γ辐照老化对高庙子天然钠基膨润土力学强度和变形特性影响研究

为探究高放核废物深地质处置缓冲材料的长期稳定性,以内蒙古高庙子(GMZ)天然钠基膨润土为研究对象,揭示了γ辐照老化作用对高压实天然钠基膨润土样品力学强度和变形特性的影响。采用钴源在室温下对该膨润土进行不同累积剂量的辐照作用,分析了辐照前、后膨润土的矿物成分变化,并开展了三轴剪切以及膨胀变形试验。结果表明:γ辐照老化作用引起膨润土部分矿物成分的变化,蒙脱石微观结构稳定性降低并转化为更稳定的硅酸盐和硅铝酸盐矿物;膨润土经过辐照作用后剪切强度有所增长且随辐照剂量增大,矿物成分发生了变化,同等围压下膨润土的剪切峰值强度逐渐提高;随着围压的增大,强度增长的幅度逐渐变缓,辐照剂量对强度的影响减弱,表明围压对膨润土强度的增长有一定的抑制作用;由于辐照后蒙脱石的含量减少,膨润土的膨胀变形性能相应减弱,即膨胀力、自由膨胀应变、有荷膨胀应变等指标降低。     

γ辐照对改性钠基膨润土影响的初步研究

为了确认γ辐照对改性钠基膨润土的影响,拓展高放地质处置缓冲材料性能评价范围,以内蒙古高庙子改性钠基膨润土为研究对象,利用红外光谱分析仪、同步热分析仪和X射线衍射仪分析了不同γ辐照剂量(1000、2000、3000、4000和5000 k Gy)对改性钠基膨润土性能和微观结构的影响。结果表明:在5000 k Gy大剂量γ辐照后,高庙子改性钠基膨润土中某些官能团发生了少量的化学转变,耐热性能有所提高,但对钠基膨润土中的层间水和吸附水影响不大;另外其微观结构变化不明显,只是晶胞尺寸有所减小;总体而言,高庙子钠基膨润土在大剂量γ辐照环境中稳定性是良好的。     

钠-蒙脱石地球化学性能模拟研究

膨润土已经被许多国家确定为高放废物深地质处置系统的缓冲/回填材料。钠-蒙脱石作为钠基膨润土的主要矿物,对钠基膨润土的地球化学稳定性能起着关键作用。以地球化学模拟软件PHREEQC和GWB为平台,对内蒙古高庙子膨润土的关键矿物——钠-蒙脱石在无氧和不同温度条件下的地球化学行为进行了模拟研究,分析了钠-蒙脱石在北山地下水体系中矿物成分、液相化学成分、pH值的长期演变规律。     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测

甘肃北山被首选为修建高放废物处置库的地区。考虑到该地区地下水中含有总溶解固体（TDS）,选择NaCl-Na2SO4作为溶解固体。以高庙子钠基膨润土为试验材料,利用单向固结仪,进行不同TDS浓度盐溶液和蒸馏水饱和的膨胀试验。根据蒙脱石孔隙比的概念,统一整理了饱和高庙子膨润土在盐溶液和蒸馏水饱和下的膨胀特性。结果表明,当TDS浓度为12.3 g/L（预选处置库区的最高离子浓度）时,在双对数坐标中蒙脱石孔隙比与膨胀力关系和干密度与膨胀力关系均呈直线且平行于蒸馏水的试验结果;对于给定干密度试样,膨胀力的对数与TDS浓度呈线性关系。根据以上试验结果,给出了由高庙子钠基膨润土的设计干密度和离子浓度计算相应膨胀力和膨胀变形的表达式。     

