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谈谈核电站模拟含硼中低放废物水泥固化技术

收藏本文 2024-03-09 点赞:14453 浏览:59149 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着核能的进展,资源利用与环境安全的矛盾逐渐尖锐。通过材料学探讨解决核电站运转中带来的放射性废物不足,缓解其对环境造成的压力,是一条非常有效的途径。中低放射性废物的水泥固化技术一直是放射性废物安全处置探讨的热点,本论文在总结前人探讨成果的基础上,系统地讨论了模拟中低放射性废物对固化体性能的影响。基于模拟放射性废物,针对模拟中放固体废物(即模拟放射性废离子交换树脂)与模拟低放液体废物(即模拟放射性废液)进行了水泥固化技术的探讨。采取新的实验设计策略,在满足国家标准GB14569.1-93要求的前提下,设计出具有“双效”作用的固化胶凝材料配合比及具体运用配方,并制定了较为改善的工艺流程,为优化中低放废物的水泥固化技术提供了论述与实际指导。依据基于伪蒙特卡洛论述的统计学实验设计策略—均匀设计法,开展了7因素28水平的实验设计探讨。该设计以硅酸盐水泥为基础,配以促凝剂,双掺无机添加剂沸石和硅灰,通过优化工艺流程对模拟含硼放射性废树脂进行固化,最终获得了废树脂体积包容量不低于50%且符合国家标准GB14569.1-93参数要求的配方:三种配方中的模拟含硼废树脂体积包容量分别55%(S_1)、60%(S_2)和52%(S_3),其固化体28d抗压强度分别为7.04MPa,7.62MPa和9.65MPa,并体现出良好的抗冲击、抗冻融与抗浸泡性能。S_1与S_3固化体标准试样中S_r2+的42天浸出率分别为8.89×10~(-4)cm/d和9.92×10-5cm/d,S_2在21天时浸出的S_r2+已经检测不到。S_1、S_2与S_3试样Cs2+的42天浸出率分别为3.81×10~(-4)cm/d、4.95×10~(-4)cm/d和1.33×10~(-4)cm/d。综合比较浅析,推荐S_2作为含硼放射性废树脂水泥固化的优选配方。同时,采取相同的固化胶凝材料配合比,在水灰比0.6的情况下,实现了对模拟含硼废液的有效固化,获得了L_2与L_3配方:其中,L_2和L_3模拟含硼废液水泥固化体28天抗压强度分别为16.53MPa和19.13MPa,凝结性能、抗冲击、抗水、抗冻融与耐辐照性能均符合国家标准GB14569.1-93的要求。L_2和L_3试样中Cs~(2+)的42天浸出率分别为5.18×10~(-4)cm/d和7.75×10~(-4)cm/d,Sr~(2+)的42天浸出率分别为7.39×10-6cm/d和5.28×10-6cm/d。经过综合比较,推荐L_2为含硼放射性废液优先选择的水泥固化配方。以废液水泥固化浆体的流动性能,凝结性能,强度性能为基础,系统地探讨了系统中原材料对模拟废液浆体性能的影响。采取XRD,SEM/EDS,IR等检测技术,探讨了原料对固化体微观结构与宏观性能的影响,浅析了水泥的水化历程与水化产物,并解释了水化机理。通过对硼元素有着状态与形式的进一步探讨发现,在固化历程中,废树脂上所吸附的硼元素,会大量带入水泥浆体中,与水泥的一次水化产物反应生成CaO·B_2O_3·6H_2O和B-AFt,并延缓水泥颗粒的水化历程,硼元素以最终三配位的BO_33-和四配位的BO45-两种状态有着。随着含硼浓度的增高,缓凝的作用会逐渐加强;随着水灰比的增大,也呈现相似规律。在0.3-0.5水灰比的范围内,当硼酸溶液浓度大于3%时,水泥硬化浆体中主要是未水化的水泥与大量CaO·B_2O_3·6H_2O。由于骨架产物CSH与AFt急剧减少,以及生成的硼酸钙片状形态不利于强度的进展,造成了水泥凝结硬化的延迟和抗压强度的下降。探讨结果表明:当模拟树脂的体积含量超过65%时,浸泡历程中将会引起固化体开裂。沸石与硅灰能够改善固化体的孔结构,有助于提升硬化浆体的致密性。配方中的促凝剂对水泥的促凝效果在一定程度上抵消了硼元素对水泥造成的缓凝作用,加速了水化的进程,提升了固化体的强度。关键词:水泥固化论文中低放核废物论文废树脂论文废液论文均匀设计论文

