JPH01185494A - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は放射性廃棄物の固化処理方法に関する。さらに
詳しくは放射性廃棄物の固化処理に際し、セメント、減
水材および合成樹脂エマルジａンを含む流動性セメント
組成物による固化処理方法に関する。

〈従来の技術〉 原子力発電所など放射性核種を取扱う工場、研究機関か
ら発生する放射性廃棄物の処理については、−収約に可
能なかぎり濃縮、圧縮、切削、抽出あるいは焼却などの
処置により減容化を計り、そしてこの放射性を帯びる物
質を不動態化することが必要である。不動態化には各種
固化材料で固化処理を行うが、現在固化材料としてはセ
メント、アスファルト、プラスチックス、水ガラスなど
を用いる方法が知られている。

従来のセメント固化処理方法では流動性に劣り固化処理
容器への充填性が不十分でまた放射性を帯びる物質とセ
メント固化物の密着性が不十分でセメント固化処理物の
一体化材料として強度が劣るなどの欠点が指摘される。

更に大きな問題としては固化体単位容量当りの放射性廃
棄物の混和量が少いことが挙げられる。またさらにセメ
ント固化物が乾燥収縮でクラックが入ったり、セメント
固化物が本来多孔質のためセメント固化体に水分が接触
すると放射性核種の浸出が大きいという欠点がある。流
動性が劣る問題に対して添加水量を増加することが実用
的でないのは、この問題も関与する。アスファルト固化
処理方法はアスファルトを熱溶融することが必須の条件
であり、したがって作業が面倒で、かつ労働安全衛生上
好ましくなく、またアスファルト固化物が熱によって変
形することや可燃物という欠点がある。プラスチックス
固化処理方法は流動性の点は改良されるが、材料を含め
た固化コストが高価であること、反応性モノマーの重合
という反応をともなうことから反応熱除去及び制御、爆
発などの危険防止対策など作２ごが煩雑なことがあり、
またさらに固化物の可燃性ということもある。水ガラス
固化処理方法は比較的作業性にすぐれ、さらに流動性お
よび固化コストなどにすぐれるものであるが、固化物が
水と接触すると固化物の基材構成主成分が溶出すること
により固化物の長期にわたる強度の保持や放射性核種の
浸出に欠点があるつ〈発明が解決しようとする問題点〉 従来のセメントによる固化処理において、以下のような
ことが問題として挙げられる。

セメント固化処理の第一の目的は放射性物質の不動態化
である。すなわち、固化体の処理処分に際して地下水な
ど外部の水と接触した時に固化体内部からの放射性物質
浸出速度が小さい程、目的に適合する。従来、セメント
固化体はアスファルトあるいはプラスチックス固化体に
物 比重して放射性客質を浸出し易いことが知られている。

それはセメント固化体中の空隙（ボイド）や細孔が多い
ことが原因の一つと推定されている。

本発明によれば同じセメント系固化体であるにも拘らず
従来のセメント固化体に比較して放射性核種の浸出量が
改善された固化体が得られる。その理由は現在のところ
明確ではないが、本発明によれば固化体中の空隙が効果
的に減少することに加えて、これら空隙を合成樹脂エマ
ルジーンの粒子が効率的に埋め、且つ高分子膜１広 を形成することにより水の膿散を防止することによるも
のと考えられる。

的に少いということが大きな問題として掲げられている
、その原因は固化材料の流動性が低いこと、放射性廃棄
物との表面親和性が低いこと、あるいは固化体の強度が
十分に大きくないこと、さらには固化体のひび割れが発
生し易いことなどにある。

