JP2010261907A - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法は、粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法であって、前記放射性廃棄物は、亜鉛および鉛より選ばれる1種以上の重金属を含有し、前記混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物の重金属のモル数に対して、2.1倍以上のモル数である。
【選択図】 なし
Description
本発明で用いられる放射性廃棄物は、亜鉛化合物および鉛化合物より選ばれる1種以上の化合物を含む。
本発明で用いられる混練水としては、たとえば、純水、工業用水、水道水、放射性廃液が挙げられる。これらのうち放射性廃液は、処理コストが低下するため好ましい。
本発明で用いられるセメントとしては、たとえば、高炉セメント、ポルトランドセメント、シリカセメントまたはフライアッシュセメントが挙げられる。
本発明で用いられる凝結促進剤は、セメント混練物の凝結を促進するものである。
セメント混練物は、上記の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤と、を混練することにより作製される。本発明においてセメント混練物とは、少なくとも、放射性廃棄物と混練水とセメントと凝結促進剤とを含むものを意味する。本発明では、セメント混練物は混練固化容器内で混練される。
<(A)NaOHの添加量がゼロか、PbCl2量の2倍モル以下である場合>
Pb(OH)2は、溶解度が低いため、下記式(1)や式(2)のようにセメント粒子(C3S(エーライト):3CaO・SiO2)表面で析出し、C3S表面に不透性の層を形成する。Pb(OH)2の不透性の層は、C3Sが水と反応して凝結反応が起きることを妨害するため、凝結反応が遅延することになる。
[化1]
PbCl2(s)+2H2O(l)=Pb(OH)2(s)↓+2HCl(l)
・・・(1)
[化2]
PbCl2(s)+2NaOH(l)=Pb(OH)2(s)↓+2NaCl(l)
・・・(2)
(A)の場合よりセメント混練物のアルカリ性が強くなるため、上記式(1)や式(2)のようにPb(OH)2の不透性の層が形成されたとしても、この不透性の層は下記式(3)のように溶解する。このため、C3Sが水と反応を開始し、凝結反応が進行することになる。
[化3]
Pb(OH)2(s)+NaOH(l)=NaHPbO2(l)+H2O(l)
・・・(3)
このように、凝結促進剤量がPbのモル数の2.1倍以上であると、式(3)の反応が生じて、セメント混練物の凝結反応が進行するようになるものと解される。
<(C)NaOHの添加量がゼロか、ZnCl2量の2倍モル以下である場合>
ZnCl2は、下記式(4)のように水と反応して水に不溶のZnCl2・2H2Oを生成し水を白濁させる。このZnCl2・2H2Oはセメント粒子(C3S)の表面に堆積してZnCl2・2H2Oからなる不透性の層を形成する。
[化4]
ZnCl2(s)+2H2O(l)=ZnCl2・2H2O(s)↓・・偽凝結
・・・(4)
[化5]
ZnCl2(s)+2NaOH(l)=Zn(OH)2(s)↓+2NaCl(l)
・・・(5)
(C)の場合よりセメント混練物のアルカリ性が強くなるため、上記式(5)のようにZn(OH)2からなる不透性の層が形成されたとしても、この不透性の層は下記式(6)のように溶解する。また、セメント混練物のアルカリ性が強いため、上記式(4)の反応が生じにくくなる。このため、C3Sが水と反応を開始し、凝結反応が進行することになる。
[化6]
Zn(OH)2(s)+2NaOH(l)=NaHZnO2(l)+H2O(l)
・・・(6)
このように、凝結促進剤量が、Znのモル数の2.1倍以上であると、式(6)の反応が生じて、セメント混練物の凝結反応が進行するようになるものと解される。
放射性廃棄物計量工程は、混練固化容器に投入される放射性廃棄物量を計量する工程である。
混練水計量工程は、混練固化容器に投入される混練水量を計量する工程である。
セメント計量工程は、混練固化容器に投入されるセメント量を計量する工程である。
凝結促進剤計量工程は、混練固化容器に投入される凝結促進剤量を計量する工程である。
廃棄物スラリー作製工程は、上記混練水と上記放射性廃棄物とを混合して廃棄物スラリーを作製する工程である。本発明において廃棄物スラリーとは、少なくとも放射性廃棄物と混練水とを含み、かつセメントや凝結促進剤を含まないものを意味する。
