JPH034880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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関する。

従来一般に放射性廃棄物の固化方法としては放
射性廃棄物をセメント、アスフアルトまたはプラ
スチツクなどで均質に固化する方法があるが、現
状では最終処分方式に関する行政機関の決定がな
されていないのでこれらの固形化された放射性廃
棄物が将来受けるべき如何なる規制にも対応でき
るかどうかという点については未だ充分な解決が
なされているとは云い難い。まここれらの従来法
では最終処分方式への対応ということ以外に減容
性、機械的強度、燃焼性などにおいて後述するよ
うな欠点や難点がある。

最近、将来の最終処分方式の決定までの中間貯
蔵方式として乾燥した廃棄物を廃棄物のみで粒子
化して中間貯蔵する方式が開発された。

この処理方式は最終処分に対する適応性という
観点からは優れた方式であるが廃棄物の選択性に
制限がある等の欠点がある。

本発明者等は将来決定されるべき放射性廃棄物
の最終処分規則への適応性を考慮して処理方法を
研究し、従来の廃棄物処理方法の諸欠点を克服し
新規かつ有用な処理方法を開発して本発明を完成
するに至つた。

従来技術についてその利点・欠点を述べると次
の通りである。

１ セメント固化法：放射性廃棄物の固化体は機
械的強度および比重が大きく不燃性であるが、
減容性が悪く（減容率２）対象廃棄物が限定
される欠点がある。

ここでいう減容率とは、次式に示す値をい
い、減容率が良いとはこの値が小さい事であ
る。

減容率＝固化体の体積／乾燥前の廃棄物の体積 乾燥前の廃棄物の体積；廃液では水分80％換算の
体積であり使用済みイオン交換樹脂及びフイ
ルタースラツジは、水分50％換算の体積。

２ アスフアルト固化法：減容性が良く（減容率
0.3〜0.5）耐水性に優れているが機械的強度
が低く易燃性であり対象廃棄物が限定されてい
る。

３ プラスチツク固化法：放射性廃棄物の固化処
理に最近開発された方法であつて、固化材の種
類により熱可塑性樹脂を固化材として使用する
溶融固化方法と熱硬化性樹脂を固化材として使
用する重合固化方法とがある。これらの方法は
何れも固化材としてのプラスチツクを流動状態
（溶融状または液状）で廃棄物と混合し、冷却
または触媒の使用や加熱により固化材を硬化さ
せて固化体を作るものである。このプラスチツ
ク固化法には次のような欠点がある；）放射
性廃棄物の固化体に要求される機械的強度など
の物性を満足させるに要する廃棄物混入率＝乾
燥廃棄物の重量／固化材の重量はせいぜい
1.5／１以下であり、良好な減容性が叫ばれて
いる放射性廃棄物の固化処理としてはなお不充
分である；）熱可塑性樹脂を用いる場合には
200℃前後の加熱溶融温度を必要とし、また熱
硬化性樹脂を用いる場合には硬化の際に発熱が
あり通常約120℃まで昇温する。従つてこれら
の加熱または発熱により廃棄物の分解や発泡を
起す可能性があり、また得られた高温の固化体
の冷却方法が難しく冷却中に固化体に空洞やキ
レツの発生する場合がある。；）近年行われ
ている放射性廃棄物の粒子化処理を適用したい
ときには、熱可塑性樹脂による溶融固化方法お
よびら熱硬化性樹脂による重合固化方法の何れ
の場合においても溶融状態または液体状態のプ
ラスチツクと廃棄物とを混合するので粒子化に
は複雑な工程を必要とすることとなる。またプ
ラスチツク硬化後に粒子化を行うとすれば得ら
れた固化体を粉砕することになり極めて不経済
である。

４ 乾燥廃棄物の直接粒子化法：減容性は良い
（減容率約0.1）が安全性においていくつかの欠
点を有する。例えば (イ) 機械的強度が低く移送時に粒子表面の剥離を
生じる。

(ロ) 粉塵の飛散がある。

(ハ) 対象廃棄物の範囲がせまい。

以上述べたように従来技術は何れも利点・欠点
を有していて減容性、比重、機械的強度、燃焼性
（耐水性）、耐候・耐放射線性、廃棄物の選択性を
すべて満足するような放射性廃棄物固化方法は未
だ完成されていない。

本発明は従来技術における前述のような諸欠点
すなわち劣つた減容性、低い機械的強度、限定さ
れた対象廃棄物の選択性などを一挙に解決する放
射性廃棄物の固形化方法を提供すべくなされたも
のである。

すなわち、本願発明は、乾燥した放射性廃棄物
とゴム状弾性高分子体とジオクチルフタレート
と、必要により添加剤（ポリオレフイン樹脂を除
く）とを混合、混練または捏和することを特徴と
する放射性廃棄物の固化処理方法である。

