CN106847360B - 一种利用花岗岩固化放射性废物的方法 - Google Patents

一种利用花岗岩固化放射性废物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用花岗岩固化放射性废物的方法，属于放射性废物处理领域。本发明的方法包括如下步骤：将放射性废物、天然花岗岩骨料和粘结剂研磨成混合物，将所述混合物干燥，然后将所述干燥的混合物置于烧结装置中进行烧结，得到花岗岩固化体。本发明的方法具有工艺过程简单、节能环保、安全可靠等特点。本发明制得的花岗岩固化体具有较高体积密度、抗压强度、抗折强度、硬度，并且具有较低吸水率、膨胀系数等优点。

Description

一种利用花岗岩固化放射性废物的方法
技术领域
本发明涉及放射性废物处理领域，具体涉及的是一种利用花岗岩固化放射性废物的方法。
背景技术
花岗岩是一种火山爆发的熔岩且受到相当的压力在熔融状态下***至地壳表层的构造岩，是岩浆在地壳深处逐渐冷却凝结成的结晶岩体，属于火成岩的一种，广泛分布于地球上；其主要成分是石英、长石和云母。花岗岩具有质地坚硬、结构致密、强度高、抗风化、耐腐蚀、耐磨损、吸水性低、表面性质良好等特点，尤其硬度仅次于钻石，经久耐用。
核能的开发和利用给世界带来巨大经济和社会效益的同时，也产生了会对环境安全和人类健康造成了威胁的放射性废物，如何安全有效地处理放射性废物，是未来核技术可持续发展中的关键问题。
对放射性废物的处置预处理，普遍采用先将其固化处理，再将包含放射性废物的固化体进行最终的地质处置的方法，因此固化基材的选择十分关键。目前，主要的放射性废物固化技术有水泥固化、玻璃固化、陶瓷固化等。水泥基固化体的核素浸出率高且有较大增容，固化体一般比废物原体积增大1.5至2倍，减容效果较差，从而增加了处置的费用；陶瓷固化对核素的针对性较强，不适用于大规模的废物处理；玻璃固化工艺中会产生大量有害气体，并且玻璃属于介稳相，在高温和潮湿条件下，固化体易发生溶蚀、析晶等现象，这些问题会对固化体在处置库条件下的稳定性造成威胁。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用花岗岩固化放射性废物的方法，该方法具有工艺过程简单、节能环保、安全可靠等特点。
本发明所提供的利用花岗岩固化放射性废物的方法，包括如下步骤：将放射性废物、天然花岗岩骨料和粘结剂研磨成混合物，将所述混合物干燥，然后将所述干燥的混合物置于烧结装置中进行烧结，得到花岗岩固化体。
上述的方法，所述方法还包括在将所述混合物干燥之前对所述混合物进行预处理的步骤；所述预处理为对所述混合物进行加压；所述加压的压力具体可为0～800Mpa。
上述的方法，所述天然花岗岩骨料为天然花岗岩颗粒；所述天然花岗岩骨料具体可由粒径小于或等于10mm和粒径为10mm～20mm的天然花岗岩颗粒混合而成。
所述天然花岗岩骨料中，所述粒径小于或等于10mm的天然花岗岩颗粒的质量百分含量为0～100％。
所述天然花岗岩骨料中，所述粒径小于或等于10mm的天然花岗岩颗粒和粒径为10mm～20mm的天然花岗岩颗粒的质量比具体可为3∶1～3.5∶1；更具体为3∶1或3.5∶1。
上述的方法，所述放射性废物为核工业中所产生的固态和/或液态放射性废物。
所述液态放射性废物可通过常规技术手段转化为固态，然后再进行固化。
所述放射性废物具体为固态；如含Cs的吸附纤维或含Sr的树脂。
上述的方法，所述粘结剂为高分子材料及无机盐类粘结剂；具体可为萜烯酚醛树脂、双酚环氧树脂或聚碳硅烷等。
上述的方法，所述混合物中，按质量百分数计，所述放射性废物为5％～20％、所述粘结剂为2％～3％、余量为天然花岗岩骨料。
上述方法中，所述混合物中，按质量百分数计，所述放射性废物具体可为13％～17％；所述粘结剂具体可为2％或3％。
上述的方法，所述干燥是在常温到200℃之间的温度下通风干燥0.5-5h；所述干燥具体可为70℃的温度下通风干燥2h。
上述的方法，所述烧结反应结束后，还包括冷却的步骤；所述冷却具体是将所述花岗岩固化体在烧结装置中进行冷却；所述冷却具体是不同速率降温与自然降温两种。
上述的方法，所述烧结的温度为500℃～2000℃；具体可为900℃～1500℃，更具体为1200℃或1500℃；所述烧结的时间为1h～72h；具体可为2h～12h，具体为2h或12h。
