全世界一直努力通过可持续方式管理放射性废物，目前有人研究出地质聚合物密封剂作为波特兰水泥的替代品。Lucideon公司一直在努力扩大推广其MIDAR®技术，以提供低碳低处置放射性废物的方法。

1 、波特兰水泥

地质聚合物技术主要是通过低温化学反应来固结具有高强度和化学稳定性的铝硅酸盐。

随着核能发展为全球能源结构的重要组成部分，如何促进核能向未来发展，如何处理放射性废物的持续挑战变得更加紧迫。

核废料固化是核电安全运输和储存过程的一部分。这一过程主要是通过固化和封装技术，将放射性废物转化为紧凑的形式，减少放射性核素在运输和处置过程中转移或扩散到环境中的可能性。

核废物的固化技术主要是通过将核废料化学吸收到合适的基质结构中，如水泥、玻璃或聚合物复合材料，防止渗滤液从基质中溢出。

在一些国家，使用水泥基浆料是封装和固定各种有害化合物的最普遍的方法，最常使用的材料是波特兰水泥(PC)，但这种水泥在封装某些关键类型的废物时也存在一些局限性。波特兰水泥可能不是封装放射性废物的最合适的选择，因为它的水合过程是高度放热的，这会加剧放射性核素的活性，不利于核素的固化。

此外，在高温环境下固化的波特兰水泥浆，往往会形成更多孔的微观结构，不符合长期储存的稳定性要求。

同样，波特兰水泥在封装有机废物时表现不佳，缺乏相容性。大多数有机化合物会抑制波特兰水泥的水合作用，导致产品结构极度不均匀，没有化学结合。

尽管可以通过在波特兰水泥中添加惰性填料等材料，在一定程度上解决这些问题，但这种解决方案带来的经济和供应链影响，也带来了其他问题。

因此，对现有核废物封装水泥的适当替代品研究，有着清晰的研究方向。

2、MIDAR®地质聚合物技术

建立专门的地质聚合物设施，是地质聚合物推广计划的核心。

Lucideon公司的MIDAR®技术融合了材料科学、配方技术和专业知识，为各种应用提供性能最佳的地质聚合物解决方案。

MIDAR®是一种地质聚合物技术，这种技术使用低温化学反应来固结铝硅酸盐，形成具有高强度和化学稳定性的坚固体。

该材料被归类为碱活化水泥/地质聚合物，它依赖于经过最少加工的天然材料或工业副产品，以实现比波特兰水泥低得多的碳足迹。

将固体或液体废物流掺入反应过程中形成的无机固体基质中，会产生一种用作封装和固定剂的材料，使其成为废物封装剂合适选择。

Lucideon公司将这种地质聚合技术应用于核废料封装，得到了Innovate UK的支持，以MALLETTM(MIDAR®-增强低碳低成本封装技术)的名义进行商业规模推广。基金会工业可持续发展联盟(FISC)已经确定了一系列关键工作流程，作为水泥、金属、玻璃、陶瓷、造纸和化工行业的高影响力研究方向，作为低碳高效可持续解决方案。

Lucideon公司在其中几个工作流程中处于领先地位，包括地质聚合物的推广。地质聚合物技术推广的核心，是建立一个专门的地聚合物设施，该设施从头开始设计，可容纳各种材料和设备，为地质聚合物开发带来各种可能。该设施的设备采购和建设正在FISC的第一个项目“可持续高效利用资源的经济材料创新”(EconoMISER)下进行。

EconoMISER由Innovate UK资助，作为转型基金会行业(TFI)挑战赛的一部分，通过FISC合作不断促进行业发展创新。其中一些计划由英国创新知识转移网络(Innovate UK Knowledge Transfer Network)推动，并通过英国创新研究与创新(UKRI)挑战基金获得部分资助。

