JP7487025B2 - Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body - Google Patents
Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body Download PDFInfo
- Publication number
- JP7487025B2 JP7487025B2 JP2020114310A JP2020114310A JP7487025B2 JP 7487025 B2 JP7487025 B2 JP 7487025B2 JP 2020114310 A JP2020114310 A JP 2020114310A JP 2020114310 A JP2020114310 A JP 2020114310A JP 7487025 B2 JP7487025 B2 JP 7487025B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicate
- hydroxide
- aqueous solution
- molded body
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 48
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 46
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 45
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 24
- 239000002085 irritant Substances 0.000 claims description 20
- 231100000021 irritant Toxicity 0.000 claims description 20
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 claims description 15
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 13
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 9
- CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M rubidium hydroxide Chemical compound [OH-].[Rb+] CPRMKOQKXYSDML-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 5
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MFGOFGRYDNHJTA-UHFFFAOYSA-N 2-amino-1-(2-fluorophenyl)ethanol Chemical compound NCC(O)C1=CC=CC=C1F MFGOFGRYDNHJTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M caesium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Cs+] HUCVOHYBFXVBRW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N lithium metasilicate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])=O PAZHGORSDKKUPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052912 lithium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 11
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000002925 low-level radioactive waste Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
本発明の実施形態は、ジオポリマー成型体の製造技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to a manufacturing technology for geopolymer molded bodies.
原子力発電所などから発生する低レベルの放射性廃棄物は、セメント等の固化材料で固化してから処分することが一般的である。このセメントによる固化方法は、固化材料を均質に混合するために、ペースト状になるまで水を配合しさらに混練粘度が一定値よりも低くなるまで調整して混練する必要がある。このようにセメントによる固化方法は、混練水を多量に配合することにより、放射性廃棄物の減容性が低下する課題がある。さらにペースト状の混練体が、混練時には攪拌翼に移送時には配管等に固着する等のトラブルを招き易く、装置メンテナンスを頻繁化させる課題がある。 Low-level radioactive waste generated from nuclear power plants and other sources is generally solidified with cement or other solidification materials before disposal. In this cement-based solidification method, in order to mix the solidification materials homogeneously, water must be added until the material becomes paste-like, and then the mixture must be kneaded while adjusting the viscosity until it is lower than a certain value. This cement-based solidification method has the problem that the volume reduction of radioactive waste is reduced by adding a large amount of mixing water. Furthermore, the paste-like mixture is prone to problems such as adhering to the agitator during kneading and to piping during transport, which requires frequent equipment maintenance.
そこで、ジオポリマーの固化材料を粉体のまま少量の水と混合し圧縮成型して固化することにより、水の配合量を抑制する技術が検討されている。この圧縮成型による固化処理によれば、水を大量に配合する必要が無いため、上述した放射性廃棄物の減容性の低下やその他のトラブルを回避するとともに、混合プロセスを簡易化することが期待される。なおジオポリマーにおいても、多量の水を配合しペースト状にしてから固化する方法が一般的に採用されているが、上述したセメントによる固化方法と共通の課題を持つ。 A technology is being considered that reduces the amount of water used by mixing geopolymer solidification material in powder form with a small amount of water and compressing and solidifying it. This type of solidification process using compression molding does not require the mixing of large amounts of water, and is expected to avoid the aforementioned decrease in the volume reducibility of radioactive waste and other problems, as well as simplify the mixing process. Note that with geopolymers, a method is generally used in which a large amount of water is mixed to create a paste before solidifying, but this has the same issues as the aforementioned solidification method using cement.
ここでジオポリマーは、アルミニウム及びケイ素などを主成分とするアルミノケイ酸塩と呼ばれる非晶質の無機固化材料で構成され、セメントと異なり分子構造に水和水が含まれない。また、ペースト状態から成型された固化体は、相当量の水が包含される事態が不可避であるが、圧縮成型による固化体はそのような事態を回避できる。 The geopolymer is composed of an amorphous inorganic solidification material called aluminosilicate, whose main components are aluminum and silicon, and unlike cement, does not contain water of hydration in its molecular structure. In addition, solidified bodies molded from a paste state inevitably contain a considerable amount of water, but solidified bodies made by compression molding can avoid this situation.
