JP2022012467A - ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022012467A JP2022012467A JP2020114310A JP2020114310A JP2022012467A JP 2022012467 A JP2022012467 A JP 2022012467A JP 2020114310 A JP2020114310 A JP 2020114310A JP 2020114310 A JP2020114310 A JP 2020114310A JP 2022012467 A JP2022012467 A JP 2022012467A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molded body
- aqueous solution
- powder
- geopolymer
- powder material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 claims description 10
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 36
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- -1 ortho and meta Chemical compound 0.000 description 2
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 2
- CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M rubidium hydroxide Chemical compound [OH-].[Rb+] CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- MFGOFGRYDNHJTA-UHFFFAOYSA-N 2-amino-1-(2-fluorophenyl)ethanol Chemical compound NCC(O)C1=CC=CC=C1F MFGOFGRYDNHJTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M caesium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Cs+] HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002925 low-level radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPZUANBEGPZLMP-UHFFFAOYSA-N sodium;hydroxy-[hydroxy(oxo)silyl]oxy-oxosilane Chemical compound [Na+].O[Si](=O)O[Si](O)=O JPZUANBEGPZLMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
【課題】水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体の製造技術を提供する。【解決手段】製造装置１０Ａは、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料２１を供給する第１供給部１１と、この粉体材料２１を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液２２を供給する第２供給部１２と、これら粉体材料２１及び水溶液２２を混合して湿気を帯びた湿潤粉体２５を生成する混合部１５と、この湿潤粉体２５を圧縮し成型体２６を形成する圧縮成型部１６と、を備えている。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、ジオポリマー成型体の製造技術に関する。
原子力発電所などから発生する低レベルの放射性廃棄物は、セメント等の固化材料で固化してから処分することが一般的である。このセメントによる固化方法は、固化材料を均質に混合するために、ペースト状になるまで水を配合しさらに混練粘度が一定値よりも低くなるまで調整して混練する必要がある。このようにセメントによる固化方法は、混練水を多量に配合することにより、放射性廃棄物の減容性が低下する課題がある。さらにペースト状の混練体が、混練時には攪拌翼に移送時には配管等に固着する等のトラブルを招き易く、装置メンテナンスを頻繁化させる課題がある。
そこで、ジオポリマーの固化材料を粉体のまま少量の水と混合し圧縮成型して固化することにより、水の配合量を抑制する技術が検討されている。この圧縮成型による固化処理によれば、水を大量に配合する必要が無いため、上述した放射性廃棄物の減容性の低下やその他のトラブルを回避するとともに、混合プロセスを簡易化することが期待される。なおジオポリマーにおいても、多量の水を配合しペースト状にしてから固化する方法が一般的に採用されているが、上述したセメントによる固化方法と共通の課題を持つ。
ここでジオポリマーは、アルミニウム及びケイ素などを主成分とするアルミノケイ酸塩と呼ばれる非晶質の無機固化材料で構成され、セメントと異なり分子構造に水和水が含まれない。また、ペースト状態から成型された固化体は、相当量の水が包含される事態が不可避であるが、圧縮成型による固化体はそのような事態を回避できる。
固化体に含まれる水は、混合された放射性廃棄物の放射能により分解され、水素を発生する要因となる。そして廃棄体の保管時に水素ガス濃度が上昇した場合、水素爆発の発生が懸念される。一方において、ジオポリマーの圧縮固化体は、水分の含有量が少なくさらにはその大部分を乾燥処理で除去することができ、放射能による水素発生量を低減させるという利点を持つ。
上述したジオポリマーの圧縮成型体は、ペースト化しない程度の少量の水を配合して固化材料の混合処理をする。しかし、そのようにして成型されたジオポリマーの圧縮固化体は、ペースト化させてから固化体とする一般的な処理方法と比較して、発現する機械的強度が低く耐久性に劣るという課題がある。これは、固化材料のうち反応開始に必要なアルカリ刺激材と水分との接触が不十分で、固化反応が均質に進行しないためと考えられている。また、このアルカリ刺激材として用いられる水酸化物またはケイ酸塩は、粉末の状態で吸湿性が高く潮解し易いという性質を持ち、保管管理が難しいという課題がある。
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体の製造技術を提供することを目的とする。
