JPH0371680B2 - - 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。またこれらの従来法
では最終処方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
の最終処分規制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％の
体積であり使用済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
は複雑な工程を要することとなる。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) 乾燥廃棄物の直径粒子化法：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（耐火性）、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、本発明は、乾燥した放射性廃棄物
とゴム状弾性高分子体（塩素化ポリエチレンを
除く）とを、30〜120℃の温度でを混合、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は次
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／ｍФの粒状のものと、パウ
デツクス（powdex−商品名）と呼ばれる粉状
のものがあり、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
射性廃液処理系等で、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 科学廃液（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、又はぼう硝）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は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
や化学的物質（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。

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、エチレン
−プロピレン三元系ゴムなど（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−オレフインの共重合体樹脂さらにはプ
ロピレンとエチレンやα−オレフインの共重合体
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。

本発明方法によれば、ゴム状弾性高分子体だけ
で熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂より多くの廃棄物
を混入することができる。また、本発明方法にお
いては、必要により添加剤としてジオクチルフタ
レートを使用することができる。このジオクチル
フタレートは、廃棄物をゴム状弾性高分子に充填
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認識されたもの
である。なお、添加剤としてジオクチルフタレー
トとポリオレフイン樹脂とを併用するとジオクチ
ルフタレートの上記作用が有効に発揮しないの
で、ジオクチルフタレートの上記作用を発揮させ
る場合には、ジオクチルフタレートとポリオレフ
イン樹脂との併用は避けることが望ましい。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
剤、ステアリン酸鉛のような滑剤、三塩基性硫酸
鉛のような安定剤など、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はゴム状弾性高分子
体に対し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粉
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、水で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割合にした
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１
１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穴の径を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比を
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。

実施例 １ ウレタンゴム100重量部に対して原子力発電所
濃縮廃液の乾燥廃棄物（水分１％以下）800重量
部を混合（トライブレンド）し、その混合物を
120℃に加熱した２軸スクリユー型混練機で混練
した。混練されたものを60℃に加熱した１軸スク
リユー型押出機で押出成型してストランド状（棒
状）として、押出機出口にて、カツターにより円
筒状のペレツトとした。

このペレツト寸法は、径15mm長さ15mmである。
このペレツトの比重は2.3、圧縮強度は1000Kg／
cm²、減容率は0.12であつた。

比較例 １ 結合剤として市販の熱可塑性ポリエチレン（密
度0.92ｇ／cm³）1000ｇを用い実施例１の濃縮廃液
乾燥廃棄物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
260Kg／cm²、減容率は0.36であつた。

比較例 ２ 乾燥廃棄物として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）
1000ｇを使用する以外は比較例１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および比較例１〜２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、１４……貯蔵ピツ
ト、１５……貯蔵タンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 乾燥した放射性廃棄物とゴム状弾性高分子体
   （塩素化ポリエチレンを除く）とを、30〜120℃の
   温度で混合、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。