JP4846653B2

JP4846653B2 - 黒鉛粉末廃棄物の処理方法および処理装置

Info

Publication number: JP4846653B2
Application number: JP2007127838A
Authority: JP
Inventors: 昌章金子; 龍明佐藤; 裕一東海林; 通孝三倉; 勝小松原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-05-14
Also published as: JP2008281510A

Description

本発明は原子力プラントにおいて用いられる黒鉛廃棄物の処理方法および処理装置に関し、特に、黒鉛廃棄物の処理の際に発生する黒鉛粉末廃棄物の処理方法および処理装置に関する。

黒鉛を減速材として用いる高温ガス炉の廃止措置時に大量の放射化された黒鉛ブロック等からなる黒鉛廃棄物が発生する。この黒鉛廃棄物の処理技術の１つとして黒鉛廃棄物を切断して廃棄物処分容器に充填し廃棄処理する。また、黒鉛廃棄物の切断処理に際しては、黒鉛廃棄物が摩擦熱により高温化するのを防止するために冷却水を廃棄物に噴射しつつ切断されるが、その際、冷却水を含んだ大量の黒鉛粉末廃棄物が発生する。そして、この黒鉛粉末廃棄物もセメント等により混錬固化され、固化体として廃棄処分される（特許文献１参照）。
特開２００３−１４８９０号公報

上述したように、黒鉛廃棄物である黒鉛ブロックを切断する際、摩擦熱抑制のために冷却水を噴射しながら切断作業が行われる。このため、黒鉛ブロックの切断粉末、すなわち黒鉛粉末に水が数％含まれた黒鉛粉末スラリーが大量に発生する。この黒鉛粉末スラリーを直接セメント固化材と混合して固化体とすると、固化体の発生量が膨大となるため、ろ過等により脱水して減容することが望ましい。

しかし、脱水後の黒鉛粉末スラリーは粘性が高く、流動性が得られないため、固化設備へ移送する際の移送効率が悪く、また、セメント系固化体と混練する際の黒鉛粉末スラリーの計量も困難となる問題があった。

一方、これらの問題を回避するため、黒鉛粉末スラリーに再び水を混合することが考えられるが、結局、固化体発生量の増加につながるとともに、水を多量に投入すると固化体の強度が低下する問題があった。

本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、黒鉛粉末廃棄物に適切な流動性を付与し、黒鉛粉末廃棄物の移送性と減容性を向上させるとともに、高強度の固化体を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明は黒鉛粉末廃棄物の固化処理方法の発明であって、黒鉛粉末スラリーに混和剤を混合し、前記黒鉛粉末スラリーに流動性を付与することを特徴とする。

また、本発明は黒鉛粉末廃棄物の固化処理装置の発明であって、混和剤が収容される混和剤タンクと、黒鉛粉末スラリーが収容され前記混和剤タンクからの混和剤が注入される黒鉛粉末スラリータンクと、この黒鉛粉末スラリータンクから移送ポンプを介して移送した混和剤添加黒鉛粉末スラリーが収容される移送先タンクと、セメント系固化材が収容される固化材タンクと、前記移送先タンクから供給された混和剤添加黒鉛粉末スラリーと前記固化材タンクから供給されたセメント系固化材とが混合されこの混合物を固化容器に投入する混合機と、を具備することを特徴する。

本発明によれば、黒鉛粉末スラリーに混和剤を添加して適切な流動性を付与することにより、黒鉛粉末廃棄物の移送性と減容性を大幅に改善するとともに、固化処理の効率化及び処理装置の小型化を図ることができ、また、十分な強度を有する固化体を得ることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
本発明に係る第１の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る黒鉛粉末廃棄物処理方法の基本フロー図である。

図１において、黒鉛粉末スラリー１４は、ろ過等により脱水処理（Ｓ１）された後、混和剤と混合されて（Ｓ２）流動性を有する黒鉛粉末スラリー（以下、「混和剤添加黒鉛粉末スラリー」という。）１６となる。この流動性が高められた混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６は、セメント系固化材１７と混合・混練された後、固化容器に投入され固化体１８となる。