廃棄物−セメントスラリー作製工程は、上記廃棄物スラリーと上記セメントとを混合して廃棄物−セメントスラリーを作製する工程である。本発明において廃棄物−セメントスラリーとは、少なくとも放射性廃棄物と混練水とセメントとを含み、かつ凝結促進剤を含まないものを意味する。
第1のセメント混練物作製工程は、上記廃棄物−セメントスラリーに凝結促進剤を添加し混練してセメント混練物を作製する工程である。
セメント固化工程は、上記セメント混練物を固化させる工程である。
図1および図2に示した混練固化容器を有する固化処理装置を準備した。
混練固化容器から独立して設けられた混練水計量槽で混練水の質量を計量した。混練水は、放射性廃液成分の模擬液として作製したものを用いた。混練水の組成は、純水にNaNO3を0.5質量%及びFe2O3を1.0質量%含有させたものである。
混練固化容器から独立して設けられた廃棄物計量槽でPbCl2粉末試薬の質量を計量した。PbCl2粉末は、廃棄物がPbCl2粉末からなる焼却灰である場合を想定したものである。
混練固化容器から独立して設けられたセメント計量槽で高炉セメント(B種、太平洋セメント株式会社製)の質量を計量した。
混練固化容器から独立して設けられた凝結促進剤計量槽で25質量%水酸化ナトリウム水溶液(25wt%NaOH)の質量を計量した。なお、比較例1は、25質量%水酸化ナトリウムを投入しないため、この計量操作を行わなかった。
所定量の混練水を、液体材料供給口8から混練固化容器1に所定量投入した。
撹拌翼3を撹拌速度400rpmで運転して廃棄物スラリーを撹拌し、所定量の25質量%水酸化ナトリウム水溶液を液体材料供給口8から混練固化容器1内の廃棄物スラリーに投入し、60分間混合した。
廃棄物−セメントスラリーを攪拌器3の撹拌速度を1340rpmにして5分間混練を行ったところ、セメント混練物が得られた。
得られたセメント混練物の一部を固化状態観察容器に充填して、固化状態の観察を行った。また、得られたセメント混練物の一部を強度試験容器に充填して固化させ、固化体について一軸強度試験を行った。
得られたセメント混練物を固化状態観察容器に充填し、充填時から1日経過後および7日経過後の凝結状態を測定した。
得られたセメント混練物を強度試験容器に充填し、15〜20℃で所定日数を普通養生して、固化体を得た。得られた固化体について、JIS A1108のコンクリートの圧縮強度の試験方法に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。
PbCl2粉末に代えてZnCl2粉末試薬を用いるとともに、各原料の配合量を表1に示すようにした以外は、実施例1と同様にして、セメント混練物を作製し、固化状態の観察および一軸強度試験を行った。
実施例1と同じ固化処理装置を準備した。
実施例1と同様にして上記混練水の質量を計量した。
実施例1と同様にして上記ZnCl2粉末の質量を計量した。
実施例1と同様にして上記高炉セメントの質量を計量した。
混練固化容器から独立して設けられた凝結促進剤計量槽でアルミナセメント(フランス国のKERNEOS ALUMINATE TECHNOLOGIES社製、商品名アルミナセメントセカール71、Al2O368.7〜70.5%含有)の質量を計量した。
所定量の混練水を、液体材料供給口8から混練固化容器1に所定量投入した。
撹拌翼3を撹拌速度400rpmで運転して廃棄物スラリーを撹拌し、所定量の高炉セメントを粉体材料供給口7から混練固化容器1内の廃棄物スラリーに投入し、5分間混合したところ、廃棄物−セメントスラリーが得られた。
撹拌翼3を撹拌速度400rpmで運転して廃棄物−セメントスラリーを撹拌し、所定量のアルミナセメントを粉体材料供給口7から混練固化容器1内の廃棄物−セメントスラリーに投入し、5分間混合した。
得られたセメント混練物の一部をブリージング測定容器に充填して、固化状態の観察およびブリージング試験を行った。また、得られたセメント混練物の一部を強度試験容器に充填して固化させ、固化体について一軸強度試験を行った。
得られたセメント混練物をブリージング測定容器に充填して、凝結終了時間を測定した。凝結終了時間は、セメント混練物のブリージング測定容器への充填時から起算した時間とした。
固化状態の観察に用いた、ブリージング測定容器に充填したセメント混練物について、JIS A 1123に準拠してブリージング試験を行い、試験開始から24時間後のブリージング率を測定した。
得られたセメント混練物を強度試験容器に充填し、15〜20℃で所定日数を普通養生して、固化体を得た。得られた固化体について、JIS A1108のコンクリートの圧縮強度の試験方法に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。
2 蓋
3 撹拌翼
