JP2521697B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、核燃料再処理施設等の放射性物質取扱い施
設で発生する中レベルないし低レベルの放射性廃棄物の
処理方法に係り、特に充填率が高く、かつ長期にわたる
安定性、耐久性、耐火性に優れた放射性廃棄物の固化処
理方法に関する。

（従来の技術） 従来より、核燃料再処理施設等の放射性物質取扱い施
設で発生する、例えば放射性濃縮廃液やスラッジ等の放
射性廃棄物処理方法として、濃縮廃液についてはアスフ
ァルト固化処理が行われ、スラッジ類についてはそのま
ま貯蔵することが行われている。

この固化処理方法においては、放射性廃液は濃縮乾燥
され、主として硝酸ナトリウムからなる粉体とされた
後、この放射性廃棄物はアスファルトからなる固化材に
より固化される。しかし、このような方法により固化処
理されて放射性廃棄物の固化体が得られたとしても、現
在のところその多くは最終処分の方法が未だ確立されて
いない状態にある。

一方、BWR発電所から発生する放射性廃棄物について
は、中間貯蔵体の状態で暫定貯蔵する方法も近年提案さ
れている。

この方法は、放射性廃棄物を乾燥処理し大幅に減容し
た後、これをペレット化処理して安定な中間貯蔵体を製
造し、原子力施設内の貯蔵タンクに一時貯蔵する方法で
ある。この方法によれば乾燥処理後の粉体放射性廃棄物
に圧縮力が加えられペレット化されるので高い減容率が
得られる。

しかし、核燃料再処理施設で発生する¹³⁷Cs、²³⁸Srで
は放射能の半減期が約30年であり、このような方法で放
射能を減衰させることは事実上不可能であり、仮にでき
たとしても一定期間貯蔵されて放射能が減衰した後に改
めて安定な固化体パッケージとして一体に固化させる必
要がある。

また、核燃料再処理施設からは、このようなペレット
状の廃棄物以外に、金属、コンクリートおよび断熱材等
の雑固体廃棄物が発生する。これらはその種類が非常に
多種にわたり、かつ形状も不定でるため現時点では必要
に応じて適当な大きさに切断され、貯蔵容器中に入れら
れている。このような雑固体も安定な固化体パッケージ
として一体に固化させる必要がある。

このような放射性廃棄物を固化体パッケージ化する方
法としては、従来より用いられている前述の固化材によ
る処理が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、アスファルト固化法では、固化材が有機物で
あるため数百年あるいはそれ以上の長期にわたる安定性
という点で問題がある。

また、固化材としてセメントを用いる方法も考えられ
るが、この場合多量の水が必要なため、特にペレット状
の放射性廃棄物を固化する時に、この水分によりペレッ
トの吸水、膨潤によるペレットおよび固化材の劣化が生
じる可能性があり、また硬化に必要な水を最小限度量ま
で押えたセメントを用いた場合には、ペレットおよび固
化材の劣化を防止することは可能となるが、固化材の粘
性が大きくなり、そのため緻密にペレットを充填するこ
とが難しくなるという問題がある。

このような問題を解決するために非常に有効な手段と
して、本出願人は先に著しく低含水で、かつ高い流動性
を有する水硬性固化材を用いた放射性廃棄物の固化処理
方法を提案している（特願昭61−111941号および特願昭
61−111942号）。しかし、このような低含水で高流動性
の固化材を用いて容器中に入れられたペレットを充填固
化しようとする際に、このペレト自体がバインダーを含
有せず、そのため非常に溶解しやすい場合や、ペレット
製作時に発生する粉じんが非常に多くこれらが溶解しや
すい状態にある場合、このペレットより溶解した物質
が、特にBWR発電所にて発生する硫酸ナトリウムを主成
分とする濃縮廃液のペレットより溶解する硫酸ナトリウ
ムや、核燃料再処理施設から発生する硝酸塩類を主成分
とする廃液のペレットより溶解する硝酸ナトリウム、亜
硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等のように、固化材中
に含まれる水硬性無機化合物や無機質流動化材に対して
非常に強い凝集作用を発揮するものであると、固化材が
ペレット間の空隙を流れる過程で固化材中に含まれる水
硬性無機化合物や無機質流動化材がが凝集し、固化材の
流動性が著しく低下する。したがって、固化材がペレッ
ト間の細部までゆきわたらず、放射性廃棄物の固化体内
部に空隙が生成する。そのため、固化体の均質性が失わ
れ、固化体の安定性あるいは強度の低下が起こるという
問題があった。

