JP5850274B2 - Process for producing bentonite compact - Google Patents

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本発明は、例えば放射性廃棄物を処分した廃棄物埋設処分施設の処分坑道を埋め戻すための埋め戻し材などとして用いるベントナイト成形体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a bentonite molded body used, for example, as a backfill material for backfilling a disposal tunnel of a waste burial disposal facility where radioactive waste has been disposed of.

例えば地下深部に高レベル(あるいは低レベル)の放射性廃棄物を埋設処分することが検討されている。この際、放射性廃棄物は、ガラスと混ぜて固化され、このガラス固化体を炭素鋼などからなるオーバーパックで密閉した廃棄体として処分される。また、廃棄体は、図7及び図8に示すように、地下深部の比較的安定した地山G内に、略環状に繋がる主要坑道1と、この主要坑道1と繋がるように形成した処分坑道や処分孔(以下、処分坑道2という)とからなる廃棄物埋設処分施設Aを構築し、この廃棄物埋設処分施設Aの処分坑道2内に処分される(例えば、特許文献1参照)。   For example, it is considered to bury high-level (or low-level) radioactive waste in the deep underground. At this time, the radioactive waste is mixed with glass and solidified, and this vitrified body is disposed as a waste body sealed with an overpack made of carbon steel or the like. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the waste body is disposed in a relatively stable natural ground G in a deep underground part, and a main tunnel 1 connected in a substantially annular shape, and a disposal tunnel formed so as to be connected to the main tunnel 1. A waste burying / disposal facility A including a disposal hole (hereinafter referred to as a disposal mine 2) is constructed and disposed in the disposal mine 2 of the waste burying / disposal facility A (see, for example, Patent Document 1).

また、廃棄体を処分した処分坑道2をそのままにしておくと、処分坑道2の周辺地山Gの緩みが拡大したり、地下水の卓越した水みちが形成され、廃棄物埋設処分施設A全体としてのバリア性能を低下させるおそれがある。このため、地山Gと同等以上の低透水性の材料(埋め戻し材3)で処分坑道2を埋め戻すことが必要であり、この埋め戻し材3として、膨潤性や放射性物質の吸着性に優れるベントナイトを用いることが検討されている。そして、このようなベントナイトを埋め戻し材3として使用した場合には、地山Gから処分坑道2に侵入した地下水が接触するとともにベントナイトが膨潤し地山Gを押圧することによってさらなる地下水の侵入を防止することができ、且つ膨潤に伴い埋め戻し材3の透水係数が低下することで地下水の浸透を防止することができる。これにより、放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することが可能になる。   Moreover, if the disposal tunnel 2 where the waste is disposed is left as it is, loosening of the ground G around the disposal tunnel 2 will be expanded, and an excellent waterway will be formed in the groundwater. There is a risk of lowering the barrier performance. For this reason, it is necessary to backfill the disposal tunnel 2 with a low water permeability material (backfill material 3) equal to or higher than that of the natural ground G. As the backfill material 3, the swelling property and the adsorptivity of radioactive substances are improved. The use of excellent bentonite has been studied. And when such a bentonite is used as the backfill material 3, the groundwater that has entered the disposal tunnel 2 from the natural ground G comes into contact with it, and the bentonite swells and presses the natural ground G to further infiltrate the groundwater. Infiltration of groundwater can be prevented by reducing the water permeability coefficient of the backfill material 3 with swelling. This makes it possible to reliably dispose of radioactive waste from the outside natural environment.

一方、ベントナイトを高密度にするほどに優れたバリア性能(低透水性)を発揮するため、処分坑道2に粉体のベントナイト(埋め戻し材3)を敷設するとともに振動ローラーなどの転圧機を用いて転圧したり、予めベントナイトを圧縮して成形した高圧縮ブロック(埋め戻し材3)を処分坑道2内に設置することが検討されている。   On the other hand, in order to demonstrate superior barrier performance (low water permeability) as the density of bentonite is increased, powdery bentonite (backfill material 3) is laid in the disposal mine 2 and a compactor such as a vibrating roller is used. It has been studied to install a high compression block (backfill material 3) formed by compressing bentonite or by compressing bentonite in advance in the disposal tunnel 2.

しかしながら、処分坑道2内に敷設した粉体のベントナイトを転圧機で転圧する場合には、例えば1〜2m程度以上の転圧幅が必要になるため、狭い領域に敷設したベントナイトを所定の締固め度(密度)で好適に締め固めることができないおそれがある。また、高圧縮ブロックを設置する場合においても、施工規模が大きな低レベル放射性廃棄物埋設処分施設で一辺を1m程度、施工規模が小さな高レベル放射性廃棄物埋設処分施設Aでも一辺を10cm程度以上として高圧縮ブロックが形成されるため、このような高圧縮ブロックを多数積み重ねて設置する際に多大な労力を要するという問題があった。   However, when the powder bentonite laid in the disposal tunnel 2 is rolled by a compactor, for example, a rolling width of about 1 to 2 m or more is required, so the bentonite laid in a narrow area is compacted to a predetermined degree. There is a possibility that it cannot be suitably compacted at a degree (density). In addition, when installing a high compression block, one side is about 1 m in a low level radioactive waste burying disposal facility with a large construction scale, and one side is about 10 cm or more in a high level radioactive waste burying disposal facility A with a small construction scale. Since high compression blocks are formed, there is a problem that a great deal of labor is required when many such high compression blocks are stacked and installed.

