磷酸盐水泥固化材料性能调控与固化机理研究

Appropriate disposing radioactive waste is directly related to the safety of nuclear power development and human living environment. In order to satisfy the performance requirements in solidifying medium-level and high-level radioactive waste, modifying and controlling the phosphate cement performance will be carried out by three means of special pretreatment for raw materials , adding retarder and adding modified component. The effects of the minerals，retarder and modified component on the phosphate cement solidified material performance and the action mechanism will be studied. Researchs on the hydration products and the microscopic structure will be carried out to reveal the effects of hydration products crystal morphology and microstructure on the solidified packet capacity, the leaching rate, the mechanical properties and other performances. The solidified material stability will be studied by simulating solidification of the medium-level and high-level radioactive waste. Simulating the leaching behavior and leaching mechanism of radionuclide Sr, Cs in phosphate cement solidified forms will be carried out, and the proper method of testing the solidified material leaching resistance will be discussed. Furthermore, the mathematical migration model of radionuclide Sr, Cs in phosphate cement solidified material will be established..Through this subject research, the achievements will provide new approaches for phosphate cement application in solidification of medium-level and high-level radioactive waste, special hard environment radioactive waste solidification and military nuclear waste emergency solidification. This project has great value on environment protection, military application and broad practical application.

妥善处置放射性废物直接关系到核电健康发展和人类生存环境的安全。根据中、高放射性废物固化体的性能要求，采用原材料预处理及掺加调凝组分和改性组分，对磷酸盐水泥进行改性处理和性能调控。研究矿物材料、调凝和改性组分对磷酸盐水泥固化材料性能的影响与作用机制。研究磷酸盐水泥固化材料的水化产物与微观结构，揭示水化产物晶体形态、微观结构对固化体包容量、浸出率、力学性能等性能的影响规律。以模拟中、高放放射性废物为研究对象，进行磷酸盐水泥固化体的稳定性研究。开展模拟放射性核素Sr、Cs在磷酸盐水泥固化体中的浸出行为和机理研究，探讨固化体抗浸出性测定方法，建立Sr、Cs在磷酸盐水泥固化体中迁移数值模型。.通过本项目研究，为磷酸盐水泥用于中、高放核废物高包容量固化、严酷环境下核废物特殊固化和军事核废物应急固化提供新的技术途径。本申请项目的研究不仅具有环保意义，还有较大军事价值和比较广阔的应用前景。

妥善处置放射性废物直接关系到核电健康发展和人类生存环境的安全。开展提高核废物包容量及固化体综合性能的研究，对保护环境、人类健康和核电站安全运行具有十分重要的意义。.根据放射性废物固化体性能要求，采用原材料预处理、调整配比及掺加调凝组分和改性组分，制备了综合性能良好的磷酸镁水泥固化材料，该材料对核素Sr、Cs具有优异的固化效果。.开展了矿物材料对磷酸镁水泥固化材料性能的影响与作用机制研究。结果表明，与膨润土、煅烧高岭土和粉煤灰相比，沸石对水化热的降低作用最为明显，对核素离子Sr和Cs的吸附能力最强。沸石掺量为10%的磷酸镁水泥固化体中Sr和Cs第42d的浸出率分别降低了28.3%和26.0%，42d的累积浸出分数分别降低了21.8%和42.2%；经沸石改性的磷酸镁水泥固化材料对模拟放射性焚烧灰的包容量可达30%。.对磷酸镁水泥的水化机理及固化体的微观结构进行了分析。研究发现，磷酸镁水泥的水化历程主要受成核结晶与晶体生长过程以及扩散过程控制（NG-D型）。采用Knudsen模型能较好的拟合磷酸镁水泥的水化放热行为，模型的拟合相关度在0.995以上；通过Kondo模型可以较好的计算出磷酸镁水泥水化各个阶段的水化动力学常数。沸石、Sr和Cs等因素通过改变磷酸镁水泥水化历程、水化产物和固化体微观结构影响磷酸镁水泥固化体的力学性能、浸出率等性能。.研究了磷酸镁水泥固化材料的体积稳定性和耐久性。利用磷酸盐水泥固化材料对焚烧灰、含硼废液、高放废液、树脂等模拟放射性废物进行固化处理，并对其性能进行了研究探讨。结果表明，磷酸盐水泥固化材料对焚烧灰、含硼废液、高放废液的固化效果较好，对模拟放射性树脂的固化效果差。研究结果可对磷酸镁水泥固化放射性废物的工程应用提供新的技术途径。.开展了磷酸镁水泥固化材料渗透性影响因素和模拟放射性核素Sr、Cs在磷酸盐水泥固化体中的浸出行为与机理研究，探讨了放射性废物固化体抗浸出性测定方法。研究表明，磷酸镁水泥固化体对核素Sr、Cs以吸附固化为主，机械固化为辅，并存在着固溶固化，对核素离子Sr、Cs的吸附过程存在脱附现象。根据Fick第二定律初步建立了一维衰变浸出模型，可以较好的预测Sr、Cs在磷酸镁水泥固化体中的迁移行为，实现对磷酸镁水泥固化体中Sr、Cs的累积浸出分数的预测。