JPH0310918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は30重量％以上のホウ酸を含有する廃棄
物スラリーの固化方法に関する。 原子力設備からの放射性廃棄物の量を減少させ
ることの重要性が増大するにつれて、あらゆる種
類の廃棄物の濃度が強く望まれている。このよう
な廃棄物の一例はホウ酸スラリーである。現在で
は原子力発電所において効率の高い蒸発器では50
重量％以上の濃度のホウ酸に濃縮することができ
る。高濃度のホウ酸含有廃棄物を固化するために
現在使われている方法はセメントによる固化であ
る。この方法ではポルトランドセメントのほか
に、ホウ素によるセメントの水和反応の遅延を防
止するために必要な種々の添加物を添加すること
が含まれる。セメント固化によつて達成される充
填効率（廃棄物体積／固化物体積）は約0.80に限
定されるし、固化物が搬送可能となるまでに数日
の期間が必要である。ホウ酸廃棄物スラリーには
イオン交換樹脂が含まれていることがあり、これ
もセメントの固化を妨害する。 イフランド（Iffland）らの米国特許第
41222028号には、放射性ホウ酸塩含有液を固化し
除去する方法が記載されている。この方法では消
石灰とポルトガルセメントとをホウ素含有水溶液
に添加する。30％までのセメントをシリカまたは
ケイソウ土で代替することができる。強度を上
げ、固化を速進し、耐浸出性を改善するために、
水ガラス及びリン酸または水素リン塩を加えても
よい。ホウ酸塩は通常ホウ酸ナトリウムの廃液中
に存在しているが、ホウ酸ナトリウムまたはホウ
酸としても存在しうる。 ピツツアー（Pitzer）の米国特許第3298960号
は剛質ゲルを用いて、廃液を処理する方法を記載
している。ゲル状生成物は金属洗浄廃液に珪酸ナ
トリウムまたはホルムアルデヒドを添加すること
によつて生成される。この種の廃液にはヒドラジ
ン及びEDTAに溶解した金属食生成物が含有さ
れている。 米国特許第3507801号はホウ酸ナトリウムを用
いて放射性廃水を封じ込む方法を記載している。
廃水にホウ酸ナトリウムを添加後、得られた混合
物を加熱して該混合物中の残存水量がホウ酸ナト
リウムに結晶水として結合できる量より多くなる
まで濃縮増稠する。この濃縮物を容器中に移し、
冷却して結晶させて水を固体結晶中に包含させ
る。 カーチス（Curtis）らの米国特許第3988258号
には、固化可能なマトリツクス形成性団塊中に放
射性廃棄物を合体させることによる放射性廃棄物
の処理方法が記載されている。アルカリ金属また
はアルカリ土類金属の珪酸塩をセメント型結合材
に加えてマトリツクス物質を生成させる。この方
法は、原子力発電工業において普通発生する、ホ
ウ酸溶液を含めた、全ての放射性廃棄物の固化を
促進すると言われている。 前述したようにセメントを使用して固化物を生
成させる従来の廃棄物処理方法は、廃棄物の存在
下にセメントの固化を早めるための反水和遅延剤
を使用する。現用されている反水和遅延剤の一例
はメタ珪酸ナトリウムであり、これはホウ酸含有
廃棄物だけでなく、他の種々の廃棄物、例えば油
にも使用されている。メタ珪酸ナトリウムは、セ
メントに使用された場合、種々の廃棄物の存在下
に、セメントの固化を促進するように作用する。 従つて、本発明はメタ珪酸ナトリウムをホウ酸
含有スラリー中に、ホウ酸含有廃棄物スラリー１
重量部：メタケイ酸ナトリウム0.1〜0.4重量部の
比で添加し、混合することからなる、30重量％以
上のホウ酸含有廃棄物スラリーの固化方法にあ