固化体に含まれる水は、混合された放射性廃棄物の放射能により分解され、水素を発生する要因となる。そして廃棄体の保管時に水素ガス濃度が上昇した場合、水素爆発の発生が懸念される。一方において、ジオポリマーの圧縮固化体は、水分の含有量が少なくさらにはその大部分を乾燥処理で除去することができ、放射能による水素発生量を低減させるという利点を持つ。 The water contained in the solidified body is decomposed by the radioactivity of the mixed radioactive waste, causing hydrogen to be generated. If the hydrogen gas concentration increases during storage of the waste body, there is a concern that a hydrogen explosion may occur. On the other hand, compressed solidified geopolymer bodies have a low water content, and most of the water can be removed by drying, which has the advantage of reducing the amount of hydrogen generated by radioactivity.
上述したジオポリマーの圧縮成型体は、ペースト化しない程度の少量の水を配合して固化材料の混合処理をする。しかし、そのようにして成型されたジオポリマーの圧縮固化体は、ペースト化させてから固化体とする一般的な処理方法と比較して、発現する機械的強度が低く耐久性に劣るという課題がある。これは、固化材料のうち反応開始に必要なアルカリ刺激材と水分との接触が不十分で、固化反応が均質に進行しないためと考えられている。また、このアルカリ刺激材として用いられる水酸化物またはケイ酸塩は、粉末の状態で吸湿性が高く潮解し易いという性質を持ち、保管管理が難しいという課題がある。 The compressed and molded geopolymer described above is mixed with a small amount of water so that it does not turn into a paste, and the solidification material is mixed. However, the compressed and solidified geopolymer molded in this way has the problem that it has lower mechanical strength and is inferior in durability compared to the general processing method in which the geopolymer is first turned into a paste and then solidified. This is thought to be because the contact between the alkali irritant, which is necessary to start the reaction, and the water in the solidification material is insufficient, so the solidification reaction does not proceed uniformly. In addition, the hydroxide or silicate used as this alkali irritant is highly hygroscopic in powder form and easily deliquesces, which makes it difficult to store and manage.
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体の製造技術を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention was made taking these circumstances into consideration, and aims to provide a manufacturing technology for geopolymer molded bodies that have a low moisture content and high mechanical strength.
実施形態に係るジオポリマー成型体の製造方法は、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料を供給する工程と、前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する工程と、粉砕可能な固体からなる放射性廃棄物を供給する工程と、前記粉体材料、前記放射性廃棄物及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する工程と、前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する工程と、を含み、前記アルカリ刺激剤の水溶液は、ケイ酸塩の水溶液に水酸化物を溶解させたものであって、前記ケイ酸塩は、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウムのうち少なくとも一つであり、前記水酸化物は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムのうち少なくとも一つである。 A method for manufacturing a geopolymer molded body according to an embodiment includes a step of supplying a powder material mainly composed of aluminum and silicon, a step of supplying an aqueous solution of an alkaline irritant that polymerizes the powder material, a step of supplying radioactive waste consisting of a pulverizable solid, a step of mixing the powder material, the radioactive waste , and the aqueous solution to generate a moist powder, and a step of compressing the moist powder to form a molded body. The aqueous solution of the alkaline irritant is a solution of a silicate in which a hydroxide is dissolved, and the silicate is at least one of lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, and cesium silicate. The hydroxide is at least one of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide .
本発明の実施形態により、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体の製造技術が提供される。 Embodiments of the present invention provide a manufacturing technique for geopolymer molded bodies that have low moisture content and high mechanical strength.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置(以下、単に「製造装置10A」という)を示す概略図である。このように製造装置10A(10)は、アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料21を供給する第1供給部11と、この粉体材料21を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液22を供給する第2供給部12と、これら粉体材料21及び水溶液22を混合して湿気を帯びた湿潤粉体25を生成する混合部15と、この湿潤粉体25を圧縮し成型体26を形成する圧縮成型部16と、を備えている。
First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the accompanying drawings. Figure 1 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus for a geopolymer molded body according to the first embodiment of the present invention (hereinafter, simply referred to as "
ジオポリマーとは、後述するアルミナシリカとアルカリ刺激剤との縮重合反応で生じる非晶質の無機重合体の総称である。粉体材料21は、アルミニウム(Al)及びケイ素(Si)が含まれる化合物(アルミナシリカ)を主成分とする非晶質の粉体である。具体的に粉体材料21としては、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰、フライアッシュ、ゼオライト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等が採用される。
Geopolymer is a general term for amorphous inorganic polymers produced by a condensation polymerization reaction between alumina-silica and an alkaline irritant, which will be described later. The
アルカリ刺激剤は、粉体材料21を重合反応させるもので水酸化物及びケイ酸塩のうち少なくとも一方を採用することができる。具体的に水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等が採用される。また、ケイ酸塩には、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウム等が採用される。なお、ケイ酸塩には、オルト、メタなど様々な化学形態のものが存在するが、特定の化学形態に限定されることなく何れの化学形態のケイ酸塩であってもアルカリ刺激剤として採用することができる。
The alkaline stimulant causes the
アルカリ刺激剤の水溶液22は、上述したアルカリ刺激剤を、水溶媒に対し、飽和溶解度又はこれよりも低い濃度で溶解させたものである。ここで、水溶液22におけるアルカリ刺激剤の濃度は、湿潤粉体25に所望の湿潤状態を均質に与える水溶媒の量に対し、所望するポリマー組成が化学量論的に過不足の無く得られるように設定される。
The
第1供給部11は、予め定められた分量の粉体材料21を混合部15に供給するものである。第2供給部12は、予め定められた分量のアルカリ刺激剤の水溶液22を混合部15に供給するものである。混合部15は、供給された粉体材料21及び水溶液22を混合して湿気を帯びた湿潤粉体25にするものである。
The
ここで湿気を帯びたとは、湿潤粉体25がスラリー化していない程度に、水分を含んでいる状態を指す。具体的には、粉体材料21を形成する粒子の表面にアルカリ刺激剤の水溶液22が一様に行き渡った程度で、かつ、圧縮して成型体26にした際に湿潤粉体25から水溶液22が分離されない程度の状態を指す。
Here, "humid" refers to a state in which the
粉体材料21に混合される水溶液22は、湿潤粉体25の全体に占める割合が40wt%を上限とすることでスラリー化を防止することができる。なお好ましい上限は35wt%に設定され、さらに好ましくは25wt%に設定される。他方において、粉体材料21に混合される水溶液22の下限は、この水溶液22が飽和水溶液であることを前提に、重合反応に必要な量のアルカリ刺激剤を含む値が設定される。
The
成型体26は、型枠18に投入した湿潤粉体25を、圧縮成型部16で加圧し圧縮して形成する。なお、湿潤粉体25を圧縮するための圧力は、1.0MPa以上であることが望ましい。これにより成型体26の形状安定性を維持することができる。なお湿潤粉体25の圧縮圧力の上限値は、特に制限されないが、圧縮成型部16で達成可能な範囲で設定される。なお型枠18は、成型体26の型抜きを容易にするために、組み立て式であることが望ましい。
The molded
さらに製造装置10は、温度及び湿度を調整した環境で成型体26を養生する養生部17を備えている。この養生部17は、型枠18から型抜きされた成型体26において、粉体材料21中のアルミナシリカと水溶液22中のアルカリ刺激剤との重合反応を促進させる。さらに、養生部17は、温度や湿度の調整により、成型体26を乾燥させ、含有する水分を減少させることも可能である。なお養生部17を用いずとも成型体26の内部では自然に重合反応が進むが、養生部17を用いて成型体26の雰囲気の温度や湿度を調整することで重合反応を促進させることができる。これにより、成型体26の機械的強度が向上する。
The
(第2実施形態)
次に図2を参照して本発明における第2実施形態について説明する。図2は第2実施形態に係るジオポリマー成型体の製造装置(以下、単に「製造装置10B」という)の一部を示す概略図である。なお、図2において図1と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a schematic diagram showing a part of a geopolymer molded body manufacturing apparatus (hereinafter, simply referred to as "