本発明方法によつて得られた粒子の形の固化体
は更に通常の固化材で固化することにより放射性
廃棄物を二重に封じ込めることができる。本発明
方法によれば原子力発電所等の施設から発生する
廃液およびスラリーを完全に固形化処理すること
ができるが、本発明方法の対象廃棄物としてつぎ
のものが挙げられる。

(a) 使用済イオン交換樹脂 粒径は約0.5ｍ／ｍΦの粒状のものと、パウデ
ツクス（powdex−商品名）と呼ばれる粉状のも
のであり、沸騰水型炉（BWR）で原子炉水浄化
系、復水脱塩系、燃料プール水脱塩、放射性廃液
処理系統で、また加圧水型炉（PWR）ではバイ
パス浄化系（浄化脱塩、脱ホウ素）、燃料ピツト
脱塩、抽出冷却材処理系等でそれぞれ発生する。

(b) 濃縮廃液 化学廃液（樹脂再生廃液等）を蒸発濃縮したも
のを言い、含水率は80％前後であり、Na₂SO₄
（硫酸ナトリウム、又はボウ硝）が主成分である。

(c) 機器、配管から発生する腐食生成物を含有す
る廃液（クラツドという） 流体と接する機器、配管から発生する。Fe₂O₃
が主成分。

(d) フイルター・スラツジ 機器ドレン、床ドレン等の濾過から生じる。主
成分はパルプ状微粉末のフイルター・エイド（濾
過助剤）である。

(e) 焼却灰 焼却炉から出る。

(f) 洗濯廃液 作業員の汚染した衣服の洗濯時に発生する。

本発明方法において使用する結合剤はゴム状弾
性高分子体を主成分とし、必要ならば通常の可塑
剤、安定剤および滑剤を更に添加してなるもので
あり、本発明方法においてゴム状弾性高分子体単
独で結合剤として使用することもできるが、ゴム
状弾性高分子体に可塑剤および滑剤を配合した結
合剤は特に優れた結果を与える。

本発明方法に使用するゴム状弾性高分子体結合
剤の主成分であるゴム状弾性高分子体とは通常エ
ラストマーといわれる高分子物質であつて、使用
温度範囲内で物理的な意味でのゴム状弾性の挙動
や化学的性質（架橋反応が行えること）を有する
一群の物質をいうが、本発明方法においては上記
物質のうち特にヤング率が５〜500Kg／cm²のもの
を使用することが好ましい。ある種のプラスチツ
クでは非結晶性または塩素化の割合などによりヤ
ング率が上記範囲内の値を示すものであり、例え
ば通常熱可塑性樹脂として取り扱われているポリ
エチレンを塩素化したもの（塩素化ポリエチレ
ン）は塩素含有量30〜40％において結晶性のもの
はプラスチツク状であるが、非結晶性のものはゴ
ム状弾性を有し本発明方法の結合材として使用す
ることができる。

本発明方法において結合剤に使用することので
きるゴム状弾性高分子体の例としては天然ゴムや
合成ゴムであり、さらに詳しくは例えば次のもの
が挙げられる：天然ゴム、塩酸ゴム等の天然ゴム
誘導体；オレフイン系合成ゴム例えばイソプレン
ゴム、イソブチレンゴム、ブチルゴム、塩素化ポ
リエチレン、エチレン−プロピレン三元系ゴムな
ど（なお当然、エチレンやプロピレンの単独重合
体樹脂、エチレンと他のビニル化合物やα−オレ
フイン共重合体樹脂さらにはプロピレンとエチレ
ンやα−オレフイイの共重合体樹脂等のポリオレ
フイン樹脂はゴム状弾性を有していないので本願
のゴム状弾性高分子体には含まれない。）；ブタジ
エン系合成ゴム例えばブタジエンゴム、ブタジエ
ン−スチレンゴム、ブタジエン−アクリロニトリ
ルゴム、メチルブタジエンゴム、クロロプレンゴ
ム、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリルゴ
ムなど。この外にポリウレタンゴム、シリコンゴ
ムなども使用できる。これらのゴム状弾性高分子
体は単独かまたは組合せて使用することができ
る。なお、ポリオレフイン樹脂は、本発明による
ジオクチルフタレートの後述する好ましい作用に
不利な影響を与えるので、本発明方法において
は、ポリオレフイン樹脂を使用すべきではない。

本発明方法において使用するジオクチルフタレ
ートは廃棄物をゴム状弾性高分子体に充填させる
場合において、圧縮強度を低下させずに、ゴム状
弾性高分子体に乾燥廃棄物を高充填させる作用が
あり、このようなジオクチルフタレートの作用は
本発明者等によつて初めて確認されたものであ
る。また、本発明方法においては、ジオクチルフ
タレートの外に、液状ゴム例えばニトリルゴム等
の可塑性、ステアリン酸鉛のような滑剤、三塩基
性硫酸塩のような安定剤、合成ゴムにおける通常
の可塑剤、滑剤、安定剤等の添加剤を添加するこ
とができる。

