JP5676857B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所等の施設で発生する放射性廃棄物の固化処理方法に関する。

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されて焼却灰になる。焼却灰の固化方法としては、セメントで固めるセメント固化法等が実用化されている。

上述の固化方法は焼却灰等の廃棄物を安定化できる技術であるが、焼却灰には重金属物質である鉛、亜鉛等の重金属が酸化物や塩化物の形態で多量に混入している。これら鉛、亜鉛等の主たる化合物の化学形態は、水に対して溶解度の高い塩化物と考えられている。しかし、鉛や亜鉛の塩化物は、セメントの凝結を遅延させたり、固化体からの重金属イオンの浸出量が多くなったりする等の問題がある。このため、焼却灰等のセメント固化を支障なく行うためには、まずセメントの凝結反応を完了させるための技術的な工夫が必要である。

焼却灰のセメント固化処理としては、特開２００８−２５６６６０号公報（特許文献１）に、鉛等の重金属の化合物の化学形態を安定な溶解性の低い物質に転換させてからセメント固化する方法が開示されている。また、特開２００７−１３２７８７号公報（特許文献２）には、ミキサーで攪拌混練する工程と混練物をミキサーから排出して収納容器内で固化する工程とを有する固化処理方法において、鉛等の重金属の１．５倍当量以上のアルカリ（ＮａＯＨ等）を添加・混合する方法が開示されている。

セメントの凝結反応を遅延させる物質としては、鉛や亜鉛等の重金属の化合物の他に硝酸塩やホウ酸塩、クエン酸塩等がある。

硝酸塩の凝結遅延作用に関する発明としては、特開２００８−２３２６５１号公報（特許文献３）に、凝結促進剤を普通ポルトランドセメントと共に凝結促進剤を添加して、セメント粒子の表面に遅延剤分子錯塩が形成されるよりも早く凝結物を形成させ、セメントペースト中のカルシウムイオンと遅延分子との接触反応を防ぎ、凝結促進を促す方法、が提案されている。

また、ホウ酸塩、クエン酸塩の凝結遅延作用に関する発明としては、特表２００６−５１２２７２号公報（特許文献４）に、ポルトランドセメントと共に少なくとも１種類のアルミン酸カルシウムを添加してアルミナセメントを形成し、凝結促進剤として用いる発明が開示されている。

また、特開２００８−２０３３３号公報（特許文献５）には、ＣａＯの硬化促進作用に対する発明として、アウトドラムミキシングによりＣａＯと水を予め反応させてＣａ（ＯＨ）_２とする前処理工程と、この前処理工程の混練部から排出された混練物を固化容器内で固める工程とを組み合わせた方法、すなわち、前処理・固化工程を分離したセメント固化方法が開示されている。

特開平９−１０１３９８号公報（特許文献６）には、焼却灰を前処理する際の薬剤としてＮａＯＨアルカリ水を加熱添加処理することにより、固化体の膨張による亀裂を抑制する放射性廃棄物の処理方法が開示されている。特許文献６に開示された処理方法は、焼却灰中の両性金属がセメント成分のアルカリと反応して水素を発生しこれが固化の際に固化体の膨張を引き起こす前に、事前にアルカリ前処理を行うことで水素を発生させておき、セメント固化の際に水素発生による固化体の膨張・破損を防止するものである。

特開２００８−２５６６６０号公報 特開２００７−１３２７８７号公報 特開２００８−２３２６５１号公報 特表２００６−５１２２７２号公報 特開２００８−２０３３３号公報 特開平９−１０１３９８号公報 特開２００８−２５６６６０号公報 特開２００７−１３２７８７号公報 特開平２−６２２００号公報 特開平４−２８７０００号公報

従来の技術では、今後処理する必要が生ずると考えられる比較的高線量の焼却灰に対してアルカリや酸処理を行う場合、処理時間が長いため実用に課題があった。すなわち、高放射線量の焼却灰には焼却対象物に遮蔽鉛グローブに由来する鉛の化合物や亜鉛の化合物等が含まれるため、鉛、亜鉛等の重金属化合物が焼却灰中に多量に含まれる。この鉛や亜鉛の化合物は鉛、亜鉛等の作用でセメントを凝結遅延させるため処理時間を長くしていた。