一方、ベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材や、ベントナイトを板状に圧密成形し、このベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材、ベントナイトを例えば円柱状に圧密成形したベントナイトペレット、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形したベントナイトボールなど、数mm〜数十mm程度の大きさに形成したベントナイト成形体(ベントナイト粒状体)を埋め戻し材3として処分坑道2内に充填することが検討されている(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4参照)。   On the other hand, bentonite crushed material obtained by crushing bentonite ore, bentonite crushed into a plate shape, bentonite crushed material obtained by crushing this bentonite plate, bentonite pellets formed by crushing bentonite into a cylindrical shape, bentonite isotropically pressed, etc. It is considered that bentonite molded bodies (bentonite granular bodies) formed to a size of several millimeters to several tens of millimeters, such as bentonite balls compacted into a spherical shape by pressure treatment, are filled into the disposal tunnel 2 as the backfill material 3. (For example, see Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4).

なお、この種のベントナイト成形体は、処分坑道2のみならず、例えば坑道構築時に設置される覆工と地山Gの隙間、ロックボルトなどを設置するボーリング孔などに充填して、廃棄物埋設処分施設A全体のバリア性能を確保するために用いることも可能である。  This type of bentonite compact is not only disposed in the disposal mine 2 but also filled in the gap between the lining installed at the time of mine construction and the natural ground G, a boring hole in which a lock bolt is installed, etc. It can also be used to ensure the barrier performance of the entire disposal facility A.

特開2003−215297号公報JP 2003-215297 A 特許第4036975号公報Japanese Patent No. 4036975 特開平6−41513号公報JP-A-6-41513 特許第3539928号公報Japanese Patent No. 3539928

そして、ベントナイト成形体を用いて優れたバリア性能を発揮させるためには、すなわち高密度のベントナイト遮水層を形成するためには、所定の空間にどれだけの質量のベントナイトを詰め込めるかが重要であるため、ベントナイト成形体を高密度で形成し、この高密度のベントナイト成形体を高充填率で充填(施工)する必要がある。例えば、ベントナイトが膨潤し均質化した状態で1.4Mg/m以上の密度のベントナイト遮水層が必要な場合には、成形時の密度(乾燥密度)が2.0Mg/m以上のベントナイト成形体を70%以上の充填率(膨潤後の乾燥密度÷ベントナイト成形体の乾燥密度)で充填することが望ましい。 In order to exhibit excellent barrier performance using bentonite compacts, that is, to form a high-density bentonite impermeable layer, it is important to determine how much bentonite can be packed in a given space. Therefore, it is necessary to form a bentonite molded body at a high density and to fill (construct) this high-density bentonite molded body at a high filling rate. For example, when a bentonite impermeable layer having a density of 1.4 Mg / m 3 or more is necessary in a state where the bentonite swells and is homogenized, the bentonite having a density (dry density) of 2.0 Mg / m 3 or more during molding is required. It is desirable to fill the compact with a filling factor of 70% or more (dry density after swelling / dry density of bentonite compact).

これに対し、ベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材を用いる場合には、ベントナイト原鉱石の密度が高くないため、また、ベントナイト原鉱石を破砕する際にさらなる密度低下が生じるおそれがあるため、充填後に締め固めることが必要になってしまう。また、このようなベントナイト原鉱石を破砕したベントナイト破砕材は、粒子形状が不規則であり、所定の空間に自由落下で投入しただけでは充填率が上がらないため、この点からも締め固めることが必要になってしまう。   On the other hand, when using bentonite crushed material obtained by crushing bentonite ore, the density of bentonite ore is not high, and there is a possibility that further density reduction may occur when crushing bentonite ore. It will be necessary to compact later. In addition, bentonite crushed material obtained by crushing such bentonite ore is irregular in particle shape, and the filling rate does not increase only by throwing it into a predetermined space by free fall. It becomes necessary.

また、ベントナイトプレートを破砕したベントナイト破砕材においては、ベントナイトプレートを高密度で成形することが重要になるが、やはりベントナイトプレートを破砕することによって密度低下が生じるおそれがある。   Moreover, in the bentonite crushing material obtained by crushing the bentonite plate, it is important to form the bentonite plate at a high density, but there is a possibility that the density may be lowered by crushing the bentonite plate.

一方、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形したベントナイトボールにおいては、球形に成形されているため、単一粒径のベントナイトボールを所定の空間に自由落下で投入した場合に、理論的に約75%の高充填率で充填することが可能である。しかしながら、数mm〜数十mm程度の粒径のベントナイトボールを数百MPaの圧力で等方圧加圧処理して成形することは、非常に大掛かりな装置が必要になるとともに、製造工程が複雑になり、製造に多大なコストを要するという問題があった。   On the other hand, bentonite balls that are compacted into a spherical shape by isotropic pressure treatment are bent into a spherical shape, so when a single particle size bentonite ball is thrown into a predetermined space by free fall, Thus, it is possible to fill with a high filling rate of about 75%. However, forming a bentonite ball having a particle diameter of several mm to several tens of mm by isostatic pressing at a pressure of several hundred MPa requires a very large apparatus and a complicated manufacturing process. Therefore, there is a problem that a great deal of cost is required for manufacturing.

