JP2007532897A - 有害廃棄物質の封入方法 - Google Patents

Abstract

本発明はウラン金属を封入する方法を提供するものであり、この方法は、前記金属をセメント系材料を含んで成る封入剤で処理しそして前記セメント系材料を硬化させることを含んで成り、ここでは、前記方法に、追加的に、前記金属の腐食を最小限にする手段を施すことも含める。腐食を最小限にする前記手段を施すに適した様式に、空気連行剤またはセノスフェアを用いて大気から酸素が入り込み易くするか或は独立した酸素源、例えば過酸化物などを含有させることで酸素源をセメントマトリクスの中に入れることを含める。腐食を最小限にする手段を施す代替様式に、マトリクスの水含有量が最小限になるようにすることを含め、これを便利には超可塑剤を添加することで達成する。本方法はウラン金属を長期間貯蔵することを可能にしかつ健康、安全および環境の点で大きな利点を与えるものである。

Description

本発明は有害物質を封入で処理および貯蔵する方法に関する。より具体的には、本発明は、ウラン金属をセメント系媒体の中に入れて長期間貯蔵している間に起こる前記金属の腐食および水素の発生を最小限にする様式で封入することに関する。

封入は特定の有害物質を処分するに特に好ましい方法であることが確かめられており、それは、特に、そのような物質を長期間に渡って貯蔵しそして／または最終的に処分することを可能にする安定かつ安全な形態に変えるに適切な手段を与えるものである。そのような技術は特に原子力産業で用いられ、原子力産業では、安全な処分方法を考案しようとする時、関係する物質が高い毒性および放射性を有することとその毒性が持続する時間が長期間であることを主に考慮する必要がある。

本出願者は、大きさが微細な粒状廃棄物を封入する目的でセメント系グラウト材を用いることを特許文献１に開示しかつ微細な粒状物質を封入する方法の詳細を示したが、その方法は、前記物質を少なくとも１種の微細な水硬性無機充填材で処理することを含んで成る。

セメントが基になった注入グラウト材を建設産業で用いることは従来技術で良く知られている。このように、ポートランドセメントが基になったグラウト材を微細な亀裂による影響を受けたコンクリート構造物の強化で用いることが特許文献２に教示されており、そこには、そのような構造物（建物、橋およびダムなどを包含）の表面およびより深い所の割れ目および空洞部の両方を埋める費用効果的な手段が提供されている。特許文献３も同様にセメント系および／またはポゾラン系もしくは相当する材料が混合されているポンプ輸送可能で展着可能なグラウト材組成物そしてそれを割れ目および亀裂の密閉、逆充填、土木工事および採掘工事における大量充填またはトンネルのライニングで用いることに関する。

また、非晶質シリカを含有するシリカフュームの微細粒子とポートランドセメントの粒子を一緒に含んで成る水硬性の硬化性組成物も従来技術に開示されていて、特許文献４の主題であり、それは向上した流動性を持たせたコンクリート、モルタルまたはグラウト材の製造で用いられる一方、アクリル系ゲル化剤と微細な充填材とポートランドセメントを含んで成っていて迅速にゲル化する水硬性セメント組成物が特許文献５に記述されていて、その組成物はチキソトロピー性であり、特に、地下採掘時に大量の充填物を生じさせようとする時および建設または土木工事において空隙部および空洞部を充填しようとする時に用いられる。一般的な建築および建設工事で用いるにも有用でありかつ絶縁材として用いるにも有用である組成物は粒状の充填材、セルロース繊維およびセメント系結合剤を含んで成るが、それは特許文献６に開示されている。

そのような従来技術の組成物は大部分が水の添加を必要とする一方、特許文献７は、微細な土壌注入グラウト材調合物で用いられる乾燥混合物に関し、その混合物は、水と反応しない充填材、セメントおよび解膠剤を含んで成り、それに水を添加すると凝集物を含有しない微細なグラウト材が生じ、それは微細な土壌の中に容易に注入される。

従って、そのようなグラウト材の使用、主に土木工事における使用は良く知られていて、それを原子力産業で大きさが微細な粒状の廃棄物を処理する時に用いることが特許文献８の主題である。その後、ウランおよびマグノックス燃料要素ばかりでなく燃料要素の屑および他の核燃料を長期間封入する目的で硬化セメント系材料を有利に用いることができることが特許文献９に開示されており、それによって、数百年に渡って安定で一体型のままである生成物がもたらされる。従って、原子力産業（更により高い安全基準を確保する目的で廃棄物質の管理に世界中の注目が更により大きな度合で集まっている）で長年に渡って必要であると感じられていたことを満足させるように、効率がずっと高く、取り扱いが便利かつ安全であり、従って環境上の考慮および費用の両方の点で有益な効果をもたらす処理方法を提供するものである。

