微波烧结处理放射性污染土壤

第1章 放射性污染土壤概述

 1.1 放射性污染土壤的来源及特点

 1.2 放射性污染土壤的类型

第2章 放射性污染土壤的处理方法

 2.1 物理修复技术

 2.2 化学修复技术

 2.3 生物修复技术

 2.4 其他种类的修复处理

第3章 微波烧结技术在放射性废物处理及污染土壤方面的应用

 3.1 微波烧结技术简介

 3.2 微波烧结技术处理放射性废物

 3.3 微波烧结技术处理污染土壤

第4章 模拟核试验场a污染土壤的微波处理

 4.1 样品制备及工艺探究

 4.1.1 土壤固化体的制备

 4.1.2 土壤固化体的特性

 4.2 模拟三价锕系元素污染土壤的微波处理

 4.2.1 固化体的制备

 4.2.2 固化体的特性

 4.2.3 固化体的性能

 4.3 模拟四价锕系元素污染土壤的微波处理

 4.3.1 固化体的制备

 4.3.2 固化体的特性

 4.3.3 固化体的性能

 4.4 模拟双锕系元素污染土壤的微波处理

 4.4.1 固化体的配方设计

 4.4.2 固化体的特性

 4.4.3 物理性能评价

 4.5 模拟核试验场铀污染土壤的微波处理

 4.5.1 固化体的制备

 4.5.2 固化体的特性

 4.5.3 固化体的性能

 4.6 模拟不同种类铀污染土壤的微波处理

 4.6.1 固化体的制备

 4.6.2 固化体的特性

 4.6.3 固化体的性能

第5章 模拟铀尾矿库污染土壤的微波处理

 5.1 固化体制备

 5.1.1 配方设计

 5.1.2 固化体烧结

 5.2 固化体特性

 5.2.1 物相分析

 5.2.2 结构分析

 5.2.3 形貌分析

 5.3 固化体化学稳定性

 5.3.1 土壤种类的影响

 5.3.2 温度的影响

 5.3.3 酸碱度的影响

 5.3.4 土壤铝硅比的影响

 5.4 固化体物理性能

 5.4.1 密度

 5.4.2 硬度

第6章 模拟核应急环境下含锶污染土壤的微波处理

 6.1 固化体制备

 6.1.1 配方设计

 6.1.2 固化体烧结

 6.2 固化体特性

 6.2.1 物相分析

 6.2.2 结构分析

 6.3 固化体化学稳定性

 6.3.1 土壤种类的影响

 6.3.2 酸碱度的影响

 6.3.3 土壤铝硅比的影响

第1章 放射性污染土壤概述　　经济的发展、人类的生活都离不开能源的利用。目前世界上的能源主要依赖煤炭、石油、天然气等化石燃料，这些化石燃料的大量使用不仅会排放大量的硫，造成环境污染和生态破坏等问题，而且会引起全球气候变暖等效应。太阳能、风能、地热能、潮汐能等虽然都是理想的清洁能源，但是由于非常容易受地理位置、气候变化及技术条件等的限制，始终不能实现大规模的生产利用。核能作为一种经济、安全、清洁、高效的能源[1， 2]，为能源危机的解决提供了有效途径，给人类的生活带来了诸多便捷。在核能的开发利用过程中，会不可避免地产生大量的核废物，给人类及其生态环境造成严重危害[3]。大部分的放射性污染物经过大气沉降、水源渗流等作用后进入土壤，随后通过生态循环进入动植物体内，然后通过食物链进入人体，这给人体健康构成严重威胁[4]。图1-1为放射性物质进入人体示意图。　　图1-1 放射性物质进入人体示意图　　土壤作为生命的载体，与地球上的水、空气一样，是构成生命的基本要素之一，同时也是人类赖以生存、发展和进步的重要基石。土壤自身具备一定的净化能力，当放射性废物进入土壤后，通过土壤的物理、化学及生物等过程，能够不断地被吸附、分解、转化，*终实现无害化。但是当放射性物质进入土壤的数量及速度超过土壤自身的容纳能力和净化速度时，土壤的性质、组分等就会发生很大改变，从而会破坏土壤的生态平衡，导致土壤功能失调、质量恶化[5]。　　