また、比較的高線量の焼却灰は、放射線量が高く、焼却灰への人のアクセスが困難になるため、遠隔操作ができメンテナンスを極力必要としない焼却灰等の固化システムが望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的高放射線量の焼却灰について、セメントを固化材として良好に固定化する放射性廃棄物の固化処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、混練水と放射性廃棄物とセメントと凝結促進剤とを混練固化容器中で混練し固化する固化処理方法において、混練固化容器に投入される凝結促進剤量を放射性廃棄物の重金属のモル数に対して所定量以上とし、混練固化容器に投入する各原料を計量する原料計量工程を設けて、放射性廃棄物に対する凝結促進剤量を計量すると、放射性廃棄物をセメントで良好に固定化できることを見出して完成されたものである。

本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法は、上記問題点を解決するものであり、粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法であって、前記放射性廃棄物は、亜鉛および鉛より選ばれる１種以上の重金属を含有し、前記混練固化容器に投入される凝結促進剤は水酸化アルカリ化合物であり、その投入量は、前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物の重金属のモル数に対して、２．１〜２．５倍のモル数であることを特徴とする。

本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法によれば、放射性廃棄物をセメントで良好に固定化することができる。

本発明で用いられる混練固化容器を示す図。 図１に示す混練固化容器を軸方向の上方から見た概略図。 本発明の方法の処理手順を示すフロー図。

本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法は、粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法である。

図１は、本発明で用いられる、粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を側面から見た概略図であり、図２は、図１に示す混練固化容器を軸方向の上方から見た概略図である。

図１および図２に示すように、混練固化容器１は、有底筒状の混練固化容器本体２１の開口部には蓋２が固定されて、混練固化容器１内部が混練固化容器１外部から遮断されるようになっている。混練固化容器１内には、撹拌翼シャフト１３が蓋２の中央部に設けられたカップリング６に接続された撹拌翼３が設けられる。カップリング６は、混練固化容器１外に設けられたモータ４のモータシャフト５に着脱自在に接続される。これにより、混練固化容器１内の撹拌翼３はカップリング６を介してモータ４で駆動されるとともに、撹拌翼３を作動させる必要がなくなった場合には、モータ４のモータシャフト５をカップリング６から取り外すことができるようになっている。

なお、モータシャフト５には通電部１１が設けられており、撹拌翼３に取り付けられた図示しないヒータ等に撹拌翼シャフト１３を介して通電することにより、撹拌翼３を加熱できるようになっている。これにより、混練固化容器１内のセメント固化体１２を加熱して乾燥させることが可能になっている。セメント固化体１２を加熱して乾燥させると、セメント固化体１２中の水分が除去され、たとえば、セメント固化体１２を１２０℃で３日間加熱を継続すると、セメント固化体１２の質量をセメント混練物に対して１０％程度低減することができる。また、セメント固化体１２の加熱は、放射性廃棄物が高放射線量である場合に有用である。

混練固化容器１の蓋２には、粉末材料投入口７と、液体材料投入口８と、ベント口９と、サンプリングノズル１４とが設けられている。

粉末材料投入口７は、放射性廃棄物、セメント、凝結促進剤等の粉体材料の投入口である。また、液体材料投入口８は、混練水、廃液等の液体を投入する投入口である。さらに、ベント口９は、混練固化容器１内の過剰な圧力を外部に逃がして混練固化容器１内の圧力を所定の圧力に保つものである。

粉末材料投入口７、液体材料投入口８、およびベント口９のそれぞれには、切り込みの入った液跳ね防止用のプレート１０が設けられている。このため、図示しない放射性廃棄物計量槽、セメント計量槽、凝結促進剤計量槽等の各粉末材料計量槽に接続された管を、プレート１０を介して粉末材料投入口７、液体材料投入口８やベント口９に差し込むことにより、液漏れや粉体の飛散を起こすことなく混練固化容器１内に材料を供給できる。また、管は、プレート１０を介して粉末材料投入口７、液体材料投入口８やベント口９に差し込まれるため、混練固化容器１に着脱自在になっている。

サンプリングノズル１４は、混練固化容器１内の廃液の性状が所定の範囲にあるかどうかを調べるために有用である。

（放射性廃棄物）
本発明で用いられる放射性廃棄物は、亜鉛化合物および鉛化合物より選ばれる１種以上の化合物を含む。

亜鉛化合物としては、たとえば塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等が挙げられる。鉛化合物としては、たとえば塩化鉛（ＰｂＣｌ_２）、酸化鉛（ＰｂＯ）等が挙げられる。

亜鉛化合物や鉛化合物は、通常、原子力施設で発生する鉛入りのゴム手袋等の放射性廃棄物に由来するものである。

本発明で用いられる放射性廃棄物は、粉末状である。粉末状の放射性廃棄物としては、たとえば鉛入りのゴム手袋等の放射性廃棄物を焼却炉等で焼却して得られた焼却灰、飛灰、またはこれらの混合物が挙げられる。具体的には、原子力発電所で発生した、焼却灰および飛灰より選ばれる１種以上が挙げられる。

