JP4612591B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置に係り、特に、原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する可燃性の物質を焼却して得られる焼却灰を固化処理する固化処理方法及び固化処理装置に関する。

原子力発電所等の施設で発生する放射性廃棄物は、最終的に地下に埋設するなどして処分する必要がある。放射性廃棄物は、このような処分に適した状態にするため、減容および安定化のための各種処理が行われており、可燃性廃棄物は専用の焼却炉で焼却することにより減容した上で、長時間が経過しても放射性元素が外部に拡散せず、安定に保持されるようにするための各種の処理が施されている。

このような放射性廃棄物に対する各種の処理方法としては、セメント系固型化材料を用いて放射性廃棄物を固化するセメント固化法等が実用化されている。セメントは広く一般に用いられている材料であって、安価であり、取り扱いが容易であることに加え、高い強度が得られるなどの多くの利点を有している。このためセメント固化法は、放射性廃棄物を固化して固定する方法として特に有用な方法である。

このような従来のセメント固化法は廃棄物を安定化できる技術であるが、焼却灰にはアルミニウム等の両性金属が入っていることが多く、セメントで焼却灰を固めると、これら両性金属がセメント中のアルカリ成分、特に水酸化カルシウムと反応して水素ガスが発生することがある。この場合は、発生した水素ガスにより固化体の膨張、ひび割れ、空隙が生じる可能性があり、セメントを固化材として固定化する固化方法の更なる改善が望まれている。

セメントを固化材として固定化する固化方法の更なる改善として、セメント固化処理後の更なる長期安定性のため、水素ガスの発生を防止する方法として、セメント材料中にリチウム化合物、例えば硝酸リチウムを添加しておき、焼却灰中の両性金属の表面にアルミン酸リチウムの皮膜を形成させ、水素ガスの発生を抑制する方法が試みられている（例えば、特許文献１参照）。また、焼却灰を、アルカリ性や酸性溶液中に浸漬させて、焼却灰中の両性金属を固化する前に予め反応させて、水素ガスの発生を抑制する方法が試みられている（例えば、特許文献２、３及び４参照）。
特開平６−１０２３９７号公報 特公平２−６２２００号公報 特開平４−２８７０００号公報 特開平９−１０１３９８号公報

しかしながら、両性金属の表面にアルミン酸リチウムの皮膜を形成させる方法では、皮膜がアルミニウムの表面にのみ形成され、内部にアルミニウムが残存するので、皮膜の長期にわたる安定性の証明が必要である。また、焼却灰をアルカリ性や酸性溶液中に浸漬させて処理する方法では、アルカリや酸の処理時間の長さなどから実用に適さないという課題がある。さらにこれらの方法は、近年セメント固化の可能性が検討されているいわゆる中レベル放射性廃棄物を含有する焼却灰に対しては、放射性物質による水の分解により水素がより発生しやすくなるため、より実用に適さないと想定される。ここで、中レベル放射性廃棄物とは、使用済燃料の再処理工程等から排出される高いレベルの放射能を有する高レベル放射性廃棄物、固体廃棄物として２０００〜２００ｍＲ／ｈ（表面）、液体廃棄物では１０^−３〜１０^−６μＣｉ／ｍｌとなる低レベル放射性廃棄物以外の中間のレベルとなる中レベル放射性廃棄物をいう。

また、中レベル放射性廃棄物を含有する焼却灰には、焼却対象物に遮蔽グローブ等が含まれており、これには鉛等の重金属化合物が多量に含まれるため、この鉛等の作用でセメントが硬化遅延する課題がある。さらに、人のアクセスが困難になることから、メンテナンスを極力必要としない固化システムが望まれる。さらにまた、焼却灰中にはＣａＯなどのような吸水して発熱（ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２＋反応熱）する成分が含まれると想定されているが、これが多量に含まれている場合は、直接セメントペーストと混練すると発熱して急激に粘性を失うため、良好に固定化できない課題がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、これら放射性廃棄物を含有する焼却灰について、セメント系固形化材料を固化材として用して、良好に固定化し得る、より良好な放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様による放射性廃棄物の固化処理方法は、放射性廃棄物を含有する焼却灰と放射性廃液を含む添加水とを混練部に投入し、冷却しつつ、攪拌して混濁液を得る攪拌工程と、セメント系固型化材料を前記混練部に投入し、前記混濁液とセメント系固型化材料とを混練して混練物を得る混練工程と、前記混練物を、固化部に排出し、成形、固化して固化処理物を得る固化工程とを有することを特徴とする。