本発明は、上記事情に鑑み、高密度で球形のベントナイト成形体を容易に製造することが可能なベントナイト成形体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the bentonite molded object which can manufacture a high-density and spherical bentonite molded object easily in view of the said situation.

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。   In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.

本発明のベントナイト成形体の製造方法は、粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに、押し出し造粒によって湿潤状態のベントナイト成形体を成形する押し出し造粒工程と、前記押し出し造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を転動造粒によって略球形に成形する転動造粒工程と、前記転動造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を、乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥する乾燥工程とを備えており、前記乾燥工程では、熱源から発せられた熱により熱対流が生じる空気環境下、又は水蒸気が自然対流することにより空気と前記ベントナイト成形体の間に湿度差を生じさせる空気環境下で前記ベントナイト成形体を乾燥させることを特徴とする。 The bentonite molded body manufacturing method of the present invention comprises adding water to powdered bentonite and mixing them, and extruding and granulating the bentonite molded body in a wet state by extrusion granulation, and molding by the extrusion granulation process. Rotating granulation step for forming the bentonite molded body into a substantially spherical shape by rolling granulation, and drying for drying the bentonite molded body formed by the rolling granulation step so as to be densified by drying shrinkage. In the air environment in which heat convection is generated by heat generated from a heat source, or air that causes a humidity difference between the air and the bentonite formed body by water vapor convection naturally in the drying step. The bentonite molded body is dried under an environment .

ここで、転動造粒でベントナイト成形体を真球にすることは困難であるため、本発明において「略球形(略球形のベントナイト成形体)」とは、転動造粒で成形可能な範囲でベントナイト成形体の外面が滑らかな曲線で繋がりほぼ球形を呈した状態を意味する。
また、本発明における「熱対流」とは、周知の「熱対流」と同様、「熱源で発生された熱により空気の一部分の温度が上がると膨張により密度が小さくなって上昇し、周囲の低温度の空気が流入する現象が繰り返されることによって熱の伝達が起こる現象」を意味する。
Here, since it is difficult to make a bentonite molded body into a true sphere by rolling granulation, in the present invention, “substantially spherical (substantially spherical bentonite molded body)” means a range that can be molded by rolling granulation. The bentonite molded body is connected in a smooth curve and has a substantially spherical shape.
In addition, “thermal convection” in the present invention is similar to the well-known “thermal convection”. When the temperature of a part of the air rises due to the heat generated by the heat source, the density decreases due to expansion and rises. It means “a phenomenon in which heat is transferred by repeating the phenomenon of temperature air flowing in”.

この発明においては、例えば所定の孔径の複数の押出孔が形成されたディスクダイを備える押し出し造粒機を用いて、押し出し造粒工程により湿潤状態の円柱状のベントナイト成形体を成形し、転動造粒機を用いて、転動造粒工程により湿潤状態のベントナイト成形体を略球形に成形することができる。そして、このように転動造粒工程で成形した湿潤状態で略球形のベントナイト成形体を、乾燥工程で乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥することにより、確実に高密度のベントナイト成形体を製造することが可能になる。これにより、ベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形してベントナイト成形体を成形する従来の方法と比較し、大掛かりな装置を要することなく、大量のベントナイト成形体を効率よく容易に製造することが可能になる。   In the present invention, for example, using an extrusion granulator equipped with a disk die having a plurality of extrusion holes having a predetermined hole diameter, a wet columnar bentonite molded body is formed by an extrusion granulation process, and rolled. Using a granulator, a bentonite molded body in a wet state can be formed into a substantially spherical shape by a rolling granulation process. And, by drying the substantially spherical bentonite molded body formed in the rolling granulation process in this way so as to be densified by drying shrinkage in the drying process, a high-density bentonite molded body is surely obtained. It becomes possible to manufacture. Compared with the conventional method of forming bentonite compacts by compacting bentonite into spheres by isotropic pressure treatment, a large amount of bentonite compacts can be produced easily and efficiently without the need for large-scale equipment. It becomes possible to do.

また、転動造粒工程で成形したベントナイト成形体を乾燥工程で乾燥させる際に、ベントナイト成形体を熱及び/又は水蒸気が自然対流する空気環境下に設けて乾燥することで、例えば熱風を強制的に吹付けてベントナイト成形体を乾燥させる場合(強制対流によってベントナイト成形体を乾燥させる場合)と比較し、ベントナイト成形体を高密度で製造することが可能になる。すなわち、ベントナイト成形体を自然対流で時間をかけて乾燥させることにより、ベントナイト成形体を強制対流で乾燥させる場合よりもより高密度で製造することが可能になる。   In addition, when the bentonite molded body formed in the rolling granulation process is dried in the drying process, the bentonite molded body is provided and dried in an air environment in which heat and / or water vapor naturally convect, for example, forced hot air is forced. Compared with the case where the bentonite molded body is dried by spraying the bentonite (when the bentonite molded body is dried by forced convection), the bentonite molded body can be produced at a higher density. That is, by drying the bentonite compact over time by natural convection, it becomes possible to produce the bentonite compact at a higher density than when drying the bentonite compact by forced convection.

