论文部分内容阅读
核技术的开发和利用过程中产生了大量的放射性废物,若处置不当将会造成严重的放射性污染,如何安全高效的处置这些放射性废物是一个世界性的难题。地聚合物是一种新型的无机硅铝聚合物材料,具有优异的机械性能、耐高温性能和耐久性能等,同时因其独特的三维网络状结构会形成密闭的空腔,可将重金属离子等有毒有害物质分割包围在其中,因此地聚合物在有毒有害废物固化/稳定化领域有较大的应用前景。本论文以工业固废粉煤灰制备地聚合物,并用其固化模拟放射性核素(Cs+、Sr2+),考察模拟核素的浸出性能,主要研究内容与结论包括以下四个部分：(1)基于正交试验,分析原料配比、水玻璃模数、养护温度等因素对粉煤基地聚合物性能的影响并确定最佳工艺。试验结果表明养护温度的影响最大,其次是水玻璃模数,液固比的影响最小；当液固比为0.5：1,采用模数为1.5的水玻璃制得的地聚合物在60℃下养护28d后抗压强度可达69.9MPa。(2)按照正交试验得到最优条件制备模拟放射性核素地聚合物固化体,测定固化体的力学性能、耐高温性能、耐腐蚀性能等指标,并与水泥固化体做对比。结果表明地聚合物固化体各项指标(尤其是耐高温和耐酸腐蚀性能)均优于水泥固化体：在经1000℃煅烧2h后地聚合物固化体抗压强度仍大于30MPa,而水泥固化体强度几乎损失殆尽；在pH=3.6的HAc-NaAc缓冲溶液中浸泡60d后地聚合物固化体质量约损失了2.5%,而水泥固化体质量损失高达35%,且地聚合物抗压强度仍大于55MPa,而水泥固化体试块已经散裂。(3)根据GB7023-86规定的方法,测定模拟核素在去离子水中的浸出率,结果表明地聚合物固化体中Cs+和Sr2+第42d浸出率为0.74×10-4与0.46×10-4cm/d,均满足GB14569-93的要求。同时参照GB7023-86方法测定固化体在酸性及硫酸盐条件下模拟核素的浸出率,结果表明在上述条件下地聚合物的核素浸出率均明显优于水泥固化体。(4)通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等分析手段研究了地聚合物固化体微区成分及微观结构的变化,初步探讨了地聚合物固化模拟核素的机理,结果表明其固化机理是物理固封与化学键连的双重作用。通过本论文的研究,发现了相对于传统的水泥固化材料,粉煤灰基地聚合物固化体在机械性能、耐久性能和模拟核素浸出率等方面具有明显的优势,在放射性废物固化领域具有广阔的应用前景。