（混練水）
本発明で用いられる混練水としては、たとえば、純水、工業用水、水道水、放射性廃液が挙げられる。これらのうち放射性廃液は、処理コストが低下するため好ましい。

（セメント）
本発明で用いられるセメントとしては、たとえば、高炉セメント、ポルトランドセメント、シリカセメントまたはフライアッシュセメントが挙げられる。

（凝結促進剤）
本発明で用いられる凝結促進剤は、セメント混練物の凝結を促進するものである。

セメント混練物に含まれる放射性廃棄物は、凝結遅延作用を有する亜鉛化合物、鉛化合物等を含む。このため、セメント混練物が凝結促進剤を含まないものであると、すなわちセメント混練物が放射性廃棄物と混練水とセメントとからなるものであると、セメント混練物の凝結や固化が、行われなくなるまたは速やかに行われなくなるという問題が生じる。これに対し、本発明では、混練水と放射性廃棄物とセメントとを含むセメント混練物にさらに凝結促進剤を配合するため、セメント固化が促進される。

本発明で用いられる凝結促進剤としては、水酸化アルカリ化合物、アルミナセメントおよびアルミン酸カルシウムより選ばれる１種以上が挙げられる。このうち、アルミナセメントまたはアルミン酸カルシウムは、少量で凝結促進効果を発現するため、減容性が高くかつ低コスト化が可能になるため、好ましい。また、水酸化アルカリ化合物としては、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。水酸化アルカリ化合物は、安価であるとともにｐＨ調節が容易である点で、好ましい。

凝結促進剤は、粉末状であるとハンドリングおよび計量が容易であるため好ましい。

本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法は、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤と、を粉末材料投入口および液体材料投入口を介して混練固化容器内に投入し、混練してセメント混練物を作製した後、このセメント混練物を混練固化容器内で固化させるものである。

（セメント混練物）
セメント混練物は、上記の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤と、を混練することにより作製される。本発明においてセメント混練物とは、少なくとも、放射性廃棄物と混練水とセメントと凝結促進剤とを含むものを意味する。本発明では、セメント混練物は混練固化容器内で混練される。

本発明では、混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、混練固化容器に投入される放射性廃棄物量の重金属のモル数に対して、２．１倍以上、好ましくは２．１倍〜２．９倍、さらに好ましくは２．１倍〜２．５倍のモル数である。なお、凝結促進剤や放射性廃棄物は混練固化容器から蒸散しないため、混練固化容器に投入される凝結促進剤量と放射性廃棄物量の重金属とのモル比は、セメント混練物においても同じである。

混練固化容器に投入される凝結促進剤量が、重金属のモル数の２．１倍以上であると、セメント混練物中の重金属を溶解性の高い物質に転換して、セメント粒子の表面で析出する重金属化合物の不透性の層を溶解させるため、セメントの凝結反応が促進される。

凝結促進剤量が、重金属のモル数の２．１倍以上であることにより、セメント混練物の凝結反応が促進される理由を以下に示す。

（凝結促進剤量が水酸化ナトリウムで、放射性廃棄物がＰｂＣｌ_２を含む場合）
＜（Ａ）ＮａＯＨの添加量がゼロか、ＰｂＣｌ_２量の２倍モル以下である場合＞
Ｐｂ(ＯＨ)_２は、溶解度が低いため、下記式（１）や式（２）のようにセメント粒子（Ｃ３Ｓ（エーライト）：３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）表面で析出し、Ｃ３Ｓ表面に不透性の層を形成する。Ｐｂ(ＯＨ)_２の不透性の層は、Ｃ３Ｓが水と反応して凝結反応が起きることを妨害するため、凝結反応が遅延することになる。
［化１］
ＰｂＣｌ_２（ｓ）＋２Ｈ_２Ｏ（ｌ）＝Ｐｂ(ＯＨ)_２（ｓ）↓＋２ＨＣｌ（ｌ）
・・・（１）
［化２］
ＰｂＣｌ_２（ｓ）＋２ＮａＯＨ（ｌ）＝Ｐｂ(ＯＨ)_２（ｓ）↓＋２ＮａＣｌ（ｌ）
・・・（２）