中国高放废物深地质处置的缓冲材料选择及其基本性能

人类的许多生产、生活活动均可能产生不同活度的放射性废物,其中高放废物的安全处置倍受全球科学家和广大公众所重视。目前深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。借鉴国外成熟的技术和经验,我国采用多重工程屏障系统(包括废物固化体、废物容器及其外包装和缓冲/回填材料)和适宜的围岩地质体共同作用,来确保高放废物与生物圈的安全隔离。膨润土由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能而被国际上选作缓冲材料的基础材料。经过全国膨润土矿床筛选,我国高放废物深地质处置库缓冲材料的研究以产自高庙子膨润土矿床深部的钠基膨润土作为基本组成材料。本文介绍了高庙子膨润土矿床的地质特征以及高庙子钠基膨润土的基本特征。该膨润土与国外同类型材料相比具有蒙脱石含量高(75%左右)、杂质矿物相对较少的特点,该材料的系统和深入研究对于开发我国缓冲回填材料技术、确保高放废物的安全有效处置有重要意义。     

高放废物地质处置库预选缓冲材料压缩性能研究

缓冲材料是高放废物深地质处置多重屏障系统中非常重要的一道人工屏障，内蒙古高庙子钠基膨润土被确定为我国高放废物深地质处置缓冲材料的首选基料。通过研究该钠基膨润土（GMZ01）在不同含水量条件下的压实成型性、不同压实干密度和不同含水量压实样品的无侧限压缩性能，认为：含水量为15％的高庙子天然钠基膨润土压实成型性最好，压实干密度越大，无侧限抗压强度越大；在无侧限压缩实验时，含水量为15％的高密度压实膨润土样品比含水量为10％和20％的样品的抗压强度大，变形小。     

膨润土在核废料处置环境中的膨胀衰减规律研究

利用Phreeqc软件模拟了核废料处置库中高压实膨润土中发生的化学反应,建立了K+、Ca2+、Na+、Mg2+ 4种阳离子的离子交换和矿物溶解沉淀的一维运移反应模型。模拟了核废料处置环境中,膨润土化学组分在不同流体环境下随时间和空间的变化规律,验证了膨胀性的衰减主要是由Na基蒙脱石转变为Ca基蒙脱石引起。结合膨润土化学组分变化结果,对膨润土膨胀性衰减程度进行了评估。得到1万年后海水和地下水环境下的高庙子膨润土膨胀性衰减系数分别达到0.83和0.92,MX80膨润土达到0.79和0.90。     

大气条件下高庙子钠基膨润土化学缓冲特性研究

深地质处置目前被国际上公认为是处置高放废物的最有效可行的方法。我国采用多重工程屏障系统和适宜的地质体共同作用来确保与生物圈的安全隔离。缓冲材料是高放废物重要的工程屏障材料之一,我国选用高庙子钠基膨润土作为缓冲材料的基础材料。膨润土作为缓冲材料的一个重要性能表现为缓冲孔隙水的化学变化。介绍了GMZ-1钠基膨润土大气条件下与蒸馏水的反应试验,并对试验结果进行了讨论。批式试验反应溶液中钠离子来源于钠基膨润土层间阳离子和矿物溶解,镁离子来源于钠基膨润土层间阳离子,钾离子和钙离子来源于矿物溶解,相关研究认识对于高放废物处置库近场核素迁移研究和评价工程屏障的长期稳定性具有重要意义。     

化学作用下高庙子膨润土屏障性能演化行为

深地质处置库运营过程中,受地下水化学成分、可能泄露的核素等近场化学条件影响,膨润土工程屏障性能可能发生衰减。围绕化学作用下膨润土屏障性能的演化行为,以我国北山处置库预选场地为工程背景,以内蒙古高庙子膨润土为研究对象,首先介绍了高庙子膨润土的基本物理性质及北山预选场地近场化学条件;在此基础上,详细总结了化学作用下高庙子膨润土水力、力学及阻滞等屏障性能演化行为相关研究成果。结果表明:化学作用对膨润土持水、渗透特性的影响可分别依据渗透吸力及双电层理论解释;化学作用下膨润土膨胀力的衰减与其水化膨胀机制有关,化-力耦合及化-水-力耦合作用下膨润土变形特性因渗透固结、化学软化效应而发生改变;膨润土的吸附与扩散特性受核素浓度、离子环境、pH值等因素影响。最后,提出化学作用下膨润土屏障性能演化研究应重点关注的方向。     