本発明によれば固化体単位％量当りの放射性廃棄物の混
入量が大きく改善された固化体が得られる。本発明にお
いては従来のセメント固化材料に比較して、大巾に混水
量を削減しながら流動性が著しく良好であり、且つセメ
ント材料の水和反応に伴なう収縮変化を緩和した材料が
提供される。さらに各種の放射性廃棄物とセメント固化
材の親和性が大きく改善された材料が提供されるう これは放射性廃棄物と固化材の界面接着強度が、従来の
セメント固化材より著しく改善されることによるものと
判断される。本発明において混水量の削減により緻密な
固化材が得られることも効果的であるが、相剰効果とし
て合成樹脂エマルシヨンの有効な接着性の寄与が挙げら
れる。これら固化材と放射性廃棄物との親和性が改善さ
れることにより、固化体の全体的な強度及び界面剥離に
よる固化体のひソ割れ現象が改善されるという大きな実
用的効果がもたらされる。

次に固化材料と放射性廃棄物の混線方法として一般に固
化材料と放射性廃棄物を予め混練して後、容器に充填す
る方法（プレミックス法）、予め容器に入れられた放射
性廃棄物に固化材を注入して容器中で攪拌する方法（イ
ンドラムミキシング法）、あるいは予め容器に入れられ
た放射性廃棄物に固化材を流入して固化させる方法（ポ
ストパッケージ法）が挙げられる。従来のセメント固化
方法によればインドラムミキシング法及びポストパッケ
ージ法は固化材料の流動性及び放射性廃棄物との親和性
が悪いために殆んど実用的でなかった。敢て実用化する
には混水量を増加して流動性を向上するしか方法かられ
難いという致命的な欠陥を招来するう本発明によればこ
れら問題が解決されプレミックス法、インドラムミキシ
ング法及びポストパッケージ法などいずれの方法も採用
することができる。と（にポストパッケージ法において
本発明の特徴が効果的に発揮できる。これらは本発明の
方法の特徴として挙げられる、少い混水量と高い流動性
による良好な充填性、極限的に少い気泡の隋伴性、被固
化材との良好な親和性、緻密な固化体に伴う低収縮性及
び低いひ＼割れ発生量、少い混水量と合成樹脂エマルジ
璽ンの相剰効果による固化体の高強度などが総合的に効
果を発揮されることによる。、−く問題を解決するため
の手段〉 本発明はセメント、減水材および合成樹脂エマルシロン
を含む流動性セメント組成物を用いることを特徴とする
放射性廃棄物の固化処理方法である。

本発明において用いられるセメントとは普通、早強、中
庸熱などのポルトランドセメント、高炉セメント、フラ
イアッシュセメント、シリカセメントなどの混合セメン
ト、アルミナセメントを単独又は２種以上混合してなる
ものである。

場合によりポゾランとしてのシリカ質あるいはアルミナ
質物質、あるいは固化体の緻密化あるいは放射性元素の
溶出防止を目的として特殊形り 状諮シリカ質など無機物を混合することも可能である１
合成樹脂エマルシロンとしてはエチレン−酢酸ビニル共
重合樹脂エマルジ日ン、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビ
ニル共重合樹脂エマルジョン、アクリル酸エステル樹脂
エマルシロン、スチレン−アクリル酸エステル共を合ｍ
ｍエマルジ１ン、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重
合樹脂エマルジ■ン、エポキシ樹ＦＩｕエマルジ■ン、
ポリウレタンＳ詣エマルジ遍ン・ポに混入して使用でき
るものはいずれも使用できる。

一般に、合成樹脂エマルジーンの造膜性は各種の条件、
例えば、ポリマーのガラス転移点、粒子径、湿潤度、表
面張力、吸水性、共存物質の可塑化効果、ポリマー分子
量などに影響される。すなわち、これら各因子を包括す
るｌ”！＆低低膜膜温度を考える時本発明においては最
低造膜温度の低い合成樹脂エマルジーンが改善効果が大
きい。例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸
ビニル−アクリル酸高級エステル共重合エマルジ冒ンな
どがその意味で効果的である。従って、本発明において
は直接的にガラス転移点の低いポリマーが実用的である
１本発明に用いられる合成樹脂エマルシロンとしては固
化作業条件を考えると最低造膜温度が８０℃以下、好ま
しくは６５°Ｃ以下のものが効果的である、 合成樹脂エマルジ璽ンのセメントに対する混入量はセメ
ント１００重量部に対し、合成樹脂エマルジ璽ンのｔＩ
！脂固形分１〜２０重量部、好ましくは８〜１０重量部
である。

