JP2011242289A - ベントナイト成形体の製造方法及び乾燥装置並びにベントナイト成形体 - Google Patents
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【解決手段】粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに押し出し造粒によって湿潤状態のベントナイト成形体を成形する押し出し造粒工程と、該ベントナイト成形体を転動造粒によって略球形に成形する転動造粒工程と、該ベントナイト成形体(湿潤ペレット)11を乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥する乾燥工程とを備える。乾燥工程は、水平姿勢で設置した円筒状の乾燥セル21内にベントナイト成形体を収容し、該乾燥セルを回転させつつ該乾燥セル内に温風を吹き込むことにより、ベントナイト成形体を乾燥セル内において攪拌混合しつつ温風によって乾燥させる。
【選択図】図4
Description
ベントナイトを埋め戻し材として使用した場合には、地山から処分坑道2に浸入した地下水が接触してベントナイトが膨潤し地山を押圧することによってさらなる地下水の浸入を防止することができ、且つ膨潤に伴い埋め戻し材の透水係数が低下することで地下水の浸透を防止することができる。これにより、放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することが可能になる。
また、ベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材においても、やはりベントナイトプレートを破砕することによって密度低下が生じるおそれがある。
しかしながら、数mm〜数十mm程度の粒径のベントナイトボールを数百MPaの圧力で等方圧加圧処理して成形することは、非常に大掛かりな装置が必要になるとともに、製造工程が複雑になり、製造に多大なコストを要するという問題があった。
このベントナイト成形体の製造方法によれば、高い圧力を使用したり、複雑な工程を要することなく、乾燥密度が充分に高い高密度の略球形のベントナイト成形体を効率よく容易に製造することが可能である。また、このように製造したベントナイト成形体を所定の空間に自由落下で投入するだけで充分に高密度(理論的に約75%)の充填率で充填することが可能になる。
図13は廃棄体(高レベル放射性廃棄物)3を縦形の処分孔4内に処分する場合に、廃棄体3の周囲に上記のベントナイト成形体5を充填装置6によって充填して処分孔4を埋め戻すことにより、廃棄体3の周囲に難透水性粘土層としてのベントナイト遮水層を形成するようにしたものである。
図14は水平な処分坑7に廃棄体(あるいは緩衝材一体型廃棄体)3を配置した後、その周囲に上記のベントナイト成形体5を充填して処分坑7全体を埋め戻すことにより、同様に廃棄体3の周囲に難透水性粘土層(ベントナイト遮水層)を形成するようにしたものである。
つまり、前者は高速乾燥が可能であるものの乾燥収縮による密度上昇が必ずしも充分ではなく、高密度成形の点では後者に比べて不利である。逆に、後者は充分な高密度成形が可能であるが、乾燥時間が長くかかるので効率の点で不利である。
特に、後者の場合、浅い容器内に湿潤状態のベントナイト成形体を敷き均して温風を送ることなくゆっくりと自然乾燥させることになるので、容器を置くスペースとして広大な温湿度制御室が必要となる。その場合においてスペースの節約を図るために浅い容器を多段積みにすると、各容器での乾燥状態を均等にするために作業員による一定時間ごとの確認作業や攪乱作業が必要となるので、乾燥工程の自動化や省力化の点でも不利である。
特に、回転胴内に複数の乾燥セルを装着した構成とすれば大量処理が可能であってより効率的である。
なお、本実施形態の製造方法は、基本的には上述したように本発明の基礎となった製造方法(特許文献5参照)における乾燥工程を改良したものであるので、両者は乾燥工程が異なるのみでその他の工程(押し出し造粒工程および転動造粒工程)は実質的に同様である。
