JP2014102088A

JP2014102088A - 放射性廃棄物用石棺

Info

Publication number: JP2014102088A
Application number: JP2012252395A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kato; 加藤恵子
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】放射線遮蔽効果に優れた放射性廃棄物用石棺の提供。
【解決手段】放射性廃棄物を収容する容器本体及びこの容器本体に被せられて容器本体を密閉する蓋体とからなる放射性廃棄物用石棺であって、容器本体及び蓋体が、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物と改質硫黄の粉粒物とを混合溶融させて成形した成形体によって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性廃棄物用石棺に係り、より詳しくは、放射線の遮蔽性に優れた放射性廃棄物用石棺に関する。

現在、社会の消費型経済化から大量の生活廃棄物、産業廃棄物が日々排出されているが、廃棄物の最終処分場の収容量は限界に近づいており、これら大量に排出される廃棄物の活用が求められている。

一方、東日本大震災における原子力発電所の事故により、広範囲にわたって放射性物質による汚染が引き起こされ除染活動が行われているが、この除染活動により発生する大量の放射性物質に汚染された土壌、焼却灰などの放射性廃棄物の処理が重要な課題となっている。

放射性廃棄物の処理は、周囲の環境に影響を与えないように放射線を遮蔽して放射性廃棄物が無害化するまでの長期にわたって保管することで行われ、放射線を遮蔽して放射性廃棄物を納める容器は、古代の棺になぞらえて石棺と呼ばれる。
このような放射性廃棄物用石棺は、通常コンクリートで作製されるが、通常のコンクリートでは十分な遮蔽効果を得るために容器壁を厚くしなければならず大型化してしまうため、除染活動による放射性物質に汚染された土壌、焼却灰などの放射性廃棄物を収納し、それを中間貯蔵場もしくは最終処分場に移動させるには取り扱い上の問題があった。

特許文献１には、製鋼ダスト、鉄鋼スラグ及び硫黄の配合物を混練加熱後冷却固化して成形した容器の表面に金属板やコンクリートの殻材を設けた容器が提案されている。特許文献１に記載された硫黄を用いた容器は放射線遮蔽効果に優れるが、中間貯蔵場や最終処分場での長期にわたる保管において放射性物質の溶出を防止するために、より緻密で高強度の放射線遮蔽効果に優れた放射性廃棄物用石棺が求められている。

特公平２−４９６８０号公報

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、増大する廃棄物を有効活用し、放射性廃棄物を長期間にわたって安全に保管処置することのできる放射線遮蔽効果に優れた放射性廃棄物用石棺を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による放射性廃棄物用石棺は、放射性廃棄物を収容する容器本体及びこの容器本体に被せられて容器本体を密閉する蓋体とからなる放射性廃棄物用石棺であって、前記容器本体及び蓋体が、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物と改質硫黄の粉粒物とを混合した成形体によって形成されていることを特徴とする。

前記成形体は、前記一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物及び改質硫黄の粉粒物とを混合し、加熱混練させた後冷却固化して成形されることが好ましい。
前記成形体は、レシチン又はフルボ酸を更に含むことが好ましい。

本発明の放射性廃棄物用石棺によれば、一般・産業廃棄物が有効活用され、緻密で放射線遮蔽能力が高い放射性廃棄物用石棺が得られる。

本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物用石棺の概略斜視図である。図１のＡ−Ａ’線に沿って切断した放射性廃棄物用石棺の概略断面図である。

以下、本発明の放射性廃棄物用石棺の好ましい実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による放射性廃棄物用石棺の概略斜視図であり、図２は放射性廃棄物用石棺の概略断面図である。

本実施形態の放射性廃棄物用石棺１は、放射性廃棄物を収容する容器本体２及び容器本体２に被せられて容器本体２を密閉する蓋体３とからなる。
容器本体２には、フォークリフトによる運搬を容易にするために底部に脚部４が設けられている。蓋体３の上部には、２本の溝部５が設けられ、２本の溝部５のそれぞれの内部には溝部５の深さより高さの低い釣り金具６が設けられ、フォークリフト等による蓋体３の釣り下げが可能である。また、蓋体３の上部の溝部５が設けられていない面は平坦になっており、放射性廃棄物用石棺１が段積み可能な形状である。

容器の大きさは特に限定されるものではないが、フォークリフトでの運搬が容易で、トラック積載可能なサイズとすることが好ましく、本実施形態の放射性廃棄物用石棺１は、横幅、奥行きが２ｍ、高さが１．５ｍ、厚みが０．１ｍである。

本発明の放射性廃棄物用石棺は、容器本体及び蓋体が、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物と改質硫黄の粉粒物とを混合した成形体によって形成されている。
一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物は、例えば、都市ごみ焼却灰・焼却飛灰、都市ごみ高温溶融炉から発生する溶融飛灰、下水処理場から発生する汚泥及び汚泥焼却灰、汚染土壌などの一般廃棄物、電力事業等から排出される石炭灰、研磨屑、鉄鋼ダストなどの産業廃棄物を粉砕、乾燥したものである。