樹脂固形分が１重量部以下では放射性廃棄物とセメント
固化材の密着性あるいは固化体よりの放射性核種の浸出
が実用的に改良され難い。

ｔＩＩｐａ固形分が２０重量部以上ではセメント固化体
の圧縮強度が劣り、またセメント固化が遅くなったり、
コスト的にもマイナスである。

減水材としては、セメントの流動性を改良し混練水を減
少させる目的で使用されるものであれば制限はない、−
収約にはりゲニンスルホン酸塩、ポリオール型、グルコ
ン酸ナトリウム、（メチル）ナフタリンスルホン酸−ホ
ルムアルデヒド縮合物の塩、オキシカルボン酸塩、ポリ
カルボン酸ポリマー、メラミンスルホン酸塩およびその
他縮合芳香族多環系物質などが挙げられろう もつとも、本発明の特徴、すなわち、緻密な水溶液濃度
で表面張力が４５　ｄｙｎｅ／３、好ましくは６０　ｄ
ｙｎｅｚ−以との表面張力のものが使用される。

これらの減水材は単独又は２種以上混合されて、通常は
セメント１００重量部に対し０．０５〜１５重量部、好
ましくは０．１６〜５重量部が用いられる。

本発明においてセメント、減水材および合成樹脂エマル
ジ嘗ンからなるセメント固化材には、この他さらに保水
剤、セメント硬化調整材、膨張材、骨材、消泡材、防水
材などの一般的にセメントモルタル、セメントコンクリ
ートに用いられる添加材、混和材であればいずれも使用
できるものであろう 保水材はセメント組成物が容器の中で凝結ゲル化開始ま
でに固液分離を起したり、浮水、ブリージングを発生し
たりするのを防止する役目を果す。放射性廃棄物の固化
処理においてこのような浮き水、ブリージングが発生す
ると、その水が蒸散した時前述の如く固化体と容器蓋の
間に空隙が発生する。保水材としては一般的にセルロー
ス系、ビニル系およびアクリル系などがあり、セルロー
ス系のも゛のが広く用いられるがとくにメチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、グリオキザ
ール付加ヒドロキシ−プロピルメチルセルロースなどが
挙げられる。保水材はセメント組成物の粘度調節剤とし
ての役目があり、流動性を低下させないようにする注意
も必要である。添加量はセメント１００重量部に対し２
０重量部以下、好ましくは０，０１〜状５重量部が単独
あるいは混合して使用される。

膨脹材はセメント組成物の水和乾燥収縮を使用目的に応
じて緩和調整する役目をもつゆ一般的にセメント固化に
使用されるものを利用することができる。具体例として
はエトリンガイト系および石灰系のものが挙げられるう
エトリンガイト系膨脹材（セメントを水と混練するとき
水和反応によりエトリンガイトを生成し膨張する材料）
の具体例としては例えばカルシウムサルホアルミネート
を主成分とするもの、酸化カルシウム、酸化アルミニウ
ム及び三酸化イオウを主成分とするものなどが挙げられ
る。また６友セメント社製商品名）などが挙げられる。

これら膨脹材の添加量はセメント１００重量部に対し０
．８〜８０重量部、好ましくは１〜１５ｉｆｆｉ量部で
あろう 硬化調整材としてはセメント系固化材に対して一般的に
使用されるセメント急結剤あるいは緩結剤が使用される
。たとえば急結剤としてＣａＣｔ２、水ガラス、Ｎａ２
Ｑ）ｘ　　、ケイフッ化水素酸塩など、緩結剤としては
石膏などのＣａ塩、あるいは鳩塩、陶水酸化物、Ｂａ塩
、Ｂａ水酸化物％Ｎａ２ＰＯａ　、　Ｎａ２ＢａＯｙ、
タンニン、多糖類力Ｓ挙げられる。

