磷酸镁水泥固化模拟高放废液

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高放废液的处理处置一直是核安全关注的重点和难点,如何对具有高危险性的高放废液进行快速处置,保证其不发生泄漏和扩散是核安全的重要环节,如能通过一定的技术手段,进一步提升固化体长期稳定性,则对高放废液的处理将起到重要的作用。本论文将模拟高放废液进行前期预处理,处理后的废液通过磷酸镁水泥进行固化,并对高放废液磷酸盐水泥固化体陶瓷化进行初步研究,通过水泥固化和陶瓷固化两步处理的过程,实现对放射性废液的稳定固化处理。本文首先对模拟高放废液进行脱硝、中和及浓缩处理,处理后废液直接加入磷酸镁水泥原材料中制备水泥固化体,测试固化体物理性能、长期稳定性,最后选择性能较好的固化体进行了陶瓷化研究。利用XRD、SEM及EDX对固化体物相组成、微观形貌及微区元素分布进行了测试。研究结果表明:在模拟高放废液中加入一定量甲酸(甲酸与硝酸根摩尔量之比为1.9)可去除废液中部分硝酸根,随后加入NaOH口磷酸二氢钾可减少废液中可溶性离子的含量。固化体抗压强度满足标准要求,并表现出良好的抗冲击性、抗浸泡性能与冻融循环性能。固化体在25℃下浸泡42天,Sr2+和Cs+的浸出率最低可以达到0.24×10-5cm/d和0.89×10-3cm/d,满足国家标准要求磷酸镁水泥固化体的主要晶相为鸟粪石(MgKPO4·6H2O)晶体,且有部分MgO和硝酸盐剩余。随着废液掺量的增加鸟粪石晶体结晶度变差,结构更疏松。在结晶度较好的鸟粪石晶体中可以发现核素Sr和Cs的存在。高温烧结陶瓷化后固化体物相组成发生了较大的改变,不同烧结制度及原材料配比固化体物相组成有较大差异。在结晶度较差的KMgPO4晶体中能检测到Sr和Cs元素含量,在结晶度较好的片状KMgPO4晶体上能检测到Cs的存在,而由于各元素分布不均匀,不同烧结制度及原材料配比固化体中微区元素含量无明显的变化趋势。采用PCT粉末浸泡法测试烧结前后固化体中各元素浸出率,结果发现,Fe、Ni、Ti、Sr元素7d归一化浸出率较低,Mo和Cs元素浸出率相对较高。烧结后固化体中Fe、Cs元素浸出率明显降低,烧结制度不同对其浸出率有较大影响。对比烧结前后浸出率结果发现,固化体高温烧结有效改善了对核素Cs的固化效果,对核素Sr的固化效果有一定程度的改善。
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