1、放射性核素Sr、Cs的固化是核技術應用的關鍵環(huán)節(jié)之一。堿礦渣-粘土復合膠凝材料(AASCM)是具有低鈣硅比(C/S)、富鋁、富鈉組成特征并集成了堿礦渣水泥的高強度、低孔隙率、較好抗侵蝕性與改性凹凸棒石粘土(M-ATT)、沸石(ZEO)良好吸附性能的一種新型放射性核素Sr、Cs的固化基材。研究其固化Sr、Cs的機理和性能，旨在為該材料的組成設計及工程應用提供理論依據(jù)和積累實驗數(shù)據(jù)。 應用靜態(tài)吸附法，研究了改性凹凸棒石粘土、沸石等礦

2、物材料吸附Sr、Cs的性能。結果表明：粘土等礦物材料的結構及其中所具有的陽離子的種類決定著它們吸附Sr、Cs的能力。結構中存在低價態(tài)取代高價態(tài)陽離子(如Al3+取代Si4+或Mg2+取代Al3+)的同晶取代現(xiàn)象，形成取代結構吸附活性中心是使其具有較強吸附能力的前提。結構中的電荷數(shù)少，離子半徑小的陽離子(如Na+)，其更易被交換，對提高其吸附Sr、Cs的能力有利。結構中存在微孔隙發(fā)育，具有一些通道(如沸石和凹凸棒石粘土)，對吸附小于這些孔

3、道直徑的陽離子有益。層狀結構的粘土礦物中，取代結構吸附活性中心與陽離子之間的電荷平衡方式為遠程中和方式時，有利于陽離子的交換吸附。沸石、改性凹凸棒石粘土具有較強的吸附和選擇性吸附Sr、Cs的能力，其中沸石類礦物吸附Sr的能力較強，而改性凹凸棒石粘土吸附Cs的能力較強。 運用吸附-逐步浸出試驗方法進行了AASCM的配方優(yōu)化。沸石、改性凹凸棒石粘土及熱活化高嶺土與堿礦渣水泥復合構成的AASCM水化物的吸附性及在去離子水中抗浸出性較堿

4、礦渣水泥高。在實驗條件下，AASCM的組成(HAK/GBS)對其吸附-逐步浸出性能有較大影響。當HAK/GBS為0.176-0.25時，AASCM水化物粉體吸附Sr較好；當HAK/GBS為0.25時吸附Cs最佳。綜合組成材料配比對堿礦渣-粘土復合膠凝材料水化物粉體的吸附-浸出及強度性能的影響，較為理想的材料配方為HAK：ZEO：M-ATT：GBS=15：5：10：70(此時HAK/GBS=0.214)。該配方的AASCM水化產(chǎn)物的平均C

5、aO/SiO2(C/S)為0.80，(CaO+Na2O)/(SiO2+Al2O3)[(C+N)/(S+A)]為0.75，Al2O3/SiO2(A/S)為0.24。AASCM水化物粉體較之硅酸鹽水泥(PC)、鋁酸鹽水泥(AC)、礦渣硅酸鹽水泥(PSC)具有更強的對Sr、Cs的吸附性能。該配方的AASCM凈漿28d的抗壓強度達到80MPa以上，長期強度穩(wěn)定。 運用XRD、TG-DSC、FTIR、SEM等技術研究了AASCM的水化產(chǎn)物

6、及SrO-CaO-SiO2-H2O的水熱合成產(chǎn)物。結果表明：熱活化高嶺土的引入，實現(xiàn)了AASCM水化產(chǎn)物的富鋁改性，使AASCM的水化產(chǎn)物具有低C/S、富鋁、富鈉特性。常溫下，AASCM水化產(chǎn)物主要是(Na+Al)-C-S-H，可能存在結晶程度較差且極為分散的沸石類產(chǎn)物；80℃條件下，除了生成(Na+Al)-C-S-H之外，還存在鈣十字沸石及菱沸石等水化產(chǎn)物。在80℃水熱條件下，SrO能與水泥的基本組份CaO、SiO2反應，形成水化硅酸

7、鹽鈣鍶固溶體，并使C-S-H凝膠結構更趨無序。 研究了AASCM水化物粉體對Sr、Cs的靜態(tài)吸附行為及Na2O-CaO-Al2O3-SiO2-H2O體系水熱合成粉體吸附Sr、Cs的能力與其組成之間的關系；探討了AASCM固化Sr、Cs的機理。結果表明：實驗條件下，AASCM水化物粉體吸附Sr的平衡時間較Cs長；母液濃度提高，AASCM水化物粉體對Sr、Cs的吸附量增加，吸附比降低；其它條件相同時，對Sr的吸附量是對Cs吸附量的2

8、倍以上；對Cs而言，其它條件相同時，溫度升高，吸附平衡時間而縮短，吸附量和吸附比下降，pH值提高，吸附量增加。AASCM水化物粉體的吸附過程是一個放熱過程，且Cs在其中的吸附在一定的濃度范圍內服從Freudlich吸附等溫式。C-S-H的組成對其吸附能力有較大影響。低C/S、富鋁、富鈉的C-S-H中部分Na+置換(Na+Al)-C-S-H層內Ca2+，Al3+置換硅氧四面體中Si4+，形成兩種取代結構吸附活性中心，部分Na+存在于層間，

9、是可交換性的，而存在于層間的Ca2+可交換性能較差。同時具備低C/S、富鋁、富鈉組成特點的C-S-H才有較強的吸附Sr、Cs能力。AASCM水化物的高堿性環(huán)境，有利于Sr的沉積反應和對Cs的吸附。 AASCM具有較好的抗輻照性能且具有比PC更好的抗硫酸鹽和耐酸侵蝕性能。用AASCM固化模擬放射性Fe2O3·nH2O泥漿是可行的。AASCM應用于固化工程時，宜于＜20℃的條件下施工。當膠砂比為1：1，水膠比為0.45，模擬泥漿摻量

10、為20％時，混合物的流動度能滿足施工要求；固化體抗壓強度及抗沖擊性均滿足GB14569.1-93要求；固化體的干縮率可與相同條件下PC固化體相當。當兩種基材固化體的強度相近時，AASCM對模擬泥漿的包容量比PC提高了5％。AASCM基固化體的浸出率低于PC，固化體對Sr2+的束縛比對Cs+的束縛牢固。浸出192d時，AASCM和PC固化體中137Cs的累積浸出分數(shù)分別為1.21×10-2cm和1.60×10-1cm，前者為后者的7.56