る。 本発明によれば、１種類の成分すなわちメタ珪
酸ナトリウムの添加のみが必要とされる。本発明
方法は存在しているホウ酸によつて妨害されない
だけでなく、本発明方法が乾燥した硬い固化物を
造ることができるのは、このホウ酸と、その低PH
環境のためである。本発明方法により得られる充
填効率は0.97以上にすることができ、更にイオン
交換樹脂スラリーもイオン交換樹脂ビードをホウ
酸と共に処理することによつて固化マトリツクス
中に封じ込むことができる。これは40％以上のホ
ウ酸濃度から達せられる。脱水されたビーズ樹脂
の割合（％）は廃棄物の全量の40％という高い値
とすることができる。 最初の一連の実験によつて、シリカゲルとテト
ラホウ酸ナトリウムとの生成機構についての定性
的データを得るために、これらの化合物を別々に
生成させた。シリカゲルは幾つかの異なつた濃度
の珪酸ナトリウム溶液のPHを下げることによつて
造つた。珪酸ナトリウム溶液の濃度は4.7〜28.6
重量％であつた。これらの溶液の調製に使用した
メタ珪酸ナトリウムは、メトソ・ビーズ（Metso
Beado）2048であつた。硫酸を用いてPHを３〜６
に調節した。この低PH環境において、珪酸塩が解
離し、普通にシリカゲルと呼ばれる長鎖状の
SiO₂が生成した。この反応はPHを高くすること
によつて容易に逆向きとすることができる。これ
らの試験によつて生成させたシリカゲルは低溶解
度特性を示したが、構造的品質は劣つていた。 テトラホウ酸ナトリウムはホウ酸と水酸化ナト
リウムとを混合して溶解させることによつて調製
した。解離したホウ素とナトリウムイオンとは合
体してテトラホウ酸ナトリウム（塩）を生成し
た。使用したホウ酸：水酸化ナトリウムの重量比
は３：１であつた。得られた生成物はすぐれた構
造的特性をもつが、かなり可溶性であつた。 メタ珪酸ナトリウムとホウ酸とを併用すること
によつて、前述した２つの反応が生ずる。シリカ
ゲルはホウ酸を用いて珪酸ナトリウム溶液のPHを
降下させることによつて生成され、テトラホウ酸
ナトリウムはナトリウムイオンとホウ酸イオンと
の結合によつて生成される。シリカゲルとテトラ
ホウ酸ナトリウムとの組合わせによつて所望の構
造特性及び溶解度特性を備えた生成物が得られ
る。30重量％以上のホウ酸を含む廃スラリーを使
用し、この廃ホウ酸スラリーにホウ酸スラリー１
重量部当りメタ珪酸ナトリウム0.1〜0.4重量部の
割合で添加した場合に反応により許容しうる結果
が得られる。例えば50重量％のホウ酸スラリーを
使用した場合、最良の結果を与える混合比はホウ
酸スラリー1.00重量部当りメタ珪酸ナトリウム
0.25重量部である。 この反応を生じる操作は混合を必要するのにす
ぎない。スラリーは通常は絶えず攪拌された状態
に保たれ、且つ高温に保たれているので、温度及
びPH調節は必要ではなく、所要の工程数は最小と
なる。ホウ酸を30重量％以上含有する廃スラリー
は環境温度において粘稠であり、攪拌状態に保た
ねばならない。スラリーは加熱して粘稠さを下げ
ることはできるが、大気圧下において完全に溶解
することはない。 メタ珪酸ナトリウムは攪拌下に徐々にスラリー
に添加する。酸とアルカリとの化合により熱が発
生する。粘度が急激に増大するまで混合を続け
る。小さな試料の場合、この増大のために、５〜
10分間の完全な混合を必要とする。一旦反応が開
始すると、混合物が硬化するまでにわずか数秒し
か必要としない。数分後には生成物は乾燥し、固
くなり、移送可能となる。 Ｘ線回折を使用した生成物の分折により、生成
した化合物がテトラホウ酸ナトリウム・10水塩で