なお、粉体のベントナイトに所定量の水を加えて混ぜ合わせた状態の含水比は、必ずしも25〜28%程度に限定されるものではなく、使用するベントナイトの特性(ベントナイトの産地など)や成形する粒径などに応じて適宜調整すれば良い。すなわち、粉体のベントナイトに対し水分量が少ないと、後述の押し出し造粒工程で成形した湿潤状態のベントナイト成形体の中の空気量が多くなり、後述の転動造粒工程による造粒時にベントナイト成形体が球形に成形されず、粉々になってしまう。また、水分量が多いと、押し出し造粒工程や転動造粒工程で成形される多数のベントナイト成形体が付着して大きな粒子になり、ベントナイト成形体が落花生型になったり、大きな空気層を含んで(低密度で)成形されてしまう。このため、粉体のベントナイトに加える水量は、ベントナイトの特性や成形する粒径などに応じ、押し出し造粒工程や転動造粒工程でベントナイト成形体を所定の形状に成形可能な量とする。
このように押し出し造粒機を用いることによって、ディスクダイの押出孔の孔径に応じたほぼ同形同大の円柱状で湿潤状態のベントナイト成形体が大量に効率よく且つ容易に成形される。
あるいは、押し出し造粒機のディスクダイとして、例えば図3に示すように孔径(大きさ)が複数段階(例えば1mm、2mm、4mm、15mm、20mmなど)に異なる押出孔を有するディスクダイ10を用意し、このディスクダイ10を用いて粒径の異なる複数種類のベントナイト成形体を同時に成形することも可能である。
このとき、例えば、転動造粒機のドラムに多数のベントナイト成形体を供給し、このドラムを高速回転させることで、大量のベントナイト成形体が効率よく且つ容易に略球形に成形される。
上述したように、従来における乾燥工程は、湿潤ペレット11を温風の強制対流により比較的短時間で乾燥させるか、あるいは温風の自然対流により長時間をかけてゆっくりと乾燥させることで行っていたのであるが、本実施形態ではそれに代えて、湿潤ペレット11を円筒状の乾燥セル内に収容して乾燥セルを回転させつつその内部に温風(特に例えば40〜50℃程度の比較的低温の微温風)を供給して低速で通過させることにより、湿潤ペレット11を乾燥セル内において攪拌混合しながら温風により乾燥させて最終製品であるベントナイト成形体(乾燥ペレット)を製造することを主眼とする。
これは、所定量の湿潤ペレット11を収容可能な円筒状の容器である乾燥セル21を水平姿勢で配置して、その両端部を回転駆動機構としての対の駆動ローラ22および押さえローラ23により支持し、図示を略したモータ等の駆動源により駆動ローラ22を回転させることで乾燥セル21を矢印で示すように回転(乾燥セル21自身の軸線を中心として自転するような回転)させるようにしたものである。
乾燥セル21の一端側(図示例では(a)に示すように右端側)からは、図示を略したブロワ等の温風供給機構からダクト25を通して温風が供給されるようになっており、供給された温風は乾燥セル21内を低速で通過して他端側(同、左端側)から流出するようになっている。
なお、乾燥セル21の両端部には、湿潤ペレット11のこぼれ出しを防止し、かつ温風が通過可能な通風性を有する蓋体24が着脱自在に装着されるようになっている。
その際、乾燥セル21の回転速度、温風の温度や供給量、乾燥セル21内における温風の通過流速や通過時間(つまりは温風に対する湿潤ペレット11の接触時間)等は、乾燥セル21の形状や寸法、湿潤ペレット11の粒径や収容量(処理量)、必要とされる乾燥時間や最終的な乾燥密度等の条件に応じて適宜設定すれば良い。
例えば、乾燥セル21の回転は連続的に行うことでも良いが、あるいは適宜のインターバルをおいて断続的に回転させたり、正転と逆転を繰り返すことでも良い。温風の供給についても、温風を定温かつ定風量で連続的に供給することでも良いが、あるいは断続的に供給することでも良いし、必要であれば温度や風量を適宜変化させながら供給することでも良く、いずれにしてもそれらの設定を最適に行うことで充分に効率的な処理が可能である。
また、最終的な乾燥密度は従来の製造方法における強制対流による乾燥工程による場合と同等ないしそれ以上とできるから、充分に高密度のペレットを工業的規模で効率的に製造することができる。
図5に示すように、従来法によるもの(試料NO.1〜4)は、静止状態の湿潤ペレットに対して90℃〜40℃の温風を定風量で強制送風して乾燥させたものであり、本発明によるもの(試料NO.5〜10)は上記実施形態の乾燥装置20を用いて試料を攪拌混合しながら40℃の温風により乾燥させることとして、乾燥セル21の回転間隔を図中に示したように設定したものである。なお、試料No.10のみは温風の供給を断続的(送風30分、休止30分の繰り返し)とした。
