中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材及其制备方法，其生料的组成如下：垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25‑45；27‑33；20‑40；燥后物料的水分低于5％质量百分数，生粉配比粉磨后的物料粒径低于8μm。制备得到的固化基材对核废料的固化效果强，固化体42天Cs的浸出率为2.0～2.5×10

【技术实现步骤摘要】
中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材及其制备方法
本专利技术涉及核废料固化材料
，尤其涉及一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材及其制备方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。目前，中、低放射性核废料普遍采用固化技术进行核废料处置，将核废料固封在稳定基材中，并进行深埋处置。水泥固化因工艺简单、适应性强、成本低而成为其最常用的固化方法，其中普通硅酸盐水泥是最常用基材，普硅水泥固化仍存在许多问题和缺陷，如核素浸出高、性能有限、成本不低、工艺路线单一等。硫铝酸盐水泥在核废料固化方面有诸多优势，如高废物包容量、高固化体强度、核素浸出低、碱度低(10-11.5)、凝结时间短和抗浸泡性能力强等，但对核废料具有较好固化效果的硫铝酸盐水泥生产原料如铝矾土、天然石膏和石灰石对品位要求高，而国家产业政策又严格控制矿产开发，诸多因素导致硫铝酸盐水泥存在原料受限、成本较高等瓶颈问题，难以用于核废料固化应用。虽然目前有采用固废制备硫铝酸盐水泥的相关研究，但是固废中的成分较为复杂，容易在较大程度上影响制备的硫铝酸盐水泥对核废料的固定效果，进而难以达到预期的固化效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材及其制备方法。为解决以上技术问题，本专利技术的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材，其生料的组成如下：垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45：27-33：20-40；燥后物料的水分低于5％质量百分数，生粉配比粉磨后的物料粒径低于8μm。第二方面，本专利技术提供所述中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材的制备方法，包括如下步骤：将垃圾飞灰和铝灰混合预处理后，与干燥后的脱硫石膏按比例混合，垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45：27-33：20-40；对混合生料进行粉磨，至粉磨后的物料粒径低于8μm；对粉磨后的混合生料进行煅烧，即得。第三方面，本专利技术提供利用所述中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材对中低放射性核废液进行固定的方法，为：将固废基硫铝酸盐水泥固化基材、砂与中低放射性核废液混合搅拌，固化成型，即可。与现有技术相比，本专利技术的以上实施例的有益效果为：1)本专利技术实施例中制备得到的固化基材对核废料的固化效果强，固化体42天Cs的浸出率为2.0～2.5×10-7cm/d，浸出分数为1.0～1.2×10-4cm，均远低于GB14569.1-2011要求的4×10-3cm/d和0.26cm。2)重金属42天浸出低于GB8978标准要求。3)利用全固废制备的硫铝酸盐水泥固化基材的3天净浆抗压强度最高达85.5MPa，28天净浆抗压强度最高达110MPa，性能优秀；4)本专利技术中采用垃圾飞灰、铝灰和脱硫石膏作为原料全固废生产硫铝酸盐水泥，其生产成本降低至300元/吨左右，低于普通硅酸盐水泥和市售硫铝酸盐水泥。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1烧制的水泥熟料的X射线衍射图谱。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，本专利技术提供一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材，其生料的组成如下：垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45：27-33：20-40；燥后物料的水分低于5％质量百分数，生粉配比粉磨后的物料粒径低于8μm。专利技术人经过试验发现，当采用垃圾飞灰、铝灰和脱硫石膏作为原料，按照特定的比例关系互配制备硫铝酸盐水泥时，无需使用核废料辐射吸收剂就可以对核废料起到较好的固化效果，有效避免核废料的泄露。在一些实施例中，生粉配比粉磨后的成分包括：SiO28-15wt％，CaO35-40wt％，Al2O320-30wt％，Fe2O33-10wt％，SO310-20wt％；进一步的，生料的碱度系数Cm为0.90-1.05。第二方面，本专利技术提供所述中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材的制备方法，包括如下步骤：将垃圾飞灰和铝灰混合预处理后，与干燥后的脱硫石膏按比例混合，垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45：27-33：20-40；对混合生料进行粉磨，至粉磨后的物料粒径低于8μm；对粉磨后的混合生料进行煅烧，即得。在一些实施例中，垃圾飞灰和铝灰混合预处理的方法为：将垃圾飞灰和铝灰按比例混合后，进行高温加热预处理，加热温度为900-950℃，加热时间为20-40min。900-950℃热处理温度可使垃圾飞灰中氯盐去除率达90％以上，氯含量降低至0.8wt％以下；垃圾飞灰中二噁英分解率达95％以上；垃圾飞灰中Na2O和K2O总量去除率达90％以上，总量降低至0.5wt％以下。可使铝灰中K/Na等氯化物去除率达90％以上。通过该预处理，可以显著提高固废基硫铝酸盐水泥固化基材对核废液的固化效果。在一些实施例中，采用煅烧炉中产生的热气体对含水脱硫石膏进行烘干。在一些实施例中，煅烧的温度为1200-1250℃，煅烧时的过量空气系数为1.1-1.15。第三方面，本专利技术提供利用所述中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材对中低放射性核废料进行固定的方法，为：将固废基硫铝酸盐水泥固化基材、砂与中低放射性核废料混合搅拌，固化成型，即可。在一些实施例中，所述中低放射性核废料为中低放射性核废液浓缩液。进一步的，中低放射性核废液浓缩液的浓度为硼含量<45g/L，总含盐量<300g/L，Cs含量<1％。进一步的，每升中低放射性核废液浓缩液采用2-3kg固废基硫铝酸盐水泥固化基材与0.5-1kg砂的进行固定。实施例1如图1所示，将垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏分别按质量份为34.1份、28.2份和37.7份分别预处理后置入生料磨进行粉磨，所得生料通入均化池中均化，再输送到煅烧装置煅烧，烧成温度为1250℃，煅烧时间为60分钟，制得硫铝酸盐固化基材。水泥净浆(硫铝酸盐固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材，其特征在于：其生料的组成如下：垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45；27-33；20-40；燥后物料的水分低于5％质量百分数，生粉配比粉磨后的物料粒径低于8μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材，其特征在于：其生料的组成如下：垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45；27-33；20-40；燥后物料的水分低于5％质量百分数，生粉配比粉磨后的物料粒径低于8μm。


2.根据权利要求1所述的固废基硫铝酸盐水泥固化基材，其特征在于：生粉配比粉磨后的成分包括：SiO28-15wt％，CaO35-40wt％，Al2O320-30wt％，Fe2O33-10wt％，SO310-20wt％；
进一步的，生料的碱度系数Cm为0.90-1.05。


3.权利要求1或2所述中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将垃圾飞灰和铝灰混合预处理后，与干燥后的脱硫石膏按比例混合，垃圾飞灰、铝灰、脱硫石膏质量比为25-45；27-33；20-40；
对混合生料进行粉磨，至粉磨后的物料粒径低于8μm；
对粉磨后的混合生料进行煅烧，即得。


4.根据权利要求3所述的中低放射性核废料的固废基硫铝酸盐水泥固化基材的制备方法，其特征在于：垃圾飞灰和铝灰混合预处理的方法为：将垃圾飞灰和铝灰按比例混合后，进行高温加热预处理，加热温度为900-950℃，加热时间为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文龙，李敬伟，王旭江，贾爱光，蒋稳，张超，吴长亮，毛岩鹏，宋占龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37