JP3809045B2 - Co-solidification method for low-level radioactive wet waste generated from boiling water nuclear power plants - Google Patents

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JP3809045B2
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行政院原子能委員會核能研究所
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Description

【0001】
(技術分野)
本発明は、全般的には、放射性廃棄物処理技術に関し、特に、本発明は、放射性湿潤廃棄物固化方法に関する。更に具体的に述べると、本発明は、沸騰水型原子力発電所から生じる低レベル放射性湿潤廃棄物の共固化方法に関するものである。
【0002】
(発明の背景)
運転中、沸騰水型原子力発電所で使用される沸騰水型原子炉(BWR)では、高濃度硫酸ナトリウム廃液、粉末状使用済みイオン交換樹脂、スラッジ廃棄物などの湿潤廃棄物が発生する。これらの湿潤廃棄物は放射性であり、したがって、固化処理を行い、化学的にも物理的にも安定した固形物にしてから、放射性廃棄物についての普通の安全処置として最終的に廃棄しなければならない。
【0003】
現在のところ、低レベル放射性湿潤廃棄物については3種類の固化処理法がある。セメント固化法、樹脂固化法、そしてタール固化法である。これらの固化方法のうち、セメント固化法は、体積効率が最も悪い。したがって、たとえその作業がこれら3つの固化方法のうちで最も簡単で、その生成物であるセメント固化した廃棄物に、必要とされる長期安定性があったとしても、最終的廃棄手順に反映する高コストの故に、セメント固化法は魅力的な方法とはほとんどみなされていない。
【0004】
樹脂固化およびタール固化法は、固化剤用に有機材料を使用するが、これらの方法はいづれも体積効率が高い。しかしながら、タール固化法に関すれば、タール固化した廃棄物は圧縮強度が低い上に可燃性である。ドイツ国で一度、このような固化廃棄物がタール固化プロセス中に爆発、炎上したことがある。そして、数年前にも、日本のタール固化システムの1つが爆発し、大放射性事故をもたらし、世界中を懸念させた。それ以来、多くのヨーロッパ諸国でタール固化法の操業を禁止した。そして、他の国々でも、タール固化システムやプラントを、順に1つずつ閉鎖しているところである。
【0005】
樹脂固化法の使用に関すれば、これは非常に論争の的となる問題であるが、その一方、その問題点にもかかわらず、新しい樹脂固化システムがまだ出現し続けている。そのことに反対する人々は、樹脂が老化するので、樹脂固化法の廃棄物の安定性については、非常に危険で信頼性がない、と主張している。大部分のヨーロッパ諸国では、放射性湿潤廃棄物の処理には、もはや樹脂固化を認めていないが、この方法は、体積効率が高いという利点がある故に、他の国々においてはなおも広く使われている。
【0006】
このような状況の下での低レベル放射性湿潤廃棄物固化法に対する研究の主要な方向づけは、いずれの方法にしても、有機方法をできるだけ早いうちに替えられるかもしれないという希望を持って、非有機固化剤の体積効率を高めることに向いている。
【0007】
これまで行なわれているセメント固化はまさに非有機方法である。この方法においてしばしば遭遇する問題は、硫酸塩廃液の固化プロセスにおいて、硫酸塩がアルミン酸三カルシウム(3CaOAl2O3)と反応し、エトリンジャイトと呼ばれる低密度固形物を徐々に形成し、これが概して、体積膨張により固化廃棄物にひずみや時には亀裂さえ生じさせる、ということである。この問題に対しては、周知の予防措置が2つある。すなわち、(1)硫酸塩対セメントの比率を下げること、(2)セメント内のアルミン酸三カルシウム含有量を減らすこと、である。前者は、かなり大きな固化廃棄物を生じさせ、その結果、最終廃棄処置におけるコストがかなり大きくなるため、まったく関心を引かない。一方、後者も、低アルミン酸三カルシウム含有量を有するセメントを簡単に入手できないということばかりでなく、エトリンジャイトの形成が非常に遅いということが主な理由で、このように固化した廃棄物の長期安定性が極めて疑わしいというプロセスであるために、満足できるものとは程遠い。
【0008】