図２は、本発明に係る黒鉛粉末廃棄物処理装置の具体的な装置構成図である。
この黒鉛粉末廃棄物処理装置は、混和剤タンク１と、計量器２と、攪拌機３を備える黒鉛粉末スラリータンク４と、混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６を移送する移送ポンプ５と、混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６が収容される移送先タンク７と、セメント系固化材タンク９と、水タンク１１と、計量器６、１０、１２と、混合機８と、から構成される。

この黒鉛粉末廃棄物処理装置において、黒鉛粉末スラリー１４が収容された黒鉛粉末スラリータンク４に、混和剤タンク１から計量器２を通して適量の混和剤が注入され、攪拌機３により混合される。前記混和剤が混合された混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６は、移送ポンプ５により移送先タンク７に移送される。そして、計量器６により計量された適量の混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６は、固化材タンク９から供給される適量のセメント系固化材１７と、必要に応じて水タンクから供給される適量の水とともに、混合機８に供給され攪拌機３により混合・混練される。次いで、これらの混合物は、固化容器１３に投入され固化体１８となる。

次に、本黒鉛粉末処理装置に使用される混和剤とその効果について説明する。
黒鉛粉末スラリーの流動性を改善する混和剤として、リグニンスルホン酸、ナフタリンスルホン酸、カルボン酸、及び無機物としてリン酸ナトリウム又は炭酸カリウムあるいはそれらの混合物を用いることができる。

これらの混和剤を黒鉛粉末スラリーに添加して、流動性の効果を確認する試験を行った。
なお、黒鉛粉末スラリーの粘度は、その移送性の観点から５０dPa・s（デシパスカル秒；粘度単位）以下が望ましく、その値を評価基準値とした。

流動性確認試験に際しては、まず、黒鉛粉末スラリータンク４で黒鉛粉末５Ｋｇと水９Ｋｇを混合して黒鉛粉末スラリー１４を作成し、次に、この黒鉛粉末スラリー１４に上記混和剤を黒鉛粉末１００に対し約２重量％添加して攪拌し、混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６を生成した。この混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の粘度を計測したところ、図４に示されるように、いずれの混和剤を使用した場合においても、混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の粘度は、評価基準である５０dPa・s以下まで低下し、良好な流動性が得られたことが確認された。

次に、この混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の移送性を確認する試験を行った。タンク４内で生成された混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６を移送ポンプ５により３Ｌ／minの流量で移送先タンク７に移送し、移送先タンク７に移送された混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の粘度を測定した。なお、移送配管１５は、直径１０mmφ、長さを５mの配管を用いた。

図３に示されるように、混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の粘度は、移送前後において実質的な変動はなく、移送による流動性の劣化および経時劣化は見られなかった。また、移送ポンプ５より移送先タンク７側の移送配管１５内に僅かな混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６の残留物が認められただけで、殆どの混和剤添加黒鉛粉末スラリー１６は移送先タンク７に移送され、移送性が良好であることが確認された。

これに対し、混和剤を添加しない場合は、図３に示すように黒鉛粉末スラリーの粘度は５０dPa・s以上であり、黒鉛粉末スラリーが入った容器を逆さにしても塊のまま落下する性状であり、流動性がほとんど見られなかった。さらに、この黒鉛粉末スラリーの移送を試みても、黒鉛粉末スラリーが移送元タンクより排出せず、移送が不可能であった。

なお、上記実施の形態では、混和剤の投入量は約２重量％であったが、これに限定されることはなく、約１重量％以上であってもよいが、特に、２重量％以上が好ましい。

本第１の実施の形態によれば、混和剤を黒鉛粉末スラリーに添加することにより、黒鉛粉末スラリーに適切な流動性を付与し、その結果、黒鉛粉末スラリーの移送性と減容性が大幅に改善されるとともに、固化処理の効率化及び処理装置の小型化を図ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、上記第１の実施の形態にしたがって生成された混和剤添加黒鉛粉末スラリーの固化処理及びその強度の評価結果について説明する。

廃棄物の固化圧縮強度としては、科学技術庁原子力安全局の平成4年度に出された「廃棄確認の実施について（通達）」から、1.5Mpa（メガパスカル）以上と規定されている。ここでは、この基準を用いて評価する。