実施形態に係るジオポリマー成型体の製造方法は、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料を供給する工程と、前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する工程と、前記粉体材料及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する工程と、前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する工程と、を含む。
本発明の実施形態により、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体の製造技術が提供される。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置（以下、単に「製造装置１０Ａ」という）を示す概略図である。このように製造装置１０Ａ（１０）は、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料２１を供給する第１供給部１１と、この粉体材料２１を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液２２を供給する第２供給部１２と、これら粉体材料２１及び水溶液２２を混合して湿気を帯びた湿潤粉体２５を生成する混合部１５と、この湿潤粉体２５を圧縮し成型体２６を形成する圧縮成型部１６と、を備えている。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置（以下、単に「製造装置１０Ａ」という）を示す概略図である。このように製造装置１０Ａ（１０）は、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料２１を供給する第１供給部１１と、この粉体材料２１を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液２２を供給する第２供給部１２と、これら粉体材料２１及び水溶液２２を混合して湿気を帯びた湿潤粉体２５を生成する混合部１５と、この湿潤粉体２５を圧縮し成型体２６を形成する圧縮成型部１６と、を備えている。
ジオポリマーとは、後述するアルミナシリカとアルカリ刺激剤との縮重合反応で生じる非晶質の無機重合体の総称である。粉体材料２１は、アルミニウム（Ａｌ）及びケイ素（Ｓｉ）が含まれる化合物（アルミナシリカ）を主成分とする非晶質の粉体である。具体的に粉体材料２１としては、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰、フライアッシュ、ゼオライト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等が採用される。
アルカリ刺激剤は、粉体材料２１を重合反応させるもので水酸化物及びケイ酸塩のうち少なくとも一方を採用することができる。具体的に水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等が採用される。また、ケイ酸塩には、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウム等が採用される。なお、ケイ酸塩には、オルト、メタなど様々な化学形態のものが存在するが、特定の化学形態に限定されることなく何れの化学形態のケイ酸塩であってもアルカリ刺激剤として採用することができる。
アルカリ刺激剤の水溶液２２は、上述したアルカリ刺激剤を、水溶媒に対し、飽和溶解度又はこれよりも低い濃度で溶解させたものである。ここで、水溶液２２におけるアルカリ刺激剤の濃度は、湿潤粉体２５に所望の湿潤状態を均質に与える水溶媒の量に対し、所望するポリマー組成が化学量論的に過不足の無く得られるように設定される。
第１供給部１１は、予め定められた分量の粉体材料２１を混合部１５に供給するものである。第２供給部１２は、予め定められた分量のアルカリ刺激剤の水溶液２２を混合部１５に供給するものである。混合部１５は、供給された粉体材料２１及び水溶液２２を混合して湿気を帯びた湿潤粉体２５にするものである。
ここで湿気を帯びたとは、湿潤粉体２５がスラリー化していない程度に、水分を含んでいる状態を指す。具体的には、粉体材料２１を形成する粒子の表面にアルカリ刺激剤の水溶液２２が一様に行き渡った程度で、かつ、圧縮して成型体２６にした際に湿潤粉体２５から水溶液２２が分離されない程度の状態を指す。
粉体材料２１に混合される水溶液２２は、湿潤粉体２５の全体に占める割合が４０ｗｔ％を上限とすることでスラリー化を防止することができる。なお好ましい上限は３５ｗｔ％に設定され、さらに好ましくは２５ｗｔ％に設定される。他方において、粉体材料２１に混合される水溶液２２の下限は、この水溶液２２が飽和水溶液であることを前提に、重合反応に必要な量のアルカリ刺激剤を含む値が設定される。
成型体２６は、型枠１８に投入した湿潤粉体２５を、圧縮成型部１６で加圧し圧縮して形成する。なお、湿潤粉体２５を圧縮するための圧力は、１．０ＭＰａ以上であることが望ましい。これにより成型体２６の形状安定性を維持することができる。なお湿潤粉体２５の圧縮圧力の上限値は、特に制限されないが、圧縮成型部１６で達成可能な範囲で設定される。なお型枠１８は、成型体２６の型抜きを容易にするために、組み立て式であることが望ましい。
さらに製造装置１０は、温度及び湿度を調整した環境で成型体２６を養生する養生部１７を備えている。この養生部１７は、型枠１８から型抜きされた成型体２６において、粉体材料２１中のアルミナシリカと水溶液２２中のアルカリ刺激剤との重合反応を促進させる。さらに、養生部１７は、温度や湿度の調整により、成型体２６を乾燥させ、含有する水分を減少させることも可能である。なお養生部１７を用いずとも成型体２６の内部では自然に重合反応が進むが、養生部１７を用いて成型体２６の雰囲気の温度や湿度を調整することで重合反応を促進させることができる。これにより、成型体２６の機械的強度が向上する。
（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置（以下、単に「製造装置１０Ｂ」という）の一部を示す概略図である。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置（以下、単に「製造装置１０Ｂ」という）の一部を示す概略図である。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
このように第２実施形態の製造装置１０Ｂ（１０）は、第１実施形態の製造装置１０Ａの構成に加えて、さらに放射性廃棄物２３を供給する第３供給部１３を備えている。そして、この第３供給部１３から混合部１５に供給された放射性廃棄物２３は、粉体材料２１及び水溶液２２と混合して湿潤粉体２５を生成する。このように第２実施形態の製造装置１０Ｂでは、湿潤粉体２５に放射性廃棄物も共に含まれている。
なお湿潤粉体２５に含まれる放射性廃棄物としては、例えば、水浄化の際に用いられた放射性核種吸着剤が挙げられる。その他、粉砕可能な固体からなる様々な放射性廃棄物も湿潤粉体２５に含ませることができる。