米国特許第04,804,498号においては、非常に反応が速くて簡単に溶けてしまう硫酸ナトリウムによって発生される前述の問題を取り除くための方法が提案されている。硫酸ナトリウムを水酸化ナトリウムと反応させ、硫酸バリウムと水酸化バリウムを作り、次いで、これら2つの物質を分離し、硫酸バリウムを固化させて、水酸化ナトリウムを再利用のためにリサイクルさせる。硫酸バリウムは安定性が高く溶解性が極めて低いということにより、このようにして生成した固化廃棄物は非常に安定しており、硫酸ナトリウム廃液の固化法でしばしば遭遇するようなトラブルを免れる。とは言っても、1つの問題が解決されたとしても、直ぐに別の新しい問題が生じる。分離した水酸化ナトリウムが放射性元素の大部分を取り込むために、再利用のためにリサイクルする前に、更なる汚染除去作業をしなければならないのである。通常、リサイクルした化学物質は、その汚染物質の含有量が急速に上昇するため、リサイクルを2,3回行なうと、急速にその有効性を失う。したがって、結局は、依然として固化処理を復活させなければならないことになる。
【0009】
日本国特開昭62−126,400号では、本願の開示内容に関連した固化方法を報告している。この特許では、硫酸ナトリウム廃液を乾燥して粉末にし、次いで、その粉末に水酸化バリウムとガラス状水の化合物とを混合して、水、水酸化ナトリウム、不溶性硫酸バリウムを生成し、つぎに、二酸化ケイ素と固化剤を導入して固化を促進させている。蒸発用ドライヤを使用することに伴いエネルギ・コストが高くなることがこの方法の主たる欠点であり、そのほかに、いくつかの技術上の問題、たとえば、固体−固体反応、撹拌および熱伝達等の問題を克服する必要がある。
【0010】
また、別の日本国特開平04−128,699号で開示している固化方法では、硫酸バリウムと水酸化ナトリウム液状混合物を前述の米国特許と同様に製造し、この場合だけはこれらを分離せず、その後、混合物を加熱によって凝縮し、次いで、二酸化ケイ素とセメントを導入して、湿潤廃棄物を固化している。セメント固化法による廃棄物の品質は、廃棄物内に存在する水酸化ナトリウムの量にかなり依存することは知られている。水酸化ナトリウムと二酸化ケイ素が反応することで、ケイ酸ナトリウムとガラス状水が生成される。ガラス状水はセメントの加水反応から生じるカルシウム・イオンと反応し、シリコン・カルシウム・ゲル状水和生成物を形成する。したがって、固化法による廃棄物の品質は、使用される二酸化ケイ素の量及びセメントの種類や質に相当関係することは明かである。この問題に特に取り組んでいる例として、日本国特開昭62−278,499号があり、ここでは、ガラス状水の助けを借りて放射性湿潤廃棄物を固化しようとする場合、シリコン対ナトリウム比は0.5〜1.0の範囲内に保たれねばならない、と提案している。というのも、水酸化ナトリウム含有量が8重量%を上回るとき、固化廃棄物の圧縮強度が50kg/cm2より低くなる、ということが判明しているからである。このことは、硫酸ナトリウム廃液が硫酸バリウムおよび水酸化ナトリウムに変換しされてしまった後でさえ、セメント固化法による廃棄物の質は、使用される固化剤の種類と量に依存し、もちろん、固化条件にも依存する、ということを明白に示している。
【0011】
粉末状使用済みイオン交換樹脂の固化法に関しては、ほとんどの沸騰水型原子力発電所においては、この種類の廃棄物をセメントで固化させている。通常、このような固化廃棄物内には、20重量%の使用済みイオン交換樹脂がある。それはそれとして、イオン交換樹脂含有量が固化廃棄物の全重量の30%もの量に達する可能性があり、このような固化廃棄物は、水酸化ナトリウムで処理した、使用済みイオン交換樹脂を、溶鉱炉スラグ粉末を加えて固化している、という日本国特開昭62−238,499号に示されるように、依然として充分に大きい圧縮強度を持っている。
【0012】
上述の固化処理法のうちでも充分な圧縮強度を持つ固化廃棄物を作ることができるものもあるが、これらの従来技術はいずれも、非常に限られた体積効率で1種類の放射性湿潤廃棄物を処理する、ということを強調したほうがよいであろう。
【0013】
(発明の概要)
したがって、本願明細書に開示した本発明の固化方法は、濃縮硫酸ナトリウム廃液および使用済みイオン交換樹脂を一緒に固化することのできるという、廃棄物で廃棄物を固化させる方法を採用している。
【0014】