北山花岗岩岩屑-膨润土混合材料导热性能研究

高放废物地质处置库缓冲/回填材料的重要作用之一是传导和散失高放废物衰变热,在膨润土中添加石英砂、石墨、花岗岩岩屑等导热性能较好的添加剂是提高缓冲/回填材料导热性能的主要方法。选用北山花岗岩岩屑为添加剂,与高庙子钠基膨润土GMZ01组成混合材料,制备不同含水率、不同密度的试样。使用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪测定样品的导热系数,分析其与花岗岩岩屑含量、干密度、饱和度等参数的关系,并运用多种混合物热传导模型分析预测导热系数。研究结果表明,花岗岩岩屑能够有效提高缓冲/回填材料的导热性能,混合材料的导热系数分别与其饱和度、气体体积存在线性关系;Maxwell方程能够较好预测北山花岗岩岩屑-膨润土混合材料的导热系数。     

中国高放废物处置库缓冲材料选择与基本性能

人类的许多生产、生活活动均可能产生不同活度的放射性废物。其中高放废物由于具有放射性水平高,发热量大,并含有对生物极有害的α放射性的长寿命核素等特点,其安全处置倍受全球科学家和广大公众所重视。目前深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。借鉴国外成熟的技术和经验,我国采用多重工程屏障系统（包括废物固化体、废物容器及其外包装和缓冲/回填材料）和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。膨润土由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能而被国际上选作缓冲材料的基础材料。经过全国膨润土矿床筛选,高庙子膨润土矿床被选作我国缓冲材料供应基地,我国高放废物深地质处置库缓冲材料的研究以产自该矿床的深部钠基膨润土作为基本组成材料。本文介绍了高庙子膨润土矿床的地质特征以及高庙子钠基膨润土的基本特征。该膨润土与国外同类型材料相比具有蒙脱石含量高（75%左右）,杂质矿物相对较少的特点,这对系统和深入研究该材料以开发我国缓冲回填材料技术,确保高放废物的安全有效处置具有重要意义。     

钙钠离子对蒙脱石晶格膨胀的影响

膨润土是以蒙脱石类矿物为主要成分的粘土,它的物理化学性质主要由其中的蒙脱石所决定。由于蒙脱石具有较强的吸附性、悬浮性、膨胀性和粘结性,因此膨润土在冶金、铸造、石油、化工、纺织和农田水利中都得到广泛的应用。 工业上通常根据吸附阳离子的不同,将天然膨润土分为两类:(1)钙基膨润土——吸附的钙离子占总盐基量50％以上;(2)钠基膨润土——吸附的钠离子占总盐基量50％以上。钠基膨     

用溴仿酒精溶液分离膨润土中的蒙脱石

一、引言 膨润土的一系列重要物理化学性质、使用性能(例如铸造生产中型砂的工艺性能、石油钻井泥浆等)主要由膨润土中的蒙脱石矿物含量所决定。有人通过试验证明,膨润土中的蒙脱石含量与型砂的湿压强度呈正相关关系。所以,除了鉴别膨润土的类型是属于钙基或是钠基等外,一个评阶膨润     

刘房子钠基膨润土矿石质量研究及应用

刘房子钠基膨润土矿床是我国膨润土矿石质量优异的矿区,经过三年的详查与勘探,探明钠基膨润土矿石2 300万t,钠蒙脱石含量高可达98%,平均含量达63.74%。本文通过X射线衍射、红外吸收光谱分析、矿物的粒度分析,并结合电子扫描对矿石质量进行了研究,应用热分析方法,确定刘房子钠基膨润土矿石具有的优良特征。     