また、本発明の他の態様による放射性廃棄物の固化処理方法は、放射性廃液を含む添加水を、駆動機構に備えられた攪拌翼を駆動可能な駆動軸と着脱可能に嵌合する攪拌翼及び液跳ね防止用プレートが装着された開口部を有する蓋部並びに胴部とからなる固化部内に、該開口部を介して供給する添加水供給工程と、放射性廃棄物を含有する焼却灰を、前記駆動軸と嵌合した攪拌翼で前記添加水を攪拌しながら、前記開口部を介して前記固化部内に投入して、混濁液を得る攪拌工程と、セメント系固型化材料を、前記攪拌翼で前記混濁液を攪拌しながら、前記開口部を介して前記固化部内に投入して、前記混濁液と前記セメント系固型化材料との混練物を得る混練工程と、前記駆動軸と前記攪拌翼との嵌合を離した後、前記混練物を、成形、固化して固化処理物を得る固化工程とを有することを特徴とする。

さらにまた、本発明のさらに他の態様による放射性廃棄物の固化処理装置は、放射性廃液を含む添加水を混練部に供給する添加水供給部と、放射性廃棄物を含有する焼却灰を混練部に供給する焼却灰供給部と、セメント系固型化材料を混練部に供給するセメント系固型化材料供給部と、排出口を有する底部の、該排出口側を下向きに傾斜させた構造を有し、前記添加水と前記焼却灰を攪拌し、攪拌により得られた混濁液とセメント系固型化材料とを混練して混練物を得る混練部と、前記混練部の外周部に配置された冷却手段と、前記排出口から排出された混練物を成形、固化して固化処理物を得る固化部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、放射性廃棄物を含有する焼却灰について、セメント系固形化材料を固化材として用して、良好に固定化し得る、より良好な放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供できる。

以下に、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法の手順を示すフロー図である。図２は、この実施形態に用いられる放射性廃棄物の固化処理装置の一例の要部構成を模式的に示す図である。放射性廃棄物の固化処理装置１は、放射性廃棄物を含有する焼却灰の貯槽２、焼却灰の計量槽３、放射性廃液を含む添加水の貯槽４、添加水の計量槽５、セメント系固形化材料の貯槽６、セメント系固形化材料の計量槽７、アルカリ金属水酸化物の貯槽８、アルカリ金属水酸化物の計量槽９、混練機１０及び固化容器１１を備える。焼却灰の計量槽３と混練機１０の間の焼却灰供給ライン１２には加熱又は乾燥装置１３及び／又は振動装置１４を、そしてセメント系固型化材料の計量槽７と混練機１０の間のセメント系固型化材料供給ライン１５には、振動装置１６をそれぞれ配置することもできる。混練機１０は回転軸１７及び攪拌翼１８を有する。また、混練機１０は、いわゆるジャケットなどの冷却手段１９を備える。

この実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法について図１及び図２を参酌して説明する。放射性物質を含有する焼却灰は、原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する可燃性の物質を焼却して得られる焼却灰である。なお、この焼却灰は、粉状、粒状及びその他の不燃性放射性廃棄物を含んでもよい。また、この実施形態における放射性物質を含有する焼却灰は、飛灰を含む混合物としての焼却灰、飛灰のみ、又は飛灰を除く焼却灰のいずれであってもよい。

この放射性廃棄物を含有する焼却灰は、まず、攪拌工程において、所定量の添加水、すなわち放射性廃液を含む添加水とともに混練機１０に投入され、冷却しつつ攪拌される（Ｓ１）。攪拌工程における冷却は、混練機１０の周囲に配置される、例えば冷却ジャケットなどの冷却手段１９により、一定温度に保持される。この保持される温度は通常５〜３５℃程度であり、２０〜３５℃が好ましい。また、攪拌時間は、概ね１５分以上である。この攪拌工程において、放射性廃棄物を含有する焼却灰に含まれる、吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分）、例えば主に酸化カルシウム（ＣａＯ）を、以下の反応
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ 反応熱
により水と反応しない水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）として安定化させると共に、このときに発生する反応熱による、セメント系固型化材料との混練後の悪影響、例えばセメント系固型化材料との混練において、発熱により急激に粘性を失うことを、抑制でき、良好に固定化できる。

