核粘结材料动电学去污试验研究.pdfVIP

2008免 国 外 核 动 力 第5期 核粘结材料动电学去污试验研究 F．Frizon，S．Lorente，C．Auzuech 摘要：本文主要评价用于从粘结材料中去除放射性核素的动电学方法的效率。文章分2 个部分：第一部分将用作试验的灰泥试样做均匀污染，为此，用外电场控制放射性元素(铯) 的侵入；第二部分是从被污染的灰泥试样中去除放射性元素(铯)，在此期间使用相同的电场 做驱动力 ，试验中没有探测到电渗现象。在这2个阶段，对阴极液和阳极液中钙含量和铯含 量进行了分析，并对各阶段末期试样中铯含量进行了测量。在试验期间，除电流外，还测量 了pH值和电导率。最后，依据去污因子描述了动电学去污方法的效率，达到了预期的效果。 关键词：动电学；粘结材料；放射性元素 1 绪 论 在未来的十年里，很多核设施都将退役或被拆除。在核设施的建筑材料中，尤其是 粘结材料中可能会发现放射性核素。由于粘结材料是多孔介质，放射性核素可能渗透到 距材料表面达几厘米的深度1【1。现有的大多数去污方法都具有破坏性(如压气钻孔)，有些 则需要较长的处理时间(如生物法翻)，或者受限于材料表面(如化学方法 )。本文提出的 动电学方法由于对深度污染的材料没有较大的破坏，因而具有一定的应用前景。这种处 理方法可以通过减少固体废物体积来降低处理费用。 动电学方法已经用于混凝土中氯化物的去除I4J和土壤处理I5】。最近在核问题方面也 得到了应用9【 。由于铯(Cs)是混凝土中常见的污染元素，因此应研究使用这种方法去 除cs的可行性1【引。此外，在主要污染物中，Cs具有较高的扩散率，这也使其成为了一 个好的研究对象。 动电学方法的原理是在被 Cs渗透的粘结材料试样的两个电极之间使用外电场。与 利用浓度梯度驱动离子传送相比，通过电流加速离子传送提高了离子扩散率。电场驱动 核素离子朝电极运动，当阴极被安置在材料外部时，Cs离子(即阳离子)被带到材料外部。 本文提出的试验研究分 2个阶段， 试验装置简图见图 l。首先 ，用初始浓 度为 1mol／m3和 100mol／m 的Cs对几 个灰泥试样进行污染。虽然在核工业的 建筑物中不可能出现如此高的浓度，但 是这样的设置便于物理装置和动电学弥 补效率的试验研究。这些浓度允许使用 非放射性的Cs。由于用于非放射性核素 电极 的测量技术(如原子吸收光谱测试法)的 石墨 铱还原1 限制，较低的浓度则必需使用放射性 灰泥试样 Cs。通过外电场的作用使离子运动得到 图1 动电学去污试验装置示意图 57 加速。参考试样被均匀污染后即代表本研究第二阶段——去污过程的初始状态。应用于 灰泥试样的电场(667Wm)允许试样在 3周内局部去污。在去污试验期间，灰泥试样的 Cs分布图连同该方法的去污因子一起被提出，去污因子即比率，表示初始污染与最终污 染的比值。 2 试 验 2．1 试 样 灰泥试样的混合比例依照欧洲标准EN1961，水和水泥的质量比为0．5。使用CEM-I 型水泥(化学组成见表 1，略)和标准硅质砂。试样浇铸在fill0mm×220mli1的圆柱形模 具内，并保持100％的相对湿度24h。然后将试样从模具中取出，在温度20℃、相对湿 度 100％的环境中凝固3个月，材料密度为2180kg／m。由于灰泥的微观结构在多孔介 质中的传送中是一个非常重要的参数，因此利用水银孔隙测量法对材料进行了特性描述 (图2)。从图2可以看出，当总体孑L隙率为 12．9％时，水银孔隙测量法测量结果是 16．7％。 由于水银注入技术需要高压，而且有 一 些孔隙水银也无法到达，因此与水孔隙 测量法相比，其测量结果较低。水银孔隙 测量法提供了孔隙尺寸大小的分布信息，