本発明のベントナイト成形体の製造方法によれば、従来の製造方法のように高い圧力を使用したり、複雑な工程を要することなく、高密度で略球形のベントナイト成形体を効率よく容易に製造することが可能になる。そして、このように製造した高密度で略球形のベントナイト成形体を所定の空間に自由落下で投入するだけで理論的に約75%の充填率で充填することが可能になり、例えば放射性廃棄物埋設処分施設の処分坑道を埋め戻す際の埋め戻し材などとして使用した場合に、確実にバリア性能に優れたベントナイト遮水層を形成することが可能になる。よって、超長期にわたって放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することができ、信頼性の高い廃棄物埋設処分施設にすることが可能になる。   According to the bentonite molded body manufacturing method of the present invention, a high-density, substantially spherical bentonite molded body can be efficiently and easily manufactured without using high pressure as in the conventional manufacturing method or requiring complicated processes. It becomes possible to do. The high density and substantially spherical bentonite molded body manufactured in this way can be theoretically filled at a filling rate of about 75% by simply dropping into a predetermined space by free fall, for example, radioactive waste. When used as a backfill material or the like when backfilling a disposal tunnel of a buried disposal facility, it is possible to reliably form a bentonite impermeable layer having excellent barrier performance. Therefore, it is possible to reliably dispose of radioactive waste from the external natural environment for a very long period of time, and to make it a highly reliable waste disposal facility.

また、押し出し造粒工程と転動造粒工程によってベントナイト成形体を略球形に容易に成形することが可能であるため、例えば押出孔の孔径が異なるディスクダイを用いることで容易に粒径が異なるベントナイト成形体を大量に製造することが可能になる。これにより、粒径が異なるベントナイト成形体を所定比率で混合して所定の空間に投入することで、充填率をさらに高めることが可能になり、バリア性能に優れたベントナイト遮水層を容易に形成することが可能になる。   Further, since the bentonite molded body can be easily formed into a substantially spherical shape by the extrusion granulation process and the rolling granulation process, the particle diameters are easily different by using, for example, a disk die having different hole diameters of the extrusion holes. It becomes possible to produce bentonite compacts in large quantities. This makes it possible to further increase the filling rate by mixing bentonite compacts with different particle sizes at a predetermined ratio and putting them into a predetermined space, and easily form a bentonite impermeable layer with excellent barrier performance. It becomes possible to do.

本発明の一実施形態に係るベントナイト成形体の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the bentonite molded object which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るベントナイト成形体の製造方法の乾燥工程において、熱を強制対流させた空気環境下にベントナイト成形体を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the bentonite molded object in the air environment which forced the convection of the heat in the drying process of the manufacturing method of the bentonite molded object which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るベントナイト成形体の製造方法の乾燥工程において、熱を自然対流させた空気環境下にベントナイト成形体を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the bentonite molded object in the air environment which carried out the natural convection of the heat | fever in the drying process of the manufacturing method of the bentonite molded object which concerns on one Embodiment of this invention. 熱を強制対流させた場合におけるベントナイト成形体の含水比の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the moisture content of the bentonite molded object in the case of carrying out heat forced convection. 熱を自然対流させた場合におけるベントナイト成形体の含水比の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the moisture content of a bentonite molded object in the case of carrying out natural convection of heat. 熱を強制対流させた場合と熱を自然対流させた場合のベントナイト成形体の乾燥密度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dry density of the bentonite molded object when heat is forcedly convected and when heat is naturally convected. 廃棄物埋設処分施設を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a waste burial disposal facility. 図7の廃棄物埋設処分施設の主要坑道及び処分坑道を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main tunnel of the waste burying disposal facility of FIG. 7, and a disposal tunnel.

以下、図1から図8を参照し、本発明の一実施形態に係るベントナイト成形体の製造方法について説明する。本実施形態は、放射性廃棄物を処分する廃棄物埋設処分施設Aの処分坑道2の埋め戻し材3などとして用いられるベントナイト成形体の製造方法に関するものである。
なお、本実施形態において、「熱が対流する空気環境」は「熱対流が生じる空気環境」を意味する。
また、本実施形態において、ベントナイト成形体の「乾燥密度」はベントナイト成形体の単位体積当たりのベントナイト粒子部分の重さ、設定した乾燥温度でベントナイト成形体を一定質量になるまで(すなわち、ほぼ質量変化が生じなくなるまで)乾燥させた時の質量を意味する。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-8, the manufacturing method of the bentonite molded object which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The present embodiment relates to a method for producing a bentonite molded body used as the backfill material 3 of the disposal tunnel 2 of the waste burial disposal facility A that disposes radioactive waste.
In the present embodiment, “air environment in which heat is convected” means “air environment in which heat convection occurs”.
Further, in this embodiment, the “dry density” of the bentonite molded body is the weight of the bentonite particle part per unit volume of the bentonite molded body until the bentonite molded body reaches a constant mass at the set drying temperature (that is, approximately the mass). It means the mass when dried (until no change occurs).

