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铀尾砂水泥固化体的力学性能及抗浸出性实验研究

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铀尾砂水泥固化体的力学性能及抗浸出性实验研究

作者：王小丽南华大学

学位级别：硕士

由于原子能和国防工业的发展,铀及冶金产物的需求量不断增加,导致铀尾矿的量也不断增加。堆积的铀尾矿不仅会造成周围环境的污染,还会威胁周边居民的身体健康。本文结合南方某铀尾矿库的实际情况和退役治理需求,采用水泥固化技术,以水... 详细信息

由于原子能和国防工业的发展,铀及冶金产物的需求量不断增加,导致铀尾矿的量也不断增加。堆积的铀尾矿不仅会造成周围环境的污染,还会威胁周边居民的身体健康。本文结合南方某铀尾矿库的实际情况和退役治理需求,采用水泥固化技术,以水泥、矿渣粉和粉煤灰为胶结材料对铀尾砂进行固化处理,研究了铀尾砂固化体的无侧限抗压强度、抗浸出性和孔隙度及其之间的关系。主要的研究内容包括以后几个方面:(1)对铀尾砂进行了属性分析,包括铀尾砂的化学组成、含水率、粒径和物相分析等;研究了水泥、矿渣粉、粉煤灰的物理化学性质;根据以上掺合料的不同物理化学性质,进行配合比设计,制作成不同掺合料及不同配合比的铀尾砂水泥固化体,将粉煤灰、矿渣粉和粉煤灰与矿渣粉的混合物(两者的质量比为2:1)分别替代水泥掺量的15%、20%和25%制成铀尾砂水泥固化体。(2)研究了不同龄期、不同配比及不同掺合料固化体试样的无侧限抗压强度,以及试样铀的抗浸出性,并计算了第42天铀的浸出率,通过核磁共振实验获得了不同配比、不同掺合料固化体试样的孔隙度。结果表明:抗压强度效果最好的是掺入25%粉煤灰的水泥固化体,强度值为12.91MPa;复掺25%的矿渣粉和粉煤灰的抗压强度最小,强度值为7.33MPa。(3)十组不同配比不同掺合料的铀尾砂水泥固化体在酸性条件下,浸出铀的量比在碱性条件下浸出的量大。不同龄期、不同掺合料的浸出率不同,第42天时只有单掺水泥的铀尾砂固化体的浸出率的值为1.36×10-5cm/d,不符合国家标准,而掺入粉煤灰、矿渣粉和复掺粉煤灰与矿渣粉的铀浸出率都符合国家标准,浸出率最小的是掺入25%的粉煤灰固化体,孔隙度为4.93×10-6cm/d。(4)通过对10组铀尾砂水泥固化体进行核磁共振实验,发现掺入25%的粉煤灰最合适,孔隙度也较低;掺入15%矿渣粉时,抗压强度最大,孔隙度最小;当复掺15%粉煤灰与矿渣粉时,抗压强度最大,孔隙率最小。综合分析固化体的抗压强度、铀的浸出率和孔隙度等参数,掺入粉煤灰的水泥固化体较三个掺合料好,其最优为掺入25%粉煤灰铀尾砂水泥固化体。

关键词：铀尾砂水泥固化抗压强度抗浸出性孔隙度

沸石协同碱激发冶炼铅渣固结铀尾渣及其抗浸出性研究

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沸石协同碱激发冶炼铅渣固结铀尾渣及其抗浸出性研究

作者：袁正平南华大学

学位级别：硕士

铀尾渣属于长寿命、大体量的低放射性固体废弃物,冶炼铅渣成分复杂,具有毒性大、污染严重且不易被生物降解的特性,二者常规地表堆置将造成一定的环境和安全问题。本文以铀尾渣与冶炼铅渣的安全高效充填处置为出发点,借鉴中低水平放射性... 详细信息

