5.2.2.2 Цементирование

Цементирование является одним из основных и эффективных методов отверждения концентратов жидких радиоактивных отходов. Положительными сторонами цементирования являются: простота процесса включения концентрата в цемент, отсутствие пластичности и негорючесть. Отрицательными сторонами являются: наличие влаги в цементном компаунде, значительная степень вымываемости радионуклидов по сравнению с битумированием [24].

При смешении концентрата с цементом прочность цементного камня уменьшается. Чтобы увеличить степень наполнения (объём вводимого концентрата) некоторыми авторами рекомендуется использовать подсушенные концентраты.

Чтобы уменьшить вымываемость микрокомпонентов из цементного компаунда, радионуклиды сорбируют на особенных добавках (сланцы, бентонит) или же переводят в нерастворимые соединения. Например, при добавлении бентонита вымываемость радиоактивного цезия снижается до 70 раз. Также для уменьшения вымываемости применяют уменьшение пористости цементного компаунда, изменяя пропорции вода-цемент с 0,7 до 0,36; такая процедура приводит к уплотнению компаунда. В США в цементную систему добавляют силикат натрия, что улучшает все показатели данного метода [24].

Известно, что содержащаяся в концентратах жидких радиоактивных отходов борная кислота замедляет процесс затвердевания готового компаунда. Для устранения этого явления рекомендуется в смесь вводить специальные добавки, которые способны образовывать комплексные соединения с данной кислотой (например, в Германии для этого используют смесь песка, цемента и гипса) [24].

Отработанные ионообменные смолы как компонент жидких отходов имеют склонность к набуханию, из-за этого их цементирование имеет специфичные параметры: процесс требует невысокой степени включения в систему (10÷11)% и повышенное отношение вода-цемент (до 0,6). К тому же хорошие показатели получаются при выборе быстро твердеющего цемента. Для уменьшения показателей вымываемости радионуклидов из отверждённого продукта применяют добавки 2,4% вермикулита, причём механическая прочность системы не меняется [24].

Цемент имеет высокую радиационную стойкость. В цементированных отходах радиационному воздействию подвергается в основном вода, при этом возникает опасность образования склонных к взрыву смесей (при хранении). Этому способствует выделяющийся при радиолизе воды водород. Цементируемые отходы хорошо фильтруются благодаря пористости продукта, поэтому они не подвержены разбуханию вследствие выделения газа. Поэтому допускается цементирование отходов средней активности.

Цементирование жидких радиоактивных отходов обладает многими преимуществами. Метод отличается негорючестью и способность сохранять изначальную форму после затвердевания, цементная система непластична. Но всё же по показателям вымываемости и степени наполнения метод уступает методу битумирования. Метод цементирования может конкурировать с битумированием только при хранении цементных блоков в могильниках, с надёжной барьерной защитой.

Наряду с цементом в качестве матрицы может рассматриваться гипс. По многим характеристикам и свойствам гипс не уступает цементу. Как связующее в чистом виде гипс не рассматривается (необходимы добавки). Но растворимость гипса в воде ухудшает его водостойкость и повышает вымываемость радионуклидов и ограничивает его применение в данной сфере. Гипс может быть применён только в качестве дешёвого заменителя цемента, но при условии надёжной барьерной изоляции гипсовых блоков (в могильниках) [24].