このように第2実施形態の製造装置10B(10)は、第1実施形態の製造装置10Aの構成に加えて、さらに放射性廃棄物23を供給する第3供給部13を備えている。そして、この第3供給部13から混合部15に供給された放射性廃棄物23は、粉体材料21及び水溶液22と混合して湿潤粉体25を生成する。このように第2実施形態の製造装置10Bでは、湿潤粉体25に放射性廃棄物も共に含まれている。
In this way, the
なお湿潤粉体25に含まれる放射性廃棄物としては、例えば、水浄化の際に用いられた放射性核種吸着剤が挙げられる。その他、粉砕可能な固体からなる様々な放射性廃棄物も湿潤粉体25に含ませることができる。
The radioactive waste contained in the
(第3実施形態)
図3の工程図を参照して本発明に係るジオポリマー成型体の製造方法の実施形態を説明する(適宜、図1又は図2参照)。アルミニウム及びケイ素を主成分とする粉体材料21を供給する(S11)。この場合の粉体材料21の供給は、貯蔵タンク(図示略)から規定量を秤量して行うか、流通用の袋から直接取り出して行うか、といった供給手段の区別は問わない。また、粉体材料21が複数の素材を混合させたものとする場合、これら素材を予め混合して供給する場合もあるし、それぞれを別々に分けて単独で供給する場合もある。
Third Embodiment
An embodiment of the manufacturing method of the geopolymer molded body according to the present invention will be described with reference to the process diagram of Figure 3 (see Figure 1 or Figure 2 as appropriate). A
次に、粉体材料21を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液22を供給する(S12)。この水溶液22は、アルカリ刺激剤を水溶媒に溶解させて所定の濃度に設定したものを予め準備している。そして、この水溶液22の供給量は、粉体材料21の供給量に応じて設定される。
Next, an
次に、粉体材料21及び水溶液22を混合して湿気を帯びた湿潤粉体25を生成する(S13)。この混合作業は、粉体材料21の全体にアルカリ刺激剤の水溶液22がむらなく行き渡るまで継続される。
Next, the
次に、湿潤粉体25を圧縮し成型体26を形成する(S14)。この圧縮により流動性を持つ湿潤粉体25は、固形化した成型体26となる。なお、この圧縮により湿潤粉体25から水溶液22が分離することはない。
Next, the
次に、温度及び湿度を調整した環境で成型体26を養生する(S15)。これにより、成型体26を構成するアルミナシリカとアルカリ刺激剤との重合反応がすすみ、成型体26の機械的強度の向上が促進される。
Next, the molded
次に本実施形態の効果を確認した実施例について説明する。図4は各実施形態の効果を確認した実施例の条件を示すテーブルである。このテーブルにおいて、メタカリオン、シリカヒューム及び高炉スラグのいずれかの混合体は粉体材料21に該当する。そして、メタケイ酸カリウム水溶液に水酸化カリウムを溶解させたものがアルカリ刺激剤の水溶液22に該当する。
Next, examples in which the effects of this embodiment were confirmed will be described. Figure 4 is a table showing the conditions of examples in which the effects of each embodiment were confirmed. In this table, a mixture of metakaryon, silica fume, or blast furnace slag corresponds to
(比較例1)
比較例1では、アルカリ刺激剤(メタケイ酸ナトリウム無水物、水酸化カリウム)を粉体のまま(水溶液22とはせずに)、微量の水分とともに粉体材料(メタカオリン)と混合した場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン58wt%、ケイ酸ナトリウム無水物28wt%、水酸化カリウム11wt%(以上が粉体)、及び、水3wt%として調製し混合物とした。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 shows a case where the alkaline irritant (sodium metasilicate anhydrous, potassium hydroxide) is mixed in powder form (not in the form of an aqueous solution 22) with a powder material (metakaolin) together with a small amount of water. Specifically, the mixture was prepared with the mixing ratio of each compound in the whole being 58 wt% metakaolin, 28 wt% sodium silicate anhydrous, 11 wt% potassium hydroxide (all in powder form), and 3 wt% water.
得られた混合物を30mmφの型枠に入れ、成型圧力56MPaで10分間圧縮を行った。そして、型枠から混合物を脱型し、圧縮成型体を得た。さらに、気温25℃、相対湿度90%の条件で15日間養生を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し6.7MPaを得た。 The resulting mixture was placed in a 30 mm diameter mold and compressed for 10 minutes at a molding pressure of 56 MPa. The mixture was then removed from the mold to obtain a compression molded body. This was then cured for 15 days at an air temperature of 25°C and a relative humidity of 90%. The uniaxial compressive strength of the cured geopolymer molded body was measured and found to be 6.7 MPa.