铀尾渣属于长寿命、大体量的低放射性固体废弃物,冶炼铅渣成分复杂,具有毒性大、污染严重且不易被生物降解的特性,二者常规地表堆置将造成一定的环境和安全问题。本文以铀尾渣与冶炼铅渣的安全高效充填处置为出发点,借鉴中低水平放射性废物水泥固化原理并借助沸石的吸附作用,制备掺加沸石的碱激发冶炼铅渣—堆浸铀尾渣胶结充填体,并研究其力学性能和抗浸出性能,对于铀尾渣、冶炼铅渣及其他固体废弃物的无害化利用具有一定的借鉴意义。主要研究内容及结论如下:(1)通过单因素试验与正交试验,研究冶炼铅渣球磨时间、碱当量、碱激发剂模数和偏高岭土与冶炼铅渣的质量比对复合胶凝材料力学性能的影响。利用XRD、SEM和FTIR手段对复合胶凝材料的水化机理进行综合分析。结果表明:以上因素对复合胶凝材料28 d抗压强度的影响顺序依次为碱激发剂模数、冶炼铅渣球磨时间、碱当量、偏高岭土与冶炼铅渣的质量比;当冶炼铅渣球磨时间为4 h,碱当量为6%(质量分数),碱激发剂模数为1.4,偏高岭土与冶炼铅渣的质量比为3:7时,复合胶凝材料28 d抗压强度达56.18 MPa;偏高岭土能够促进冶炼铅渣水化,产生更多凝胶和网状结构的硅铝酸盐类晶体填充基体孔隙,对胶凝体系后期强度发展起到促进作用,胶凝产物主要为N-A-S-H凝胶和一定量的C-(A)-S-H凝胶。(2)通过单因素试验对铀尾渣—碱激发冶炼铅渣胶结充填体的配方进行优化,在此基础上掺加沸石,对其单轴抗压强度与劈裂抗拉强度性能进行研究。结果表明:胶结充填体的最优配方为,在前文所述复合胶凝材料的基础上掺加6%质量分数的生石灰和30%质量分数的矿渣;充填料浆坍落度随质量浓度的减小呈增大趋势,最优质量浓度为83%;沸石掺入对铀尾渣充填体单轴抗压强度的影响表现为弱化效应,对其劈裂抗拉强度的负面效应相较抗压强度更为明显。(3)通过静态浸泡试验探究沸石对碱激发冶炼铅渣—铀尾渣胶结充填体中铀的固化作用。结果表明:碱激发冶炼铅渣—偏高岭土复合胶凝材料对铀尾渣中的核素铀具有固定效果,掺加沸石能够一定程度提高充填体的抗浸出性,最优沸石掺量为12%。铀尾渣充填体试件具有较强的酸中和能力,中性浸泡条件下其具有较强的稳定性。不同p H值浸泡条件下铀尾渣充填体中铀的浸出浓度数值均为同一量级,浸出浓度随浸出周期逐渐降低,且均远低于相应国标限值。

关键词：铀尾渣冶炼铅渣沸石力学性能抗浸出性

沸石在中、低水平放射性废液水泥固化中的应用研究

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混凝土与水泥制品 2024年第9期 106-109,113页

作者：刘景骞中核四川环保工程有限责任公司四川广元628000

对比研究了不同掺量(0、1%、3%、5%、7%)的斜发沸石和菱沸石对中、低水平放射性废液水泥固化体的流动度、抗压强度、抗浸泡性和抗浸出性的影响。结果表明:适量的斜发沸石或菱沸石均能有效提高水泥固化体的流动度、抗压强度和抗浸泡性;... 详细信息

对比研究了不同掺量(0、1%、3%、5%、7%)的斜发沸石和菱沸石对中、低水平放射性废液水泥固化体的流动度、抗压强度、抗浸泡性和抗浸出性的影响。结果表明:适量的斜发沸石或菱沸石均能有效提高水泥固化体的流动度、抗压强度和抗浸泡性;随着沸石掺量的增加,沸石对水泥固化体中^(90)Sr、^(137)Cs的吸附效果随之增强;斜发沸石对^(90)Sr的吸附效果优于菱沸石,而对^(137)Cs的吸附效果弱于菱沸石。

关键词：放射性废液水泥固化沸石抗压强度抗浸出性

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刚玉—铯榴石复合陶瓷固化体结构及性能研究

刚玉—铯榴石复合陶瓷固化体结构及性能研究

作者：樊晶西南科技大学

学位级别：硕士

铯榴石能够实现Cs的高容量(理论上超过40wt%)和稳定晶格固化,同时由于其具备相对较高的水热/高温热稳定性,因而被提出作为放射性废物中核素Cs的固体宿主。然而,纯相铯榴石合成及制备对设备要求严格且工艺难度较高,因此目前多采用复合化... 详细信息

