JPH0225480B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は原子力発電所等から発生する放射性廃
棄物の固化処理方法に係り、特にケイ酸アルカリ
あるいはケイ酸アルカリ溶液を固化充填剤として
用いる場合に好適な放射性廃棄物の固化方法に関
する。 〔発明の背景〕 原子力発電所等から発生する放射性廃棄物を最
終的に処理処分する形態の一つに陸地保管、陸地
処分があり、そのためには放射性廃棄物を固化処
理して放射性廃棄物固化体を作成する必要があ
る。従来、放射性廃棄物を固化処理するための固
化充填剤としてはセメントが用いられて来たが、
最近これに代わる固化充填剤として特に減容比の
高い放射性廃棄物ペレツトの固化処理・処分に適
したケイ酸アルカリ（溶液）が開発され（特開昭
57−197500号公報）、ケイ酸アルカリ（溶液）を
充填剤、無機質リン酸塩化合物（P₂O₅・SiO₂）
を硬化剤、セメントを吸水剤として、それらの混
合物からなる固化材を用いた場合、得られる放射
性廃棄物固化体は強度、耐熱性、耐久性等に優れ
た性能を有することがわかつた。 しかし、この場合、硬化後の固化体表面に易溶
性の塩が析出することが見出された。すなわち、
この場合の固化材の反応は式(1)及び(2)で表わされ
る。 （式中Ｍはアルカリ金属である）。 M₂O・nSiO₂・xH₂O＋P₂O₅・SiO₂ →nSiO₂＋M₃PO₄＋xH₂O (1) CaO・SiO₂＋xH₂O→CaO・SiO₂・xH₂O (2) 式(1)及び(2)はそれぞれ無機質リン酸塩化合物に
よるケイ酸アルカリ溶液の硬化反応、および反応
生成水のセメントによる吸水反応を示す。ところ
で硬化反応(1)で生成した塩M₃PO₄（実際には
M₂HPO₄、MH₂PO₄、M₂H₂P₂O₇、M₃PO₄及び
これらの水和物の混合塩となつている）は、溶解
度が約30重量％という易溶性のものであり、同じ
硬化反応(1)で生成した遊離水に溶解する。この溶
解反応は式(2)の吸水反応との競争反応であるが、
同一の反応で上記塩と遊離水が生成することから
溶解の方が速やかに進行する。溶解しなかつた塩
はそのまま硬化後の固化体中に留まるが、溶解し
た塩は固化体中を移動する。すなわち、硬化後固
化体に起る現象として、この塩が溶解ている遊離
水（溶液）の移動および固化体表面からの水の蒸
発がある。従つて該遊離水（溶液）は毛管現象に
より固化体表面へ移動し、水の蒸発によつて表面
に塩が再結晶する。以上が塩析出現象である。 この析出した塩は上記の如く易溶性であるため
放射性廃棄物固化体の耐水性劣化の要因になり、
放射性核種が環境へ洩れ出す惧れがある。無機質
リン酸塩化合物を硬化剤として用いて作成された
固化体を室内に放置したときの塩析出率、および
水中に浸漬したときのアルカリ金属溶出率をそれ
ぞれ第１図及び第２図中の曲線Ａで示す。これら
の曲線Ａからわかるように無機質リン酸塩化合物
を硬化剤として用いた場合、400時間の室内放置
で約１重量％の塩が析出し、同時間の水中浸漬で
約８重量％のアルカリ金属が溶出している。 以上のように、固化充填剤たるケイ酸アルカリ
の硬化剤として無機質リン酸塩化合物（P₂O₅・
SiO₂）を用いる前記先行技術の場合には、易溶
性の塩M₃PO₄が硬化反応で生成するので、得ら
れた放射性廃棄物固化体表面への塩の析出、ひい
ては固化体の耐水性の劣化、放射性核種の洩出の
惧れという問題があつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、硬化後の放射性廃棄物固化体
中に生成する塩を難溶性（溶解度５重量％以下）
のものにして固化体表面への塩析出を防止し、強
度、耐熱性、耐久性及び耐水性、耐湿性に優れた
放射性廃棄物固化体の作成方法を提供することに
ある。 〔発明の概要〕 本発明の方法は、ケイ酸アルカリ又はその水溶
液を充填剤とし、該ケイ酸アルカリ中のアルカリ
金属と結合して溶解度が５重量％以下の低溶解度
の塩を生成するような塩基を含んでいる化合物を
硬化剤とし、これら充填剤および硬化剤に、硬化
反応で生成する遊離水を吸収する吸水剤としての
セメントおよび必要な水を添加し、これらを混合
してなる固化材を用いることを特徴とするもので
あり、また、本発明実施態様の方法は、 前記硬化剤としての前記化合物は、Ca²⁺、
Mg²⁺、Al³⁺およびFe³⁺からなるグループから選
ばれた多価金属イオンまたはH⁺イオンと、
TaO₃ ^-、AlF₆ ^3-、NbO₃ ^-、SiF₆ ^2-、SiO₃ ^2-、
BeF₄ ^2-、B₄O₇ ^2-、F^-、IO₄ ^-、CO₃ ^2-、ClO₄ ^-、
BF₄ ^-およびReO₄ ^-からなるグループから選ばれ