＜（Ｂ）ＮａＯＨの添加量がＰｂＣｌ_２量の２倍モル以上である場合＞
（Ａ）の場合よりセメント混練物のアルカリ性が強くなるため、上記式（１）や式（２）のようにＰｂ(ＯＨ)_２の不透性の層が形成されたとしても、この不透性の層は下記式（３）のように溶解する。このため、Ｃ３Ｓが水と反応を開始し、凝結反応が進行することになる。
［化３］
Ｐｂ(ＯＨ)_２（ｓ）+ＮａＯＨ（ｌ）＝ＮａＨＰｂＯ_２（ｌ）＋Ｈ_２Ｏ（ｌ）
・・・（３）
このように、凝結促進剤量がＰｂのモル数の２．１倍以上であると、式（３）の反応が生じて、セメント混練物の凝結反応が進行するようになるものと解される。

（凝結促進剤量が水酸化ナトリウムで、放射性廃棄物がＺｎＣｌ_２を含む場合）
＜（Ｃ）ＮａＯＨの添加量がゼロか、ＺｎＣｌ_２量の２倍モル以下である場合＞
ＺｎＣｌ_２は、下記式（４）のように水と反応して水に不溶のＺｎＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏを生成し水を白濁させる。このＺｎＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏはセメント粒子（Ｃ３Ｓ）の表面に堆積してＺｎＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏからなる不透性の層を形成する。

また、Ｚｎ(ＯＨ)_２は溶解度が低いため、下記式（５）のようにセメント粒子（Ｃ３Ｓ）表面で析出し、Ｃ３Ｓ表面に不透性の層を形成する。

このため、これらのＺｎＣｌ_２・２Ｈ_２ＯやＺｎ(ＯＨ)_２からなる不透性の層は、Ｃ３Ｓが水と反応して凝結反応が起きることを妨害するため、凝結反応が遅延することになる。
［化４］
ＺｎＣｌ_２（ｓ）＋２Ｈ_２Ｏ（ｌ）＝ＺｎＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ（ｓ）↓・・偽凝結
・・・（４）
［化５］
ＺｎＣｌ_２（ｓ）＋２ＮａＯＨ(ｌ)＝Ｚｎ(ＯＨ)_２（ｓ）↓＋２ＮａＣｌ（ｌ）
・・・（５）

＜（Ｄ）ＮａＯＨの添加量がＺｎＣｌ_２量の２倍モル以上である場合＞
（Ｃ）の場合よりセメント混練物のアルカリ性が強くなるため、上記式（５）のようにＺｎ(ＯＨ)_２からなる不透性の層が形成されたとしても、この不透性の層は下記式（６）のように溶解する。また、セメント混練物のアルカリ性が強いため、上記式（４）の反応が生じにくくなる。このため、Ｃ３Ｓが水と反応を開始し、凝結反応が進行することになる。
［化６］
Ｚｎ(ＯＨ)_２（ｓ）＋２ＮａＯＨ（ｌ）＝ＮａＨＺｎＯ_２（ｌ）＋Ｈ_２Ｏ（ｌ）
・・・（６）
このように、凝結促進剤量が、Ｚｎのモル数の２．１倍以上であると、式（６）の反応が生じて、セメント混練物の凝結反応が進行するようになるものと解される。

なお、凝結促進剤量が、Ｚｎのモル数の２．９倍を超えると、凝結促進効果は向上せず、かつセメント固化体の廃棄物量が必要以上に増えるおそれがある。

本発明では、凝結促進剤としてアルミナセメントまたはアルミン酸カルシウムを用いる場合、混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、混練固化容器に投入される凝結促進剤とセメントとの合計量に対して、通常８質量％〜１２質量％、好ましくは９質量％〜１２質量％である。ここでセメントとは、アルミナセメント以外のセメントを意味する。

凝結促進剤量が上記合計量に対して８質量％〜１２質量％であると、セメント混練物の凝結反応を促進させるため好ましい。

なお、凝結促進剤やセメントは混練固化容器から蒸散しないため、混練固化容器に投入される凝結促進剤量とセメント量との質量比は、セメント混練物においても同じである。

本発明では、セメント混練物の凝結反応を促進するため、混練固化容器に投入される、放射性廃棄物、混練水、セメントおよび凝結促進剤等の量をそれぞれ計量する。

すなわち、セメント混練物の凝結反応を促進するためには、混練固化容器に投入される凝結促進剤量が、重金属のモル数の２．１倍以上である必要があるため、凝結促進剤量と重金属量とを計量する必要がある。