この固化方法の手順及び原理は以下の通りである。まず、硫酸ナトリウム廃液を水酸化バリウムと反応させると、廃液が硫酸バリウムおよび水酸化ナトリウムのスラリーに変換される。次に、即座に水酸化ナトリウムと反応する使用済みイオン交換樹脂をスラリーに加えると、この反応が、樹脂のイオン交換活性を低下させることによって廃棄物の安定性を高めることができる。3番目に、スラリーをセメント、微細シリカゲル粒子、ポゾラン材料(たとえば、溶鉱炉スラグ粉末およびフライアッシュ)、ケイ酸エステル、リン酸塩などからなる固化剤と充分に混合させる。
【0015】
この新規な放射性湿潤廃棄物固化方法は、直ちに、硫酸ナトリウム廃液と使用済みイオン交換樹脂との両方を共固化して、次の利点をもたらす。1つは、化学的に非常に不安定な硫酸ナトリウムを非常に高い安定性を有する硫酸バリウムに変換することである。これは、固化廃棄物の安定性を保証するだけでなく、硫酸バリウムの高密度(4.5)による廃棄物の体積減少という結果をももたらす。2番目に、固化プロセス中、硫酸バリウムが、固化した廃棄物の強度を高める微細凝集材料として機能することである。3番目に、使用済みイオン交換樹脂を水酸化ナトリウムと反応させることによって、イオン交換樹脂の活性がかなり低下し、その結果、固化廃棄物体積膨張についての問題がもはや存在しなくなることである。4番目に、二次的な廃棄物を生成することなく、また、廃棄物リサイクルの煩雑性もなく、変換された廃棄物のすべてが一緒に固化されるということである。5番目に、固化剤を適切に調製しておくことで、水酸化ナトリウムが、この固化剤と一緒になって不溶性固化物質を形成し、この固化物質が、湿潤廃棄物を密封して固化する、ようになることである。この技術は、固化剤の使用量を減らすだけでなく、廃棄物で固化した廃棄物を作るという目標をも達成するのである。
【0016】
(発明の詳細な説明)
以下、発明者は共固化方法ならびに固化剤の調製を詳しく説明するためにいくつかの実験室実施例を用いる。本発明のこれらの実施例は、その手順、条件および結果を含めて、発明の用途範囲を部分的に示すだけのものであり、本発明の全範囲を表わすものではなく、これに限定されるものと看做されるべきではない。
実施例 I
【0017】
920部(以下に述べるすべての部は、重量部である)の98重量%水酸化ナトリウム溶液および2760部の硫酸バリウムを用意し、それらを攪拌機内で混合させ、同時にゆっくりと2300部の脱イオン水を加える。攪拌は、水酸化ナトリウムが完全に溶解するまで続け、次に、溶液が30℃にクールダウンするまで待ち、この温度を保つ。固化剤に加える前に、溶液の重さを計り、適当量の30℃脱イオン水に加え、撹拌プロセス中の蒸発による水損失を補正する。
【0018】
type−2Aスラリー形状の固化剤(台湾セメント会社の製品)、ポゾラン材料(溶鉱炉スラグ粉末およびフライアッシュを含む)およびケイ酸塩、リン酸塩、リン酸カルシウム、マグネシウム・リン酸塩の粉末を一緒に混ぜ、粉砕することによって、均質な粉末状固化剤を調製する。この固化剤の主な成分は化学的分析によれば、27.14%SiO2、6.86%Al23、46.29%CaO、1.71%のFe23、2.14%のMgO、7.71%P2、および5.57%SO3である。次いで、この均質な粉末状固化剤を水酸化ナトリウム・硫酸バリウム混合溶液に加える。同時にこれを勢いよく撹拌し、最終的に、スラリーを目で見ても均質なようにする。固化剤対スラリーの重量比は0.54である。この実験においては、固化剤の最後の粒子が撹拌機に加えられた直後から、撹拌を10分以上続ける。次いで、直ちに、多数の円筒形ポリエチレン・モールドにスラリーを注入する。各モールドは、内径5cm、高さ11cmである。次にモールドを密封し、硬化、凝固のために30日の期間にわたって室温に置く。次に、モールドから固化廃棄物を取り出し、その中から5つを選び、その未加工端を切り落とし、5つの標準化した円筒形試料(長さ10cm)を作る。圧縮強度テストは、米国原子力規制委員会(USNRC)の要件に従ったASTM−C39のテスト手順をなぞってこれら5つの試料について実施する。これら5つの試料の平均圧縮強度は50kg/cm2であることがわかっている。それに加えて、低レベル放射性廃棄物品質管理のための台湾原子力エネルギ会議によって指定された標準テスト手順に従ってテストを行ったところ、これらの試料の平均耐水性圧縮強度(即ち、90日間水中に浸けた後の試料圧縮強度)が81kg/cm2であり、平均耐候性圧縮強度(即ち、30サイクルの−10℃〜+60℃の温度、60%〜95%の相対湿度40で天候テスト室内に置いた後の試料圧縮強度)が48kg/cm2であることがわかった。
【0019】
実施例 II