特許文献９の方法は、セメント系材料を含んで成る封入剤（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）で核物質を処理しそして前記セメント系材料を硬化させることを含んで成るが、その核物質は、一般に、核燃料物質、例えばウラン金属またはマグノックス燃料要素、燃料要素の屑、高速炉燃料、金属酸化物燃料または混合酸化物燃料などを含んで成り、そして前記セメント系材料は、典型的に、ポートランドセメントまたは同様な市販製品を含んで成るが、それには場合により１種以上の追加的無機充填材が添加されていてもよく、適切な充填材には、高炉スラグ、微粉燃料灰、消石灰、微細シリカ、石灰石粉および有機および無機流動化剤が含まれる。その請求された発明は、また、核物質を貯蔵する方法も提供しており、その方法は、その物質を硬化セメント系材料の中に封入することを含んで成り、それによって、核燃料再処理以外の安全かつ便利な代替取り扱い手段を提供するものである。

従来技術で公知の方法は、一般に、その記述された種類の物質を取り扱う点で満足される方法ではあるが、ウラン金属をセメント系材料の中に封入しようとする時にはしばしば困難さに直面することが知られている。その生じる問題はウラン金属の腐食に関係しており、その腐食は標準的なセメント系材料の中で非常に速い速度で起こる。そのような腐食によって水素が発生し、その系の中に酸素が存在しないと水素が気体として遊離して来る。そのような化学的活性は明らかにコンクリートモノリスの長期安定性にひどく関係するばかりでなく安全上の問題を生じることも極めて明らかである。

従って、本発明者らは、ウラン金属をセメント系材料の中に封入して長期間貯蔵しようとする時に起こるウラン腐食問題を取り扱い、その結果として、ウラン金属がそのような環境の中で起こす腐食の速度を遅くして優れた長期安定性を示すコンクリートモノリスを生じさせることができることを見いだし、これは、かなりの環境上の利点を示すばかりでなくそのような物質を取り扱うことに関連した健康および安全上の懸念を軽減するものである。従って、ウラン金属の腐食に関連した従来技術の方法の欠点を克服しかつ前記物質の安全な長期貯蔵を可能にするウラン金属封入および貯蔵方法を提供するものである。
ＷＯ−Ａ−０３／０５６５７１ ヨーロッパ特許出願公開第４１２９１３号 南アフリカ共和国特許出願公開第９２０９８１０号 ヨーロッパ特許出願公開第５３４３８５号 英国特許出願公開第２１８７７２７号 英国特許出願公開第２１１７７５３号 ヨーロッパ特許出願公開第８０１１２４号 ＷＯ−Ａ−０３／０５６５７１ ＷＯ−Ａ−０４／０６２６８

本発明に従い、ウラン金属を封入する方法を提供し、この方法は、前記金属をセメント系材料を含んで成る封入剤で処理しそして前記セメント系材料を硬化させることを含んで成り、ここでは、前記方法に、追加的に、前記金属の腐食を最小限にする手段を施すことも含める。

前記ウラン金属は場合により廃棄物質の中に含まれている可能性もある。好適には、前記金属の腐食を最小限にする前記手段に前記金属の腐食を防止する手段を含める。

本発明の１番目の態様において、腐食を最小限にする手段を施す特に適した様式に、大気から酸素が入り込み易くするか或は独立した酸素源を含有させることで酸素源をセメントマトリクスの中に入れることを含める。いずれの場合にも腐食速度が有意に遅くなりかつ水素の発生が防止される。

本発明の２番目の態様に従い、腐食を最小限にする手段を施す代替様式に、マトリクスの水含有量が最小限になるようにすることを含め、それによって、セメント系材料の水和が起こった後に起こるウラン金属の腐食の助長で利用される遊離水の量を少なくすることを確保する。

本発明の３番目の態様では、本発明の１番目および２番目の態様で提供した如き腐食を最小限にする手段を施す異なる様式を組み合わせることを考える。

酸素源をセメントマトリクスの中に入れる好適な手段に大気から酸素が入り込み易くすることを含めるが、これは便利に少なくとも１種の空気連行剤をセメント系材料に混合することで達成可能である。典型的な空気連行剤にはアニオン性または非イオン性界面活性剤が含まれる。別法として、セノスフェアをセメント系材料に含有させてもよいが、セノスフェアは中空球を構成しており、これは微粉燃料灰（ＰＦＡ）などの如き材料の中に存在することが分かっている。いずれの場合にも大気から酸素がマトリクスの中に入り込み易くすると結果として腐食速度が有意に遅くなりかつ水素の発生が防止される。