(比較例2)
比較例2では、実質的にアルカリ刺激剤(メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム)を、大量の水溶媒とともに粉体材料(メタカオリン)と混合しペースト状にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン31wt%、シリカヒューム16wt%、濃度30%のメタケイ酸カリウム水溶液12wt%、粉体の水酸化カリウム18wt%、水23wt%として調製し混合物とした。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 shows a case where an alkaline irritant (potassium metasilicate, potassium hydroxide) is mixed with a powder material (metakaolin) together with a large amount of water solvent to form a paste. Specifically, the mixture was prepared with the mixing ratio of each compound as a whole being 31 wt% metakaolin, 16 wt% silica fume, 12 wt% of 30% potassium metasilicate aqueous solution, 18 wt% powdered potassium hydroxide, and 23 wt% water.
得られたペースト状の混合物を50mmφの型枠に入れ、気温25℃、相対湿度97%の条件で14日間養生を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し29MPaを得た。このように、混合物をペースト状にしてからジオポリマー成型体とすることにより、比較例1よりも機械的強度を向上させることができる。しかし、ペースト状態から成型された固化体は、相当量の水が包含される事態が不可避であるため、放射能による水素発生量の増大が避けられない。 The resulting paste-like mixture was placed in a 50 mm diameter mold and cured for 14 days under conditions of 25°C temperature and 97% relative humidity. The uniaxial compressive strength of the cured geopolymer molded body was measured and found to be 29 MPa. In this way, by turning the mixture into a paste and then forming it into a geopolymer molded body, it is possible to improve the mechanical strength compared to Comparative Example 1. However, since the solidified body molded from the paste state inevitably contains a considerable amount of water, an increase in the amount of hydrogen generated due to radioactivity is unavoidable.
(実施例1)
実施例1では、アルカリ刺激剤(メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム)の水溶液22を、粉体材料21(メタカオリン、シリカヒューム)と混合し湿潤粉体25にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン45wt%、シリカヒューム24wt%、濃度30%のメタケイ酸カリウム水溶液17wt%、粉体の水酸化カリウム14wt%として調製し湿潤粉体25とした。
Example 1
In Example 1, an
なお粉体の水酸化カリウムは、準備されたメタケイ酸カリウム水溶液に予め溶解させた水溶液22にしている。得られた湿潤粉体25に対し、比較例2と共通の圧縮条件及び養生条件で処理を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し48MPaを得た。このように、湿潤粉体25を圧縮して成型したジオポリマー成型体は、比較例1,2で成型されたものよりも、機械的強度の向上が認められる。
The powdered potassium hydroxide was dissolved in advance in the prepared potassium metasilicate
(実施例2)
実施例2では、アルカリ刺激剤(メタケイ酸カリウム、水酸化カリウム)の水溶液22を、粉体材料21(メタカオリン、シリカヒューム、高炉スラグ)と混合し湿潤粉体25にした場合を示している。具体的には、各々の配合物の全体に占める混合割合を、メタカオリン31wt%、シリカヒューム13wt%、高炉スラグ31wt%、濃度30%のメタケイ酸カリウム水溶液19wt%、粉体の水酸化カリウム6.0wt%として調製し湿潤粉体25とした。
Example 2
In Example 2, an
なお粉体の水酸化カリウムは、準備されたメタケイ酸カリウム水溶液に予め溶解させた水溶液22にしている。得られた湿潤粉体25に対し、比較例2と共通の圧縮条件及び養生条件で処理を行った。養生後のジオポリマー成型体について、一軸圧縮強度を計測し28MPaを得た。このように、湿潤粉体25を圧縮して成型したジオポリマー成型体は、比較例1で成型されたものよりも、機械的強度の向上が認められる。
The powdered potassium hydroxide was dissolved in advance in the prepared potassium metasilicate
さらに実施例1,2は、比較例2と対比して、粉体材料21等をペースト化させずに混合するため、この粉体材料21等の混合部15への付着状況を改善し、装置メンテナンスの頻度を低減させ、製造効率を高めることが可能である。さらに実施例1,2は、比較例2と対比して、湿潤粉体25から成型された固化体は、包含される水が少量であるため、放射能による水素発生量を抑制できる。さらに実施例1,2は、比較例1,2と対比して、吸湿性が高く潮解し易いアルカリ刺激剤を水溶液22で保存しておくことができるので、取り扱いが容易となり保安管理上の負担軽減となる。
Furthermore, in Examples 1 and 2, in comparison with Comparative Example 2, the
以上述べた少なくともひとつの実施形態のジオポリマー成型体の製造方法によれば、アルカリ刺激剤の水溶液と粉体材料とを混合した湿潤粉体を圧縮することにより、水分の含有量が少なくさらに機械的強度が高いジオポリマー成型体を得ることが可能となる。 According to at least one embodiment of the manufacturing method for a geopolymer molded body described above, by compressing a wet powder made by mixing an aqueous solution of an alkaline irritant with a powder material, it is possible to obtain a geopolymer molded body with a low moisture content and high mechanical strength.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, modifications, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.