373部の98重量%水酸化ナトリウム溶液を2038部の水に溶解させ、次に、1167部の粉末状ラテックス(粉末)を加え、30分間激しく混ぜ合わせ、均質なスラリーを形成する。実施例Iに述べた方法に従って粉末状固化剤を調製する。この固化剤の主要な成分は、化学的分析によれば、23.2%SiO2、4.59%Al23、61.19%CaO、3.79%のFe23、2.88%のMgO、2.2%P2、および1.58%SO3である。そして、先に述べたのと同様の固化方法を適用する。この場合だけは、固化剤対スラリーの重量比が0.887である。先の実施例で既に述べたと同じ方法で固化廃棄物試料を調製し、その中からテスト用に5つ選ぶ。これらの試料の平均圧縮強度は59kg/cm2であり、平均耐水性圧縮強度は113kg/cm2であり、平均耐候性圧縮強度は72kg/cm2である。
【0020】
実施例 III
482部の水酸化ナトリウムを1800部の水に溶解させ、1418部の硫酸バリウムおよび1354部の粉末を加え、それらを激しく混ぜ合わせて均質なスラリーにする。実施例Iに記載した方法に従って粉末状固化剤を調製する。この固化剤の主要な成分物は、36.05%SiO2、5.72%Al23、61%CaO、1.43%のFe23、1.79%のMgO、9.61%P2、および4.65%SO3である。先にべたのと同様の固化方法を適用する。この場合には、固化剤対スラリーの重量比は0.425である。固化廃棄物試料を先に延べたと同じ方法で調製し、その中から5つを選び、テストする。これらの試料の平均圧縮強度は58kg/cm2 であり、平均耐水性圧縮強度は111kg/cm2であり、平均耐候性圧縮強度は64kg/cm2である。
【0021】
実施例IV:
580部の水酸化ナトリウムを2346部の水に溶解させ、次に、1285部の硫酸バリウムと1449部の粉末を加え、これらを激しく混ぜ合わせて均質なスラリーを形成する。実施例Iに示すと同じ方法で粉末状固化剤を調製する。この固化剤の主要な成分は、30.72%SiO2、3.08%Al23、41.02%CaO、2.54%のFe23、1.93%のMgO、19.28%P2、および2.54%SO3である。先にべたのと同様の固化方法を適用する。この場合には、固化剤対スラリーの重量比は0.389である。固化廃棄物試料を先に延べたと同じ方法で調整し、その中から5つ選び、テストする。これらの試料の平均圧縮強度は39kg/cm2 であり、平均耐水性圧縮強度は53kg/cm2であり、平均耐候性圧縮強度は56kg/cm2である。
【0022】
実施例V:
台湾原子力プラントIIから2765部の20重量%硫酸ナトリウム廃液を集める。次に、これを1226部の水酸化バリウム粉末、Ba(OH)28H2O、と徐々に混ぜ合わせ、硫酸バリウム・水酸化ナトリウム混合溶液を作る。この溶液をゆっくりと加熱し、蒸発によって1745単位の水を除く。次に、864部の粉末を混ぜ合わせて均質なスラリーを形成する。スラリーの温度が30℃にクールダウンするまで待ち、実施例IIIと同じ粉末状固化剤に加える。この実験においては、固化剤対スラリーの重さ定額は0.389である。試料調製および圧縮強度テスト手順はここでも先のものと同じである。これらの試料の平均圧縮強度は43kg/cm2であり、平均耐水性圧縮強度は46kg/cm2であり、平均耐候性圧縮強度は46kg/cm2である。さらに、ANSI16.1のテスト方法によって、Co-60、Cs-134およびCs-137の平均の濾過インデックスが、それぞれ、8.34、6.27、そして6.32であることがわかった。
【0023】
前述の実施例に関連して本発明を示し説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく更に広い局面において、他の変更もなし得ることは当業者であれば理解できよう。
[0001]
(Technical field)
The present invention relates generally to radioactive waste treatment technology, and in particular, the present invention relates to a method for solidifying radioactive wet waste. More specifically, the present invention relates to a method for co-solidifying low level radioactive wet waste resulting from boiling water nuclear power plants.