たイオンとの化合物であつて、該化合物はこれに
含まれる前記塩基と前記ケイ酸アルカリ中のアル
カリ金属との結合により生成される塩のうち、溶
解度が５重量％以下となるものから選ばれること
を特徴とするものである。 前記塩基がアルカリ金属と結合して作る塩の溶
解度を、アルカリ金属がNa、ＫおよびLiと結合
して作る塩の溶解度（重量％）を表１に示す。

〔発明の実施例〕

第９図に示す本発明の一実施例は、放射性廃棄
物として原子炉から発生した濃縮廃液（主成分
Na₂SO₄）を乾燥粉末化した後ペレツト化した廃
棄物ペレツトを、また固化充填剤として60重量％
のケイ酸ナトリウム（Na₂O・nSiO₂、ｎ＝0.5〜
４）溶液を、更に硬化剤としてケイ酸カルシウム
（CaSiO₃）を選び、放射性廃棄物の固化に用いら
れる200ドラム缶中へ固化する場合の例である。 第９図のように、まず200ドラム缶５内に設
けられた金網製かご６内に、NaSO₄を主成分と
する放射性廃棄物ペレツト７を約260Kg充填する。
次に、タンク１，２および３に夫々収容された60
重量％ケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸カルシウ
ムおよびセメントの夫々150Kg、60Kg、および30
Kgを混合撹拌機４で均質に混合してなる固化剤を
上記200ドラム缶中に流入させ、ペレツト間お
よびペレツトとドラム缶との間の空隙に充填す
る。充填後、固化材中に残留している気泡を除去
するために、約50torrで真空脱気し、室温で放置
して硬化させる。硬化は約２時間程度で完了す
る。 第１０図はケイ酸ナトリウム溶液ではなくケイ
酸ナトリウムの粉末を用いた場合の実施例を示
す。この場合には、粉体と水との均質撹拌を容易
にするためタンク８，２および３内に夫々収容さ
れたケイ酸ナトリウム、ケイ酸カルシウムおよび
セメントの夫々の粉体は予め予備混合槽１０にお
いて夫々90Kg、60Kg及び30Kg均質に混合してお
く。これを混合槽４においてタンクからの60Kgの
水と均質に混練し、これを予め放射性廃棄物ペレ
ツト７を内かご６の中に充填した200ドラム缶
５の中へ流入させる。真空脱気及び硬化は前記第
９図の場合と同様に行う。 このようにして、第１１図に示すような重量約
480Kgの放射性廃棄物固化体を得ることができる。
このようにして作成した固化体は、固化体表面へ
の塩ないし放射性核種の析出、浸出及びクラツク
発生もなく強度も十分であつた。 これら実施例によれば、硬化剤としてケイ酸カ
ルシウムを用いることにより、ケイ酸ナトリウム
溶液あるいはケイ酸ナトリウム粉末という充填素
材を使用することができ、かつ易溶性塩および放
射性核種の析出、浸出のない耐水性の優れた放射
性廃棄物ペレツトの固化体を作成することができ
る。 次に、本発明の他の実施例として、放射性廃棄
物ペレツトではなく原子力発電所から発生した状
態のままの放射性廃棄物（主成分Na₂SO₄）を
200ドラム缶中へ固化する場合について、第１
２図により説明する。この場合、タンク１２に収
容された放射性廃液は固化体の強度および廃棄物
の減容比を確保するため、乾燥機１３で水分を除
去し放射性廃棄物の粉末に変換してタンク１４に
入れる。放射性廃液を乾燥する方法としては遠心
薄膜乾燥法、噴霧乾燥法、流動層乾燥法、ドラム
乾燥法、凍結乾燥法、晶析法等が知られている
が、いずれの方法を採用してもよい。 このように放射性廃液の前処理を行つた後、混
合撹拌機４に夫々タンク１，２，３および１４か
ら60重量％のケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸カ
ルシウム、セメントおよび放射性廃棄物の粉末の
夫々約200Kg、60Kg、30Kgおよび210Kgを送給して
均質に撹拌混合する。その後、200ドラム缶５
中に流入、充填し、やはり固化材中の残留気泡を
除去するために、真空脱気を行う。以上のように
して、ケイ酸ナトリウムを固化充填剤とし、ケイ
酸カルシウムをその硬化剤として用いて耐水性の
優れた第１３図に示す如き放射性廃棄物の均質固
化体を作成することができる。 上記各実施例においては、沸騰水型原子炉から
発生する硫酸ナトリウムを主成分とする放射性廃
棄物（廃棄物ペレツトまたは廃液）を固化する場
合について説明したが、加圧水型原子炉から発生
するホウ酸を主成分とする放射性の廃棄物あるい
は使用済イオン交換樹脂に対しても本発明の方法
を実施して同様の効果を奏することができる。 なお放射性廃棄物ペレツトの固化処理の場合に
は、予め放射性廃棄物ペレツトをドラム缶内に充
填しておく代りに、放射性廃棄物ペレツトとケイ
酸ナトリウム溶液（またはケイ酸ナトリウム粉末