10(10A,10B)…ジオポリマー成型体の製造装置(製造装置)、11…第1供給部、12…第2供給部、13…第3供給部、15…混合部、16…圧縮成型部、17…養生部、18…型枠、21…粉体材料、22…アルカリ刺激剤の水溶液、23…放射性廃棄物、25…湿潤粉体、26…成型体。 10 (10A, 10B)... Manufacturing apparatus (manufacturing apparatus) for geopolymer molded bodies, 11... First supply section, 12... Second supply section, 13... Third supply section, 15... Mixing section, 16... Compression molding section, 17... Curing section, 18... Formwork, 21... Powder material, 22... Aqueous solution of alkaline irritant, 23... Radioactive waste, 25... Wet powder, 26... Molded body.
Claims (4)
前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する工程と、
粉砕可能な固体からなる放射性廃棄物を供給する工程と、
前記粉体材料、前記放射性廃棄物及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する工程と、
前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する工程と、を含み、
前記アルカリ刺激剤の水溶液は、ケイ酸塩の水溶液に水酸化物を溶解させたものであって、
前記ケイ酸塩は、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウムのうち少なくとも一つであり、
前記水酸化物は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムのうち少なくとも一つである、ジオポリマー成型体の製造方法。 providing a powder material having a base of aluminum and silicon;
supplying an aqueous solution of an alkaline stimulant that causes a polymerization reaction of the powder material;
providing radioactive waste comprising a pulverizable solid;
mixing the powder material, the radioactive waste and the aqueous solution to produce a moist powder;
and compressing the wet powder to form a molded body .
The aqueous solution of the alkaline irritant is obtained by dissolving a hydroxide in an aqueous solution of a silicate,
The silicate is at least one of lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, and cesium silicate;
The method for producing a geopolymer molded body , wherein the hydroxide is at least one of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide .
前記粉体材料に混合される前記水溶液は、前記湿潤粉体の全体に占める割合が40wt%を上限とするジオポリマー成型体の製造方法。 In the method for producing a geopolymer molded body according to claim 1 ,
A method for producing a geopolymer molding, wherein the aqueous solution mixed with the powder material has a maximum ratio of 40 wt % of the total wet powder.
温度及び湿度を調整した環境で前記成型体を養生する工程をさらに含むジオポリマー成型体の製造方法。 In the method for producing a geopolymer molded body according to claim 1 or 2 ,
The method for producing a geopolymer molded body further comprises a step of curing the molded body in a temperature and humidity controlled environment.