図1に示すように、本実施形態のベントナイト成形体の製造方法においては、はじめに、粉体のベントナイトに所定量の水を加えて混ぜ合わせる。このとき、一般に粉体のベントナイトの含水比は7〜10%程度であり、この含水比が例えば25〜28%程度になるようにベントナイトに水を加えて混ぜ合わせる。なお、粉体のベントナイトに所定量の水を加えて混ぜ合わせた状態の含水比は、必ずしも25〜28%程度に限定されるものではなく、使用するベントナイトの特性(ベントナイトの産地など)や成形する粒径などに応じて適宜調整される。すなわち、粉体のベントナイトに対し水分量が少ないと、後述の押し出し造粒工程で成形した湿潤状態のベントナイト成形体の中の空気量が多くなり、後述の転動造粒工程による造粒時にベントナイト成形体が球形に成形されず、粉々になってしまう。また、水分量が多いと、押し出し造粒工程や転動造粒工程で成形される多数のベントナイト成形体が付着して大きな粒子になり、ベントナイト成形体が落花生型になったり、大きな空気層を含んで(低密度で)成形されてしまう。このため、粉体のベントナイトに加える水量は、ベントナイトの特性や成形する粒径などに応じ、押し出し造粒工程や転動造粒工程でベントナイト成形体を所定の形状に成形可能な量とする。   As shown in FIG. 1, in the manufacturing method of the bentonite molded body of the present embodiment, first, a predetermined amount of water is added to and mixed with powdered bentonite. At this time, the water content of the bentonite in the powder is generally about 7 to 10%, and water is added to the bentonite and mixed so that the water content is about 25 to 28%, for example. The water content ratio in a state where a predetermined amount of water is added to and mixed with bentonite powder is not necessarily limited to about 25 to 28%, but the characteristics of bentonite used (such as bentonite production area) and molding It adjusts suitably according to the particle size etc. to do. That is, if the moisture content is small relative to the bentonite powder, the amount of air in the wet bentonite molded body formed in the extrusion granulation process described later increases, and the bentonite during granulation in the rolling granulation process described later. The molded body is not molded into a spherical shape and is shattered. In addition, if the amount of water is large, a large number of bentonite compacts formed in the extrusion granulation process or rolling granulation process adhere to large particles, and the bentonite compacts become peanut molds or have a large air layer. Including (low density) will be formed. For this reason, the amount of water added to the bentonite powder is set to an amount that allows the bentonite compact to be molded into a predetermined shape in the extrusion granulation process or the rolling granulation process in accordance with the characteristics of the bentonite or the particle size to be molded.

そして、粉体のベントナイトと水を混練した段階で、例えば所定の孔径の複数の押出孔が形成されたディスクダイを備える押し出し造粒機を用いて、混練したベントナイトを押し出し造粒し、円柱状のベントナイト成形体を成形する(押し出し造粒工程)。このように押し出し造粒機を用いることによって、ディスクダイの押出孔の孔径に応じたほぼ同形同大の円柱状で湿潤状態のベントナイト成形体が大量に効率よく且つ容易に成形される。   Then, at the stage of kneading the bentonite powder and water, for example, using an extrusion granulator equipped with a disk die formed with a plurality of extrusion holes with a predetermined pore diameter, the kneaded bentonite is extruded and granulated, and cylindrical The bentonite compact is molded (extrusion granulation step). By using the extrusion granulator in this way, a bentonite compact that is substantially the same shape and the same size corresponding to the hole diameter of the extrusion hole of the disk die and is wet can be formed in large quantities efficiently and easily.

ついで、押し出し造粒工程で成形された円柱状のベントナイト成形体を転動造粒機に供給し、転動造粒機で転動造粒することによりベントナイト成形体を略球形に成形する(転動造粒工程)。このとき、例えば、転動造粒機のドラムに多数のベントナイト成形体を供給し、このドラムを高速回転させることで、大量のベントナイト成形体が効率よく且つ容易に略球形に成形される。   Next, the bentonite molded body formed in the extrusion granulation process is supplied to a rolling granulator, and the bentonite molded body is formed into a substantially spherical shape by rolling granulation with the rolling granulator (rolling). Dynamic granulation process). At this time, for example, by supplying a large number of bentonite compacts to the drum of a rolling granulator and rotating the drum at a high speed, a large amount of bentonite compacts can be efficiently and easily formed into a substantially spherical shape.

ここで、押し出し造粒工程と転動造粒工程で略球形に成形した多数のベントナイト成形体は、押し出し造粒工程で使用するディスクダイの押出孔の孔径に応じてほぼ単一粒径で成形される。このため、例えば1mm、2mm、4mm、15mm、20mmなどの押出孔の孔径が異なるディスクダイを用い、各ディスクダイでそれぞれベントナイト成形体を成形することによって、容易に粒径が異なる略球形のベントナイト成形体を大量に成形することが可能である。   Here, a large number of bentonite compacts formed into a substantially spherical shape in the extrusion granulation process and the rolling granulation process are formed with a substantially single particle size according to the hole diameter of the extrusion hole of the disk die used in the extrusion granulation process. Is done. For this reason, for example, by using disk dies having different hole diameters of extrusion holes such as 1 mm, 2 mm, 4 mm, 15 mm, and 20 mm, and forming bentonite compacts with the respective disk dies, substantially spherical bentonites having different particle diameters can be easily obtained. It is possible to mold a molded body in large quantities.