本発明で用いる鉄鋼スラグの乾燥粉粒物は、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグに分けられる高炉スラグ及び転炉系スラグ、電気炉系スラグに分けられる製鋼スラグの鉄鋼スラグを粉砕、乾燥したものである。

一般・産業廃棄物及び鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の大きさは、ＪＩＳＺ８８０１の試験用篩を用いた篩分けによる５０％粒径が１０μｍ〜５００μｍであることが好ましく、特には、２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。５０％粒径が５００μｍより大きいと形成される空隙が大きくなり緻密な成形体とすることが難しく、５０％粒径が１０μｍより小さいと改質硫黄溶融体中で凝集した粉粒物をばらばらにほぐすことが困難となり、却って成形体中の空隙が増加する恐れがある。

一般・産業廃棄物及び鉄鋼スラグの粒径制御は、所望のサイズが得られる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、粉砕機と分級機により行うことができ、粉砕機としてはハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、ローラーミル等が挙げられる。

更に、一般・産業廃棄物及び鉄鋼スラグの乾燥粉粒物は、１５０℃で１時間加熱した時の加熱減量が５％以下であることが好ましく、３％以下であることが更に好ましい。乾燥粉粒物の種類により異なるが、１５０℃で１時間加熱した時の加熱減量中の成分の大半は水分であり、１５０℃・１時間の加熱減量が５％より大きいと改質硫黄と粉粒物表面の親和性が低下してと粉粒物の分散不良による空隙の増大を招きやすく、併せて揮発分による成形体中の空隙の増加を招きやすい。

一般・産業廃棄物及び鉄鋼スラグの乾燥は、所望の加熱減量値が得られる乾燥方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、乾燥器としてはバンドドライヤー、パドルドライヤー、コニカルドライヤー、流動床ドライヤー等が挙げられる。

本発明に用いる改質硫黄の粉粒物は、硫黄に難燃性を付与し成形物の強度改良のために、硫黄に対して改質剤２〜３０％の量を反応させたものであり、改質剤としては、例えば、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、テトラハイドロインデン、エチリデンノルボルネン等のジオレフィン系炭化水素が挙げられ、好ましくは、ジシクロペンタジエンである。
改質硫黄の粉粒物の調製は、硫黄と改質剤を加熱溶融して反応させ、冷却して造粒機等で粉粒物とすることで行い、加熱溶融の温度条件は用いる改質剤により異なるが、改質剤としてジシクロペンタジエンを用いら場合には１２０〜１６０℃の範囲で行うことができる。
改質硫黄の粉粒物の調製のための混合機は、ジャケット等の調温設備を有し高粘度液体の混合可能な攪拌機であれば公知のものが使用でき特に限定されないが、例えば、インターナルミキサー、ドラムミキサー、ニーダー、リボンミキサー等が挙げられる。

本発明の放射性廃棄物用石棺の成形は、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物及び改質硫黄の粉粒物とを混合し、加熱混練させた後冷却固化して成形する。
加熱混練に使用する混練機は、成形材料の混合が十分に行えるものであれば特に限定されるものではないが、粉粒物の分散が容易な混錬機が好ましく、例えば、ニーダー、ロールミル、ボールミル、ホモミキサー等が挙げられる。

成形材料の混練機への投入順序は任意であるが、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の混合物中に改質硫黄の粉粒物を分割投入して加熱混練し、複数回に分けて加熱混練することは、乾燥粉粒物の分散を向上させるので好ましい。加熱混練の温度は、１２０℃〜１６０℃の範囲で行われ、加熱混練の時間は通常１〜５時間である。
所定の時間加熱混練した後、溶融流動物を型枠に投入し、徐冷することで本発明の放射性廃棄物用石棺が成形される。

成形に用いる材料の比率は、改質硫黄の粉粒物の量が、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の合計を１００重量部とした時、２０〜５０重量部であることが好ましく、３０〜４０重量部であることがさらに好ましい。改質硫黄の粉粒物の量が２０重量部より少ないと粉粒物成分を十分に結着することができず、成形体の充填密度、強度が低下し、５０重量部より多いと成形体の強度が低下する。

一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の粒状物成分の割合は、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物の種類に応じて決めることができ、通常５０重量部：５０重量部である。

また、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の粉粒物に加え、放射線遮蔽性を高めるために、例えば鉛などの金属粉粒物を更に加えることができる。金属粉粒物は、５０％粒径が１０μｍ〜５００μｍで、１５０℃・１時間の加熱減量が５％以下であることが好ましく、金属粉粒物の添加量は、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の合計量を１００重量部とした時、５〜２０重量部であることが好ましい。

