碱活化反应器充当结构转化的催化剂。通过施加强烈的机械剪切力，这种混合设备将高浓度的氢氧化钠溶液与粉煤灰、火山灰和高炉矿渣等固体前驱体混合。这种物理搅拌是化学反应的先决条件，该反应将松散的放射性成分转化为固体、稳定的地质聚合物。
混合设备提供必要的机械能来溶解硅和铝物质，从而触发形成三维 N-A-S-(H) 凝胶网络，该网络可安全地封装放射性废物。
化学活化的机理
促进快速溶解
混合设备的主要功能不仅仅是均质化，而是促进化学分解。
反应器将机械剪切力施加到液体活化剂和固体前驱体的混合物上。
这种物理应力使前驱体的表面积暴露于高浓度氢氧化钠。
因此，这种环境促进了固体材料中Si4+（硅）和Al3+（铝）物质的快速溶解。
引发缩聚反应
一旦硅和铝物质被释放到溶液中，混合环境就允许它们相互作用。
这些物质会发生缩聚反应，这是一种小分子结合形成大分子链的化学反应。
这是将混合物从浆料转变为固体基质的基础步骤。
构建封装基质
N-A-S-(H) 凝胶的形成
缩聚反应的结果是形成一个坚固的铝硅酸盐凝胶网络。
技术文档将这种特定结构称为N-A-S-(H) 凝胶。
这种凝胶充当粘合剂，形成致密的三维骨架，赋予最终废物形态机械强度。
放射性灰烬的封装
该过程的最终目标是固定有害物质。
随着 N-A-S-(H) 网络的形成和硬化，它会围绕放射性灰烬颗粒生长。
灰烬不仅仅是混合在一起；它被牢固地封装在凝胶的分子结构中。
这确保放射性污染物被物理锁定，防止浸出或扩散。
理解权衡
剪切力的关键性
该过程的有效性完全取决于设备的能量输入。
不足的机械剪切会导致前驱体材料溶解不完全。
如果 Si4+ 和 Al3+ 物质未完全释放，则形成的凝胶网络将是薄弱且多孔的。
化学腐蚀性
该过程依赖于强碱性环境来运行。
虽然对于溶解是必需的，但这需要使用能够承受高浓度氢氧化钠而不会腐蚀的材料制造设备。
为您的目标做出正确选择
为确保放射性废物的安全固化，您必须优先考虑溶解和聚合阶段的效率。
- 如果您的主要重点是结构完整性：确保您的混合设备提供高剪切力，以最大程度地溶解 Si4+ 和 Al3+ 物质，从而形成更致密的凝胶网络。
- 如果您的主要重点是废物封装：验证前驱体（粉煤灰、矿渣）是否与活化剂完全均质化，以确保 N-A-S-(H) 凝胶在放射性灰烬周围形成完整的密封。
通过结合机械能和化学活化，您可以将危险的松散灰烬转化为稳定的整体固体。
总结表：
| 工艺阶段 | 反应器/设备的作用 | 废物固化的结果 |
|---|---|---|
| 溶解 | 施加强烈的机械剪切和高碱度 | Si4+ 和 Al3+ 物质从前驱体中快速释放 |
| 缩聚反应 | 促进浆料中的分子相互作用 | 形成结构化的三维聚合物链 |
| 硬化 | 在凝胶化过程中保持均质化 | 形成致密的 N-A-S-(H) 铝硅酸盐凝胶网络 |
| 封装 | 确保粘合剂完全覆盖 | 放射性灰烬被物理锁定在分子基质中 |
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参考文献
- Andrea Santi, Mario Mariani. Design of sustainable geopolymeric matrices for encapsulation of treated radioactive solid organic waste. DOI: 10.3389/fmats.2022.1005864
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
