低、中水平放射性废物固化体性能要求－水泥固化体

Performance requirements for low and intermediate level radioactivewaste form－Cementedwaste form ( GB14569.1-2011 代替GB14569.1-93 2011-09-01实施)

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国放射性污染防治法》，防治放射性污染，改善环境质量，保护人体健康，制定本标准。本标准规定了低、中水平放射性废物水泥固化体（以下简称水泥固化体）的最低性能要求和检验方法。本标准适用于近地表处置的水泥固化体，大体积水泥浇注固化体除外。本标准是对《低、中水平放射性废物固化体性能要求水泥固化体》（GB 14569.1-93）的修订。自本标准实施之日起，《低、中水平放射性废物固化体性能要求水泥固化体》（GB 14569.1-93）废止。

水泥固化在一般有害废物（如电镀污泥、含汞泥渣、含砷泥渣等）处理中是一种较为成熟的方法。在放射性废物的固化处理方面，水泥固化技术开发最早，至今已有40多年的历史水泥固化中、低放废物已是一种成熟的技术，已被很多国家的核电站、核工业部门和核研究中心广泛采用，在德国、法国、美国、日本、印度等都有大规模工程化应用。

主要研究

为了克服水泥固化的缺点，近年来，国内外科技人员对其进行了大量的研究开发工作主要包括以下几个方面:

1）降低放射性核素的浸出率

各国研究人员提出了较多的方法，包括

1）对废液进行预处理，如用K₂CuFe（CN和K₂ZnFe(CN)₆沉淀Cs，用活性炭除去Co。

2）利用添加剂降低铯、锶的浸出率。

3）改常压固化为加压固化，使固化体致密化，减少与水接触的表面积。

4）在水泥固化体表面敷加涂层（如沥青、SiF4和有机聚合物等）。

其中以聚合物浸渍混凝土（PIC）获得广泛发展。其工艺过程为:先将水泥固化体加热以获得多孔结构，然后在常压或减压下浸渍在苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯之类有机单体中，然后加热或利用辐照使单体聚合。经过这样处理后的水泥固化体，其放射性核素的浸出率可降低3～4个数量级，抗压强度可提高3个数量级。

比较有效的措施是先将废物干燥脱水，进行干盐分固化。当然水泥固化时，还需要加入2）降低固化体的体积定量的水，这样包容的废物量比原来高得多，而固化产品大约只有原废液体积的0.125～0.25倍。

放射性废物水泥固化改善抗水浸出能力

为了改善水泥固化体的抗水浸出能力，提高机械强度和增加废物包容量，20世纪70年代中期开始研究用聚合物浸渍水泥固化体。此外还开始了用热压水泥固化法处理高放废液的实验室研究。

①聚合物浸渍水泥固化体聚合物浸渍混凝土是一种新型建筑材料，它具有机械强度高、孔隙率极低、耐化学腐蚀和耐风化等特点，特别适合于强腐蚀性场所使用。鉴于聚合物浸渍混凝土的这些特点，研究了用它作为中、低放废物固化基材的可能性。工艺过程如下：先将废物转化为水泥固化体，真空脱水后放入含引发剂的聚合物单体溶液中浸渍，将浸渍后的水泥固化体加热或辐照使单体聚合（见聚合反应）。聚合后一般生成热固性塑料，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等。与普通水泥固化体相比，聚合物浸渍水泥固化体的性能有一定改善，如浸出率至少低一个数量级，机械强度提高2倍左右。

②热压水泥固化高放废液　一般水泥固化体的抗水浸出性能较差，强辐照下气体辐解产物会使固化体破裂，因而水泥固化通常用于放射性水平较低的废物。但是水泥经热压处理后孔隙率可降到3%左右,机械强度提高约10倍。初步研究结果证明：将模拟高放废液煅烧物和湿水泥粉混匀，然后在150～250℃、2.4×10⁶帕下热压，可得到致密、不透气、抗水浸出的固化体。它的机械强度与玻璃相似，比普通水泥高5～10倍。2100433B

固化中常用的基材是含钙、铝、铁、镁等成分的硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥。常用的添加剂有蛭石、沸石和硅藻土等，它们的作用有降低放射性核素的浸出率，提高固化体机械强度，吸收游离水等。

用水泥固化废液时对水灰比(即废液和水泥用量比)有一定要求。要获得大的减容比应采用高的水灰比，然而高的水灰比使固化体的含盐量和含水量增加。含盐量增加会降低固化体的机械强度，含水量增加会在水泥浆表面产生一层游离水。加入合适的添加剂虽能提高机械强度和消除游离水，但也使减容比降低和重量增加。因此必须权衡利弊，选用合适的水灰比和添加剂，一般水灰比不超过0.5。

玻璃固化的研究开始于20世纪50年代末，早期对磷酸盐玻璃固化研究较多，随后发现磷酸盐玻璃固化体贮存一段时间后形成晶体，失去透明性，使放射性核素的浸出率显著增加，而且磷酸腐蚀性强，熔融器和固化尾气管道需用铂作材料。于是研究工作的重点转向硼硅酸盐玻璃固化。研究结果证明，硼硅酸盐玻璃是较理想的高放废液固化基材。