[0002]
(Background of the Invention)
During operation, in a boiling water reactor (BWR) used in a boiling water nuclear power plant, high-concentration sodium sulfate waste liquid, powdered used ion exchange resin, sludge waste, and other wet waste are generated. These wet wastes are radioactive, and therefore must be solidified, chemically and physically stable solids, and finally discarded as a normal safety measure for radioactive waste. Don't be.
[0003]
At present, there are three solidification methods for low-level radioactive wet waste. A cement solidification method, a resin solidification method, and a tar solidification method. Among these solidification methods, the cement solidification method has the lowest volumetric efficiency. Therefore, even if the work is the simplest of these three solidification methods and the product cemented waste has the required long-term stability, it will be reflected in the final disposal procedure. Due to the high cost, the cement solidification method is hardly regarded as an attractive method.
[0004]
The resin solidification and tar solidification methods use an organic material for the solidifying agent, and any of these methods has a high volumetric efficiency. However, regarding the tar solidification method, tar solidified waste has low compressive strength and is flammable. Once in Germany, such solidified waste has exploded and burned during the tar solidification process. A few years ago, one of Japan's tar solidification systems exploded, causing a major radioactive accident and raising concerns around the world. Since then, many European countries have banned tar solidification. And, even in other countries, the tar solidification systems and plants, is where you are closing one by one in the order people.
[0005]
While this is a very controversial issue regarding the use of resin solidification methods, new resin solidification systems are still emerging despite the problems. Those who oppose it argue that because the resin ages, the stability of the waste of the resin solidification process is very dangerous and unreliable. In most European countries, the treatment of radioactive wet waste no longer allows resin solidification, but this method is still widely used in other countries because of its volumetric efficiency advantage. Yes.
[0006]
The main direction of research on low-level radioactive wet waste solidification methods under these circumstances is non-recognized with the hope that any method may change the organic method as soon as possible. It is suitable for increasing the volumetric efficiency of organic solidifying agents.
[0007]
The cement solidification performed so far is just an organic method. A problem often encountered in this process is that in the solidification process of sulfate waste, the sulfate reacts with tricalcium aluminate (3CaOAl 2 O 3 ) to gradually form a low density solid called ettringite, which is generally This means that volume expansion causes strain and sometimes even cracks in the solidified waste. There are two known precautions against this problem. That is, (1) reducing the ratio of sulfate to cement, and (2) reducing the tricalcium aluminate content in the cement. The former is of no interest at all because it results in a considerable amount of solidified waste, resulting in a considerable cost in the final disposal procedure. The latter, on the other hand, is not only because cement with low tricalcium aluminate content is not readily available, but also because of the very slow formation of ettringite, It is far from satisfactory because it is a process where stability is highly questionable.
[0008]
U.S. Pat. No. 04,804,498 proposes a method for eliminating the aforementioned problems caused by sodium sulfate which is very fast and easily dissolves. Sodium sulfate is reacted with sodium hydroxide to produce barium sulfate and barium hydroxide, then these two materials are separated, barium sulfate is solidified and sodium hydroxide is recycled for reuse. Since barium sulfate is highly stable and very low in solubility, the solidified waste produced in this way is very stable and avoids the troubles often encountered in the solidification method of sodium sulfate waste liquid. That said, if one problem is solved, another new problem will soon arise. Because the separated sodium hydroxide takes up most of the radioactive elements, further decontamination work must be done before recycling for reuse. Normally, recycled chemicals rapidly increase in their pollutant content, and therefore lose their effectiveness rapidly when recycled two or three times. Therefore, in the end, the solidification process must still be restored.
[0009]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-126,400 reports a solidification method related to the disclosed contents of the present application. In this patent, the sodium sulfate waste liquor is dried to a powder, and then the powder is mixed with a compound of barium hydroxide and glassy water to produce water, sodium hydroxide, insoluble barium sulfate, Silicon dioxide and a solidifying agent are introduced to promote solidification. The high energy costs associated with the use of evaporation dryers are the main drawbacks of this method, as well as several technical issues such as solid-solid reactions, stirring and heat transfer. It is necessary to overcome.