この実施形態に用いられる添加水は、原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する放射性廃液、例えば原子力発電所から生じる使用済み燃料を再処理する際の低レベル放射性廃液を含む。この放射性廃液は、例えば硝酸ナトリウムを含有する放射性廃液である。また、この放射性廃液は、いわゆる低レベル、すなわち１０^−３〜１０^−６μＣｉ／ｍｌの放射性廃液であるため、攪拌、混練に使用できる添加水（混練水）として使用することができる。添加水に含まれる放射性廃液の配合量は、放射性廃液の放射性レベル等に応じて適宜決めることができる。添加水は、放射性廃液そのものを用いてもよい。添加水として放射性廃液そのものを使用する場合、放射性廃液中の放射性物質もより減少できるため好ましい。また、添加水は、放射性廃液を含まない水だけであってもよい。

また、上記の所定量の添加水の一部を、焼却灰の供給ライン１２の洗浄に用い（Ｓ２）、その洗浄後の添加水を混練機１０に投入して攪拌工程における攪拌（Ｓ３）に用いることもできる。この場合、焼却灰の供給ライン１２の洗浄に使用される添加水の割合は、攪拌工程において使用される添加水の上記の所定量を１００重量部として２０〜３５重量部程度である。なお、放射性廃棄物を含む添加水の一部ではない別の洗浄水を用いて、焼却灰の供給ライン１２の洗浄を行なってもよい。この洗浄水は、水であっても、放射性廃液を含むものであってもよい。
このように、添加水の一部又は洗浄水を、焼却灰の供給ラインの洗浄に用いることにより、焼却灰の供給ライン１２へのアクセスが可能になり、焼却灰の供給ライン１２中の放射性廃棄物を含有する焼却灰の堆積による閉塞を防止できる。また放射性廃液を含む添加水を洗浄に使用する場合には、放射性廃液中に含まれる放射性物質の低減も図ることができる。

また、このような攪拌工程を、連続して運転を行なう場合には、放射性廃液を含む添加水による洗浄により焼却灰供給ライン１２が濡れていると、これに放射性廃棄物を含有する焼却灰が付着して閉塞する要因となる。このため、焼却灰の供給ラインに、例えばヒーターなどの加熱又は乾燥手段１３を設け、焼却灰の供給ライン１２を加熱又は乾燥させる（Ｓ１１）ことで、連続した固化運転が可能となる。

放射性廃棄物を含有する焼却灰と放射性廃液を含む添加水の配合割合（重量比）は、放射性廃棄物の種類、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）のような、吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分）をどの程度含有するかなどに応じて適宜決めることができる。この攪拌工程における攪拌より混濁液が得られる。なお、この攪拌工程は、混練機１０ではなく、いわゆる前処理用の攪拌機を用いて行い、その後、得られた混濁液を混練機に移送してもよい。

次に、混練工程において、この混濁液に、セメント系固型化材料を添加して混練して（Ｓ４）、混練物を得る。セメント系固型化材料としては、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする通常のポルトランドセメントや各種のポルトランドセメントのほか、高炉セメントやフライアッシュセメントなどの各種のセメントを用いることができる。これらのうち、ポルトランドセメント及び／又は高炉セメントを含むものがセメント固化後の品質が良好であるため好ましい。また、必要に応じて砂や砂利などの骨材を加えることもできる。

また、セメント系固型化材料に対して、無機流動化剤を添加することができる。無機流動化剤としては、縮合リン酸カルシウム、炭酸化合物、例えば炭酸ナトリウムなどを挙げることができる。縮合リン酸ナトリウムと炭酸ナトリウムの重量比で１：１の混合物がより流動性が改善されるため好ましい。無機流動化剤の添加量は、セメント系固型化材料１００重量部に対して１〜２重量部程度添加する。無機流動化剤を加えることにより、混練物の粘度が低下し、流動性を改善できるので、放射性廃棄物をの含有する焼却灰をさらに大量に固化することも可能となる。

混練物中の放射性廃棄物を含有する焼却灰、放射性廃液を含む添加水及びセメント系固型化材料の配合比率は、使用される放射性廃棄物を含有する焼却灰の種類、セメント系固型化材料の種類等に応じて適宜決めることができる。また、上記の攪拌工程及び混練工程（Ｓ１）〜（Ｓ４）は、外周部に冷却機能を有する冷却ジャケット１９を設置した混練機１０を用いることで、同一の混練機で行なうことができる。