そして、上記のように湿潤状態で略球形に成形したベントナイト成形体を乾燥させる(乾燥工程)。このとき、例えば図2に示すように、温風5が流通し熱が強制対流する乾燥炉6内に転動造粒工程で成形したベントナイト成形体7を設けて(すなわちベントナイト成形体7を熱が強制対流する空気環境下に設けて)乾燥させる。あるいは、例えば図3に示すように、熱源8から発せられた熱9が自然対流する空気環境下にベントナイト成形体7を設けて乾燥させる。このように温風5を流通させて熱を強制対流させた空気環境下や熱9を自然対流させた空気環境下に設けられたベントナイト成形体7は、乾燥収縮によって高密度化される。   And the bentonite molded object shape | molded by the spherical shape in the wet state as mentioned above is dried (drying process). At this time, for example, as shown in FIG. 2, a bentonite molded body 7 formed by a rolling granulation process is provided in a drying furnace 6 in which hot air 5 flows and heat is forced convection (that is, the bentonite molded body 7 is heated). In an air environment with forced convection). Alternatively, for example, as shown in FIG. 3, the bentonite compact 7 is provided and dried in an air environment in which heat 9 generated from the heat source 8 is naturally convected. The bentonite molded body 7 provided in the air environment in which the hot air 5 is circulated and the heat is forcibly convected or in the air environment in which the heat 9 is naturally convected is densified by drying shrinkage.

ここで、図4は、熱を強制対流させた場合の乾燥時間に対するベントナイト成形体7の含水比の変化を示したものである。また、図5は、熱9を自然対流させた場合の乾燥時間に対するベントナイト成形体7の含水比の変化を示したものである。そして、図4に示すように、熱を強制対流させた場合には、湿潤状態のベントナイト成形体7が、送風温度が40〜50℃にもかかわらず、60分程度の乾燥時間で粉体のベントナイトと同等の含水比(7〜10%程度)まで乾燥する。また、図5に示すように、熱9を自然対流させた場合には、湿潤状態のベントナイト成形体7が、50℃で1440分程度(1日程度)、110℃でも240分程度の乾燥時間でゆっくりと乾燥する。   Here, FIG. 4 shows the change in the moisture content of the bentonite compact 7 with respect to the drying time when heat is forcedly convected. FIG. 5 shows a change in the moisture content of the bentonite compact 7 with respect to the drying time when the heat 9 is naturally convected. And as shown in FIG. 4, when the forced convection of heat is carried out, the bentonite molded object 7 of a wet state is powdery by the drying time of about 60 minutes, although ventilation temperature is 40-50 degreeC. Dry to a moisture content equivalent to bentonite (about 7-10%). Further, as shown in FIG. 5, when heat 9 is naturally convected, the bentonite molded body 7 in a wet state has a drying time of about 1440 minutes (about 1 day) at 50 ° C. and about 240 minutes even at 110 ° C. Dry slowly.

一方、図6は、図4で示した熱を強制対流させた場合と、図5で示した熱9を自然対流させた場合とでそれぞれ乾燥させたベントナイト成形体7の乾燥密度を示したものである。この図に示すように、50℃以下の温度であれば、熱を強制対流させた場合でも、熱によって乾燥収縮して高密度化し、時間をかけずに乾燥密度が1.8Mg/mを上回る高密度のベントナイト成形体7が製造される。一方、熱9を自然対流させた場合には、強制対流させた場合よりゆっくりと乾燥することで、より乾燥収縮が良好に起こり、乾燥密度が2.0Mg/m程度の、さらに高密度のベントナイト成形体7が製造される。また、自然対流させた場合には、110℃の場合であっても、40〜50℃の強制乾燥の場合よりもゆっくりと乾燥するため、高密度のベントナイト成形体7が製造できる。このようにベントナイト成形体7を乾燥収縮によって高密度化する場合には、熱を強制対流させて乾燥することによって高密度のベントナイト成形体7を効率的に製造でき、熱9を自然対流させて乾燥することによってより高密度のベントナイト成形体7を製造することが可能になる。 On the other hand, FIG. 6 shows the dry density of the bentonite compact 7 dried in the case where the heat shown in FIG. 4 is forced convection and in the case where the heat 9 shown in FIG. 5 is naturally convected. It is. As shown in this figure, when the temperature is 50 ° C. or lower, even when heat is forced to convection, the heat shrinks and densifies with heat, and the dry density becomes 1.8 Mg / m 3 without taking time. A higher density bentonite compact 7 is produced. On the other hand, when natural convection of heat 9 is performed, drying shrinkage occurs more satisfactorily by drying more slowly than when forced convection is performed, and the drying density is about 2.0 Mg / m 3, which is a higher density. A bentonite compact 7 is produced. Further, when natural convection is performed, even if the temperature is 110 ° C., it is dried more slowly than the case of forced drying at 40 to 50 ° C., so that a high-density bentonite compact 7 can be produced. Thus, when densifying the bentonite compact 7 by drying shrinkage, the high-density bentonite compact 7 can be efficiently produced by forced convection of heat and drying, and the heat 9 is naturally convected. By drying, it is possible to produce a bentonite molded body 7 having a higher density.