図7から、従来法においては乾燥速度が約4%/Hr以上の高速乾燥を行うことから最終的な乾燥密度が約1.8Mg/m3程度が限界であるが、本発明においては乾燥速度を1%/Hr以下に設定することで最終的な乾燥密度を約1.9Mg/m3以上にでき、従来の強制対流法による場合に比べて充分に高密度であり、かつ従来の自然対流法による場合に匹敵するような高密度のベントナイト成形体を製造できることが分かる。
また、本発明においては乾燥速度をやや速めて2%/Hrとした場合であっても約1.85Mg/m3以上の乾燥密度が得られるし、さらに乾燥速度を3%/Hr程度にまで速めても少なくとも従来と同等程度の乾燥密度を得られるから、本発明によれば乾燥時間の短縮を図りつつ高密度乾燥が可能であるといえる。
図8は、20mm級ペレットと1mm級ペレットを様々な混合率で混合して円筒形モールド内に充填する場合において、従来のペレット(黒丸:従来の製造方法において自然対流により20日間乾燥させたもの)による場合のかさ密度と、本発明のペレット(白丸:上記実施形態の製造方法により乾燥セル21において2日間乾燥させたもの)による場合のかさ密度を比較して示すものである。
これによれば、個々のペレットの乾燥密度は従来のペレットの方がやや高いものの、1mm級ペレットを40%程度混合した場合には本発明のペレットを用いる方が全体としてのかさ密度に優れていることが分かる。
これは、従来の自然対流法により製造されるペレットは乾燥時間が充分に長いことから個々のペレットの密度を充分に高めることはできるものの、表面が粗面であることから必ずしも充分に密に充填できないのに対し、本発明のペレットは個々のペレットの乾燥密度はやや低いものの表面が充分に平滑であることからより多量のペレットを充填できるためであると考えられ、この点で本発明のペレットの有用性が裏付けられている。
勿論、本発明によれば上述したように従来の強制対流法により製造されたものに比べて高密度のベントナイト粒子を製造可能であるから、それとの対比ではベントナイト粒子自体の密度と充填密度の双方を高密度化できることになる。
本実施形態の乾燥装置30は、上記の乾燥装置20における乾燥セル21を円筒状の回転胴31の内周部に複数(図示例では8本)装着し、かつそれら回転胴31を複数(図示例では2台)並設することにより多数(図示例では全16本)の乾燥セル21を備えたものであって、同時に多量の湿潤ペレット11を乾燥処理可能なものである。
すなわち、本実施形態の乾燥装置30では、各回転胴31がそれぞれ水平姿勢で配置されて駆動ローラ22により回転自在に支持されているとともに、各回転胴31の内周部に各乾燥セル21が水平姿勢で(つまり乾燥セル21の軸線を回転胴31の軸線と平行にした状態で)等間隔に装着されており、図示を略したモータ等の駆動源により回転駆動機構としての駆動ローラ22を回転させることで各回転胴31が回転(回転胴31自身の軸線を中心として自転するような回転)し、それに伴い、各乾燥セル21は回転胴31とともにその周方向に沿って公転していくとともに1公転する間には自ずと自身の軸線を中心として1回転(自転)することになり、したがって上記の乾燥装置20の場合と全く同様にその内部に収容した湿潤セル11を混同攪拌できるようになっている。
そして、図10(b)に示すように回転胴31内の一端部には仕切板32が設けられて温風チャンバ33が区画形成されていて、そこには温風供給機構としてのダクト34を通して適宜のブロワから温風(特に40〜50℃程度の比較的低温の微温風)が供給され、その温風は温風チャンバ33から各乾燥セル21に分配供給されてそれらの内部を通過するようになっており、これにより上記実施形態の乾燥装置20と同様に各乾燥セル21内において湿潤ペレット11を攪拌混合しつつ温風により乾燥させることが可能であって、一度に多量の湿潤ペレット11を効率的に乾燥できるものとなっている。
このように各乾燥セル21を回転胴31に対して着脱自在にしておくと、各乾燥セル21への湿潤ペレット11の収容作業やそこから取り出す作業を容易に行うことができるし、乾燥工程の途中において所望の乾燥セル21を回転胴31から取り外してその重量を高精度で測定すれば、その重量変化から乾燥の進捗状況を各乾燥セル21ごとに把握することが可能である。