あるとが示された。反応によつて生じたシリカゲ
ルは結晶組織をもたない無定形の物質であるた
め、Ｘ線回折装置によつては認められない。しか
し、この項の最初に述べた一連の実験は、低PH環
境にメタ珪酸ナトリウムがおかれた時にシリカゲ
ルが生成することを示している。 固化50％ホウ酸試料について圧縮試験を行なつ
た。第１組の試料には固化剤としてセメントとメ
タ珪酸ナトリウムとを使用し、第２組の固化試料
には珪酸ナトリウムのみを固化剤として使用し
た。これらの試料の組成は次の通りである。

【表】 ウム
各試料は、直径7.6cm（３インチ）、高さ15.2cm
（６インチ）の円筒体とした。これらの円筒体を
水圧プレス中に配置し、極限強さについて試験し
た。セメント及びメタ珪酸ナトリウムを使用した
試料の強度は、７Kg／cm²（100psi）よりも低く、
メタ珪酸ナトリウムのみを使用した試料の極限強
さは、約35〜49Kg／cm²（500〜700psi）であつた。 スケールアツプの問題が固化に際して存在する
か否かを確めるために、1890（500ガロン）の
ドラム中において、フルケースのコンテナ内封入
試験を行なつた。水54.5（14.4ガロン）とホウ
酸54Kg（120ポンド）とから成る50重量％ホウ酸
スラリーをドラム中において調製した。混合羽根
によつてスラリーを30rpmで攪拌した。メタ珪酸
ナトリウム約27Kg（60ポンド）をスラリーに徐々
に加えた。混合物は20分間攪拌後に固化し始め
た。この時に混合羽根を直ちに停止させ、ドラム
から除去した。ドラムを24時間シールし、生成物
の品質を調べるために、半分に切断した。生成物
はマトリツクス全体を通じて、完全に乾燥してお
り、固くなつていた。混合物の密度は均質であ
り、ひび割れ又は膨潤の徴候はなかつた。廃棄物
体積：固化生成物体積の比（充填効率）は98％で
あつた。 ホウ酸濃度が40重量％以上である限り、ホウ酸
廃スラリー中のイオン交換樹脂ビーズの存在は、
メタ珪酸ナトリウムの添加によつて得られる固化
物の生成を阻害せず、劣化もさせないことが、別
の実験によつて示された。 或る場合には、ホウ酸廃スラリーの発生者は水
酸化ナトリウムを添加して廃棄物の酸度を中和し
ている。水酸化ナトリウムでホウ酸を中和する場
合にはPHを降下させねばならないが、これは酸例
えば硫酸の添加によつて行なうことができる。次
にメタ珪酸ナトリウムを添加し、反応を行なわせ
る。しかし中和したホウ酸廃スラリーを固化する
場合には、予め中和するレベルまでPH値を低下さ
せるために酸例えば硫酸を添加する前に、確実に
メタ珪酸ナトリウムが十分に溶解させておくため
にメタ珪酸ナトリウムを最初に添加するのが最良
の方策である。その場合には固化が速やかにひき
起こされ、前記のように許容できる生成物が得ら
れる。 非常に近い種類のメタ珪酸カリウムはホウ酸と
のその反応によりメタ珪酸ナトリウムと同じ性状
を備えた最終生成物を生じないことが別の実験に
より示されている。これはメタ珪酸カリウムの場
合にはホウ酸との反応によりテトラホウ酸カリウ
ムのまわりに10水塩を生成しえないためと考えら
れている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 30重量％以上のホウ酸を含有する廃スラリー
   を固化する方法において、メタ珪酸ナトリウムを
   廃スラリーに、ホウ酸スラリー約１重量部当りメ
   タ珪酸ナトリウム0.1〜0.4重量部の割合で加え、
   混合することを特徴とする、30重量％以上のホウ
   酸を含有する廃スラリーの固化方法。