なお、本願発明の放射性廃棄物を含有する焼却灰は、鉛などの重金属化合物を含む場合がある。特にいわゆる中レベルの放射性廃棄物を含有する焼却灰の場合には、遮蔽グローブ等が焼却対象物に含まれるため、鉛などの重金属化合物を含む場合がある。このような重金属化合物は、セメントの硬化を遅延させることが知られている。そのため、焼却灰中に重金属化合物が存在する場合には、重金属化合物に対して所定の当量以上のアルカリ金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウムを添加し（Ｓ５）、混練することにより、重金属を水酸化物の形態にするとともに、セメント硬化反応を促進して、重金属によるセメントの硬化遅延を抑制することが可能となる。アルカリ金属水酸化物の添加量は、重金属化合物に対して１．５倍当量以上が必要である。アルカリ金属水酸化物の添加量が１．５倍当量未満である場合には、十分な効果が得られないおそれがある。

アルカリ金属水酸化物の添加方法は、固形のまま又は水溶液の形態で添加することができる。固形のまま添加する場合には、最終的な混練物の濃度調整が不要であるという利点があり、また水溶液の形態で添加する場合には、添加量の調整が容易であるという利点がある。アルカリ金属水酸化物は、セメント系固型化剤と混練する前に、混濁液中に添加するほうが好ましい。混練の条件は、使用する放射性の焼却灰の種類、使用するセメント系固型化剤の種類などに応じて適宜きめることができる。

また、重金属化合物は、放射性廃棄物を含有する焼却灰のうち、飛灰中に多く含まれる。よって、アルカリ金属水酸化物の添加は、飛灰を含有する焼却灰、特に飛灰のみの処理により有効である。

なお、このような攪拌工程及び混練工程を、連続して運転を行なう場合には、焼却灰の供給ライン１２の閉塞防止のため、焼却灰の供給ライン１２に、例えばノッカーなどの振動装置１４を設け、焼却灰の供給ライン１２を振動させる（Ｓ１２）ことで、連続した固化運転が可能になる。また、同様に、セメント系固型化材料の供給ライン１５の閉塞防止のため、セメント系固型化材料の供給ライン１５に、振動装置１６を設け、セメント系固型化材料の供給ライン１５を振動させる（Ｓ１３）ことで、連続した固化運転が可能になる。

このようにして得られた混練物を混練機１０の排出口から固化容器１１に移送し、成形し、固化する（Ｓ６）。固化体は、固化容器と共に、例えばさらに大きな埋設用容器内に移され、埋設処理施設において、埋設処分される（Ｓ７）。

次に、この実施形態に用いられる放射性廃棄物の固化処理装置について、図２を参照してさらに説明する。放射性廃棄物の固化処理装置１の混練機１０は、排出口を有する底部の、該排出口側を下向きに傾斜させた構造を有する。このように、排出口側を下向きに傾斜させた構造とすることで、混練物の排出性が大幅に向上する。また、その洗浄も容易に行うことができる。また、混練機１０は、その外周部に、例えば冷却ジャケットなどの冷却手段１９を備える、攪拌工程及び／又は混練工程において、混練機１０内の温度を一定に保つことができるため、例えば放射性廃棄物中の吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分）の吸水による反応熱を吸収でき、セメント系固型化材料との混練後の悪影響、例えばセメント系固型化材料との混練において、発熱により急激に粘性を失うことを、抑制でき、良好に固定化できる。

このように本実施形態によれば、放射性廃棄物を含有する焼却灰、特に中レベルの放射性廃棄物を含有する焼却灰について、セメント系固形化材料を固化材として用して、良好に固定化し得る、より良好な放射性廃棄物の固化処理方法を提供できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施形態に係る放射性廃棄物の処理方法は、単一の処理容器において、攪拌工程、混練工程及び固化工程が行われる。
図３はこの実施形態で用いられる放射性廃棄物の固化処理装置の一例の混練固化機の要部構成を模式的に示す断面図である。この混練固化機２１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、蓋部２２及び胴部２３を有する。蓋部２２は、粉体材料投入口２４、液体材料投入口２５及び主として排気のためのベント口２６が設けられている。これらの投入口はそれぞれ液はね防止用プレート２７が設けられている。また蓋部２２は、攪拌翼２８及びカップリング２９を有する。カップリング２９は、攪拌翼２８を駆動機構３０と着脱可能に嵌合する。駆動機構３０は、モータ３１とカップリング２９と嵌合して攪拌翼を回転させるシャフト３２とからなる。シャフト３２の先端部が、カップリング２９と嵌合する。シャフト３２は、ヒーターや熱電対などの加熱手段により加熱される加熱部３３が設けられていてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法について図３を参照して説明する。まず、添加水供給工程において、液はね防止用プレート２７を備えた液体材料投入口２５から放射性廃液を含む添加水供給用の配管を介して、放射性廃液を含む添加水を混練固化機２１に投入する。液はね防止用プレート２７を使用することにより、液もれ及び／又は外部への液はねをすることなく放射性廃液を含む添加水を混練固化機２１に供給することができる。