これらの好ましい配合割合10〜50重量％の可塑
剤、0.5〜２重量％の滑剤および５〜20重量％の
安定剤である。

本発明方法の実施の態様を工程図を参照しなが
ら説明する。

原子力発電所等で発生した放射性廃棄物を含む
溶液またはスラリーは原液供給タンク１へ一旦貯
留された後原液供給ポンプ２により乾燥機４へ導
かれる。粒状の使用済イオン交換樹脂はそのまま
では乾燥しにくいので乾燥機の性能を高めるため
に原液供給ポンプと乾燥機との間にインライン紛
砕機３を設置してスラリーの状態で該樹脂粒子を
粉砕することもできる。乾燥機４は濃度５〜20重
量％の廃棄物溶液またはスラリーを水分５重量％
以下にすることのできるものが好ましく、例えば
薄膜乾燥機またはドラム型乾燥機がよい。乾燥機
で乾燥された廃棄物は水分計５により所定の含水
量に達したかどうかが確認される。所定含水量に
まで乾燥されていない高水分含有乾燥廃棄物は返
送タンク６に戻され、水て希釈された後返送ポン
プ７により系外に排出され、原液供給タンク１へ
戻される。所定含水量に乾燥された廃棄物は一旦
貯蔵タンク１５に貯蔵された後定期的に計量器８
に移される。一方、ゴム状弾性高分子体とジオク
チルフタレートとその他必要により加えられる添
加剤との混合物であるゴム状弾性高分子結合剤も
結合剤ホツパー９から計量器に供給される。すな
わち、乾燥廃棄物を計量した後に続いて、該乾燥
廃棄物にゴム状弾性高分子体結合剤を添加しつつ
計量して所定の重量配合にした後、混合機１０に
自然落下させる。乾燥廃棄物／ゴム状弾性高分子
体結合剤の混合割合（重量比）は廃棄物の種類に
よつて異なるが、濃縮廃液、焼却灰および使用済
イオン交換樹脂の場合には３／１〜８／１であ
り、フイルタースラツジでは1.5／１〜４／１で
ある。混合機で充分混合された乾燥機廃棄物とゴ
ム状弾性高分子体結合剤よりなる混合物は次の混
練造粒機１１で造粒される。このとき混練物は溶
融されることなく30〜120℃、好ましくは40〜100
℃、更に好ましくは50〜60℃で加熱されるが、通
常捏和機または混練造粒機１１では摩擦熱により
混練物が50〜60℃に昇温するので特に外部加熱す
ることなく混練物の加熱を達成することができ
る。図示の造粒工程ではカツター１２により造粒
が行われる。造粒された粒子の形状は貯蔵・運搬
に便利な径0.5〜3.0cm、長さ0.5〜3.0cmの円柱状
のものが好ましい。こうして造粒された粒子は振
動フイーダー１３を通つて貯蔵ピツト１４に貯蔵
される。貯蔵ピツトとしてドラム缶を使用するこ
ともできる。造粒体を振動フイーダー上で冷却す
るときにはトラフ型トンネル構造の振動フイーダ
ーを備えた振動冷却機を使用することができる。

また混練造粒機の代りに例えば混練押出機やバ
ンバリー式捏和機で混練した後ドラム缶等の容器
に受けて固化させることもできる。

こうして得た放射性廃棄物粒子は中間的に長期
貯蔵することができ、貯蔵後に粒子を30〜120℃
に加熱軟化させた後に再形成してブロツク化した
り、粒子をそのまま他の固化材で固形化したりす
ることもできる。

造粒に当り造粒ダイスの径を２種類以上にして
粒径の異なる粒子を作ることにより貯蔵ピツトま
たはドラム缶内での粒子充填率を高めることがで
きる。すなわち粒子形状は同じであつても粒径を
異にする２種類以上の粒子を混合することにより
粒子充填率を高めることができる。実際には２，
３種類の粒子群を作り相隣る粒子の寸法化を1/2
〜1/5にするのがよい。また大形粒子とこれに相
隣るべき小粒子との重量比は５／１〜30／１であ
る。

本発明方法による乾燥廃棄物とゴム状弾性高分
子体結合材組成物との混練物を微視的に考察する
と結合剤が無数のゴム状繊維格子を形成しこの格
子の中に廃棄物微粉末が強固に包蔵されているも
のと思われる。従つて少量の結合剤で多量の廃棄
物を固化することができて乾燥廃棄物／結合剤の
重量比は従来のプラスチツク固化による場合の２
〜５倍以上である。また本発明方法によれば乾燥
廃棄物とゴム状弾性高分子体結合材組成物との混
練操作はプラスチツク固化の場合のような溶融す
るための高温（200℃）を要せずせいぜい120℃、
通常50〜60℃で混練による自然発熱により所要の
操作温度が得られる利点があり、粒子化操作も混
練により得られる混合物を単に剪断力で切断する
ことにより簡単に実施することができる。