酸素源をセメントマトリクスの中に入れる好適なさらなる手段に、独立した酸素源をマトリクスの中に含有させることを含める。そのような源の典型的な例には、過酸化物、好適には無機過酸化物が含まれる。この目的で用いるに適した無機酸化物は、周期律表のＩＩ族に属する金属の過酸化物、例えば過酸化カルシウムまたは過酸化マグネシウムなどである。再び、そのような追加的酸素源を含有させると結果として腐食速度が有意に遅くなりかつ水素の発生が防止される。

腐食を最小限にする手段を施すさらなる様式に、マトリクスの水含有量が最小限になるようにすることを含めるが、これは、便利に、例えば超可塑剤を添加することなどで達成可能である。適切な超可塑剤の例には、界面活性剤、例えばポリアクリレートまたはポリカルボキシレートなどが含まれる。前記超可塑剤を添加すると結果としてセメント系グラウト材混合物の流動性が高くなりかつそれの調製に要する水の量が少なくなるが、セメント系材料を水和させている過程で存在する水が固体状の金属水酸化物に変化する。従って、セメント詰め工程が完了した後に起こる腐食に利用される遊離水の量が少なくなる。

セメント系材料には典型的に例えばポートランドセメントまたは同様な市販製品が含まれ得る。

場合により、１種以上の追加的充填材をセメント系材料に添加してもよく、適切な充填材には、硫化物を含有しない充填材、例えば微粉燃料灰、微細シリカおよび有機および無機流動化剤などが含まれる。硫化物を含有する充填材、例えば高炉スラグなどが特定の核物質のセメント詰めで用いられてはいるが、これは、一般に、硫化物基が酸素と反応して酸素の欠乏をもたらすことを考慮すると、酸素源をセメントマトリクスの中に入れることに頼る本発明の方法の態様には適さない。

本発明は、また、ウラン金属を貯蔵する方法も提供し、この方法は、前記金属をこの金属の腐食を最小限にする手段を含有させて硬化させたセメント系材料の中に封入することを含んで成る。

本方法を適用する特別な例は、ウラン金属を適切な容器の中に入れそして前記ウラン金属の腐食を最小限にする手段を含有させておいた適切なセメント系材料を添加することを伴う。供給される前記金属の物理的形状も大きさも如何なる形状および大きさであってもよく、それを前記容器の中に配列させて入れるか或はそれらが偶然に混ざり合うようにしてもよい。次に、セメント系材料を添加して少なくともある程度硬化させた後、前記容器に蓋をしてもよいか、或は別法として、貯蔵または最終的処分場に直接送ってもよい。その蓋をする工程は、ウラン金属とセメント系材料の混合物を前記容器の中である程度硬化させた後に前記混合物の上部にセメントの蓋をすることを伴うが、このような手順は、前記金属の安全な長期貯蔵を確保する点で特に価値があることが確かめられており、かつそれによって、二次廃棄物の量が減少すると言った追加的利点も得られる。その蓋を生じさせる目的で用いるセメントに、前記金属の腐食を最小限にする手段を含有させておいたセメント系材料を含める。

前記容器には適切な形状および大きさの如何なる容器も含まれ、例えば容量が約５００リットルのドラムなどが含まれ得る。前記セメント系材料を典型的には水含有量が好適には３０−５０％（重量／重量）の範囲の水性組成物の形態で供給し、それに前記金属の腐食を最小限にする前記手段を添加する。前記金属の腐食を最小限にする前記手段の含有量は使用する正確な手段に依存するが、セメント系材料の重量を基準にした典型的な量は、空気連行剤の場合の０．０１−２％（重量／重量）、またはセノスフェアの場合の０．０１−３０％（重量／重量）、または過酸化物の場合の０．０１−１０％（重量／重量）、または超可塑剤の場合の０．０１−５％（重量／重量）の範囲であろう。セメント系材料に超可塑剤を含有させる場合、好適には、その混合物の水含有量を低くし、１０−５０％（重量／重量）の範囲にする。如何なる場合にも、そのようなセメント系グラウト材は前記容器に便利に圧力下でポンプ輸送可能である。

前記セメント系材料と前記金属の腐食を最小限にする前記手段の混合はウラン金属を入れる容器内で実施可能であり、この場合、好適には、セメント系材料を添加する前の容器に前記金属の腐食を最小限にする前記手段を添加しておく。別法として、セメント系材料を前記容器に導入する前に混合工程を外側で実施することも可能である。外側で行う混合は、本発明の方法を包含する工程を開始する前に、場合により離れた場所で、バッチ様式で実施可能であるか、或はインライン、好適には前記セメント系材料を前記容器に導入する直前にインラインで実施可能である。

Claims (36)