そして、上記のように製造したベントナイト成形体7は、高密度で略球形に成形されているため、廃棄物埋設処分施設Aの処分坑道2の埋め戻し材3として用いる際に、所定の空間に自由落下で投入するだけで理論的に約75%の高充填率で充填され、ベントナイトが膨潤し均質化した状態で、確実にバリア性能に優れた高密度のベントナイト遮水層が形成される。   And since the bentonite molded object 7 manufactured as mentioned above is shape | molded by the high-density and substantially spherical shape, when using it as the backfill material 3 of the disposal mine 2 of the waste burial disposal facility A, it is in a predetermined space. A high density bentonite impervious layer with excellent barrier performance is surely formed when the bentonite is swelled and homogenized theoretically with a high filling rate of about 75% just by adding it by free fall.

また、押し出し造粒工程で押出孔の孔径が異なるディスクダイを用いて粒径が異なるベントナイト成形体7を成形し、必要ないくつかの粒径のベントナイト成形体7を所定比率で混合して、この混合材料を所定の空間に投入することにより、充填率をさらに高くすることが可能になる。これにより、さらにバリア性能に優れたベントナイト遮水層が形成されることになる。   In addition, a bentonite molded body 7 having different particle diameters is formed using a disk die having different hole diameters of the extrusion holes in the extrusion granulation step, and bentonite molded bodies 7 having several necessary particle diameters are mixed at a predetermined ratio, By filling this mixed material into a predetermined space, the filling rate can be further increased. Thereby, the bentonite water-impervious layer further excellent in barrier performance is formed.

したがって、本実施形態のベントナイト成形体7の製造方法においては、押し出し造粒工程によって湿潤状態の円柱状のベントナイト成形体7を成形し、転動造粒工程によって湿潤状態のベントナイト成形体7を略球形に成形することができる。そして、このように転動造粒工程で成形した湿潤状態で略球形のベントナイト成形体7を、乾燥工程で乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥することにより、確実に高密度のベントナイト成形体7を製造することが可能になる。これにより、従来のベントナイトを等方圧加圧処理により球形に圧密成形してベントナイト成形体を成形する方法と比較し、複雑な工程を要することなく、且つ大掛かりな装置を要することなく、大量のベントナイト成形体7を効率よく容易に製造することが可能になる。   Therefore, in the manufacturing method of the bentonite molded body 7 of the present embodiment, the wet columnar bentonite molded body 7 is formed by the extrusion granulation process, and the wet bentonite molded body 7 is substantially formed by the rolling granulation process. Can be formed into a spherical shape. Then, by drying the substantially spherical bentonite molded body 7 formed in the rolling granulation step in this way so as to be densified by drying shrinkage in the drying step, it is ensured that the bentonite molded body has a high density. 7 can be manufactured. As a result, compared to the conventional method of forming bentonite compacts by compacting the bentonite into a spherical shape by isotropic pressure pressurization, a large number of processes are not required and a large apparatus is not required. The bentonite molded body 7 can be manufactured efficiently and easily.

また、転動造粒工程で成形したベントナイト成形体7を乾燥工程で乾燥させる際に、ベントナイト成形体7を熱9が自然対流する空気環境下に設けて乾燥することで、強制対流によってベントナイト成形体7を乾燥させる場合と比較し、ベントナイト成形体7をより高密度で製造することが可能になる。   In addition, when the bentonite molded body 7 molded in the rolling granulation process is dried in the drying process, the bentonite molded body 7 is provided in an air environment in which heat 9 is naturally convected and dried, so that bentonite molding is performed by forced convection. Compared with the case where the body 7 is dried, the bentonite molded body 7 can be produced at a higher density.

そして、このように製造した高密度で略球形のベントナイト成形体7を、廃棄物埋設処分施設Aの処分坑道2を埋め戻す際の埋め戻し材3などとして使用することにより、所定の空間に自由落下で投入するだけで理論的に約75%の充填率で充填することが可能になり、確実にバリア性能に優れたベントナイト遮水層を形成することが可能になる。よって、超長期にわたって放射性廃棄物を確実に外部の自然環境から隔離して処分することができ、信頼性の高い廃棄物埋設処分施設Aにすることが可能になる。   Then, the high-density, substantially spherical bentonite molded body 7 manufactured in this way is used as a backfill material 3 when the disposal tunnel 2 of the waste burial disposal facility A is backfilled, so that a predetermined space can be freely set. It is theoretically possible to fill with a filling rate of about 75% just by dropping it in, and it is possible to reliably form a bentonite impermeable layer with excellent barrier performance. Therefore, it is possible to reliably dispose of radioactive waste from the external natural environment and dispose of it for a very long period of time, and it is possible to provide a highly reliable waste disposal facility A.