以下の実施例によつて本発明を更に具体的に説
明する。

比較例 １ 塩素含有量30％の非結晶性塩素化ポリエチレン
200ｇおよび三塩基性硫酸塩10ｇよりなる結合剤
に原子力発電所濃縮廃液の乾燥廃棄物（水分１％
以下）600ｇをロール式混練機により混練した。
混練の方法は最初に塩素化ポリエチレンを全部ロ
ールに巻付けこれに残りの成分を順次添加した。
混練物は摩擦熱により外部加熱を行わずに50〜60
℃に昇温した。冷却後に得られた固体化の比重は
2.03、圧縮破壊強度は1084Kg／cm²、減容率は0.16
であつた。

実施例 １ 塩素含有量30％の非結晶性塩素化ポリエチレン
300ｇ、ジオクチルフタレート69ｇ、三塩基性硫
酸塩15ｇおよびステアリン酸鉛３ｇよりなる結合
剤を比較例１と同様にして濃縮廃液乾燥廃棄物
（水分１％以下）2400ｇと共に混練し固化体を得
た。固化体の比重は2.3、圧縮強度は875Kg／cm²、
減容率は0.12であつた。

なお、本実施例では可塑剤としてジオクチルフ
タレートを添加しているため、廃棄物／結合剤の
混合重量割合が比較例１の約2.86〔600／（200＋
10）〕に対して6.20〔2400／（300＋69＋15＋３）〕
と約２倍になつているにもかかわらず、その圧縮
強度がそれほど低下しておらず、可塑剤が廃棄物
を高充填させ得る作用があることがわかる。

実施例 ２ 実施例１で使用した塩素化ポリエチレン200ｇ、
ジオクチルフタレート100ｇ、三塩基性硫酸鉛10
ｇおよびステアリン酸鉛２ｇよりなる結合剤を原
子力発電所の使用済イオン交換樹脂乾燥廃棄物
（粉状樹脂；水分１％以下）1020ｇと実施例１と
同様にして混練した。得られた固化体の比重は
1.2、圧縮破壊強度は800Kg／cm²、減容率は0.54で
あつた。

実施例 ３ 実施例１で使用した塩素化ポリエチレン250ｇ、
ジオクチルフタレート100ｇ、三塩基性硫酸鉛10
ｇおよびステアリン酸鉛２ｇよりなる結合剤を原
子力発電所の使用済イオン交換樹脂乾燥廃棄物
（粒状樹脂；水分１％以下）1270ｇと実施例１と
同様にして混練した。得られた固化体の比重は
1.2、圧縮破壊強度は1240Kg／cm²、減容率は0.54
であつた。

比較例 ２ 結合剤として熱可塑性ポリエチレン（密度0.92
ｇ／cm³）1000ｇを用い実施例１の濃縮廃液乾燥機
廃棄物1000ｇと共に160℃に加熱した２軸混練押
出機により溶融混練し、冷却して固化体を得た。
この固化体の比重は1.35、圧縮破壊強度は260
Kg／cm²、減容率は0.36であつた。

比較例 ３ 乾燥廃棄物として実施例３の使用済イオン交換
樹脂1000ｇを使用する以外は比較例２と同様に操
作した。得られた固化体の比重は1.05、圧縮破壊
強度は280Kg／cm²、減容率は0.95であつた。

実施例１〜３および比較例１〜３の結果から、
本発明方法によつて得られる固化体は圧縮破壊強
度および減容率の点で比較例のものよりも非常に
優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の実施の態様を説明するため
の工程図である。 図中符号：１…原液供給タンク、２…原液供給
ポンプ、３…粉砕機、４…乾燥機、５…水分計、
６…返送タンク、７…返送ポンプ、８…計量器、
９…結合剤ホツパー、１０…混合機、１１…造粒
機、１２…カツター、１３…振動フイーダー、１
４…貯蔵ピツト、１５…貯蔵タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 乾燥した放射性廃棄物とゴム状弾性高分子体
   とジオクチルフタレートと、必要により添加剤
   （ポリオレフイン樹脂を除く）とを混合、混練ま
   たは捏和することを特徴とする放射性廃棄物の固
   化処理方法。 ２ 上記ゴム状弾性高分子体が塩素化ポリエチレ
   ンであり、該塩素化ポリエチレン100重量部に対
   して上記放射性廃棄物500重量部を越えるように
   混合、混練または捏和す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処
   理方法。