4 モータ
5 モータシャフト
6 カップリング
7 粉末材料投入口
8 液体材料投入口
9 ベント口
10 プレート
11 通電部
12 セメント固化体
13 撹拌翼シャフト
14 サンプリングノズル
21 混練固化容器本体
Claims (11)
- 粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法であって、
前記放射性廃棄物は、亜鉛および鉛より選ばれる1種以上の重金属を含有し、
前記混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物の重金属のモル数に対して、2.1倍以上のモル数であることを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。 - 前記混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物の重金属のモル数に対して、2.1〜2.5倍のモル数であることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記放射性廃棄物は、原子力発電所で発生した、焼却灰および飛灰より選ばれる1種以上からなることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記凝結促進剤は、水酸化アルカリ化合物、アルミン酸カルシウムおよびアルミナセメントより選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物量を計量する放射性廃棄物計量工程と、
前記混練固化容器に投入される混練水量を計量する混練水計量工程と、
前記混練固化容器に投入されるセメント量を計量するセメント計量工程と、
前記混練固化容器に投入される凝結促進剤量を計量する凝結促進剤計量工程と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。 - 前記セメントは、高炉セメント、ポルトランドセメント、シリカセメントまたはフライアッシュセメントであることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記放射性廃棄物は、この放射性廃棄物を前記混練固化容器内に供給する放射性廃棄物供給ライン中で、加熱手段により加熱されることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記セメントは、このセメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ライン中で、振動付与手段により振動を付与されることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記セメントは、このセメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ライン中で、エアパージ手段により圧送されることを特徴とする請求項1記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
- 前記放射性廃棄物計量工程は、前記放射性廃棄物を前記混練固化容器内に供給する放射性廃棄物供給ラインの途中に設けられた放射性廃棄物計量槽を用いて前記放射性廃棄物量を計量するとともに、
前記セメント計量工程は、前記セメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ラインの途中に設けられたセメント計量槽を用いて前記セメント量を計量するものであり、
前記放射性廃棄物計量槽およびセメント計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の1種以上が備えられることを特徴とする請求項5記載の放射性廃棄物の固化処理方法。 - 前記凝結促進剤は、水酸化アルカリ化合物、アルミン酸カルシウムおよびアルミナセメントより選ばれる1種以上からなる粉体であり、
前記凝結促進剤計量工程は、前記凝結促進剤を前記混練固化容器内に供給する凝結促進剤供給ラインの途中に設けられた凝結促進剤計量槽を用いて前記凝結促進剤量を計量するものであり、
前記凝結促進剤計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の1種以上が備えられることを特徴とする請求項5記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
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