骨材としては細骨材および粗骨材が挙げられ砂などの天
然砂が用いられる。粗骨材は寸法の大きい骨材であり、
同様に人工骨材および天然骨材がある。本発明において
は粗骨材は特殊目的以外は使用されることが少ない。粗
骨材以外の混和材および骨材は必要に応じて用いること
が好ましい。必ずしも必要の無い時は用いることはない
が、流動性、水和乾燥収縮性、会友、水密性あるいはひ
望割れなど、いずれ・〆因子を重視するか、あるいは放
射性廃棄物の種類に応じて連句に選択する必要がある。

砂はいろいろな寸法のものがあるがおよそ径５ｍ以下が
好ましく、とくに２．５−以下が好ましい、珪砂は、中
でも１．２−以下が好ましい。添加量はセメント１００
重量部に対して２０〜８００重量部、とくに７０〜２０
０重量部が好ましい。セメントの種類により、少量過ぎ
るとセメント水和熱が大きく固化体に亀裂の生じること
があり、多過ぎると流動性を保つ上で水が多くなりブリ
ージングが増大し強度が低下する。

ることがある。その場合必要な時には市販されているシ
リコーン系消泡材などを添加することが効果的である。

防水材としては一般にセメントこと使用される物質を添
加することができる。

本発明において使用される水の量は、本発明にしたがっ
て放射性廃棄物の固化処理を行なう際の作業目標によっ
て異なる。すなわち、放射性廃棄物の種類、形状、含水
量、使用する流動性セメント組成物の内容、固化体の処
理処分方法、たとえば地上処分か地下処分かなどに依存
する。場合によっては固化容器の種類にも依存する。本
発明の目的に従えば、水の添加量は一般のセメントと同
じでよいが、さらに流動性を保って水の量を減らすこと
ができる。具体的に云えばセメント１００Ｍ量部に対し
水２０〜１００重量部、好ましくは２５重量部〜８０重
量部、とくに８０１！量部〜６０重量部を混合すること
ができる。

本発明に用いられる固化容器は放射性廃案物の処理処分
に使用されているものであればとくあるいはそれら各種
容器にセメント、アスファルトあるいはプラスチックス
、あるいはそれらの混合組成物を用いて内張すした容器
が挙げられる。容量としては使い易い範囲であればよい
。

〈発明の効果〉 本発明は、放射性核物質を取扱う各種機関から発生する
放射性廃棄物、とくに原子力発電プラント、使用済核燃
料再処理プラントおよび放射性同位元素を含む医薬、農
薬あるいは化学製う 品を吸温プラント、あるいはこれらに関わる研究機関か
ら発生する放射性廃棄物を、流動性セメント組成物とと
もに容器の中で固化不動態化して気密且つ減容化された
不動態化物の調製、ひ望割れ防止、および充填固化にお
ける液面調棄物の混和量を増加し得るなどの多くの面に
著しい改良効果がある。

〈実施例〉 以下に実施例により本発明を例示するがそれによって本
発明の趣旨に何ら制約を受けるものではない。

実施例１ ３０を金属円柱缶に直径３／８〜８インチ、長さ１００
〜８００−の炭素鋼製直管および曲管を水平、直立およ
び斜交状に混合して置いた。予め水によりその空洞面積
を測定し１ｓｔに調整した。

一方、以下の如く２種類のセメント組成物を調製した。

１）ポルトランドセメント１００重量部に対し川砂１０
Ｇ重量部、水８０Ｍ量部、メラ疋ンホルムアルデヒド縮
合物のスルホン化変性樹脂１重量部、ヒドロキシエチル
セルロースｏ、８重１１部、エチレン−酢酸ビニル（２
０／８０重量比）共重合エマルジ１ン（固形分５０重量
％）２０重量部を加えてなるセメント組成物。