次に、図３（ｃ）に示されるように、駆動機構３０が備えるシャフト３２の先端部を混練固化機の蓋２２に設置されたカップリング２９と嵌合させて攪拌翼２８を回転させ、攪拌しながら、液はね防止用プレート２７を備えた粉体材料投入口２４から放射性廃棄物を含有する焼却灰供給用の配管を介して、放射性廃棄物を含有する焼却灰を混練固化機２１に投入し、攪拌工程において、混濁液を得る。この攪拌の条件、例えば攪拌時間は使用する放射性廃棄物を含有する焼却灰の種類等に応じて適宜決めることができる。放射性廃液を含む添加水を攪拌しながら、放射性廃棄物を含有する焼却灰を混練固化機２１に投入して混濁液を得る攪拌工程は、攪拌後自然放冷により冷却しても、また、混練固化機２１の外周部に設置された冷却機構、例えば冷却ジャケットにより冷却しながら行ってもよい。液はね防止用プレート２７を使用することにより、外部に飛散することなく放射性廃棄物を含有する焼却灰を混練固化機２１に供給することができる。

さらに、混練工程において、液はね防止用プレート２７を備えた粉体材料投入口２４からセメント系固型化材料用の配管を介して、セメント系固型化材料を混練固化機２１に投入し、混練により混練物を得る。放射性廃棄物を含有する焼却灰、放射性廃液を含む添加水及びセメント系固形化材料の配合比率は、放射性廃棄物を含有する焼却灰の種類、セメント系固形化材料の種類などに応じて適宜決めることができる。混練の条件は、使用する放射性廃棄物を含有する焼却灰の種類、使用するセメント系固型化材料の種類などに応じて適宜決めることができる。液はね防止用プレート２７を使用することにより、外部に飛散することなく放射性廃棄物を含有する焼却灰及びセメント系固型化材料を混練固化機２１に供給することができる。

その後、得られた混練物を、図３（ｂ）に示されるように、駆動機構３０が備えるシャフト３２の先端部と、カップリング２９との嵌合を離した後、固化し、固化処理物（固化体）を得る。固化に要する時間は、焼却灰の種類、セメント系固型化材料の種類などに応じて適宜決めることができる。

なお、放射性廃棄物が中レベルの放射性廃棄物の場合には、例えばヒーターや熱電対などの加熱手段より、シャフト３２に設けられた加熱部３３を加熱してもよい。加熱手段、例えばヒーターの通電部をシャフト３２に設けられた加熱部３３と接触させ、加熱することにより、シャフト３２から攪拌翼２８を介して、固化体を内部から加熱することもできる。この場合、攪拌翼２８は、例えばＳＵＳ材料（例えばＳＵＳ３０４）などの熱伝導性の良好な材料で製造する。また、シャフト３２も同様に、例えばＳＵＳ材料などの熱伝導性の良好な材料で製造する。これにより、固化体中の水分を低減させることができ、放射性物質による水の分解により発生する水素ガスの発生を低減させることができる。

固化体を内部から加熱する条件、例えば加熱温度、加熱時間は、放射性廃棄物の種類、目的となる水分の減少量などに応じて適宜きめることができる。加熱温度は、例えば１２０℃以上とすることができ、加熱時間は、例えば７２時間（３日）以上とすることができる。

その後、固化体は、混練固化機２１と共に、例えばさらに大きな埋設用容器内に移され、埋設処理施設において、埋設処分される。そのため、混練固化機２１の蓋部２２に備えられた攪拌翼２８も同時に埋設処分されるため、攪拌翼の洗浄などのメンテナンスが不要となる。

次に、この実施形態に用いられる混練固化機について、図３を参照してさらに説明する。混練固化機２１は、混練物を固化処理できる固化容器であれば、いずれのものも使用できる。具体的には、ドラム缶（主に２００Ｌドラム缶）に蓋部２２が固定された状態となっており、蓋部２２の中央部には固化容器内の撹拌翼２８とモータ３１からの動力を撹拌翼２８に伝えるシャフト３２の先端部を着脱可能としたカップリング２９が備わった構造である。これにより、固化容器内と外部との遮断が成され、また、固化容器から着脱可能となる。
また、固化容器の蓋部２２に設けられた、粉体材料投入口２４、液体材料投入口２５及びベント口２６には、中央の開口部及びその外周部に向かって外側に放射線状に切り込みの入った液跳ね防止用プレート２７がそれぞれ設けてあり、この液跳ね防止用プレート２７に、放射性廃液を含む添加水供給用の配管、放射性廃棄物を含有する焼却灰供給用の配管、セメント系固型化材料用の配管及びベント用の管を差し込むことにより、液漏れすることなく放射性廃液を含む添加水、放射性廃棄物を含有する焼却灰及びセメント系固型化材料を供給できる。

このように本実施形態によれば、このような混練固化機を使用することにより、放射性廃棄物を含有する焼却灰、特に中レベル放射性廃棄物を含有する焼却灰にアクセスすることなく、連続した固定化の運転が可能となる。また、液はね防止用プレートが設けられたため、供給配管等への付着及び／又は外部への飛散がなく、放射性物質の漏洩を防止できる。

次に、本発明の具体的な実施例及び比較例をそれぞれ示すとともに、これらの実施例及び比較例を対比することで、本発明の作用効果についてさらに詳しく説明する。

（実施例１）
表１に示されるように、主成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）を２５重量％程度含む放射性廃棄物を含有する焼却灰（模擬）３８重量部と、添加水（混練水）として硝酸ナトリウムを０．５重量％程度含有する放射性廃液（模擬）８３重量部とを、冷却して常温に保ちつつ、攪拌して混濁液を得た。
通常、焼却灰の主成分として酸化カルシウムを用いた場合に添加水を添加すると、下記の反応、ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ 反応熱
により水酸化カルシウムが発生し、その際の反応熱により発熱が起こるが、実施例１では、冷却しつつ、攪拌を行ったため、温度は常温であった。
この混濁液に、冷却して常温に保ちつつ、高炉セメントＢ種１００重量部を加えて混練物、さらに固化体を作製し、それらの性状を調べた。その結果、表１に示すように、凝結時間、混練物の性状、固化体の性状は全て良好であり、固化が正常に行なわれたことがわかる。

（実施例２）
実施例２では、高炉セメントＢ種を普通ポルトランドセメントに代えた以外は実施例１と同様にして行い、凝結時間、混練物の性状、固化体の性状を確認した。
その結果、表１に示すように、凝結時間、混練物の性状、固化体の性状は全て良好であった。これにより、セメントとしてポルトランドセメントを用いても固化が正常に行われたことがわかる。

（実施例３）
実施例３では、無機流動化剤として縮合リン酸ナトリウムと炭酸カリウム（配合比率は重量比で１：１）を、セメント１００重量部に対して１．２重量部を添加した以外は実施例１と同様にして行い、凝結時間、混練物の性状、固化体の性状を確認した。この結果、表１に示すように、凝結時間が若干長くなるものの、運用に問題となる程でなく、固化体の性状は良好であることがわかる。ここで特徴的なのは、無機流動化剤を添加したことで、セメント混練物の粘度を約２０ｄＰａ・ｓ低下できたことである。これにより、必要に応じて無機流動化剤を添加することで、焼却灰をさらに大量に固化することも可能となる。

（実施例４）
放射性廃棄物を含有する焼却灰のうち、特に飛灰には重金属として塩化鉛（ＰｂＣｌ_２）の混入が考えられるが、このような物質はセメント固化遅延作用のあることが知られている。このため、この実施例４では、実施例１の焼却灰の代わりに、ＰｂＣｌ_２を２５重量％程度含む飛灰（模擬）を使用し、このＰｂＣｌ_２に対して１．５倍当量のＮａＯＨを添加した。なお、ＮａＯＨは、セメントを添加する前に、混濁液中に固形の状態で添加した。それ以外は実施例１と同様にして行なった。その結果、表１に示すように、凝結時間、固化体の性状共に良好であった。また、ＮａＯＨの添加量は０．５倍当量、１倍当量も比較のために行ったが、効果は不十分であり、重金属に対して１．５倍当量以上必要である。

（比較例１）
比較例１では、実施例１と、焼却灰、添加水及びセメントの配合割合は同様であるが、焼却灰と添加水との混合（攪拌）の際に冷却せず、高温（約６０℃程度まで発熱）の状態でセメント固化を行った。その結果、表１に示すように、凝結開始が３０分（０．５ｈ）程度で始まり、２時間程度で凝結が完了した。この場合には、実施例１に比較して非常に短時間で固化が開始するということから、配管、例えば焼却灰の供給ライン中での閉塞の原因となり、実際のプロセスでは用いることができず、放射性廃棄物を含有する焼却灰と放射性廃液を含む添加水との混練工程では冷却操作が不可欠なことがわかった。

（比較例２）
添加水（混練水）として放射性廃液を含む添加水の代わりに水道水を使用した以外は実施例１と同様に行なった。その結果、表１に示すように、実施例１と比較して、凝結時間、混練物の性状、固化体の性状共に差がなく、添加水（混練水）として放射性廃液を含む添加水を用いても影響がないことを確認した。

（比較例３）
ＮａＯＨを添加せず、またセメントの配合割合を増加した以外は実施例４と同様に行なった。その結果、表１に示すように、セメントを実施例４より多量（放射性廃棄物に対して比率大）に加えたのにかかわらず、セメントの凝結時間は７日以上であり、実施例４に比べて凝結時間が極端に長くなり、運用に耐えられないことがわかった。

（実施例５）
次に、表２に本発明の固化処理装置の基本性能を確認した結果を示す。実施例５では、混練機を、排出口を有する底部の、該排出口側を下向きに傾斜させた構造とした場合について、表２に記載した配合割合で混練物を作製し、混練物（セメントスラリー）の排出率を下記の式で測定した。
排出率（重量％）＝排出した混練物重量（ｋｇ）／投入した物質量（ｋｇ）×１００
その結果、表２に示されるように、９９重量％と良好な排出率を示した。

（比較例４）
実施例５との対比として、攪拌槽の底部を平らにした場合の結果を表２に示す。この結果より、排出率は９０重量％程度であり、１０重量％程度が混練機の底部などに排出されずに付着していることがわかった。従って、底部傾斜構造の有効性が確認できた。

（実施例６）
この実施例では、図３に示す構造を有する混練固化機により、放射性廃棄物を含有する焼却灰と高炉セメントＢ種とを混練して、混練性能等を確認した。
まず、実施例１と同様の硝酸ナトリウムを０．５重量％程度含有する放射性廃液（模擬）８３重量部を液体材料投入口から混練固化機に投入した。次いで、実施例１と同様の主として酸化カルシウム２５重量％を含む放射性廃棄物を含有する焼却灰（模擬）３８重量部を粉体材料投入口から撹拌翼で撹拌しながら投入した。この際、焼却灰中の酸化カルシウム（ＣａＯ）の作用により発熱したため、１２時間撹拌を継続しながら自然放冷した。その後、高炉セメントＢ種１００重量部を粉体材料投入口から投入して混練した。なお、本混練固化機においても混練固化機を冷却しながら混練することで、ＣａＯの反応熱低減は可能である。その結果、表３に示されるように、混練した混練物と固化体の性状は、実施例１に示した結果とほぼ遜色なく、良好に焼却灰をセメント固化体と成すことができた。

なお、この後、ヒーターからの加熱により、シャフトの加熱部から、固化体中の撹拌翼を介して固化体を加熱し、１２０℃、３日間の条件で加熱を継続したところ、固化体中の水分量を、投入量に対して約１０重量％にまで低減できた。

（実施例７）
次に、表４に混練固化機における液はね防止用プレートの装着の効果について確認した結果を示す。実施例７では、混練固化機の液体材料投入口、粉体材料投入口及びベント口に液はね防止用プレートを装着した。焼却灰、添加水及びセメントの配合比率は表４に示した通りである。その結果、液はね防止プレートを設けた場合には、添加水、焼却灰及びセメントを、液はねや、外部に飛散することなく混練固化機２１に供給でき、また、混練固化機の蓋の裏面に液はねした混練物（セメントスラリー）が外部に漏洩しないことを確認した。

（比較例５）
実施例７との対比のため、混練固化機の液体材料投入口、粉体材料投入口及びベント口に液はね防止用プレートを設けない以外は実施例７と同様に行なった。その結果、液はね防止プレートを設けない場合には、混練固化機の蓋の裏面に液はねした混練物（セメントスラリー）が各供給口やベント口から外部にも漏洩・付着しており、放射性物質の飛散防止の観点から好ましくない結果となった。また、供給配管等に混練物（セメントスラリー）が飛散しており、連続した運転が不可能であった。