[0010]
In another solidification method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 04-128,699 , a barium sulfate and sodium hydroxide liquid mixture is produced in the same manner as in the aforementioned US patent, and only in this case, these can be separated. After that, the mixture is condensed by heating and then silicon dioxide and cement are introduced to solidify the wet waste. It is known that the quality of waste from cement solidification processes is highly dependent on the amount of sodium hydroxide present in the waste. Sodium hydroxide and silicon dioxide react to produce sodium silicate and glassy water. Glassy water reacts with calcium ions resulting from the cement's hydrolysis reaction to form silicon calcium gel hydrated products. Therefore, it is clear that the quality of the waste produced by the solidification method is considerably related to the amount of silicon dioxide used and the type and quality of cement. An example of a particular approach to this problem is Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-278,499 , where the silicon to sodium ratio is used when trying to solidify radioactive wet waste with the help of glassy water. Suggests that it should be kept within the range of 0.5 to 1.0. This is because it has been found that when the sodium hydroxide content exceeds 8% by weight, the compressive strength of the solidified waste is lower than 50 kg / cm 2 . This means that even after the sodium sulfate effluent has been converted to barium sulfate and sodium hydroxide, the quality of the waste from the cement solidification process depends on the type and amount of solidifying agent used, of course, It clearly shows that it also depends on the solidification conditions.
[0011]
Regarding solidification of powdered spent ion exchange resin, most boiling water nuclear power plants solidify this kind of waste with cement. Usually, there is 20% by weight of used ion exchange resin in such solidified waste. As such, the ion exchange resin content can reach as much as 30% of the total weight of the solidified waste, such solidified waste being treated with sodium hydroxide, As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-238,499 in which blast furnace slag powder is added and solidified, it still has a sufficiently high compressive strength.
[0012]
Some of the solidification methods described above can produce solidified waste with sufficient compressive strength, but all of these prior arts are one type of radioactive wet waste with very limited volumetric efficiency. It would be better to stress that
[0013]
(Summary of Invention)
Therefore, the solidification method of the present invention disclosed in this specification employs a method of solidifying waste with waste, in which a concentrated sodium sulfate waste liquid and a used ion exchange resin can be solidified together.
[0014]
The procedure and principle of this solidification method are as follows. First, when the sodium sulfate waste liquid is reacted with barium hydroxide, the waste liquid is converted into a slurry of barium sulfate and sodium hydroxide. Next, when spent ion exchange resin that reacts immediately with sodium hydroxide is added to the slurry, this reaction can increase the stability of the waste by reducing the ion exchange activity of the resin. Third, the slurry is thoroughly mixed with a solidifying agent consisting of cement, fine silica gel particles, pozzolanic materials (eg, blast furnace slag powder and fly ash), silicate esters, phosphates, and the like.
[0015]
This new radioactive wet waste solidification method immediately co-solidifies both sodium sulfate waste liquor and spent ion exchange resin, providing the following advantages. One is to convert chemically very unstable sodium sulfate to barium sulfate with very high stability. This not only ensures the stability of the solidified waste, but also results in a waste volume reduction due to the high density of barium sulfate (4.5). Second, during the solidification process, barium sulfate functions as a fine agglomerated material that increases the strength of the solidified waste. Third, by reacting the spent ion exchange resin with sodium hydroxide, the activity of the ion exchange resin is significantly reduced, so that the problem with solidified waste volume expansion no longer exists. Fourth, all of the converted waste is solidified together without producing secondary waste and without the complexity of waste recycling. Fifth, by properly preparing the solidifying agent, sodium hydroxide together with the solidifying agent forms an insoluble solidified material, which solidifies the wet waste by sealing. Is to become. This technique not only reduces the amount of solidifying agent used, but also achieves the goal of producing solidified waste.
[0016]
(Detailed description of the invention)
In the following, the inventors use several laboratory examples to illustrate in detail the co-solidification method as well as the preparation of the solidifying agent. These examples of the invention, including the procedures, conditions and results thereof, are only partly indicative of the scope of the invention, and are not intended to represent the full scope of the invention. Should not be regarded as a thing.
Example I :
[0017]
920 parts (all parts given below are parts by weight) of 98 wt% sodium hydroxide solution and 2760 parts of barium sulfate are prepared and mixed in a stirrer, while slowly 2300 parts of deionized. Add water. Stirring is continued until the sodium hydroxide is completely dissolved, then wait until the solution cools down to 30 ° C. and maintain this temperature. Prior to addition to the solidifying agent, the solution is weighed and added to an appropriate amount of 30 ° C. deionized water to correct for water loss due to evaporation during the stirring process.