と水）とケイ酸カルシウムおよびセメントとを混
合してドラム缶内に充填しても同様の効果を奏す
ることができる。 また上記実施例では放射性廃棄物ペレツトがド
ラム缶５の内壁に接触しない様に内かご６を用い
ているが、ガラス繊維、石綿、カーボン繊維、金
属繊維等の繊維質材料をドラム缶の内側に配する
ことによつても廃棄物ペレツトの内蔵固化が可能
である。 また上記実施例では充填後の固化材中の気泡を
真空脱気で除去しているが、固化材充填後のドラ
ム缶を加震あるいは加温することによつても同様
の効果を奏することができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、ケイ酸アルカリあるいはケイ
酸アルカリ溶液を固化充填剤として含む固化材を
用いて固化体表面への易溶性塩の析出がなく放射
性核種の浸出が極めて少ない耐湿性、耐水性の優
れた放射性廃棄物固化体の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は室内放置したときの固化体表面への塩
の析出率を、第２図は水中浸漬したときの固化体
からのアルカリ金属の溶出率を示す図であつて、
これら図の曲線Ａは先行技術による場合、また曲
線群Ｂは本発明の実施例による場合を示す。第３
図および第４図はそれぞれ廃棄物含水率および固
化体空隙率が相対的固化体強度に及ぼす影響を示
した図、第５図は固化体空隙率と固化材粘度との
関係を示した図、第６図、第７図および第８図は
それぞれ固化材中の硬化剤添加率、セメント添加
率および水添加率と廃棄物吸水率および固化材と
の関係を示した図、第９図および第１０図は本発
明による放射性廃棄物固化方法の実施例をそれぞ
れ示すフロー図であつて、第９図はケイ酸ナトリ
ウム溶液を、第１０図はケイ酸ナトリウム粉末を
夫々固化充填剤として用いる場合の図である。第
１１図は本発明により作成した固化体の一例を示
す図、第１２図は本発明による放射性廃棄物固化
方法の他の実施例を示すフロー図、第１３図は第
１２図に示す実施例により作成された均質固化体
を示す図である。 符号の説明 １：ケイ酸ナトリウム溶液タン
ク、２：ケイ酸カルシウムタンク、３：セメント
タンク、４：混合撹拌機、５：ドラム缶、６：金
網製内かご、７：放射性廃棄物ペレツト、８：ケ
イ酸ナトリウム粉末タンク、９：水タンク、１
０：粉末の予備混合槽、１２：放射性廃液タン
ク、１３：乾燥機、１４：放射性廃棄物粉末タン
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケイ酸アルカリ又はその水溶液を充填剤と
   し、該ケイ酸アルカリ中のアルカリ金属と結合し
   て溶解度が５重量％以下の低溶解度の塩を生成す
   るような塩基を含んでいる化合物を硬化剤とし、
   これら充填剤および硬化剤に、硬化反応で生成す
   る遊離水を吸収する吸水剤としてのセメントおよ
   び必要な水を添加し、これらを混合してなる固化
   材を用いることを特徴とする放射性廃棄物の固化
   方法。 ２ 前記硬化剤としての前記化合物は、Ca²⁺、
   Mg²⁺、Al³⁺およびFe³⁺からなるグループから選
   ばれた多価金属イオンまたはH⁺イオンと、
   TaO₃ ^-、AlF₆ ^3-、NbO₃ ^-、SiF₆ ^2-、SiO₃ ^2-、
   BeF₄ ^2-、B₄O₇ ^2-、F^-、IO₄ ^-、CO₃ ^2-、ClO₄ ^-、
   BF₄ ^-およびReO₄ ^-からなるグループから選ばれ
   たイオンとの化合物であつて、該化合物はこれに
   含まれる前記塩基と前記ケイ酸アルカリ中のアル
   カリ金属との結合により生成される塩のうち、溶
   解度が５重量％以下となるものから選ばれること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の放射
   性廃棄物の固化方法。 ３ 前記充填剤、硬化剤および吸水剤更には必要
   な水を混合してなる固化材中の硬化剤の割合が３
   重量％以上かつ50重量％以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の放
   射性廃棄物の固化方法。 ４ 前記固化材中の吸水剤の割合が３重量％以上
   かつ35重量％以下であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の放射性廃棄物
   の固化方法。 ５ 前記固化材中の含水率が15重量％以上かつ40
   重量％以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の放射性廃棄物の固化
   方法。