本発明の第１の実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法の手順を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる放射性廃棄物の固化処理装置の一例の要部構成を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態で用いられる放射性廃棄物の固化処理装置の一例の混練固化機の要部構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…放射性廃棄物の固化処理装置、２…焼却灰の貯槽、３…焼却灰の計量槽、４…添加水の貯槽、５…添加水の計量槽、６…セメント系固型化材料の貯槽、７…セメント系固型化材料の計量槽、８…アルカリ金属水酸化物、９…アルカリ金属水酸化物の計量槽、１０…混練機、１１…固化容器、１２…焼却灰供給ライン、１３…加熱又は乾燥装置、１４，１６…振動装置、１５…セメント系固型化材料供給ライン、１７…回転軸、１８…攪拌翼、１９…冷却手段（冷却用ジャケット）、２１…混練固化機、２２…蓋、２３…胴部、２４…粉体材料投入口、２５…液体材料投入口、２６…ベント口、２７…液跳ね防止用プレート、２８…攪拌翼、２９…カップリング凹部、３０…駆動機構、３１…モータ、３２…シャフト、３３…加熱部

Claims (12)

1. 放射性廃棄物を含有する焼却灰と放射性廃液を含む添加水とを混練部に投入し、冷却しつつ、攪拌して混濁液を得る攪拌工程と、
   セメント系固型化材料を前記混練部に投入し、前記混濁液とセメント系固型化材料とを混練して混練物を得る混練工程と、
   前記混練物を、固化部に排出し、成形、固化して固化処理物を得る固化工程と
   を有することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
2. 前記攪拌工程における前記添加水の一部が、前記焼却灰を前記混練部に供給する焼却灰供給路の洗浄に使用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の固化処理方法。
3. 前記焼却灰供給路の洗浄後に、該供給路を加熱又は乾燥する加熱又は乾燥工程を有することを特徴とする請求項２に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
4. 前記焼却灰は、飛灰又は飛灰を除く焼却灰であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
5. 前記セメント系固型化材料がポルトランドセメント及び高炉セメントのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
6. 前記セメント系固型化材料が無機流動化剤をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
7. 前記無機流動化剤が、縮合リン酸ナトリウム及び炭酸化合物のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項６に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
8. 前記焼却灰中に存在する重金属の少なくとも１．５当量以上のアルカリ金属水酸化物を添加するアルカリ添加工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
9. 前記焼却灰供給路及び前記セメント系固型化材を前記混練部に供給するセメント系固型化材供給路の少なくとも一方を、供給路の閉塞を抑制するために振動させる振動工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
10. 放射性廃液を含む添加水を、駆動機構に備えられた攪拌翼を駆動可能な駆動軸と着脱可能に嵌合する攪拌翼及び液跳ね防止用プレートが装着された開口部を有する蓋部並びに胴部とからなる固化部内に、該開口部を介して供給する添加水供給工程と、
    放射性廃棄物を含有する焼却灰を、前記駆動軸と嵌合した攪拌翼で前記添加水を攪拌しながら、前記開口部を介して前記固化部内に投入して、混濁液を得る攪拌工程と、
    セメント系固型化材料を、前記攪拌翼で前記混濁液を攪拌しながら、前記開口部を介して前記固化部内に投入して、前記混濁液と前記セメント系固型化材料との混練物を得る混練工程と、
    前記駆動軸と前記攪拌翼との嵌合を離した後、前記混練物を、成形、固化して固化処理物を得る固化工程と
    を有することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
11. 前記固化工程が、前記駆動軸を加熱して、前記混練物を、該駆動軸と嵌合した前記攪拌翼を介して内部から加熱する加熱工程
    を有することを特徴とする請求項１０に記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
12. 放射性廃液を含む添加水を混練部に供給する添加水供給部と、
    放射性廃棄物を含有する焼却灰を混練部に供給する焼却灰供給部と、
    セメント系固型化材料を混練部に供給するセメント系固型化材料供給部と、
    排出口を有する底部の、該排出口側を下向きに傾斜させた構造を有し、前記添加水と前記焼却灰を攪拌し、攪拌により得られた混濁液とセメント系固型化材料とを混練して混練物を得る混練部と、
    前記混練部の外周部に配置された冷却手段と、
    前記排出口から排出された混練物を成形、固化して固化処理物を得る固化部と
    を備えることを特徴とする放射性廃棄物の固化処理装置。

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