本発明に用いる材料として、前述の乾燥粉粒物に加え更に粉粒物成分の分散を補助するための添加剤を添加することができ、添加剤としては、例えば、レシチン、フルボ酸、ノニオン系界面活性剤などが挙げられ、好ましくはレシチン、フルボ酸であり、添加量は、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の合計量を１００重量部とした時、０．０１〜１重量部であることが好ましい。
特に、フルボ酸を用いると、粉粒物の分散を向上させる効果に加え金属イオン補足剤として作用するので、長期保管において水が浸透した際に金属溶出を抑える効果がある。

以下、本発明の放射性廃棄物用石棺を形成する成形体の空隙率の試験例について説明する。
空隙率は、成形体試験片の重量及び体積を測定して成形体の密度（Ｄ１）を算出し、成形材料の絶乾重量からの密度（Ｄ２）を用いて次式により算出した。
空隙率（％）＝（１−Ｄ１／Ｄ２）×１００

〔試験例１〕
以下のＡ〜Ｃの材料をニーダータイプの混合機に仕込み、１５０℃で２時間混練溶融し、溶融物を型枠に注入して常温まで徐冷することで試験片を作製した。試験片の空隙率は８．２％であった。
Ａ．一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物：５０％粒径３０μｍ、１５０℃加熱減量１．５％の都市ごみ焼却灰（Ａ−１）５０重量部
Ｂ．鉄鋼スラグの乾燥粉粒物：５０％粒径５０μｍ、１５０℃加熱減量０．５％の高炉徐冷スラグ（Ｂ−１）５０重量部
Ｃ．改質硫黄の粉粒物：硫黄１００重量部に対して２０重量部のジシクロペンタジエンを反応させた５０％粒径が約５００μｍの粉粒物（Ｃ−１）４０重量部

〔試験例２〕
一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物の５０％粒径を５０μｍ、１５０℃加熱減量を２．５％（Ａ−２）とし、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の５０％粒径を１００μｍ、１５０℃加熱減量を１．５％（Ｂ−２）とした以外は、試験例１と同様にして試験片を作製した。試験片の空隙率は８．５％であった。

〔試験例３〕
一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物の５０％粒径を１００μｍ、１５０℃加熱減量を１．０％（Ａ−３）とし、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の５０％粒径を３００μｍ、１５０℃加熱減量を０．５％（Ｂ−３）とした以外は、試験例１と同様にして試験片を作製した。試験片の空隙率は８．８％であった。

〔試験例４〕
一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物の５０％粒径を１０００μｍ、１５０℃加熱減量を１０％（Ａ−４）とし、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物の５０％粒径を３０００μｍ、１５０℃加熱減量を７％（Ｂ−４）とした以外は、試験例１と同様にして試験片を作製した。試験片の空隙率は９．８％であった。

〔試験例５〕
試験例１の材料組成にレシチン０．５重量部を加えた以外は試験例１と同様にして試験片を作製した。試験片の空隙率は７．７％であった。

〔試験例６〕
試験例１の材料組成にフルボ酸０．５重量部を加えた以外は試験例１と同様にして試験片を作製した。試験片の空隙率は７．９％であった。

上記試験結果で明らかなように、本発明の放射性廃棄物用石棺を形成する成形体は、空隙率が小さく緻密な構造を有している。また、試験例１の材料組成で成形した本発明の放射性廃棄物用石棺を形成する成形体は、通常のコンクリートの２〜３倍の圧縮強度を有し、６０Ｃｏ線源による実効線量透過率も通常のコンクリートの１／３〜１／５であるので、通常のコンクリート製の石棺に比べ、小型化することができる。

１放射性廃棄物用石棺
２容器本体
３蓋体
４脚部
５溝部
６釣り金具

Claims

放射性廃棄物を収容する容器本体及びこの容器本体に被せられて容器本体を密閉する蓋体とからなる放射性廃棄物用石棺であって、
前記容器本体及び蓋体が、一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物と鉄鋼スラグの乾燥粉粒物と改質硫黄の粉粒物とを混合した成形体によって形成されていることを特徴とする放射性廃棄物用石棺。
前記成形体は、前記一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物、鉄鋼スラグの乾燥粉粒物及び改質硫黄の粉粒物とを混合し、加熱混練させた後冷却固化して成形されることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物用石棺。
前記成形体を形成する前記一般・産業廃棄物の乾燥粉粒物及び鉄鋼スラグの乾燥粉粒物は、５０％粒径が１０μｍ〜５００μｍであり、１５０℃で１時間加熱した時の加熱減量が５％以下であることを特徴とする請求項２に記載の放射性廃棄物用石棺。
前記成形体は、レシチン又はフルボ酸を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の放射性廃棄物用石棺。