ESR年龄测定法的研究及应用

电子自旋共振(ESR)年龄测定法是在国外于1975年以后发展起来的一门新的断代技术。测定法的原理是直接测定某矿物晶体的顺磁电子(包括陷井电子和空穴)的数量。这些自由电子是由于样品本身以及环境中存在的放射性元素所产生的α、β、γ射线辐照诱导而成.当矿物的年龄越“老”,顺磁电子的数量也越多,相应于累积的总辐照剂量(TD)就越大。     

含水率和添加剂对膨润土导热性能影响的研究

膨润土的热学性能是评价膨润土作为高放废物深地质处置库缓冲/回填材料的重要参数。高庙子膨润土矿床初步确定为我国缓冲/回填材料的供应基地,本研究以石英砂作为添加剂,通过实验获得了高庙子膨润土在不同含水率和不同砂含量时所对应的导热系数。结果表明,在相同压实条件下,导热系数随着含水率、石英砂含量的增加而增加。     

混合型缓冲回填材料导热性能试验

为提高高放废物地质处置库中缓冲回填材料的导热性能,选用高庙子钙基膨润土和钠基膨润土为基础材料,添加不同比例的石英砂、石墨和沸石配置成混合型缓冲回填材料,运用瞬变平面热源法进行了不同含水率、不同干密度条件下导热系数的测试分析,并提出了混合型缓冲回填材料的建议配合比。结果表明,缓冲回填材料的导热性能随着含水率、干密度的增大而增大,各材料导热系数的大小排序为:石墨(M)石英砂(S)钠基膨润土(N)钙基膨润土(G)沸石(F)。石英砂和石墨作为添加剂可以极大地提高缓冲回填材料的导热性能,沸石对混合材料导热性影响不大,但其优良的吸附性与化学稳定性可为混合型缓冲回填材料其他性能提供保障。     

用溴仿酒精溶液分离膨润土中的蒙脱石

一、引言 膨润土的一系列重要物理化学性质、使用性能(例如铸造生产中型砂的工艺性能、石油钻井泥浆等)主要由膨润土中的蒙脱石矿物含量所决定。有人通过试验证明,膨润土中的蒙脱石含量与型砂的湿压强度呈正相关关系。所以,除了鉴别膨润土的类型是属于钙基或是钠基等外,一个评价膨润土质量的重要指标就是测定膨润土中蒙脱石矿物的含量。蒙脱石的定量分析方法过去国内外介绍得比较多的有亚甲基兰染色法、X光衍射法和差热分析法等。 重液法测定蒙脱石含量的方法是F.C.Loughnan提出的。他测定了一些矿物与酒精混合后的比     

用于高放射性废物深地质处置的粘土材料研究

按照高放射性废物深地质处置库中缓冲材料的作用及要求，针对8个主要核国家采用的9种蒙脱石类粘土的样品来源、矿物成分、主要物理化学特征和热—水—力学性能进行分析比较发现：中国内蒙古高庙子膨润土蒙脱石含量较高，阳离子交换容量和比表面积较大，高庙子钙膨润土具有很好的不渗透性、高膨胀性和良好的导热性能。因此高庙子膨润土可作为中国高放射性废物深地质处置库缓冲材料的基料。     

可渗透反应墙对重金属离子Pb~(2+)、Cd~(2+)吸附效果的试验研究

以受尾矿库渗滤液重金属离子Pb2+、Cd2+污染的地下水为研究对象,用天然矿物材料红辉沸石与膨润土作为反应渗透墙(PRB)的活性介质填充材料,试验结果表明,膨润土∶红辉沸石=1∶7,PRB渗透系数处于10-4cm/s数量级且随时间下降最为缓慢;PRB对单一组分Pb2+和单一组分Cd2+去除率分别达99.95%和99.995%;但在双组分PRB体系中,重金属离子Pb2+的存在显著地抑制了PRB对Cd2+的吸附作用,优先选择性吸附顺序是Pb2+Cd2+。