また、凝結促進剤としてアルミナセメントまたはアルミン酸カルシウムを用いる場合、凝結反応を促進するためには、混練固化容器に投入される凝結促進剤量は、混練固化容器に投入される凝結促進剤とセメントとの合計量に対して、通常８質量％〜１２質量％であると好ましいため、凝結促進剤量とセメント量とを計量することが好ましい。

このため、本発明では、セメント混練物を作製するための原料である、放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤と、を混練固化容器内に投入する前に、それぞれ計量する。

すなわち、本発明は、放射性廃棄物計量工程と、混練水計量工程と、セメント計量工程と、凝結促進剤計量工程と、を備える。

（放射性廃棄物計量工程）
放射性廃棄物計量工程は、混練固化容器に投入される放射性廃棄物量を計量する工程である。

放射性廃棄物計量工程は、通常、図示しない放射性廃棄物計量槽を用いて放射性廃棄物量を計量する。放射性廃棄物計量槽は、図示しない放射性廃棄物貯蔵槽中の放射性廃棄物を混練固化容器内に供給する放射性廃棄物供給ラインの途中に設けられたものである。放射性廃棄物計量槽としては、たとえば、計量機能付きのホッパーが用いられる。

放射性廃棄物計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が備えられていると、放射性廃棄物計量槽での放射性廃棄物のブリッジの形成を抑制して放射性廃棄物の移送が容易になるため好ましい。ここで、エアパージ手段とは、圧縮空気を供給し、粉体等を圧送する手段である。

放射性廃棄物供給ラインには、ライン内を移送される射性廃棄物を加熱する加熱手段が設けられていてもよい。加熱手段を用いると、混練固化容器内に供給する射性廃棄物を乾燥させることができ、放射性廃棄物の移送が容易になるため好ましい。

（混練水計量工程）
混練水計量工程は、混練固化容器に投入される混練水量を計量する工程である。

混練水計量工程は、通常、図示しない混練水計量槽を用いて混練水量を計量する。混練水計量槽は、図示しない混練水貯蔵槽中の混練水を混練固化容器内に供給する混練水供給ラインの途中に設けられたものである。混練水計量槽としては、たとえば、計量機能付きの水槽が用いられる。

（セメント計量工程）
セメント計量工程は、混練固化容器に投入されるセメント量を計量する工程である。

セメント計量工程は、通常、図示しないセメント計量槽を用いてセメント量を計量する。セメント計量槽は、図示しないセメント貯蔵槽中のセメントを混練固化容器内に供給するセメント供給ラインの途中に設けられたものである。セメント計量槽としては、たとえば、計量機能付きのホッパーが用いられる。

セメント計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が備えられていると、セメント計量槽でのセメントのブリッジの形成を抑制してセメントの移送が容易になるため好ましい。

セメント供給ラインには、ライン内を移送されるセメントに振動を付与する振動付与手段が設けられていてもよい。振動付与手段を用いると、混練固化容器内に供給するセメントのブリッジ形成を抑制してセメントの移送が容易になるため好ましい。

振動付与手段としては、たとえば、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が挙げられる。

（凝結促進剤計量工程）
凝結促進剤計量工程は、混練固化容器に投入される凝結促進剤量を計量する工程である。

凝結促進剤計量工程は、通常、図示しない凝結促進剤計量槽を用いて凝結促進剤量を計量する。凝結促進剤計量槽は、図示しない凝結促進剤貯蔵槽中の凝結促進剤を混練固化容器内に供給する凝結促進剤供給ラインの途中に設けられたものである。凝結促進剤が粉体等の固体である場合、凝結促進剤計量槽としては、たとえば、計量機能付きのホッパーが用いられる。

凝結促進剤計量槽としての計量機能付きのホッパーには、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が備えられていると、凝結促進剤計量槽での凝結促進剤のブリッジの形成を抑制して凝結促進剤の移送が容易になるため好ましい。

また、凝結促進剤が水酸化アルカリ化合物の水溶液等の液体である場合、凝結促進剤計量槽としては、たとえば、計量機能付きの水槽が用いられる。

上記の放射性廃棄物計量工程、混練水計量工程、セメント計量工程および凝結促進剤計量工程は、通常１５分〜６０分で行われる。

本発明は、上記の放射性廃棄物計量工程、混練水計量工程、セメント計量工程および凝結促進剤計量工程の終了後、放射性廃棄物、混練水、セメントおよび凝結促進剤を混練固化容器に投入し、混練してセメント混練物を作製する。

セメント混練物を作製するための方法としては、たとえば、廃棄物スラリー作製工程、セメント混練物作製工程、セメント−凝結促進剤混合物作製工程、を順次行う方法が挙げられる。