为顺应土壤环境保护、生态可持续发展的现实需求，在过去的40年里，欧洲、美国、日本、中国等国家和地区纷纷研发、制定了许多放射性污染土壤治理计划及方法，并针对不同类型土壤、不同污染源、不同放射性强度等形成了一套较为完善的治理体系，包括物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术及联合修复技术等[6]。这些技术在处理一些低放射性土壤时具有良好的效果，但是由于放射性污染土壤的受污染方式及程度具有很大差别，尤其是被α核素所污染土壤的治理尤为困难，α污染土壤中放射性污染物的成分较为复杂，其中锕系元素(actinides，U、Pu、Am、Cm等)具有放射性强、半衰期长(如239Pu半衰期为2.4×104a)及生物毒性大等特点，且大多锕系核素自身极不稳定，可衰变释放出高能粒子(如α粒子能量为4～6MeV)，生成次锕系核素(minor actinides，237Np、241Am、243Am、247Cm等)。虽然所生成的次锕系核素种类较少，但由于其具有较长的半衰期，大多数次锕系核素又是α辐射体，在其衰变过程中产生的重离子、α、β及γ射线会对人类及生态环境构成极大的危害[7]，这对放射性污染土壤治理的安全性提出了较高的要求。因此，寻找高效快速且适应多种核素的α污染土壤治理方法，成为近年来放射性污染土壤处理处置研究的前沿及热点问题之一。　　1.1 放射性污染土壤的来源及特点　　放射性污染土壤中的放射性物质来源于两个方面[8]。一是天然放射性物质，此类放射性物质主要存在于天然产物之中，其种类较多，主要包括40K、238U、232Th、226Ra等，它们经过自身衰变，产生一系列衰变子体，并广泛分布在土壤中，具体见表1-1[9]。土壤属于天然放射性核素的主要储存库，但由于其在土壤中的含量较低，对人体及生态环境的影响不大。　　表1-1 土壤中天然放射性核素的含量　　二是人工放射性物质，人工放射性污染是土壤放射性污染的主要来源。第二次世界大战后，人工放射性物质的大量出现使土壤的放射性污染发生了质的变化。人工放射性核素主要有137Cs、240Pu、131I等[8]。其主要来源如下。　　1. 核试验　　资料显示，自1945年美国在新墨西哥州开展第一次核爆试验以来，人类已经在所建核试验场进行了超过2000次的核试验，其爆炸方式有地表、高空、大气层以及地下核试验等[10]。在这些核试验场中，部分试验场曾进行过数百次的核试验，给核试验场及其周边地区造成了严重的土壤污染。造成核试验场土壤放射性污染的三类主要核活动如下[11]。一是近地表核试验，这类核试验对试验场土壤形成的污染主要集中在地面爆心附近区域及由爆炸风向支配的烟云沉降带，若形成爆炸坑，则在爆炸坑附近富集大量的放射性物质。二是有泄漏的地下核试验，地下核试验产生的放射性物质主要集中在爆心周围的地下空腔区域内，若爆炸造成明显泄漏，则会在爆心周边区域造成污染，且部分放射性物质会随水流渗透，从而扩大污染范围。资料披露，仅美国内华达核试验场(图1-2)由于放射性泄漏造成的大面积土壤污染的地下核试验不少于38次。三是大气层核试验，大气层核试验爆炸后产生的放射性物质随风飘散*终降落到地面，是大面积放射性污染土壤的重要来源。例如，美国在1954年将一颗600万t以上三硝基甲苯(trinitrotoluene，TNT)当量的氢弹于马绍尔群岛比基尼环礁上空引爆，导致近2万km2的区域变成永久的放射性污染区。　　图1-2 内华达核试验场及核爆炸的危害　　由于核试验场所使用的类型、方式及次数不同，其污染核素的种类及场区的污染程度不同，具体见表1-2。主要的放射性污染物有十几种[12]，包括：锕系核素238Pu、239Pu、240Pu、241Am等；裂变产物90Sr、137Cs、155Eu等；次生放射性核素60Co、152Eu等。　　表1-2 部分核试验场放射性污染情况