特點(diǎn)，特別適合于強(qiáng)腐蝕性場(chǎng)所使用。鑒于聚合物浸漬混凝土的這些特點(diǎn)，研究了用它作為中、低放廢物固化基材的可能性。工藝過程如下：先將廢物轉(zhuǎn)化為水泥固化體，真空脫水后放入含引發(fā)劑的聚合物單體溶液中浸漬，將浸漬后的水泥固化體加熱或輻照使單體聚合（見聚合反應(yīng)）。聚合后一般生成熱固性塑料，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等。與普通水泥固化體相比，聚合物浸漬水泥固化體的性能有一定改善，如浸出率至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度提高2倍左右。

②熱壓水泥固化高放廢液　一般水泥固化體的抗水浸出性能較差，強(qiáng)輻照下氣體輻解產(chǎn)物會(huì)使固化體破裂，因而水泥固化通常用于放射性水平較低的廢物。但是水泥經(jīng)熱壓處理后孔隙率可降到3%左右,機(jī)械強(qiáng)度提高約10倍。初步研究結(jié)果證明：將模擬高放廢液煅燒物和濕水泥粉混勻，然后在150～250℃、2.4×10⁶帕下熱壓，可得到致密、不透氣、抗水浸出的固化體。它的機(jī)械強(qiáng)度與玻璃相似，比普通水泥高5～10倍。2100433B

固化中常用的基材是含鈣、鋁、鐵、鎂等成分的硅酸鹽水泥和火山灰硅酸鹽水泥。常用的添加劑有蛭石、沸石和硅藻土等，它們的作用有降低放射性核素的浸出率，提高固化體機(jī)械強(qiáng)度，吸收游離水等。

用水泥固化廢液時(shí)對(duì)水灰比(即廢液和水泥用量比)有一定要求。要獲得大的減容比應(yīng)采用高的水灰比，然而高的水灰比使固化體的含鹽量和含水量增加。含鹽量增加會(huì)降低固化體的機(jī)械強(qiáng)度，含水量增加會(huì)在水泥漿表面產(chǎn)生一層游離水。加入合適的添加劑雖能提高機(jī)械強(qiáng)度和消除游離水，但也使減容比降低和重量增加。因此必須權(quán)衡利弊，選用合適的水灰比和添加劑，一般水灰比不超過0.5。

玻璃固化的研究開始于20世紀(jì)50年代末，早期對(duì)磷酸鹽玻璃固化研究較多，隨后發(fā)現(xiàn)磷酸鹽玻璃固化體貯存一段時(shí)間后形成晶體，失去透明性，使放射性核素的浸出率顯著增加，而且磷酸腐蝕性強(qiáng)，熔融器和固化尾氣管道需用鉑作材料。于是研究工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向硼硅酸鹽玻璃固化。研究結(jié)果證明，硼硅酸鹽玻璃是較理想的高放廢液固化基材。