また、押し出し造粒工程と転動造粒工程によってベントナイト成形体7を略球形に容易に成形することが可能であるため、例えば押出孔の孔径が異なるディスクダイを用いることで容易に粒径が異なるベントナイト成形体7を大量に製造することが可能になる。これにより、粒径が異なるベントナイト成形体7を所定比率で混合して所定の空間に投入することで、充填率をさらに高めることが可能になり、よりバリア性能に優れたベントナイト遮水層を容易に形成することが可能になる。   In addition, since the bentonite molded body 7 can be easily formed into a substantially spherical shape by the extrusion granulation process and the rolling granulation process, the particle diameter can be easily increased by using, for example, a disk die having different hole diameters of the extrusion holes. Different bentonite compacts 7 can be produced in large quantities. Thereby, it is possible to further increase the filling rate by mixing bentonite compacts 7 having different particle diameters at a predetermined ratio and putting them into a predetermined space, and it is easy to make a bentonite impermeable layer with better barrier performance. Can be formed.

以上、本発明に係るベントナイト成形体の製造方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、乾燥炉6内を加熱し、転動造粒工程で略球形に成形した湿潤状態のベントナイト成形体7を熱の強制対流や自然対流によって乾燥するものとしたが、本発明は、略球形に成形した湿潤状態のベントナイト成形体7を乾燥収縮させて高密度化するように乾燥することが可能であれば、必ずしも乾燥炉6内にベントナイト成形体7を設けて乾燥しなくてもよい。   As mentioned above, although one Embodiment of the manufacturing method of the bentonite molded object which concerns on this invention was described, this invention is not limited to said one Embodiment, In the range which does not deviate from the meaning, it can change suitably. For example, in this embodiment, the inside of the drying furnace 6 is heated and the bentonite molded body 7 in a wet state formed into a substantially spherical shape in the rolling granulation step is dried by forced convection of heat or natural convection. In the invention, if the bentonite formed body 7 in a substantially spherical shape can be dried so as to be densified by drying and shrinking, the bentonite formed body 7 is necessarily provided in the drying furnace 6 and dried. It does not have to be.

例えば、コスト的にベントナイト成形体7の製造時間が許容される場合には、自然乾燥でベントナイト成形体7を乾燥させるようにしてもよい。すなわち、転動造粒工程で成形した略球形で湿潤状態のベントナイト成形体7を室内もしくは野外に設け(水蒸気が自然対流する空気環境下に設け)、室内もしくは野外の空気とベントナイト成形体7の湿度差を利用してゆっくりとベントナイト成形体7を乾燥させるようにしてもよい。この場合においても、本実施形態のように熱9を自然対流させる場合と同様、乾燥収縮によってベントナイト成形体7が乾燥するため、高密度のベントナイト成形体7を製造することが可能である。   For example, when the manufacturing time of the bentonite molded body 7 is allowed in terms of cost, the bentonite molded body 7 may be dried by natural drying. That is, the substantially spherical and wet bentonite molded body 7 formed in the rolling granulation step is provided indoors or outdoors (provided in an air environment in which water vapor naturally convects), and the indoor or outdoor air and bentonite molded body 7 You may make it dry the bentonite molded object 7 slowly using a humidity difference. Also in this case, the bentonite molded body 7 is dried by drying shrinkage as in the case of natural convection of the heat 9 as in the present embodiment, so that it is possible to manufacture a high-density bentonite molded body 7.

1 主要坑道
2 処分坑道
3 埋め戻し材
5 温風
6 乾燥炉
7 ベントナイト成形体
8 熱源
9 熱
A 廃棄物埋設処分施設
1 Main tunnel 2 Disposal tunnel 3 Backfill material 5 Hot air 6 Drying furnace 7 Bentonite molded body 8 Heat source 9 Heat A Waste disposal facility

Claims (1)

粉体のベントナイトに水を加えて混ぜ合わせるとともに、押し出し造粒によって湿潤状態のベントナイト成形体を成形する押し出し造粒工程と、
前記押し出し造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を転動造粒によって略球形に成形する転動造粒工程と、
前記転動造粒工程で成形した前記ベントナイト成形体を、乾燥収縮によって高密度化させるように乾燥する乾燥工程とを備えており、
前記乾燥工程では、熱源から発せられた熱により熱対流が生じる空気環境下、又は水蒸気が自然対流することにより空気と前記ベントナイト成形体の間に湿度差を生じさせる空気環境下で前記ベントナイト成形体を乾燥させることを特徴とするベントナイト成形体の製造方法。
Extrusion granulation step of adding water to the bentonite powder and mixing it, and forming a bentonite molded body in a wet state by extrusion granulation,
A rolling granulation step of forming the bentonite molded body formed in the extrusion granulation step into a substantially spherical shape by rolling granulation;
A drying step of drying the bentonite molded body formed in the rolling granulation step so as to be densified by drying shrinkage, and
In the drying step, the bentonite molded body in an air environment in which heat convection is generated by heat generated from a heat source, or in an air environment in which moisture is naturally convected to cause a humidity difference between the air and the bentonite molded body. A method for producing a bentonite molded body characterized in that the bentonite is dried.
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