さらに、放射性廃棄物である金属やコンクリート等に
は機械油等の油が付着している場合が多いが、こうした
油も固化材中に含まれる水硬性無機化合物や無機質流動
化材に対して非常に強い凝集作用を発揮するので、油が
付着した放射性廃棄物を固化体とする場合にも同様に固
化体の均質性が失われ、固化体の安定性あるいは強度の
低下が起こるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解消すべくなされたもの
で、放射性廃棄物、特に減容性に優れたペレット状の放
射性廃棄物の中間貯蔵体や金属等の雑固体廃棄物を、内
部に空隙がなく均質で、長期に渡り安定性、耐久性、ま
たは耐火性に優れた固化体パッケージとする方法を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の放射性廃棄物の固化処理方法は、放射性廃棄
物を、水硬性無機化合物と、骨材と、無機質流動化材
と、乳酸アルミニウムあるいは乳酸アルミニウムとクエ
ン酸リチウムの組合わせからなる反応抑制剤とを含有す
る固化剤によって一体に固化させることを特徴としてい
る。

本発明における処理対象の放射性廃棄物は、粉体、ペ
レット、雑固体、スラッジ、あるいはこれらの混合物か
らなり、かつこれらの廃棄物中に凝集作用の強い物質と
してアルカリ金属の塩またはアルカリ土類金属の塩から
選択された少くとも１種以上を含有しているものであれ
ばいずれでもよい。

本発明に使用する水硬性無機化合物としては、カルシ
ウムシリケートとカルシウムアルミネートを主成分とす
る水硬性セメントであり、例えばポルトランドセメン
ト、高炉セメント、フライアッシュセメント、アルミナ
セメントを用いることができる。

骨材としては、例えばアルミナ粒、シャモット粒、天
然に存在する砂、砂利、岩石およびこれらを混合物を使
用することが可能である。

また、無機質流動化材としては、粒径10μｍ以下の無
機質酸化物粉末を使用することが可能であり、例えばシ
リカ微粉、アルミナ微粉、ジルコニウム微粉、あるいは
これらの混合物が挙げられる。

さらに、本発明における反応抑制剤としては、乳酸ア
ルミニウムあるいは乳酸アルミニウムとクエン酸リチウ
ムの組み合わせが挙げられる。

乳酸アルミニウムとクエン酸リチウムを組み合わせた
場合には、これらの相乗効果により固化材の硬化時間が
延長され、さらに固化体の強度特性が向上する。

さらに、反応抑制剤である乳酸アルミニウムは、反応
抑制剤としての機能の他に、固化材中に水硬性無機化合
物および無機質流動化材を分散させる機能を有するもの
である。

これらの成分の配分量は、水硬性無機化合物としての
セメントが15〜50重量部、骨材が30〜75重量部、無機質
流動化材が10〜20重量部、反応抑制剤が0.01〜５重量部
の合計100重量部に対し、添加水８〜20重量部が適当で
ある。そして、この構成により、添加水の量を可能な限
り少量とし、凝集性のある硝酸ナトリウムや炭酸ナトリ
ウムを含んだ放射性廃棄物の空隙を流動性を失うこと無
く、完全に充填することができる。

水硬性無機化合物としてのセメントの配合量が15重量
部未満では固化材の十分な強度および早硬性が得られ
ず、50重量部を超えると、セメント硬化時の収縮による
クラックが発生しやすくなったり、固化材中の水分量が
多くなるという問題が起こる。

骨材の配合量が30重量部未満では、同様にクラックが
発生しやすくなり、逆に75重量部を超えると十分な固化
体強度が得られず、また流動性も低下するようになる。

また、無機質流動化材の配合量は10重量部未満でも20
重量部を超えても固化材の流動性が低下し、また20重量
部を超えると収縮によるクラックが発生しやすくなる。

また反応抑制剤が0.01重量部未満では放射性廃棄物か
らの溶出物による凝集力を十分におさえることができ
ず、５重量部を超えると固化体の強度が十分に得られな
くなる。

（作 用） 本発明の放射性廃棄物の固化処理方法においては、放
射性廃棄物中に硝酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等、ま
た金属あるいはコンクリート等に付着した油分が存在し
ていても、固化材中に乳酸アルミニウムあるいは乳酸ア
ルミニウムとクエン酸リチウムの組合わせからなる反応
抑制剤が含まれているので、固化材中での水硬性無機化
合物や無機質流動化材の凝集が抑制される。その結果、
固化材を構成する水硬性無機化合物、無機質流動化材お
よび骨材は固化材中に分散し、動きやすい状態となり、
固化材充填時において、固化材は放射性廃棄物の表面を
より流れやすくなる。したがって、緻密で空隙のない、
充填率の高い放射性廃棄物の固化体パッケージが得られ
る。