（第３実施形態）
図３の工程図を参照して本発明に係るジオポリマー成型体の製造方法の実施形態を説明する（適宜、図１又は図２参照）。アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料２１を供給する（Ｓ１１）。この場合の粉体材料２１の供給は、貯蔵タンク（図示略）から規定量を秤量して行うか、流通用の袋から直接取り出して行うか、といった供給手段の区別は問わない。また、粉体材料２１が複数の素材を混合させたものとする場合、これら素材を予め混合して供給する場合もあるし、それぞれを別々に分けて単独で供給する場合もある。
図３の工程図を参照して本発明に係るジオポリマー成型体の製造方法の実施形態を説明する（適宜、図１又は図２参照）。アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料２１を供給する（Ｓ１１）。この場合の粉体材料２１の供給は、貯蔵タンク（図示略）から規定量を秤量して行うか、流通用の袋から直接取り出して行うか、といった供給手段の区別は問わない。また、粉体材料２１が複数の素材を混合させたものとする場合、これら素材を予め混合して供給する場合もあるし、それぞれを別々に分けて単独で供給する場合もある。
次に、粉体材料２１を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液２２を供給する（Ｓ１２）。この水溶液２２は、アルカリ刺激剤を水溶媒に溶解させて所定の濃度に設定したものを予め準備している。そして、この水溶液２２の供給量は、粉体材料２１の供給量に応じて設定される。
次に、粉体材料２１及び水溶液２２を混合して湿気を帯びた湿潤粉体２５を生成する（Ｓ１３）。この混合作業は、粉体材料２１の全体にアルカリ刺激剤の水溶液２２がむらなく行き渡るまで継続される。
次に、湿潤粉体２５を圧縮し成型体２６を形成する（Ｓ１４）。この圧縮により流動性を持つ湿潤粉体２５は、固形化した成型体２６となる。なお、この圧縮により湿潤粉体２５から水溶液２２が分離することはない。
次に、温度及び湿度を調整した環境で成型体２６を養生する（Ｓ１５）。これにより、成型体２６を構成するアルミナシリカとアルカリ刺激剤との重合反応がすすみ、成型体２６の機械的強度の向上が促進される。
次に本実施形態の効果を確認した実施例について説明する。図４は各実施形態の効果を確認した実施例の条件を示すテーブルである。このテーブルにおいて、メタカリオン、シリカヒューム及び高炉スラグのいずれかの混合体は粉体材料２１に該当する。そして、メタケイ酸カリウム水溶液に水酸化カリウムを溶解させたものがアルカリ刺激剤の水溶液２２に該当する。
（比較例１）
比較例１では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸ナトリウム無水物、水酸化カリウム）を粉体のまま（水溶液２２とはせずに）、微量の水分とともに粉体材料（メタカオリン）と混合した場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン５８ｗｔ%、ケイ酸ナトリウム無水物２８ｗｔ％、水酸化カリウム１１ｗｔ％（以上が粉体）、及び、水３ｗｔ％として調製し混合物とした。
比較例１では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸ナトリウム無水物、水酸化カリウム）を粉体のまま（水溶液２２とはせずに）、微量の水分とともに粉体材料（メタカオリン）と混合した場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン５８ｗｔ%、ケイ酸ナトリウム無水物２８ｗｔ％、水酸化カリウム１１ｗｔ％（以上が粉体）、及び、水３ｗｔ％として調製し混合物とした。
得られた混合物を３０ｍｍφの型枠に入れ、成型圧力５６ＭＰａで１０分間圧縮を行った。そして、型枠から混合物を脱型し、圧縮成型体を得た。さらに、気温２５℃、相対湿度９０％の条件で１５日間養生を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し６．７ＭＰａを得た。
（比較例２）
比較例２では、実質的にアルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）を、大量の水溶媒とともに粉体材料（メタカオリン）と混合しペースト状にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン３１ｗｔ％、シリカヒューム１６ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１２ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム１８ｗｔ％、水２３ｗｔ％として調製し混合物とした。
比較例２では、実質的にアルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）を、大量の水溶媒とともに粉体材料（メタカオリン）と混合しペースト状にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン３１ｗｔ％、シリカヒューム１６ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１２ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム１８ｗｔ％、水２３ｗｔ％として調製し混合物とした。
得られたペースト状の混合物を５０ｍｍφの型枠に入れ、気温２５℃、相対湿度９７％の条件で１４日間養生を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し２９ＭＰａを得た。このように、混合物をペースト状にしてからジオポリマー成型体とすることにより、比較例１よりも機械的強度を向上させることができる。しかし、ペースト状態から成型された固化体は、相当量の水が包含される事態が不可避であるため、放射能による水素発生量の増大が避けられない。
（実施例１）
実施例１では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）の水溶液２２を、粉体材料２１（メタカオリン、シリカヒューム）と混合し湿潤粉体２５にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン４５ｗｔ％、シリカヒューム２４ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１７ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム１４ｗｔ％として調製し湿潤粉体２５とした。