铯榴石能够实现Cs的高容量(理论上超过40wt%)和稳定晶格固化,同时由于其具备相对较高的水热/高温热稳定性,因而被提出作为放射性废物中核素Cs的固体宿主。然而,纯相铯榴石合成及制备对设备要求严格且工艺难度较高,因此目前多采用复合化技术获得Cs铯榴石固化体。基于铯榴石(CsAlSiO)与白榴石(KAlSiO)和方沸石(NaAlSiO)组成/结构的相似性,本论文首先利用地聚合物前驱体法制备了理论化学组成为(K/Na)Cs AlSiO?wHO的载Cs地聚合物凝胶;然后通过热处理载Cs地聚合物凝胶获得了铯榴石型陶瓷固化体。为了保证载Cs地聚合物凝胶和铯榴石型陶瓷固化体力学性能和热处理过程整体性,以高稳定性的刚玉为填料,制备了刚玉-载Cs地聚合物凝胶复合材料,进而通过热处理获得了刚玉-铯榴石复合陶瓷固化体。考察了Cs含量对载Cs地聚合物凝胶、铯榴石型陶瓷固化体、刚玉-载Cs地聚合物凝胶复合材料和刚玉-铯榴石复合陶瓷固化体组成、结构和性能影响。主要研究结果如下:(1)Cs等量替代K制得的KCs AlSiO?wHO地聚合物凝胶(x=0,0.1,0.2,0.3,0.37)经过1100℃热处理后,KCsAlSiO晶体结构由四方相白榴石转变为立方相白榴石或铯榴石(x≥0.2),证明了一定量的Cs可稳定白榴石立方相至室温,同时晶格间距的增大表明最终生成的陶瓷化产物并不是单一的白榴石或铯榴石,而是掺杂型白榴石或铯榴石。(2)Cs等量替代Na制得的NaCsAlSiO?wHO地聚合物凝胶(x=0,0.1,0.2,0.3,0.37),热处理时凝胶首先晶化为钠霞石,随着Cs含量的增加,钠霞石向方沸石转变。但是Cs很难进入方沸石结构中取代Na,所得陶瓷化产物为方沸石和铯榴石两相产物。(3)刚玉粉的掺入能够大幅提升地聚合物凝胶力学性能和高温稳定性,且经热处理后,能够获得整体性较好的刚玉-铯榴石复合陶瓷固化体。所制得刚玉-铯榴石复合陶瓷固化体具有高力学性能、高温稳定性、低浸出性和高导热性能,有望成为含Cs放射性废物固化材料的理想选择。

关键词：载Cs地聚合物刚玉-铯榴石复合陶瓷固化体结构及性能抗浸出性

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核设施中放射性含硼废液的固化技术

工业技术创新 2022年第3期9卷 91-97页

作者：王亚光张劲松陈云明李兵曹骐中国核动力研究设计院第一研究所四川成都610005

放射性废物处理与处置是核能发电技术中的一项重要课题。针对常规水泥固化技术硼酸包容率较低、不利于环境保护的问题,为核设施研发出一种更为经济高效的放射性含硼废液固化技术。采用7因素28水平均匀设计法,对高浓度聚合硼酸盐等7种基... 详细信息

放射性废物处理与处置是核能发电技术中的一项重要课题。针对常规水泥固化技术硼酸包容率较低、不利于环境保护的问题,为核设施研发出一种更为经济高效的放射性含硼废液固化技术。采用7因素28水平均匀设计法,对高浓度聚合硼酸盐等7种基础材料的配比进行设计和优化,得到最佳配方。对通过最佳配方制备的固化体进行性能测试,得到性能指标:硼酸包容率49.5%,流动度375 mm,抗压强度22 MPa,初凝时间2 h,终凝时间5 h,抗冻融性试验后抗压强度损失22.7%,耐辐照性试验后抗压强度损失4.5%,Sr、Cs、Co元素抗浸出性均符合国家标准要求。

关键词：放射性含硼废液水泥固化硼酸包容率抗压强度抗浸出性

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粉煤灰-水泥固化含氟废渣的研究

粉煤灰综合利用 2005年第2期19卷 30-31页

作者：揭武王代芝张小兵湖北师范学院化学与环境工程系湖北黄石435002

以粉煤灰(渣)作调节剂水泥作固化剂处理含氟废渣,并对各种配比条件下固化体的F-离子浸出浓度进行测定。实验结果显示,该固化体具有良好的包容性和抗浸出性,F-浸出浓度低于国家允许排放标准。

关键词：粉煤灰含氟废渣水泥固化剂调节剂抗浸出性 F-浸出浓度含氟废水