（廃棄物スラリー作製工程）
廃棄物スラリー作製工程は、上記混練水と上記放射性廃棄物とを混合して廃棄物スラリーを作製する工程である。本発明において廃棄物スラリーとは、少なくとも放射性廃棄物と混練水とを含み、かつセメントや凝結促進剤を含まないものを意味する。

本工程の混合時間は、通常５分程度である。

（廃棄物−セメントスラリー作製工程）
廃棄物−セメントスラリー作製工程は、上記廃棄物スラリーと上記セメントとを混合して廃棄物−セメントスラリーを作製する工程である。本発明において廃棄物−セメントスラリーとは、少なくとも放射性廃棄物と混練水とセメントとを含み、かつ凝結促進剤を含まないものを意味する。

本工程の混合時間は、通常６０分程度である。

（セメント混練物作製工程）
第１のセメント混練物作製工程は、上記廃棄物−セメントスラリーに凝結促進剤を添加し混練してセメント混練物を作製する工程である。

セメント混練物の作製は、通常、廃棄物−セメントスラリーに、凝結促進剤としてのアルミナセメントまたはアルミン酸カルシウムを添加し、混練することにより得られる。

本工程の混練時間は、通常５分〜６０分である。

セメント混練物作製工程等を経て作製された上記セメント混練物は、セメント固化工程によりセメント固化される。

（セメント固化工程）
セメント固化工程は、上記セメント混練物を固化させる工程である。

セメント混練物は、セメント混練物を混練固化容器内で、適宜、養生を行うことにより固化され、固化体を形成する。

混練固化容器で形成された固化体は、通常、混練固化容器毎、埋設処分される。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。

［実施例１および２、比較例１］（凝結促進剤として水酸化ナトリウム粒を用いた例）
図１および図２に示した混練固化容器を有する固化処理装置を準備した。

（混練水の計量）
混練固化容器から独立して設けられた混練水計量槽で混練水の質量を計量した。混練水は、放射性廃液成分の模擬液として作製したものを用いた。混練水の組成は、純水にＮａＮＯ_３を０．５質量％及びＦｅ_２Ｏ_３を１．０質量％含有させたものである。

（廃棄物の計量）
混練固化容器から独立して設けられた廃棄物計量槽でＰｂＣｌ_２粉末試薬の質量を計量した。ＰｂＣｌ_２粉末は、廃棄物がＰｂＣｌ_２粉末からなる焼却灰である場合を想定したものである。

（セメントの計量）
混練固化容器から独立して設けられたセメント計量槽で高炉セメント（Ｂ種、太平洋セメント株式会社製）の質量を計量した。

（凝結促進剤の計量）
混練固化容器から独立して設けられた凝結促進剤計量槽で２５質量％水酸化ナトリウム水溶液（２５ｗｔ％ＮａＯＨ）の質量を計量した。なお、比較例１は、２５質量％水酸化ナトリウムを投入しないため、この計量操作を行わなかった。

（廃棄物スラリーの作製）
所定量の混練水を、液体材料供給口８から混練固化容器１に所定量投入した。

次に、撹拌翼３を撹拌速度４００ｒｐｍで運転して混練水を撹拌し、所定量のＰｂＣｌ_２粉末を、粉体材料供給口７から混練固化容器１内の混練水に投入し、５分間混合したところ、廃棄物スラリーが得られた。

（廃棄物−セメントスラリーの作製）
撹拌翼３を撹拌速度４００ｒｐｍで運転して廃棄物スラリーを撹拌し、所定量の２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を液体材料供給口８から混練固化容器１内の廃棄物スラリーに投入し、６０分間混合した。

２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を添加した廃棄物スラリーを撹拌速度４００ｒｐｍで撹拌したまま、所定量の高炉セメントを、粉体材料供給口７から混練固化容器１内の廃棄物スラリーに投入し、６０分間混合したところ、廃棄物−セメントスラリーが得られた。

（セメント混練物の作製）
廃棄物−セメントスラリーを攪拌器３の撹拌速度を１３４０ｒｐｍにして５分間混練を行ったところ、セメント混練物が得られた。

（セメント混練物の評価試験）
得られたセメント混練物の一部を固化状態観察容器に充填して、固化状態の観察を行った。また、得られたセメント混練物の一部を強度試験容器に充填して固化させ、固化体について一軸強度試験を行った。