実施例１では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）の水溶液２２を、粉体材料２１（メタカオリン、シリカヒューム）と混合し湿潤粉体２５にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン４５ｗｔ％、シリカヒューム２４ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１７ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム１４ｗｔ％として調製し湿潤粉体２５とした。
なお粉体の水酸化カリウムは、準備されたメタケイ酸カリウム水溶液に予め溶解させた水溶液２２にしている。得られた湿潤粉体２５に対し、比較例２と共通の圧縮条件及び養生条件で処理を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し４８ＭＰａを得た。このように、湿潤粉体２５を圧縮して成型したジオポリマー成型体は、比較例１，２で成型されたものよりも、機械的強度の向上が認められる。
（実施例２）
実施例２では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）の水溶液２２を、粉体材料２１（メタカオリン、シリカヒューム、高炉スラグ）と混合し湿潤粉体２５にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン３１ｗｔ％、シリカヒューム１３ｗｔ％、高炉スラグ３１ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１９ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム６．０ｗｔ％として調製し湿潤粉体２５とした。
実施例２では、アルカリ刺激剤（メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム）の水溶液２２を、粉体材料２１（メタカオリン、シリカヒューム、高炉スラグ）と混合し湿潤粉体２５にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン３１ｗｔ％、シリカヒューム１３ｗｔ％、高炉スラグ３１ｗｔ％、濃度３０％のメタケイ酸カリウム水溶液１９ｗｔ％、粉体の水酸化カリウム６．０ｗｔ％として調製し湿潤粉体２５とした。
なお粉体の水酸化カリウムは、準備されたメタケイ酸カリウム水溶液に予め溶解させた水溶液２２にしている。得られた湿潤粉体２５に対し、比較例２と共通の圧縮条件及び養生条件で処理を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し２８ＭＰａを得た。このように、湿潤粉体２５を圧縮して成型したジオポリマー成型体は、比較例１で成型されたものよりも、機械的強度の向上が認められる。
さらに実施例１，２は、比較例２と対比して、粉体材料２１等をペースト化させずに混合するため、この粉体材料２１等の混合部１５への付着状況を改善し、装置メンテナンスの頻度を低減させ、製造効率を高めることが可能である。さらに実施例１，２は、比較例２と対比して、湿潤粉体２５から成型された固化体は、包含される水が少量であるため、放射能による水素発生量を抑制できる。さらに実施例１，２は、比較例１，２と対比して、吸湿性が高く潮解し易いアルカリ刺激剤を水溶液２２で保存しておくことができるので、取り扱いが容易となり保安管理上の負担軽減となる。
以上述べた少なくともひとつの実施形態のジオポリマー成型体の製造方法によれば、アルカリ刺激剤の水溶液と粉体材料とを混合した湿潤粉体を圧縮することにより、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体を得ることが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０（１０Ａ，１０Ｂ）…ジオポリマー成型体の製造装置（製造装置）、１１…第１供給部、１２…第２供給部、１３…第３供給部、１５…混合部、１６…圧縮成型部、１７…養生部、１８…型枠、２１…粉体材料、２２…アルカリ刺激剤の水溶液、２３…放射性廃棄物、２５…湿潤粉体、２６…成型体。
Claims (6)
- アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料を供給する工程と、
前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する工程と、
前記粉体材料及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する工程と、
前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する工程と、を含むジオポリマー成型体の製造方法。 - 請求項１に記載のジオポリマー成型体の製造方法において、
前記アルカリ刺激剤は、水酸化物及びケイ酸塩のうち少なくとも一方が含まれるジオポリマー成型体の製造方法。 - 請求項１又は請求項２に記載のジオポリマー成型体の製造方法において、
前記粉体材料に混合される前記水溶液は、前記湿潤粉体の全体に占める割合が４０ｗｔ％を上限とするジオポリマー成型体の製造方法。 - 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のジオポリマー成型体の製造方法において、
放射性廃棄物も前記湿潤粉体に共に含まれるジオポリマー成型体の製造方法。 - 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のジオポリマー成型体の製造方法において、
温度及び湿度を調整した環境で前記成型体を養生する工程をさらに含むジオポリマー成型体の製造方法。 - アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料を供給する第１供給部と、
前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する第２供給部と、
前記粉体材料及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する混合部と、
前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する圧縮成型部と、を備えるジオポリマー成型体の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020114310A JP7487025B2 (ja) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020114310A JP7487025B2 (ja) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022012467A true JP2022012467A (ja) | 2022-01-17 |