勿論、必要であれば、粒径の異なる複数種類の湿潤ペレット11を混合したうえで乾燥セル21内に収容して処理することも可能である。例えば前工程において図3に示したようなディスクダイ10を用いて粒径の異なる複数種類の湿潤ペレット11を混合状態で造粒した場合には、それをそのまま乾燥セル21に収容して混合状態のままで乾燥処理すれば良い。
特に乾燥装置の構成としては、湿潤ペレット11を円筒状の乾燥セル21内に収容し、乾燥セル21を回転(自転あるいは公転)させることで湿潤ペレット11を攪拌混合しつつ温風により乾燥させる構成とすれば良いのであって、その限りにおいて乾燥セル21の形状や寸法、素材は任意であることは言うに及ばず、例えば以下に列挙するような形態が考えられる。
また、上記の乾燥装置20のように乾燥セル21を駆動ローラ22により支持してその上部において自転させる構成に代えて、乾燥セル21を横方向に転動させて周長相当分だけ左右に往復移動させる構成とすることも考えられる。
さらに、乾燥セル21は基本的には水平姿勢を維持しつつ回転させる必要があるが、必要に応じて乾燥セル21の両端部を上下方向に揺動させて前後方向に傾斜させることにより、湿潤ペレット11を前後方向(乾燥セル21の軸方向)に滑らせて攪拌する機能を付加することも考えられる。
また、上記実施形態の乾燥装置30では、乾燥セル21を回転胴31に対しては相対回転不能な状態で装着して回転胴31の周囲を公転するのみとしたが、さらに乾燥セル21自体を回転胴31に対して相対回転するようにして乾燥セル21を自転させつつ公転させることでも良い。その場合、各乾燥セル21に対して例えば上記の乾燥装置20における回転駆動機構と同様の機構を設けて強制的に自転させるようにしても良いし、あるいは各乾燥セル21を回転胴31に対してたとえば遊星歯車機構を介して装着することにより、回転胴31の回転に伴って乾燥セル21が公転しつつ自ずと自転するように構成することも考えられる。
20 乾燥装置
21 乾燥セル
22 駆動ローラ(回転駆動機構)
23 押さえローラ
24 蓋体
25 ダクト(温風供給機構)
30 乾燥装置
31 回転胴
32 仕切板
33 温風チャンバ
34 ダクト(温風供給機構)
35 ホルダ
35a 切り込み
Claims (4)
- 粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに押し出し造粒によって湿潤状態のベントナイト成形体を成形する押し出し造粒工程と、
前記押し出し造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を転動造粒によって略球形に成形する転動造粒工程と、
前記転動造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥する乾燥工程とを備え、
前記乾燥工程は、水平姿勢で設置した円筒状の乾燥セル内に前記ベントナイト成形体を収容し、該乾燥セルを回転させつつ該乾燥セル内に温風を吹き込むことにより、前記ベントナイト成形体を前記乾燥セル内において攪拌混合しつつ前記温風によって乾燥させることを特徴とするベントナイト成形体の製造方法。 - 請求項1記載のベントナイト成形体の製造方法における前記乾燥工程において用いるベントナイト成形体の乾燥装置であって、
水平姿勢で設置されて軸線を中心に回転可能に支持された円筒状の乾燥セルと、該乾燥セルを回転させる回転駆動機構と、該乾燥セル内に温風を供給する温風供給機構を具備してなることを特徴とするベントナイト成形体の乾燥装置。 - 請求項1記載のベントナイト成形体の製造方法における前記乾燥工程において用いるベントナイト成形体の乾燥装置であって、
水平姿勢で設置されて軸線を中心に回転自在に支持された円筒状の回転胴と、該回転胴の内周部に水平姿勢で装着された複数の乾燥セルと、前記回転胴を回転させることにより前記各乾燥セルを該回転胴の軸線を中心としてその周囲を公転させる回転駆動機構と、前記回転胴の一端部からその内部に温風を供給することにより該温風を前記各乾燥セルに分配供給する温風供給機構を具備してなることを特徴とするベントナイト成形体の乾燥装置。 - 請求項1記載のベントナイト成形体の製造方法を用いて成形したことを特徴とするベントナイト成形体。
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