FISC的第一个项目“可持续高效利用资源的经济材料创新”(EconoMISER)正在为地质聚合物开发建立一个标准化流程。

研究工作以一套全面的测试和表征能力设施为基础，相关设施位于现场，集中了地质聚合物技术的基本分析过程，并最大限度地减少了运输延误，以便根据测试结果进行快速迭代和重新配制。新设施将研究各种形式和功能的地质聚合物材料，加快从实验室到示范水平的过渡，并通过提高产品性能和耐用性，来减小未来推广的阻碍。

3、MALLET

MALLET技术是为解决核工业废物处理问题而开发，其中最显著的特点是废物装载率低，在目前没有可行处置途径的情况下提供了一种解决方案。地质聚合物将废物均匀地包裹在整个基质中，从而提高了装载率。硅铝酸盐的性质和开发地质聚合物的混合配方，是最终固化和包封效率的关键因素之一。固化技术的通过标准取决于以下因素：

废物的类型、数量和化学成分：废物装载需要不断提升(20-50%)，以尽量减少体积并降低成本;

废物储存和处置设施：与处置环境条件、储存容器等的兼容性;

可浸出条件下的耐久性和稳定性;

水泥和放射性废物之间的化学稳定性，不会形成另一种相或化合物;

降低因腐蚀、事故、自然灾害或人为干扰等原因从受损容器中释放放射性核素的风险。

除其他因素外，当地质聚合物包封的放射性废物基质暴露于各种条件下时，如碱性缓冲溶液、硫酸盐和磷酸盐溶液、酸侵蚀以及地下水和海水等各种形式的水，抗浸出性起着重要作用。包裹在地质聚合物基质中的废物具有良好的抗浸出性。MALLET使用的原材料为常见物质，如磨碎的粒状高炉矿渣(GGBS)或粉煤灰(PFA)。目标是能够将油、石墨、沸石和污泥加工成基质，最大限度地提高废物装载量，减少整体废物处理量，提供一种简单工艺，技术稳定，碳足迹小。

4、性能和特征

考虑到现有废物处理路线的废物验收标准，对产品进行监测和分析，可以获得性能稳定的证据。结果证明，最终产品：

具有抗浸出性，表明废物或基质中不会释放化学物质;

完全凝固，无裂纹;浇铸和固化过程在室温(RT)下进行;

在各种溶液(包括去离子水、高pH缓冲溶液和有机溶剂)中浸出前后，在室温下具有尺寸和物理稳定性;

在浸出程序前后具有可接受的抗压强度(>0.4MPa，在许多情况下更大);

具有可控的孔隙度、孔隙和均匀性;

产品容易直接泵入容器，并通过其低粘度实现倾倒/渗透技术的应用;

在混合、固化和凝固过程中产生最小的放热。对一系列样品进行了辐照测试，证明了钴-60总吸收剂量为1 MGy。MALLET的技术创新是通过地质聚合物配方和封装方法实现的。现有的封装方法水平较低，难以处理废料封装，通常负载率在2%至30%之间。MALLET展示的技术创新，使这一比例提高到70%，具体取决于固化体。

使用波特兰水泥基灌浆的传统封装方法，最终处置包的体积是原始废物体积的3.3倍。相比之下，MALLET将这一数量减少到1.4倍，大大降低了处置成本。有证据表明，地质聚合物为管理中低级废物流提供了一种潜在的优越方法，包括油、石墨、沸石、污泥和灰烬。

目前，在环境可持续性和财务可行性的现实和可接受参数范围内，正在形成遗留废物处置解决方案。扩大推广这些解决方案，可以方便我们处理目前和未来产生的废物;FISC等组织和EconoMISER等项目将在促进这一研究中发挥重要作用。通过减少封装所需的材料量，并采用低能耗制造工艺，MALLET与传统方法相比显著减少了碳排放。作为核废料封装用波特兰水泥的替代品，MALLET有可能减少胶结过程的碳影响，大大降低储存成本，并提供稳定的供应链。开发配方的灵活性，也使该材料适用于更广泛的核能领域应用，如长期储存的稳定、耐腐蚀和耐火结构材料。