| JP7487025B2 JP7487025B2 (ja) | 2024-05-20 |
Family
ID=80148696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020114310A Active JP7487025B2 (ja) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7487025B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5066766B2 (ja) | 2007-03-31 | 2012-11-07 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | 活性フィラーとして焼成カオリンを配合するジオポリマー高強度硬化体及びその製造方法 |
| JP5661492B2 (ja) | 2011-02-09 | 2015-01-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 放射性廃棄物の固化方法 |
| US9321687B2 (en) | 2013-07-03 | 2016-04-26 | University Of North Dakota | Low concentration alkali fly ash cement and method of making |
| US10239786B2 (en) | 2014-08-13 | 2019-03-26 | Polyagg Pty Ltd | Geopolymers and geopolymer aggregates |
-
2020
- 2020-07-01 JP JP2020114310A patent/JP7487025B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7487025B2 (ja) | 2024-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2731776C1 (ru) | Способ производства формованного изделия из геополимера и система для производства формованного изделия из геополимера | |
| JP4872910B2 (ja) | ベントナイトの含水比調整方法 | |
| CN110255937A (zh) | 一种废fcc催化剂和粉煤灰耦合资源化利用的方法 | |
| WO2018143205A1 (ja) | ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システム | |
| JPH07104440B2 (ja) | 放射性廃棄物固化方法及び装置 | |
| JP6719360B2 (ja) | ジオポリマー成型体製造方法 | |
| JP2022012467A (ja) | ジオポリマー成型体の製造方法及びその製造装置 | |
| JP2019081308A (ja) | ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システム | |
| CN102262911A (zh) | 一种使用萘系减水剂水泥固化放射性废树脂的方法 | |
| JP4588792B2 (ja) | 水素発生剤、その製造方法及び水素発生方法 | |
| JP7159147B2 (ja) | ジオポリマー固化体製造方法及びジオポリマー固化体製造システム | |
| CN113651579B (zh) | 一种高聚物环保再生混凝土及其制备方法 | |
| KR102181217B1 (ko) | 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체 | |
| JP2019045453A (ja) | セシウム含有廃棄物のセシウム固定化方法 | |
| JP2008246901A (ja) | ノロを使用したコンクリート製品及びその製造方法 | |
| US3960798A (en) | Process for regulating hardening speed of self-hardening mold | |
| JP6942582B2 (ja) | ジオポリマー成型体の製造方法、および、ジオポリマー成型体製造システム | |
| JP7458334B2 (ja) | 放射性廃棄物固化方法、および、放射性廃棄物固化システム | |
| JP2022092973A (ja) | 放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理システム | |
| JP2015001485A (ja) | ホウ酸含有廃液のセメント固化処理方法及びセメント固化処理装置 | |
| JP2015105859A (ja) | ホウ酸廃液のセメント固化処理方法及びセメント固化処理装置 | |
| WO2021019816A1 (ja) | 鋳型造型用組成物及び鋳型造型方法 | |
| JP2017132658A (ja) | ジオポリマー組成物の製造方法 | |
| JP2023114666A (ja) | コンクリート製品の製造方法 | |
| JP5558027B2 (ja) | 放射性廃棄物の固化処理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230207 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230720 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230822 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231018 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231219 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240311 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20240318 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240409 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240508 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7487025 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |