文档介绍：放射性废物固化处理现状
摘要:放射性废物安全有效的处置是世界各国关注的重要课题,也是核工业健康,可持续发展的重要保证。目前公认的较为安全的方法是将放射性废物固化后进行深地质处理。本文主要从固化机理,研究现状以及优缺点等几个方面来介绍水泥固化,玻璃固化和陶瓷固化这三种固化方法,为进一步研究放射性废物固化提供参考。
关键词:放射性废物;水泥固化;玻璃固化;陶瓷固化
中图分类号:+8 文献标识码:A 文章编号:
1前言
核能的利用已成为继化石燃料(包括煤、石油和天然气等)和水力资源之后的第3种主要能源[1]。核能的开发和利用给人类带来巨大的经济效益和社会效益,但也产生了大量的放射性废物,给人类的生存环境带来了较大的威胁。现在的科学技术仍不能将这些放射性核素重新利用,只能把它们当废物处置。因此,如何安全有效地处理放射性废物,使其能够与生物圈最大限度的隔离,已成为核工业、核科学面临的重要课题,是影响核能持续健康发展的关键因素。
2 放射性废物固化
固化体在深地质下,要承受高温高压的环境[3],因此,放射性废物固化体应具备两个基本条件:(1)能对核素进行长期的固化,达到相关标准测试评定的要求。(2)具有长期的耐久性。同时,考虑到固化体的运输,这些材料还要求有一定的抗机械性力学性能。现在,世界各国根据以上条件研究和使用的固化体材料较多,有了以下几种固化方法。
水泥固化至今已有40多年的历史,已是一种成熟的技术,被很多国家的核电站、核工业部门以及核研究中心广泛采用,在德国、法国、美国、日本、印度等国都有大规模工程化应用[4]。它被广泛用于蒸残液、泥浆、废树脂等中、低放废物的处理。近年来,水泥化学、新水泥系列、混合材、外加剂及混凝土用纤维等方面取得了许多进展,这对于指导放射性废物水泥固化的研究和应用有很大的帮助。
水泥固化的机理[5]:固化有放射性废物的水泥固化体是一个不均匀的多相体系,由固相、少量液体和空气组成。其中,固相主要由各种水化产物、残余熟料和废物等构成,而少量液体则存在于体系的孔隙中。整个体系对于核素的滞留作用主要有三种:固溶作用、吸附作用和包容作用。前两种是化学作用,与水化产物及核素的化学性质有关,核素离子与水泥水化产物反应生成新的矿物质或者在混合材表面吸附;包容是物理作用,与固化体的孔结构有关,水泥致密的孔结构会在空间上阻碍核素的扩散。
现今用的水泥固化基材主要有:(1)硅酸盐水泥(PC),这是以硅酸钙为主要成分的熟料制成的水泥的总称,在世界范围内长期用来固化液体和湿固体危险废物,国内也大多用硅酸盐水泥进行放射性废物实践。(2)硫铝酸盐水泥(SAC),这类水泥是由我国自主开发的品种,具有抗冻、耐腐蚀、抗渗、低碱度等优点。(3)碱活化矿渣水泥(AASC),又称碱矿渣水泥,是指矿渣与碱金属化合物共同磨细组成的一种水硬性胶凝材料,碱性物质作为活化剂,使潜在水硬性的矿渣表现出凝胶性质。与PC相比,AASC的水化产物对核素离子的固溶和吸附作用更强,而且AASC的孔隙率远小于PC,对核素的包容作用更好,核素浸出率更低。向AASC其中掺入黏土类材料,可使固化体水化产物中生成沸石类物质,从而提高对Sr、Cs的吸附性能[5]。
水泥固化与其他固化方法相比,原料易得,设备简单,生产能