1. ウラン金属を封入する方法であって、前記金属をセメント系材料を含んで成る封入剤で処理しそして前記セメント系材料を硬化させることを含んで成り、加うるに、前記金属の腐食を最小限にする手段を施すことも含んで成る方法。
2. 前記ウラン金属が廃棄物質の中に含まれている請求項１記載の方法。
3. 前記金属の腐食を最小限にする前記手段が前記金属の腐食を防止する手段を含んで成る請求項１または２記載の方法。
4. 腐食を最小限にする前記手段を施す様式が酸素源をセメントマトリクスの中に入れることを含んで成る請求項１、２または３記載の方法。
5. 前記酸素源を前記セメントマトリクスの中に入れることが大気から酸素が入り込み易くすることを含んで成る請求項４記載の方法。
6. 前記酸素源を前記セメントマトリクスの中に入れることが独立した酸素源を含有させることを含んで成る請求項４記載の方法。
7. 腐食を最小限にする前記手段を施す様式がマトリクスの水含有量が最小限になるようにすることを含んで成る請求項１、２または３記載の方法。
8. 前記大気から酸素が入り込み易くすることを少なくとも１種の空気連行剤をセメント系材料に混合することで達成する請求項５記載の方法。
9. 前記空気連行剤が少なくとも１種のアニオン性または非イオン性界面活性剤を含んで成る請求項８記載の方法。
10. 前記セメント系材料に空気連行剤を０．０１−２％（重量／重量）含有させる請求項８または９記載の方法。
11. 前記大気から酸素が入り込み易くすることをセノスフェアをセメント系材料に混合することで達成する請求項５記載の方法。
12. 前記セメント系材料にセノスフェアを０．０１−３０％（重量／重量）含有させる請求項１１記載の方法。
13. 前記独立した酸素源が少なくとも１種の過酸化物を含んで成る請求項６記載の方法。
14. 前記過酸化物が無機過酸化物を含んで成る請求項１３記載の方法。
15. 前記無機過酸化物が周期律表のＩＩ族に属する金属の過酸化物を含んで成る請求項１４記載の方法。
16. 前記過酸化物が過酸化カルシウムまたは過酸化マグネシウムを含んで成る請求項１５記載の方法。
17. 前記セメント系材料に過酸化物を０．０１−１０％（重量／重量）含有させる請求項１３または１６のいずれか１項記載の方法。
18. 前記マトリクスの水含有量が最小限になるようにする手段が少なくとも１種の超可塑剤をセメント系材料に添加することを含んで成る請求項７記載の方法。
19. 前記少なくとも１種の超可塑剤が少なくとも１種の界面活性剤を含んで成る請求項１５記載の方法。
20. 前記界面活性剤がポリアクリレートまたはポリカルボキシレートを含んで成る請求項１９記載の方法。
21. 前記セメント系材料に超可塑剤を０．０１−５％（重量／重量）含有させる請求項１８、１９または２０記載の方法。
22. 前記セメント系材料がポートランドセメントを含んで成る請求項１から２１のいずれか１項記載の方法。
23. 前記セメント系材料が追加的に１種以上の充填材も含んで成る請求項１〜２２のいずれか記載の方法。
24. 前記充填材を微粉燃料灰、微細シリカおよび有機および無機流動化剤から選択する請求項２３記載の方法。
25. 前記セメント系材料を水性組成物の形態で供給する請求項１〜２４のいずれか記載の方法。
26. 前記組成物の水含有量を３０−５０％（重量／重量）の範囲内にする請求項２５記載の方法。
27. 前記組成物の水含有量を１０−５０％（重量／重量）の範囲内にする請求項２５記載の方法。
28. 前記ウラン金属を適切な容器の中に入れそしてセメント系材料を添加して少なくともある程度硬化させる請求項１〜２７のいずれか記載の方法。
29. 前記容器に後で蓋をする請求項２８記載の方法。
30. 前記容器が容量が約５００リットルのドラムを含んで成る請求項２８または２９記載の方法。
31. 前記セメント系材料に前記金属の腐食を最小限にする前記手段を混合することを含んで成る請求項１〜３０のいずれか記載の方法。
32. 前記混合を前記ウラン金属を入れる容器内で実施する請求項３１記載の方法。
33. 前記混合を前記容器の外側で実施する請求項３１記載の方法。
34. 前記混合を前記セメント系材料を前記容器に添加する前にバッチ様式で実施する請求項３３記載の方法。
35. 前記混合を前記セメント系材料を前記容器に導入する前にインラインで実施する請求項
    ３３記載の方法。
36. ウラン金属を貯蔵する方法であって、前記物質を前記金属の腐食を最小限にする手段を含有させて硬化させたセメント系材料の中に封入することを含んで成る方法。