前記粉体材料を重合反応させるアルカリ刺激剤の水溶液を供給する第2供給部と、
粉砕可能な固体からなる放射性廃棄物を供給する第3供給部と、
前記粉体材料、前記放射性廃棄物及び前記水溶液を混合して湿気を帯びた湿潤粉体を生成する混合部と、
前記湿潤粉体を圧縮し成型体を形成する圧縮成型部と、を備え、
前記アルカリ刺激剤の水溶液は、ケイ酸塩の水溶液に水酸化物を溶解させたものであって、
前記ケイ酸塩は、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウムのうち少なくとも一つであり、
前記水酸化物は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムのうち少なくとも一つである、ジオポリマー成型体の製造装置。
A first supply unit that supplies a powder material containing aluminum and silicon as main components;
A second supply unit that supplies an aqueous solution of an alkaline stimulant that causes a polymerization reaction of the powder material;
a third supply for supplying radioactive waste comprising a pulverizable solid;
a mixing section for mixing the powder material, the radioactive waste, and the aqueous solution to generate a moist powder;
A compression molding unit that compresses the wet powder to form a molded body ,
The aqueous solution of the alkaline irritant is obtained by dissolving a hydroxide in an aqueous solution of a silicate,
The silicate is at least one of lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, and cesium silicate;
The hydroxide is at least one of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020114310A JP7487025B2 (en) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020114310A JP7487025B2 (en) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022012467A JP2022012467A (en) | 2022-01-17 |
JP7487025B2 true JP7487025B2 (en) | 2024-05-20 |
Family
ID=80148696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020114310A Active JP7487025B2 (en) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7487025B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008254939A (en) | 2007-03-31 | 2008-10-23 | Yamaguchi Prefecture | High strength geopolymer hardened body blended with fired kaolin as activated filler, method of producing the same, and functional hardened body |
JP2012167927A (en) | 2011-02-09 | 2012-09-06 | Kobe Steel Ltd | Radioactive waste solidification method |
US20150007751A1 (en) | 2013-07-03 | 2015-01-08 | University Of North Dakota | Low-alkali fly ash cement and method of making |
US20170204008A1 (en) | 2014-08-13 | 2017-07-20 | Polyagg Pty Ltd | Geopolymers and geopolymer aggregates |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6719360B2 (en) * | 2016-10-21 | 2020-07-08 | 株式会社東芝 | Geopolymer molding manufacturing method |
-
2020
- 2020-07-01 JP JP2020114310A patent/JP7487025B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008254939A (en) | 2007-03-31 | 2008-10-23 | Yamaguchi Prefecture | High strength geopolymer hardened body blended with fired kaolin as activated filler, method of producing the same, and functional hardened body |
JP2012167927A (en) | 2011-02-09 | 2012-09-06 | Kobe Steel Ltd | Radioactive waste solidification method |
US20150007751A1 (en) | 2013-07-03 | 2015-01-08 | University Of North Dakota | Low-alkali fly ash cement and method of making |
US20170204008A1 (en) | 2014-08-13 | 2017-07-20 | Polyagg Pty Ltd | Geopolymers and geopolymer aggregates |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022012467A (en) | 2022-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2731776C1 (en) | Method of producing moulded article from geopolymer and system for producing moulded article from geopolymer | |
CN114290511B (en) | Method for enhancing carbon dioxide solid existence in cement-based material | |
JP6719360B2 (en) | Geopolymer molding manufacturing method | |
CN113429141A (en) | Cementing material and preparation method and application thereof | |
CN115417653B (en) | Phosphogypsum synergistic acidic wastewater solidification stable fly ash and post-treatment method | |
WO2018143205A1 (en) | Geopolymer molding production method and geopolymer molding production system | |
JP7487025B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing device for geopolymer molded body | |
JPH07104440B2 (en) | Radioactive waste solidification method and equipment | |
JP2019081308A (en) | Production method for geopolymer molded body and production system for geopolymer molded body | |
JP2001302324A (en) | Plastic grout | |
JP7159147B2 (en) | Solidified geopolymer manufacturing method and solidified geopolymer manufacturing system | |
KR102181217B1 (en) | A method of solidifying radioactive waste and the solidified waste form thereof | |
JP6942582B2 (en) | Geopolymer molded body manufacturing method and geopolymer molded body manufacturing system | |
JP7458334B2 (en) | Radioactive waste solidification method and radioactive waste solidification system | |
KR20100023368A (en) | Hardened material and manufacture method using stone powder sludge | |
WO2014203498A1 (en) | Cementation method and cementation device for boric-acid-containing liquid waste | |
JP2022092973A (en) | Method and system for solidifying radioactive waste | |
JP4431432B2 (en) | Manufacturing method of concrete molded product | |
JP2000319074A (en) | Production of lightweight carbonate hardened body | |
VANDEVENNE et al. | The effect of Cs and Sr on the mechanical properties of blast furnace slag inorganic polymer for radioactive waste immobilisation | |
JP6104547B2 (en) | Treatment method of waste ion exchange resin | |
JP3559464B2 (en) | Fixing method of electric furnace steelmaking dust | |
JPH02162298A (en) | Solidification of waste | |
Milestone et al. | Reactions in cemented nuclear waste forms–the need for a toolbox of different cement types | |
JPH06345559A (en) | Inorganic composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230207 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230822 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231018 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240311 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20240318 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240409 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240508 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7487025 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |