JPH0232600B2 - IONKOKANJUSHISUISEIEKIKONGOBUTSUOSEMENTOCHUNIFUNYUSURUHOHO - Google Patents

IONKOKANJUSHISUISEIEKIKONGOBUTSUOSEMENTOCHUNIFUNYUSURUHOHO

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JPH0232600B2
JPH0232600B2 JP4371484A JP4371484A JPH0232600B2 JP H0232600 B2 JPH0232600 B2 JP H0232600B2 JP 4371484 A JP4371484 A JP 4371484A JP 4371484 A JP4371484 A JP 4371484A JP H0232600 B2 JPH0232600 B2 JP H0232600B2
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JP
Japan
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ion exchange
cement
exchange resin
mixture
weight
Prior art date
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JP4371484A
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JPS59168400A (en
Inventor
Aaru Sumerutsuaa Yuujin
Chaaruzu Sukuraiba Maikeru
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の技術分野〕 本発明はイオン交換樹脂の封入方法に関する。 〔従来技術〕 加圧水型原子炉において、イオン交換樹脂は原
子炉の1次ループに使用する水を精製するために
使用されている。所定時間後イオン交換樹脂は放
射性汚染物又は他の汚染物によつて汚染され、廃
棄しなければならない。原子炉の1次ループはさ
らに、中性子を吸収しその運動エネルギーを熱に
交換するホウ酸溶液を含んでおり、このホウ酸溶
液は種々の理由から時々廃棄しなければならな
い。 原子力規制委員会(米国NRC)は低濃度放射
性廃棄物を輸送及び廃棄のために独立の単一体に
変換すべきことを要求している。当業界ではホウ
酸溶液にイオン交換樹脂を混合してイオン交換樹
脂に清浄な水を加える必要を回避しており、続い
てセメントを添加することによつてホウ酸溶液と
イオン交換樹脂の混合物を固体の単一体に変換し
ている。しかし、ホウ酸濃度が約30重量%以下の
場合、最初に柔かいペースト状の組成物が生成
し、これは固化するまで数ケ月間貯蔵しなければ
ならない。これは前記の放射性廃棄物の廃棄をよ
りコスト高としている。 米国特許第4249949号は有機ポリイソシアナー
ト、イソシアナート官能基がない非イオン性界面
活性剤、アルカリ性充填剤例えばポルトランドセ
メント、水、及び放射性廃棄物例えば使用済イオ
ン交換樹脂又はホウ砂の水溶液の固化用の適宜使
用する可塑剤からなる組成物の使用法を開示して
いる。 米国特許第4122028号は放射性ホウ素含有溶液
及び懸濁液に消石及びセメントを順次添加するこ
とによつて該溶液及び懸濁液を輸送可能なブロツ
クに固化する方法を開示している。 〔発明の概要〕 本発明は、溶解した固体1ないし30重量%を含
むイオン交換樹脂水性混合物に、該イオン交換樹
脂の重量基準で1ないし3重量%の封鎖剤
(fouling agent)と;PHを少なくとも7に上げる
充分な量の塩基性促進剤と;水:セメント重量比
が0.4:1ないし0.6:1であるのに充分な量のセ
メントを添加することを特徴とするイオン交換樹
脂水性液混合物をセメント中に封入する方法に存
する。 ホウ酸又は硝酸塩又は硝酸塩と混合したイオン
交換樹脂は、この混合物に最初に封鎖剤及び塩基
性遅延剤を添加した場合、セメントを加えること
によつてわずか2〜3日で固体の単一体に変換す
ることができることが見出された。本発明方法は
原子炉施設における廃棄生成物のように容易に入
手できる物質を利用するので、本発明はセメント
硬化時間を促進するための高価でない方法であ
る。さらに、本発明はすでに入手可能な装置を使
用して安全かつ容易に実施できる。 本発明方法において固化させるイオン交換樹脂
スラリは望ましくはホウ酸又は硝酸塩又は硫酸塩
例えば硝酸ナトリウム又は硝酸ナトリウムの溶液
中に固体イオン交換樹脂を混合したものであり、
さらに他の汚染物を含んでもよい。この混合物は
代表的には前記溶液が廃棄物蒸発器を去る温度、
一般に約71℃(160〓)で処理される。この温度
で混合物を処理するのが好適であり、この温度よ
り低いとホウ酸が溶液から晶出しセメントの硬化
を妨げるためである。混合物は代表的にはイオン
交換樹脂15ないし20%(重量)、溶解した固体1
ないし30%、水20ないし25%、及び汚染物1%以
下である。イオン交換樹脂は代表的には合成した
有機重合体であり例えばスチレン樹脂、エポキシ
アミン樹脂、又はアクリル樹脂である。粒子寸法
は約3mm以下にすべきである。粒子寸法がこれよ
り大きいと、許容できない再湿潤安定性をもたら
しイオン交換樹脂が過度に膨潤し、セメント単一
体が破砕する結果となるためである。好適にはイ
オン交換樹脂粒子寸法は200ミクロン以下であり、
このときセメント単一体を水中に貯蔵できる程再
湿潤安定性を増すためである。汚染物は非放射性
汚染物例えば鉄、腐食生成物のみならず放射性汚
染物例えばコバルト、セシウム、ストロンチウ
ム、及び放射性核種を含んでもよい。 封鎖剤及び塩基性促進剤をイオン交換樹脂−ホ
ウ酸混合物に添加する。封鎖剤はイオン交換樹脂
による化学的イオン交換を効果的に抑制できる化
合物である。これらは作業中において一般に避け
るべきなので、封鎖剤は当業界において周知であ
り、例えばモーターオイル、作動油、水溶性切削
油、油性石けん、水酸化的鉄、及びみようばんが
含まれる。モータオイルが好適な封鎖剤であり、
一般に原子炉プラントにおいて廃棄生成物として
入手できるためである。付着剤は0.1ないし0.3%
(イオン交換樹脂重量規準の重量)を使用すべき
である。 塩基促進剤は混合物を中和するために必要であ
る。PHは少なくとも7、最良の結果を得るために
好適には10以上にすべきである。塩基性促進剤に
はアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸
化物、及び溶液中でヒドロキシ基を生成する他の
化合物が含まれる。好適な塩基性促進剤は水酸化
ナトリウムであり、これは高価でなく容易に入手
できるからである。塩基性促進剤の必要な添加量
は混合物の酸性に依存するが概してわずかな数パ
ーセントである。 封鎖剤及び塩基性促進剤を混合物に添加した
後、セメントを添加する。ほとんどどのタイプの
セメントでも使用できるが、ポルトランドセメン
トが好適であり、これは急速に硬化しかつ強固な
生成物を生成するためである。セメントは水の
水:セメント重量比が0.4:1ないし0.6:1にな
るような量で混合すべきである。セメント及び水
を含んだ全混合物は40〜60体積%のイオン交換樹
脂−ホウ酸−水混合物と40〜60体積%のセメント
の割合からなるべきである。セメントを含んだ混
合物は充分に撹拌し硬化させるか又は硬化用金型
に注加する。硬化は代表的には3ないし5時間を
要する。 以下に実施例に基づき本発明を説明する。 〔発明の実施例〕 添加物のパラメータ試験はすべて混合用小型モ
ータ駆動羽根車付きの容量454g(16オンス)の
ガラス瓶中で行つた。先に行つた高剪断試験にお
いて、相対的な規準で前記瓶における試験と実用
規模試験とは良好な相関関係を示した。前記瓶に
おける試験で最良の混合物が得られたとき、浸出
試験用の凝似的な加圧水型原子炉(PWR)汚染
物を添加した実用規模試験における比率を計算し
た。以下の表は最終的な混合物の重量又は容量を
示す。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for encapsulating ion exchange resins. PRIOR ART In pressurized water nuclear reactors, ion exchange resins are used to purify the water used in the primary loop of the reactor. After a certain period of time, the ion exchange resin becomes contaminated with radioactive or other contaminants and must be discarded. The primary loop of a nuclear reactor also contains a boric acid solution that absorbs neutrons and exchanges their kinetic energy into heat, and which must be disposed of from time to time for various reasons. The Nuclear Regulatory Commission (NRC) requires that low-concentration radioactive waste be converted into a separate unit for transportation and disposal. In the industry, the boric acid solution is mixed with ion exchange resin to avoid the need to add clean water to the ion exchange resin, and then the mixture of boric acid solution and ion exchange resin is mixed by adding cement. It is transformed into a solid single body. However, if the boric acid concentration is below about 30% by weight, a soft pasty composition initially forms which must be stored for several months before solidifying. This makes the disposal of the radioactive waste more costly. U.S. Pat. No. 4,249,949 describes the solidification of organic polyisocyanates, nonionic surfactants free of isocyanate functionality, alkaline fillers such as Portland cement, water, and aqueous solutions of radioactive wastes such as spent ion exchange resins or borax. Discloses the use of a composition comprising a plasticizer, optionally used for use. U.S. Pat. No. 4,122,028 discloses a method of solidifying radioactive boron-containing solutions and suspensions into transportable blocks by sequentially adding slaked stone and cement to the solutions and suspensions. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an aqueous mixture of ion-exchange resins containing 1-30% by weight of dissolved solids with 1-3% by weight, based on the weight of the ion-exchange resin, of a fouling agent; an ion exchange resin aqueous liquid mixture, characterized in that a sufficient amount of basic accelerator is added to increase the water:cement weight ratio to at least 7; It consists in a method of encapsulating in cement. Ion exchange resin mixed with boric acid or nitrates or nitrates can be converted into a solid unitary body in just 2-3 days by adding cement, if the sequestering agent and basic retarder are first added to this mixture. It has been found that it can be done. Because the method utilizes readily available materials such as waste products in nuclear reactor facilities, the present invention is an inexpensive method for accelerating cement setting time. Furthermore, the invention can be safely and easily implemented using already available equipment. The ion exchange resin slurry solidified in the method of the invention is preferably a solid ion exchange resin mixed in a solution of boric acid or a nitrate or sulfate such as sodium nitrate or sodium nitrate;
It may also contain other contaminants. This mixture is typically heated at a temperature at which the solution leaves the waste evaporator;
Generally processed at approximately 71°C (160°C). It is preferred to process the mixture at this temperature, since below this temperature the boric acid crystallizes out of solution and interferes with the hardening of the cement. The mixture typically contains 15 to 20% (by weight) ion exchange resin, 1 part dissolved solids.
30% to 30% water, 20% to 25% water, and less than 1% contaminants. Ion exchange resins are typically synthesized organic polymers such as styrene resins, epoxy amine resins, or acrylic resins. Particle size should be about 3 mm or less. Larger particle sizes result in unacceptable rewetting stability, excessive swelling of the ion exchange resin, and fracture of the cement body. Preferably the ion exchange resin particle size is less than 200 microns;
At this time, the rewetting stability is increased to the extent that the cement alone can be stored in water. Contaminants may include non-radioactive contaminants such as iron, corrosion products as well as radioactive contaminants such as cobalt, cesium, strontium, and radionuclides. A sequestering agent and basic promoter are added to the ion exchange resin-boric acid mixture. Sequestering agents are compounds that can effectively inhibit chemical ion exchange by ion exchange resins. Sequestering agents are well known in the art and include, for example, motor oil, hydraulic oil, water-soluble cutting fluids, oil-based soaps, iron hydroxides, and alum, as these are generally to be avoided during operations. Motor oil is the preferred sequestering agent;
This is because it is commonly available as a waste product in nuclear reactor plants. Adhesive is 0.1 to 0.3%
(weight of ion exchange resin weight standard) should be used. A base promoter is necessary to neutralize the mixture. The PH should be at least 7, preferably 10 or higher for best results. Basic promoters include alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, and other compounds that generate hydroxy groups in solution. A preferred basic promoter is sodium hydroxide since it is inexpensive and readily available. The amount of basic promoter required depends on the acidity of the mixture, but is generally only a few percent. After the sealant and basic accelerator are added to the mixture, the cement is added. Although almost any type of cement can be used, Portland cement is preferred because it hardens rapidly and produces a strong product. The cement should be mixed in an amount such that the water:cement weight ratio is between 0.4:1 and 0.6:1. The total mixture containing cement and water should consist of a proportion of 40-60% by volume of the ion exchange resin-boric acid-water mixture and 40-60% by volume of cement. The cement-containing mixture is thoroughly stirred and cured or poured into a curing mold. Curing typically takes 3 to 5 hours. The present invention will be explained below based on Examples. EXAMPLES OF THE INVENTION All additive parametric testing was conducted in 16 oz. glass bottles with small motor driven impellers for mixing. Previous high shear tests showed good correlation between the bottle test and the utility scale test on a relative basis. When the best mixture was obtained in the bottle test, the ratio was calculated for a utility scale test with the addition of a condensed pressurized water reactor (PWR) contaminant for leaching tests. The table below shows the weight or volume of the final mixture.