[0018]
Type-2A slurry-shaped solidifying agent (product of Taiwan cement company), pozzolanic material (including blast furnace slag powder and fly ash) and silicate, phosphate, calcium phosphate, magnesium phosphate powder mixed together A homogeneous powder solidifying agent is prepared by grinding. The main components of this solidifying agent are, according to chemical analysis, 27.14% SiO 2 , 6.86% Al 2 O 3 , 46.29% CaO, 1.71% Fe 2 O 3 , 2.14. % MgO, 7.71% P 2 O 5 , and 5.57% SO 3 . Next, this homogeneous powder solidifying agent is added to the sodium hydroxide / barium sulfate mixed solution. At the same time, it is vigorously stirred until the slurry is visually homogeneous. The weight ratio of solidifying agent to slurry is 0.54. In this experiment, stirring is continued for 10 minutes or more immediately after the last particles of solidifying agent are added to the agitator. The slurry is then poured immediately into a number of cylindrical polyethylene molds. Each mold has an inner diameter of 5 cm and a height of 11 cm. The mold is then sealed and placed at room temperature for a period of 30 days for curing and solidification. Next, the solidified waste is taken out from the mold, and five of them are selected, and the raw ends are cut off to form five standardized cylindrical samples (length 10 cm). A compressive strength test is performed on these five samples following the ASTM-C39 test procedure in accordance with the requirements of the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC). It has been found that the average compressive strength of these five samples is 50 kg / cm 2 . In addition, when tested according to the standard test procedure specified by the Taiwan Nuclear Energy Council for Low Level Radioactive Waste Quality Control, the average water resistant compressive strength of these samples (ie, 90 days immersion in water) Later sample compressive strength) was 81 kg / cm 2 and was placed in a weather test chamber at an average weathering compressive strength (ie 30 cycles of −10 ° C. to + 60 ° C., 60% to 95% relative humidity 40). The later sample compressive strength was found to be 48 kg / cm 2 .
[0019]
Example II :
373 parts of 98 wt% sodium hydroxide solution is dissolved in 2038 parts of water, then 1167 parts of powdered latex (powder) is added and mixed vigorously for 30 minutes to form a homogeneous slurry. A powdered solidifying agent is prepared according to the method described in Example I. The main components of this solidifying agent are, according to chemical analysis, 23.2% SiO 2 , 4.59% Al 2 O 3 , 61.19% CaO, 3.79% Fe 2 O 3 , 2. 88% MgO, 2.2% P 2 O 5 , and 1.58% SO 3 . Then, the same solidification method as described above is applied. Only in this case the weight ratio of solidifying agent to slurry is 0.887. Prepare solid waste samples in the same way as already described in the previous example, and select five for testing. These samples have an average compressive strength of 59 kg / cm 2 , an average water resistant compressive strength of 113 kg / cm 2 , and an average weather resistant compressive strength of 72 kg / cm 2 .
[0020]
Example III :
482 parts of sodium hydroxide are dissolved in 1800 parts of water, 1418 parts of barium sulfate and 1354 parts of powder are added and they are vigorously mixed to form a homogeneous slurry. A powdered solidifying agent is prepared according to the method described in Example I. The main components of this solidifying agent are 36.05% SiO 2 , 5.72% Al 2 O 3 , 61% CaO, 1.43% Fe 2 O 3 , 1.79% MgO, 9.61. % P 2 O 5 , and 4.65% SO 3 . To apply the same solidification method as previously mentioned base. In this case, the weight ratio of solidifying agent to slurry is 0.425. Prepare solid waste samples in the same way as described earlier, choose 5 of them and test. These samples have an average compressive strength of 58 kg / cm 2 , an average water resistant compressive strength of 111 kg / cm 2 and an average weather resistant compressive strength of 64 kg / cm 2 .
[0021]
Example IV:
580 parts of sodium hydroxide are dissolved in 2346 parts of water, then 1285 parts of barium sulfate and 1449 parts of powder are added and mixed vigorously to form a homogeneous slurry. A powdered solidifying agent is prepared in the same manner as shown in Example I. Major component of the solidifying agent, 30.72% SiO 2, 3.08% Al 2 O 3, 41.02% CaO, 2.54% of Fe 2 O 3, 1.93% of MgO, 19. 28% P 2 O 5 and 2.54% SO 3 . To apply the same solidification method as previously mentioned base. In this case, the weight ratio of solidifying agent to slurry is 0.389. Prepare the solidified waste samples in the same way as before and select five of them to test. These samples have an average compressive strength of 39 kg / cm 2 , an average water resistant compressive strength of 53 kg / cm 2 and an average weather resistant compressive strength of 56 kg / cm 2 .
