The impact of molten salt waste loadings on the properties of geopolymers and Portland cement for radioactive waste immobilization

Abstract

De overgang naar geavanceerde kernreactoren, zoals Molten Salt Reactors (MSR’s), brengt nieuwe uitdagingen met zich mee voor de veilige immobilisatie van radioactief afval. Deze studie onderzoekt het potentieel van Portlandcement (PC) en geopolymeren (GP’s) op basis van hoogovenslak (BFS) en metakaolien (MK) voor de immobilisatie van natriumcarbonaat-gebaseerd gesmolten zout (MS)-afval. Hoewel PC veel wordt toegepast voor de immobilisatie van radioactief afval, leidt de hoge CO2-voetafdruk tot groeiende interesse in alternatieven zoals GP’s.

De effecten van 10 en 15 gew.% MS-afval op de materiaaleigenschappen worden geëvalueerd en vergeleken met een referentie zonder MS. Pre-geconditioneerd MS-afval werd verwerkt in drie bindmiddelsystemen: PC, GP-BFS en GP-MK. Het testprogramma omvat metingen van mechanische sterkte, uithardingstijd, viscositeit, carbonatiebestendigheid, hydratatiewarmte, scanning-elektronenmicroscopie (SEM), stikstofadsorptie en ultrasoon onderzoek.

Zowel PC- als GP-matrices tonen potentieel, maar hun prestaties hangen sterk af van de combinatie van MS-afvalgehalte en het bindmiddelsysteem. Toevoeging van MS verbetert de sterkte en verlaagt de porositeit, maar vermindert de werkbaarheid van zowel PC als GP-BFS. MK-gebaseerde GP’s voldoen niet aan de acceptatiecriteria en zijn ongeschikt voor immobilisatie. Deze bevindingen onderstrepen de complexiteit van afvalvormontwikkeling en het belang van bindmiddelen die zijn afgestemd op de specifieke afvalstroom, voor duurzame en veilige langetermijnopslag.