【表】 実用規模試験は1/3ドラム容量混合(68)に
基づいたが、さらに他の容量も直接規準に比例し
て可能である。両試験において、イオン交換樹脂
を最初に混合容器に加え、次いで約12W/Oホウ
酸を71.1℃(160〓)で加える。次に封鎖剤を加
え、続いて実用規模試験用凝似PWR汚染物(廃
棄物保持タンクからの代表的な廃棄物流を凝似し
たもの)、次にセメント及び水酸化ナトリウムを
加えた。最後の成分を添加した後の混合時間は5
分間とした。 封鎖剤又は促進剤を使用しない同様な組成物の
実用規模混合試験は60日後の耐浸透性がわずか約
1.8Kg/cm2(25psi)であつた。封鎖剤及び促進剤
を使用した瓶試験における耐浸透性(ASTM403
−77)は約4日経過後で394Kg/cm2(5600psi)、
実用規模試験では約5日経過後で197Kg/cm2
(2800psi)であり、本発明の混合物によつて明白
な改良が図られた。
[Table] The utility scale tests were based on a 1/3 drum volume mix (68), but other volumes are also possible in direct proportion to the standard. In both tests, the ion exchange resin is first added to the mixing vessel, followed by approximately 12 W/O boric acid at 71.1°C (160°). The sequestering agent was then added, followed by a utility scale test condensed PWR contaminant (replicating a typical waste stream from a waste holding tank), followed by cement and sodium hydroxide. Mixing time after adding last ingredient is 5
It was set as 1 minute. Utility-scale mixing tests of similar compositions without sequestrants or accelerators have shown that after 60 days the permeation resistance is only approx.
It was 1.8Kg/cm 2 (25psi). Penetration resistance in bottle tests using sealants and accelerators (ASTM403
-77) is 394Kg/cm 2 (5600psi) after about 4 days,
In a practical scale test, it was 197Kg/cm 2 after about 5 days.
(2800 psi), which was clearly improved by the mixture of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 溶解した固体1ないし30重量%を含むイオン
交換樹脂水性混合物に、該イオン交換樹脂の重量
基準で1ないし3重量%の、イオン交換樹脂によ
る化学的イオン交換を効果的に抑制できる化学物
である封鎖剤と;PHを少なくとも7に上げる充分
な量の塩基性促進剤と;水:セメント重量比が
0.4:1ないし0.6:1であるのに充分な量のセメ
ントを添加することを特徴とするイオン交換樹脂
水性液混合物をセメント中に封入する方法。
1 Adding 1 to 3% by weight, based on the weight of the ion exchange resin, of a chemical that can effectively inhibit chemical ion exchange by the ion exchange resin to an aqueous mixture of ion exchange resins containing 1 to 30% by weight of dissolved solids. a sequestering agent; a sufficient amount of basic accelerator to raise the pH to at least 7; and a water:cement weight ratio of
A method for encapsulating an aqueous ion exchange resin mixture in cement, characterized in that sufficient cement is added to give a ratio of 0.4:1 to 0.6:1.
JP4371484A 1983-03-07 1984-03-07 IONKOKANJUSHISUISEIEKIKONGOBUTSUOSEMENTOCHUNIFUNYUSURUHOHO Expired - Lifetime JPH0232600B2 (en)

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US549123 1983-11-04
US472527 1995-06-07

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JPH0646236B2 (en) * 1985-04-17 1994-06-15 株式会社日立製作所 How to dispose of radioactive waste
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