    摘要4-6

    Abstract6-9

    目录9-12

    第1章 绪论12-38

    1.1 新能源与核能工业12

    1.2 核能源进展与放射性废物的产生规模12-15

    1.2.1 世界各国放射性废物大量产生12-13

    1.2.2 放射性废物的种类与来源13-14

    1.2.3 放射性废物的特点14-15

    1.3 放射性废物处置策略15-16

    1.3.1 高放废物的处置15-16

    1.3.2 中低放废物的处置16

    1.4 放射性废物固化技术16-22

    1.4.1 玻璃固化17-18

    1.4.2 人造岩石固化18-19

    1.4.3 水泥固化19-20

    1.4.4 沥青固化20-21

    1.4.5 塑料固化21

    1.4.6 现有固化处置技术的比较21-22

    1.5 水泥固化技术的进展近况22-34

    1.6 探讨目的与主要内容34-38

    1.6.1 探讨目的34

    1.6.2 拟解决的关键不足34-35

    1.6.3 主要探讨内容35-38

    第2章 水泥固化基材选择与实验策略38-46

    2.1 水泥固化基材的选择原则38

    2.2 水泥系统的选择38-39

    2.3 水泥添加剂与填充剂的筛选39-42

    2.3.1 沸石40-41

    2.3.2 硅灰41-42

    2.4 其他辅助材料42-43

    2.5 实验测试策略43-45

    2.6 本章小结45-46

    第3章 模拟含硼放射性废树脂的水泥固化探讨46-88

    3.1 离子交换树脂的种类46

    3.2 放射性废树脂的来源46-50

    3.3 放射性废树脂的物理化学性质50-56

    3.3.1 树脂上吸附的硼元素50

    3.3.2 树脂密度的测定50

    3.3.3 放射性废树脂的模拟及其含水率的测定50-51

    3.3.4 模拟含硼废树脂的 pH 值51-52

    3.3.5 模拟含硼废树脂包容量对水泥固化体性能的影响52-56

    3.4 模拟含硼放射性废树脂水泥固化配方设计56-64

    3.4.1 固化组成设计思路与目标56-57

    3.4.2 实验案例设计57-64

    3.5 模拟含硼放射性废树脂水泥固化工艺设计64-67

    3.5.1 现有含硼放射性废树脂水泥固化工艺浅析64-66

    3.5.2 模拟含硼放射性废树脂水泥固化工艺的优化设计66-67

    3.6 模拟含硼放射性废树脂水泥固化体性能探讨67-85

    3.6.1 模拟含硼放射性废树脂水泥固化体宏观性能探讨67-79

    3.6.2 模拟含硼废树脂水泥固化体微观结构探讨79-84

    3.6.3 模拟含硼废树脂水泥固化体水化机理84-85

    3.7 模拟含硼废树脂水泥固化配方比较85

    3.8 本章小结85-88

    第4章 模拟含硼放射性废液的水泥固化探讨88-127

    4.1 含硼放射性废液的形成89-90

    4.1.1 含硼放射性废液的形成89

    4.1.2 含硼废液的模拟89-90

    4.2 模拟含硼放射性废液水泥固化工艺设计90-93

    4.2.1 现有含硼放射性废液的水泥固化工艺90-92

    4.2.2 模拟含硼废液水泥固化工艺优化设计92-93

    4.3 原料配比对模拟含硼废液水泥固化体性能的影响93-112

    4.3.1 添加剂对模拟含硼废液水泥固化体性能的影响93-104

    4.3.2 促凝剂对模拟含硼废液水泥固化体性能的影响104-108

    4.3.3 水灰比对模拟含硼废液水泥固化体性能的影响108-112

    4.4 模拟含硼废液水泥固化体的性能探讨112-123

    4.4.1 模拟含硼废液水泥固化体宏观性能探讨113-119

    4.4.2 模拟含硼废液水泥固化体微观性能浅析119-123

    4.5 配方结果讨论与浅析123-126

    4.6 本章小结126-127

    第5章 硼元素对模拟中低放废物水泥固化历程的影响127-142

    5.1 引言127-128

    5.2 硼酸盐的结构128-130

    5.2.1 硼酸盐中的结构单元128-129

    5.2.2 硼酸盐的结构规则129-130

    5.3 模拟放射性废树脂表面吸附的硼元素表征130-141

    5.3.1 硼元素化学状态的 XPS 浅析130-136

    5.3.2 模拟含硼废树脂表面的硼元素 IR 浅析136-138

    5.3.3 硼元素有着形式的 XRD 浅析138-141

    5.4 本章小结141-142

    主要结论及展望142-145

    主要探讨结论142-144

    展望144-145

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