上述的方法，所述烧结装置为高温马弗炉或微波烧结炉。
本发明的方法具有工艺过程简单、节能环保、安全可靠等特点。本发明制得的花岗岩固化体具有较高体积密度、抗压强度、抗折强度、硬度，并且具有较低吸水率、膨胀系数等优点。本发明的方法具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，所用高温马弗炉为KSS-1700型高温马弗炉；微波烧结炉为HAMiLab-M1500型微波高温马弗炉。
下述实施例中所用的天然花岗岩来自于四川雅安。
所用萜烯酚醛树脂购买自深圳市吉田化工有限公司。
实施例1
(1)将天然花岗岩原料经粉碎处理，取粒径小于或等于10mm(小)与粒径为10～20mm(大)花岗岩颗粒，按质量比为3∶1的比例混合，得到天然花岗岩骨料。
(2)将放射性废物、天然花岗岩骨料和萜烯酚醛树脂充分研磨成混合物，其中，放射性废物为含Cs的吸附纤维，固态。按质量百分数计，放射性废物13％、天然花岗岩骨料85％、萜烯酚醛树脂2％；然后在100Mpa下进行预处理，将预处理的混合物在70℃的温度下通风干燥2h。
(3)将所述干燥的混合物置于高温马弗炉中，由室温升温至1500℃，在1500℃保温12h后，自然冷却至室温。将样品取出，即得花岗岩固化体。
经测试，制得的花岗岩固化体的体积密度为2.621g/cm3，干燥压缩强度为137MPa，抗弯性大于23MPa，硬度(肖氏)为HS 70，吸水率为0.17％，线性热膨胀系数为1.7，稳定性良好。
实施例2
(1)将天然花岗岩原料经粉碎处理，取粒径小于或等于10mm(小)与粒径为10～20mm(大)花岗岩颗粒，按质量比为3.5∶1的比例混合，得到天然花岗岩骨料。
(2)将放射性废物、天然花岗岩骨料和萜烯酚醛树脂充分研磨成混合物，其中，放射性废物为处理废液后的含Sr的树脂，固态。按质量百分数计，放射性废物17％、天然花岗岩骨料80％、萜烯酚醛树脂3％；然后在80Mpa下进行预处理，将预处理的混合物在70℃的温度下通风干燥2h。
(3)将所述干燥的混合物置于微波烧结炉中，由室温升温至1200℃，在1200℃保温2h后，自然冷却至室温。将样品取出，即得花岗岩固化体。
经测试，制得的花岗岩固化体的体积密度为2.501g/cm3，干燥压缩强度为117MPa，抗弯性大于15MPa，硬度(肖氏)为HS 73，吸水率为0.14％，线性热膨胀系数为1.8，稳定性较好。

Claims (8)

1.一种利用花岗岩固化放射性废物的方法，包括如下步骤：将放射性废物、天然花岗岩骨料和粘结剂研磨成混合物，将所述混合物干燥，然后将所述干燥的混合物置于烧结装置中进行烧结，得到花岗岩固化体；
所述粘结剂为萜烯酚醛树脂、双酚环氧树脂或聚碳硅烷；
所述混合物中，按质量百分数计，所述放射性废物为5％～20％、所述粘结剂为2％～3％、余量为天然花岗岩骨料；
所述烧结的温度为500℃～2000℃；所述烧结的时间为1h～72h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在将所述混合物干燥之前对所述混合物进行预处理的步骤；所述预处理为对所述混合物进行加压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述天然花岗岩骨料为天然花岗岩颗粒。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述天然花岗岩骨料由粒径小于或等于10mm和粒径为10mm～20mm的天然花岗岩颗粒混合而成。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述放射性废物为核工业中所产生的固态和/或液态放射性废物。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述干燥是在常温到200℃之间的温度下通风干燥0.5-5h。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述烧结反应结束后，还包括冷却的步骤。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述烧结装置为高温马弗炉或微波烧结炉。
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