また、乳酸アルミニウムの分散作用により、固化材中
において、粒径10μｍ以下の水硬性無機化合物や粒度が
調整された無機質流動化材が分散され、他の大粒径の水
硬性無機化合物あるいは骨材との間に入り込んでこれら
の粒子間の滑り性をより向上させるので好ましい。

すなわち、従来の固化材では、固化材に均一性と流動
性とを与えるために、硬化に必要とする量以上の水を添
加しなければならず、しかも、放射性廃棄物中に硝酸ナ
トリウム、炭酸ナトリウム等、また金属あるいはコンク
リート等に付着した油分が存在している場合には、たと
え硬化に必要とする量以上の水を添加しても固化材の均
一性および流動性を意地できなかったが、本発明による
固化材においては、乳酸アルミニウムが含まれているた
めに、水硬性無機化合物の硬化に必要な最小量の水の添
加で、十分な均一性と流動性とを維持することが可能と
なる。そして、緻密で空隙のない、充填率の高い放射性
廃棄物の固化体パッケージが得られ、しかも固化体中に
は結晶中に取り込まれた結晶水以外はほとんど存在しな
いため、この固化体パッケージは長期に亘り化学的にも
機械的にも安定となる。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

実施例１、２ 第１表に示す組成で、水硬性無機化合物、骨材、無機
質流動化材および反応抑制剤を均一に混合し、添加水を
加えこれらを混練して、２種類のスラリー状固化剤を得
た。

なお、表中の比較例は本発明との比較のために掲げた
ものであり、反応抑制剤を添加しないで作製した固化材
である。また、第１表中の数字は重量部を示す。

次に、このようにして得たスラリー状固化材を、バイ
ンダを添加して作製した硫酸ナトリウムペレットと圧縮
成形により作製した硫酸ナトリウムペレット、および同
様な方法で作製した２種類の硝酸ナトリウム80重量％−
炭酸ナトリウム20重量％ペレットをそれぞれ入れた200
ドラム缶（ペレット充填率60容積％）中へ各々充填し
た。また、同様にSUS 304製パイプの内面に油を塗布し
たものを入れた200ドラム缶（パイプ充填率20容積
％）中にも各々スラリー状固化材を充填した。なお、固
化材はドラム缶上面まで注入した。そして、固化材が硬
化した後、ドラム缶をダイヤモンドカッターで切断し、
固化材の充填状況を観察したところ、充填状況は第２表
に示すとおりであった。ただし、表中の○は「完全充
填」、△は「一部に空隙有り」、Ｘは「空隙大」をそれ
ぞれ示す。

第２表から明らかなように、反応抑制剤を添加してい
ない固化材は、溶解性の高いペレットを完全に充填でき
ないのに対し、反応抑制剤を添加した場合は完全充填す
ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の放射性廃棄物の固化処
理方法によれば、放射性廃棄物中に硝酸ナトリウム、炭
酸ナトリウム等、また金属あるいはコンクリート等に付
着した油分が存在していても、固化剤中に乳酸アルミニ
ウムあるいは乳酸アルミニウムとクエン酸リチウムの組
合わせからなる反応抑制剤を含んでいるので、固化剤中
での水硬性無機化合物や無機質流動化材の凝集が抑制さ
れ、固化材は放射性廃棄物の表面を流れやすくなる。し
たがって、緻密で空隙がなく、高い充填率を有し、長期
に亘り化学的にも機械的にも安定な放射性廃棄物の固化
体パッケージを得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 和昭 刈谷市小垣江町南藤１ 東芝セラミック ス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者 杉野 太加夫 刈谷市小垣江町南藤１ 東芝セラミック ス株式会社刈谷製造所内 (56)参考文献 特開 昭61−245095（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−215999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−228099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168399（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射性廃棄物を、水硬性無機化合物と、骨
   材と、無機質流動化材と、乳酸アルミニウムあるいは乳
   酸アルミニウムとクエン酸リチウムの組合わせからなる
   反応抑制剤とを含有する固化剤によって一体に固化させ
   ることを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
2. 【請求項２】前記放射性廃棄物は、アルカリ金属の塩ま
   たはアルカリ土類金属の塩から選択された少なくとも１
   種以上を含有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
3. 【請求項３】前記水硬性無機化合物は、カルシウムシリ
   ケートあるいはカルシウムアルミネートを主成分とする
   水硬性セメントであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
4. 【請求項４】前記無機質流動化材は、粒径10μｍ以下の
   無機酸化物粉末からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載の放射性廃棄
   物の固化処理方法。