[0022]
Example V:
Collect 2765 parts of 20 wt% sodium sulfate effluent from Taiwan Nuclear Plant II. Next, this is gradually mixed with 1226 parts of barium hydroxide powder and Ba (OH) 2 8H 2 O to form a barium sulfate / sodium hydroxide mixed solution. The solution is heated slowly and 1745 units of water are removed by evaporation. Next, 864 parts of the powder are mixed to form a homogeneous slurry. Wait until the temperature of the slurry cools down to 30 ° C. and add to the same powdered solidifying agent as in Example III. In this experiment, the solid weight of solidifying agent to slurry is 0.389. The sample preparation and compressive strength test procedures are again the same as above. These samples have an average compressive strength of 43 kg / cm 2 , an average water resistant compressive strength of 46 kg / cm 2 and an average weather resistant compressive strength of 46 kg / cm 2 . Furthermore, the ANSI 16.1 test method showed that the average filtration index of Co-60, Cs-134 and Cs-137 were 8.34, 6.27 and 6.32, respectively.
[0023]
While the invention has been shown and described in connection with the foregoing embodiments, those skilled in the art will recognize that other modifications can be made in broader aspects without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (5)

放射性廃棄物に含まれる硫酸ナトリウム廃液と使用済みイオン交換樹脂を共固化する方法であって、(1)前記硫酸ナトリウム廃液を水酸化バリウムと反応させることにより、水酸化ナトリウムおよび硫酸バリウムのスラリーに変換する工程と、(2)このスラリーを前記イオン交換樹脂と混合してスラリー状の混合廃棄物溶液を形成する工程と、(3)セメント、溶鉱炉スラグ粉末及びフライアッシュを含むポゾラン材料、1種またはいくつかの種の、二価あるいはそれ以上の金属の酸化物または塩からなる粉末固化剤を調整し、この粉末固化剤を前記工程(2)で得た混合廃棄物溶液と均一に混合させた後、凝固,硬化させる工程とを包含することを特徴とする方法。 Sulfate sodium waste that is part of the radioactive waste and spent ion-exchange resins to a method for co-solidifying, (1) by reaction with the barium hydroxide and sodium sulfate waste, sodium hydroxide and barium sulfate pozzolan comprising a step of converting the slurry, (2) forming a mixed waste solution of this slurry was mixed with the ion exchange resin scan rally form, the (3) cement, blast furnace slag powder and fly ash A powder solidifying agent comprising a material, one or several species of divalent or higher metal oxides or salts is prepared, and the powder solidifying agent is mixed with the mixed waste solution obtained in the step (2). after uniformly mixed, a method characterized in that it comprises coagulation, and curing. 請求項1に記載の方法において、使用する固化剤の成分のうち金属塩が、ボラート、ケイ酸エステル、リン酸塩またはケイ酸塩の化合物であることを特徴とする方法。  2. The method according to claim 1, wherein the metal salt of the components of the solidifying agent used is a borate, silicate ester, phosphate or silicate compound. 請求項1に記載の方法において、使用する固化剤の成分のうち金属酸化物または塩が、カルシウム、シリコン、マグネシウム、アルミニウム、鉄、チタンまたはジルコニウムの酸化物または塩であることを特徴とする方法。  2. The method according to claim 1, wherein the metal oxide or salt of the components of the solidifying agent used is an oxide or salt of calcium, silicon, magnesium, aluminum, iron, titanium or zirconium. . 請求項1に記載の方法において、使用する固化剤の成分のうちポゾラン材料が、シリカ・フューム(fume)、溶鉱炉スラグ粉末またはフライアッシュであることを特徴とする方法。  2. The method according to claim 1, wherein the pozzolanic material of the components of the solidifying agent used is silica fume, blast furnace slag powder or fly ash. 請求項1に記載の方法において、前記スラリー状の混合廃棄物溶液と固化剤との混合時の温度が90℃以下であることを特徴とする方法。The method of claim 1, wherein the temperature during mixing of the scan rally-like mixed waste solution and the solidifying agent is characterized in that at 90 ° C. or less.
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