＜固化状態の観察＞
得られたセメント混練物を固化状態観察容器に充填し、充填時から１日経過後および７日経過後の凝結状態を測定した。

＜一軸強度試験＞
得られたセメント混練物を強度試験容器に充填し、１５〜２０℃で所定日数を普通養生して、固化体を得た。得られた固化体について、ＪＩＳ Ａ１１０８のコンクリートの圧縮強度の試験方法に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。

表１にセメント混練物の評価試験の結果を示す。

実施例１、２は、ＰｂＣｌ_２に対して２．７倍以上のモル量のＮａＯＨを添加したため、凝結時間、固化体の性状共に良好であった。

なお、以下に示す実施例３、比較例２〜４についても、実施例１と同様にしてセメント混練物の評価試験を行った。実施例３、比較例２〜４のセメント混練物の配合、物性および評価試験の結果も表１に示す。

［実施例３、比較例２〜４］
ＰｂＣｌ_２粉末に代えてＺｎＣｌ_２粉末試薬を用いるとともに、各原料の配合量を表１に示すようにした以外は、実施例１と同様にして、セメント混練物を作製し、固化状態の観察および一軸強度試験を行った。

実施例３は、ＺｎＣｌ_２に対して２．９倍モル量のＮａＯＨを添加したため、凝結時間、固化体の性状共に良好であった。

［実施例４〜１５、比較例５］（凝結促進剤としてアルミナセメントを用いた例）
実施例１と同じ固化処理装置を準備した。

（混練水の計量）
実施例１と同様にして上記混練水の質量を計量した。

（廃棄物の計量）
実施例１と同様にして上記ＺｎＣｌ_２粉末の質量を計量した。

なお、実施例８〜実施例１５は、ＺｎＣｌ_２粉末に加え、図示しないＳｉＯ_２計量槽でＳｉＯ_２粉末の質量を計量した。

（セメントの計量）
実施例１と同様にして上記高炉セメントの質量を計量した。

（凝結促進剤の計量）
混練固化容器から独立して設けられた凝結促進剤計量槽でアルミナセメント（フランス国のＫＥＲＮＥＯＳ ＡＬＵＭＩＮＡＴＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製、商品名アルミナセメントセカール７１、Ａｌ_２Ｏ_３６８．７〜７０．５％含有）の質量を計量した。

なお、比較例５は、アルミナセメントを投入しないため、この計量操作を行わなかった。

（廃棄物スラリーの作製）
所定量の混練水を、液体材料供給口８から混練固化容器１に所定量投入した。

次に、撹拌翼３を撹拌速度４００ｒｐｍで運転して混練水を撹拌し、所定量のＺｎＣｌ_２粉末を、粉体材料供給口７から混練固化容器１内の混練水に投入し、５分間混合したところ、廃棄物スラリーが得られた。

なお、実施例８〜実施例１５は、ＺｎＣｌ_２粉末とともに、所定量のＳｉＯ_２粉末を、粉体材料供給口７から混練固化容器１内の混練水に投入した。

（廃棄物−セメントスラリーの作製）
撹拌翼３を撹拌速度４００ｒｐｍで運転して廃棄物スラリーを撹拌し、所定量の高炉セメントを粉体材料供給口７から混練固化容器１内の廃棄物スラリーに投入し、５分間混合したところ、廃棄物−セメントスラリーが得られた。

（セメント混練物の作製）
撹拌翼３を撹拌速度４００ｒｐｍで運転して廃棄物−セメントスラリーを撹拌し、所定量のアルミナセメントを粉体材料供給口７から混練固化容器１内の廃棄物−セメントスラリーに投入し、５分間混合した。

アルミナセメントを添加した廃棄物−セメントスラリーについて、攪拌器３の撹拌速度を１３４０ｒｐｍにして５分間混練を行ったところ、セメント混練物が得られた。

得られたセメント混練物について、粘度、密度および温度を測定した。

表２および表３にセメント混練物の配合および物性を示す。

（セメント混練物の評価試験）
得られたセメント混練物の一部をブリージング測定容器に充填して、固化状態の観察およびブリージング試験を行った。また、得られたセメント混練物の一部を強度試験容器に充填して固化させ、固化体について一軸強度試験を行った。

＜固化状態の観察＞
得られたセメント混練物をブリージング測定容器に充填して、凝結終了時間を測定した。凝結終了時間は、セメント混練物のブリージング測定容器への充填時から起算した時間とした。

また、セメント混練物のブリージング測定容器への充填時から１日後および４日後の凝結状態を観察した。

＜ブリージング試験＞
固化状態の観察に用いた、ブリージング測定容器に充填したセメント混練物について、ＪＩＳ Ａ １１２３に準拠してブリージング試験を行い、試験開始から２４時間後のブリージング率を測定した。