２）ポルトランドセメント１００重量部に対し川砂１０
０ｉｉｉａ部、水６５重量部を加えてなるセメント組成
物。

これら２種のセメント組成物をそれぞれ予め準備された
上記の容器に自然落下方式で投入しはソ液面を容器−杯
に調整した。その時投入できた液量はそれぞれ（１）　
１７．８　Ｌ　、　（２）　１８．５ｔであうな。４週
間、２５°Ｃ近辺の条件下で固化後、容器を切断して観
察した結果、サンプルｌ）では円滑に空洞部を充填でき
ていたの見出された。

別途調製された固化４週間後のテストピースの強度試験
を実施した９その結果サンプル１）については圧縮強度
４００Ｋｅ／ｄ、曲げ強度９５Ｋｇ／ａｄ１サンプル２
）においては圧縮強度２４０　Ｋｔ／ｊ、曲げ強度４５
に４／ｃｄであった。

実施例２ 以下の如く２種類のセメント組成物を調製した。

１）ポルトランドセメント３００重量部、エチレン−酢
酸ビニル（１８／８２重量比）共重合エマルシロン（固
形分５５重量％）５５重量部、ナフタリンスルホン酸ホ
ルマリン縮合物８重量部、ヒドロキシエチルセルロース
２．４重量部、水５１重量部、炭酸セシウム１．２’！
量部からなる組成物２）ポルトランドセメント８００重
量部、水１８０重量部、炭酸セシウム１．２重量部から
なる組成物 以上の２サンプルはは望同じ程度のワーカビリティをも
っている。

サンプル形状直径４．５　ｃｍ、高さ７３の円柱状のサ
ンプルを４週間、２５℃近辺で養生後、以下の条件で浸
出テストを行な−な。

イオン交換水量／サンプル表面積＝７に相当するイオン
交換水中にサンプルを浸漬し２０°Ｃにおいて１日、８
日、７日にそれぞれ毎日水を交換してｌＯ日日間それぞ
れの水に溶解浸出したセシウムイオンを分析したうその
結果、浸出量はサンプル１）２．１ｘ１０　　１／ｃｄ
・日、サンプル２）８．８ｘｌＯＩ／−・日であった。

実施例８ 実施例２においてサンプル１）のエチレン−酢酸ビニル
共重合エマルシロンの代りにスチレン−ブチルアクリレ
ート（５５／４５ｔｉｌ比）共重合エマルシロン（固形
分４５１量％）を用いる以外は同じようにして浸出テス
トを行なった。

その結果、浸出量はサンプル１）３，４ｘｌＯ−’ｌ／
−・日、サンプル２）１．８　Ｘ　１０−’　ｆ／−・
日であった。

実施例４ のを次の如きセメント組成物として混合して８０を金属
缶に充填固化したう ｌ）ポルトランドセメント１００重量部、メラミンホル
ムアルデヒド縮合物のスルホン化変性樹ｌｖ１．１Ｔｊ
ｔ量部、メチルセルロースＩＭ量部、スチレン−ブタジ
ェン（４０７６０重量比）共重合エマルジーン（固形分
４５３１量％）８０重量部、水８０重量部、イオン交換
樹脂８７重量部 ２）ポルトランドセメント１００重量部、水６５″重量
部、イオン交換樹脂１５重量部、これら組成物の固化体
（養生期間８週間）の圧縮強度を測定した結果、サンプ
ル１）は１８０ｈ／ａ１１であったが、サンプル２）は
イオン交換樹脂の分散状態が均一でなく、その分布の多
く偏っている部分で破壊して測定できなかった。

尚、イオン交換樹脂の分布の少い部分を週んで参考迄に
測定した結果８０に＃／−であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放射性廃棄物をセメント、減水材および合成樹脂エマル
   ジョンを含む流動性セメント組成物を用いて容器の中に
   おいて固化させることを特徴とする放射性廃棄物の固化
   処理方法。