上述したように、流動性が付与された混和剤添加黒鉛粉末スラリー１４は混合機８でセメント系固化材と必要に応じて水と混合・混練された後、固化容器に移送され固化体にされる。セメント系固化材として、ポルトランドセメント、ポルトランドセメントと高炉スラグ、ポルトランドセメントとフライアッシュ、アルミナセメントを用いることができる。

評価に際しては、混和剤として黒鉛粉末乾燥重量に対し２重量％のナフタリンスルホン酸が用いられ、また、セメント系固化材としてアルミナセメント、高炉セメント、フライアッシュセメントが用いられ、黒鉛粉末／水／セメント固化材の配合比（重量比）は１００／１８０／９０とした。なお、混和剤及びセメント系固化材は、上述した混和剤及び固化材であればいずれでもよく、また、重量比も前記比率に限定されないことはもちろんである。

このようにして生成された固化体の一軸圧縮強度の評価結果を図４に示す。この図４からわかるように、いずれのセメント系固化材を用いても、固化後２８日を経過すると一軸圧縮強度は確実に評価目標値1.5Mpa以上となり、規定の固化圧縮強度を満足することを確認した。

本第２の実施の形態によれば、本発明にしたがって生成された固化体は十分な固化圧縮強度を有するもので、黒鉛粉末スラリーに適切な流動性を付与することにより移送性と減容性が大幅に改善されるとともに、固化処理の効率化及び処理装置の小型化を図ることができ、また、十分な強度を有する固化体を得ることができる。

本発明に係る黒鉛粉末廃棄物処理方法のフロー図。本発明に係る黒鉛粉末廃棄物処理装置の装置構成図。本発明に係る混和剤添加黒鉛粉末スラリーの流動性試験結果表。本発明に係るセメント系固化体の強度試験結果表

符号の説明

１…混和剤タンク、２、６、１０、１２…計量器、３…攪拌機、４…黒鉛粉末スラリータンク、５…移送ポンプ、７…移送先タンク、８…混合機、９…セメント系固化材タンク、１１…水タンク、１３…固化容器、１４…黒鉛粉末スラリー、１５…移送配管、１６…混和剤添加黒鉛粉末スラリー、１７…セメント系固化材、１８…固化体。

Claims

黒鉛粉末スラリーに混和剤を混合し、前記黒鉛粉末スラリーに流動性を付与することを特徴とする黒鉛粉末廃棄物の処理方法。
前記混和剤は、リン酸ナトリウム、炭酸カリウム、リグニンスルホン酸、カルボン酸、ナフタリンスルホン酸の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の黒鉛粉末廃棄物の処理方法。
前記混和剤は、黒鉛粉末の乾燥重量１００に対して、少なくとも１重量％以上を添加することを特徴とする請求項１記載の黒鉛粉末廃棄物の処理方法。
黒鉛粉末を含む黒鉛粉末スラリーに混和剤を混合して流動性が付与された混和剤添加黒鉛粉末スラリー混合物を生成し、次に前記混和剤添加黒鉛粉末スラリーにセメント系固化材を混合して固化することを特徴とする黒鉛粉末廃棄物の処理方法。
前記セメント系固化材は、ポルトランドセメント、ポルトランドセメントと高炉スラグ、ポルトランドセメントとフライアッシュ、アルミナセメントのいずれか１つからなることを特徴とする請求項４記載の黒鉛廃棄物の処理方法。
混和剤が収容される混和剤タンクと、黒鉛粉末スラリーが収容され前記混和剤タンクからの混和剤が注入される黒鉛粉末スラリータンクと、この黒鉛粉末スラリータンクから移送ポンプを介して移送した混和剤添加黒鉛粉末スラリーが収容される移送先タンクと、セメント系固化材が収容される固化材タンクと、前記移送先タンクから供給された混和剤添加黒鉛粉末スラリーと前記固化材タンクから供給されたセメント系固化材とが混合されこの混合物を固化容器に投入する混合機と、を具備することを特徴する黒鉛粉末廃棄物の処理装置。