＜一軸強度試験＞
得られたセメント混練物を強度試験容器に充填し、１５〜２０℃で所定日数を普通養生して、固化体を得た。得られた固化体について、ＪＩＳ Ａ１１０８のコンクリートの圧縮強度の試験方法に準拠して、一軸圧縮強度を測定した。

表２および表３にセメント混練物の評価試験の結果を示す。

表４に、実施例４〜１５および比較例５のデータに基いて作成した、アルミナセメントの添加量と、ＺｎＣｌ_２の配合量との関係を示す。表４において、アルミナセメントの添加量は高炉セメント：アルミナセメントの質量比を示し、ＺｎＣｌ_２の配合量はＺｎＣｌ_２：ＳｉＯ_２の質量比を示す。

１ 混練固化容器
２ 蓋
３ 撹拌翼
４ モータ
５ モータシャフト
６ カップリング
７ 粉末材料投入口
８ 液体材料投入口
９ ベント口
１０ プレート
１１ 通電部
１２ セメント固化体
１３ 撹拌翼シャフト
１４ サンプリングノズル
２１ 混練固化容器本体

Claims (10)

1. 粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法であって、
   前記放射性廃棄物は、亜鉛および鉛より選ばれる１種以上の重金属を含有し、
   前記混練固化容器に投入される凝結促進剤は水酸化アルカリ化合物であり、その投入量は、前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物の重金属のモル数に対して、２．１〜２．５倍のモル数であることを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
2. 前記放射性廃棄物は、原子力発電所で発生した、焼却灰および飛灰より選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
3. 粉末材料投入口と液体材料投入口とを有する混練固化容器を用い、粉末状の放射性廃棄物と、混練水と、セメントと、凝結促進剤とを、前記粉末材料投入口および液体材料投入口を介して前記混練固化容器内に投入し、混練した後、前記混練固化容器中で固化させる放射性廃棄物の固化処理方法であって、
   前記放射性廃棄物は、亜鉛および鉛より選ばれる１種以上の重金属を含有し、
   前記混練固化容器に投入される凝結促進剤は、アルミン酸カルシウムおよびアルミナセメントより選ばれる１種以上であり、その投入量は、前記混練固化容器に投入される凝結促進剤と前記セメントとの合計量に対して、８〜１２質量％であることを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
4. 前記混練固化容器に投入される放射性廃棄物量を計量する放射性廃棄物計量工程と、
   前記混練固化容器に投入される混練水量を計量する混練水計量工程と、
   前記混練固化容器に投入されるセメント量を計量するセメント計量工程と、
   前記混練固化容器に投入される凝結促進剤量を計量する凝結促進剤計量工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１または３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
5. 前記セメントは、高炉セメント、ポルトランドセメント、シリカセメントまたはフライアッシュセメントであることを特徴とする請求項１または３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
6. 前記放射性廃棄物は、この放射性廃棄物を前記混練固化容器内に供給する放射性廃棄物供給ライン中で、加熱手段により加熱されることを特徴とする請求項１または３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
7. 前記セメントは、このセメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ライン中で、振動付与手段により振動を付与されることを特徴とする請求項１または３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
8. 前記セメントは、このセメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ライン中で、エアパージ手段により圧送されることを特徴とする請求項１または３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
9. 前記放射性廃棄物計量工程は、前記放射性廃棄物を前記混練固化容器内に供給する放射性廃棄物供給ラインの途中に設けられた放射性廃棄物計量槽を用いて前記放射性廃棄物量を計量するとともに、
   前記セメント計量工程は、前記セメントを前記混練固化容器内に供給するセメント供給ラインの途中に設けられたセメント計量槽を用いて前記セメント量を計量するものであり、
   前記放射性廃棄物計量槽およびセメント計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が備えられることを特徴とする請求項４記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
10. 前記凝結促進剤は、水酸化アルカリ化合物、アルミン酸カルシウムおよびアルミナセメントより選ばれる１種以上からなる粉体であり、
    前記凝結促進剤計量工程は、前記凝結促進剤を前記混練固化容器内に供給する凝結促進剤供給ラインの途中に設けられた凝結促進剤計量槽を用いて前記凝結促進剤量を計量するものであり、
    前記凝結促進剤計量槽には、ブリッジブレーカ、エアノッカおよびエアパージ手段の１種以上が備えられることを特徴とする請求項４記載の放射性廃棄物の固化処理方法。

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