JPH04372896A

JPH04372896A - 放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト固化体とその作成方法

Info

Publication number: JPH04372896A
Application number: JP15047991A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Izumida; 泉田龍男; Shin Tamada; 愼玉田; Jun Kikuchi; 菊池　恂; Masami Matsuda; 松田将省; Takashi Nishi; 高志西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1992-12-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所、核燃料
再処理施設または放射性核種の取扱い施設から発生する
放射性廃棄物の安定な固化体とその作成方法に関するも
のであり、より詳しくは、放射性核種を吸着もしくは保
持する能力を有するプラスチック固化体もしくはアスフ
ァルト固化体とその作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所、核燃料再処理工場もしく
は放射性核種の取扱い施設から発生する放射性廃棄物は
、安定に固型化して放射性核種の外部への飛散、漏洩を
避ける必要がある。特に、低・中レベル放射性廃棄物は
放射能もそれほど大量ではなく、放射性核種の寿命もそ
れなど長くないため、その固化体を地中に埋設貯蔵処分
することが考えられている。この場合、一番問題になる
のは埋設貯蔵処分施設からの放射性核種の漏洩をできる
だけ少なくして、施設外の住民の放射線被曝を通常の天
然放射性核種からの被曝を超えないようにすることであ
る。このために、埋設貯蔵処分施設を厳重に管理するこ
とは勿論であるが、固化体自体に放射性核種の吸着もし
くは保持能力を持たせることができれば、安全上きわめ
て好ましいものである。

【０００３】放射性廃棄物の固化法としては、セメント
固化、セメントガラス固化、アスファルト固化、プラス
チック固化があるが、このうち、固化体自体が放射性核
種の吸着能力を有するものはセメントおよびセメントガ
ラス（セメントと水ガラスを主成分とする混合物）であ
り、アスファルトおよびプラスチックは吸着能力を持た
ない。たとえば、特開昭６３−８２３９９、特開昭６３
−９８９９、特開昭６２−２８２３００に記載のプラス
チック固化法では、固化材料の主成分は不飽和ポリエス
テルであり、これに重合開始剤を加えて固型化するもの
であり、廃棄物中の放射性核種を吸着する成分は存在し
ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アスファル
ト固化体およびプラスチック固化体に、従来のそれらが
持っていなかった放射性核種吸着能力を付与するもので
ある。放射性廃棄物固化体の地中埋設貯蔵処分において
は安全評価上は地下水と固化体が接触し且つ固化体が割
れた事態を想定する。その様な事態が起った場合、固化
体自体に放射性核種の吸着能力がないと固化体の地下水
との接触面からの放射性核種の漏洩が大きいが、一方、
固化体に放射性核種吸着能力があれば、接触面からは、
放射性核種の吸着能力を示す指標である分配係数に応じ
て或る一定の割合の放射性核種が徐々に漏洩するのみで
あり、放射性核種の漏洩量を大幅に低減できる。これは
、安全上有利となるばかりでなく、地中埋設貯蔵処分施
設の構造、固化体の処分量にも大きく影響し、経済的効
果が大きい。

【０００５】このように、固化体に放射性核種の吸着能
力を持たせて固化体からの放射性核種の漏洩を防ぐこと
は安全上も経済上もメリットが大きい。しかるに、前記
の如く、従来のプラスチック固化体やアスファルト固化
体は、放射性核種（通常は金属成分であるコバルト、セ
シウム、鉄、ニッケルなどである）に対する吸着能力を
持っていなかった。本発明の目的は、放射核種吸着能力
を持つプラスチック固化体、アスファルト固化体および
、その作成方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の放射性廃棄物の
プラスチックもしくはアスファルト固化体は特許請求の
範囲の請求項１ないし１２の夫々に記載の特徴を有し、
また、それら固化体の作成方法は請求項１３ないし２０
の夫々に記載の特徴を有する。

【０００７】

【作用】本発明者らは、放射性核種の吸着能力が高いセ
メントガラスの固化材成分である活性ケイ酸を放射性廃
棄物のプラスチック又はアスファルト固化体に用いるこ
とで該固化体に放射性核種吸着能力を持たせることがで
きることを見出した。すなわち、セメントガラス固化体
は放射性核種の吸着能力が高く、とりわけ、セメント固
化体では吸着できないセシウムまでも吸着するが、その
主要原因はセメントガラス固化体中の活性ケイ酸の存在
によるものであることを本発明者らは突きとめ、この知
見に基づき本発明者らは、アスファルト固化体およびプ
ラスチック固化体においても、この活性ケイ酸と放射性
廃棄物を同時に固化することで、アスファルト固化体お
よびプラスチック固化体に放射性核種の吸着能力を付与
することができることを見出した。この活性ケイ酸は、
放射性核種の吸着剤として従来知られているゼオライト
もしくはシアン化鉄と異なり、アルカリ性領域で吸着能
力が大きいという特徴がある。ゼオライトもしくはシア
ン化鉄は、中性から酸性領域で放射性核種を吸着し、ア
ルカリ性になると吸着力が大幅に低下する。これらの放
射性核種吸着剤の吸着性能は図５の如くである。

【０００８】上記の放射能核種吸着剤としての活性ケイ
酸の作用について述べる。活性ケイ酸の主要化学構造は
ケイ素と酸素が交互に結びついたものであるが、水分の
存在下では、下記の式（１）の反応（加水分解）により
酸素原子の一部が水素化し、一般にシラノール基（−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｈ）と呼ばれる化学構造となる。水分の存在下
では、このシラノール基が下記の式（２）の反応により
セシウム等の放射性金属イオンを極めて良く吸着する。

【０００９】

【化１】

【００１０】水分の存在下で活性ケイ酸が加水分解によ
りシラノール基を作る式（１）の反応およびシラノール
基が金属イオンを吸着する式（２）の反応はアルカリ性
領域中の方がより進行しやすく、そのためセメントガラ
ス中では多量のシラノール基が生成し放射性核種を吸着
する。セメントガラスによる固化体の場合にはこれらの
吸着反応が固化体内部で起るが、しかし、アスファルト
固化体やプラスチック固化体は内部に水が存在しないの
で、アスファルト固化体やプラスチック固化体では、活
性ケイ酸を含ませたとしても固化体内部で放射性核種を
吸着させることは、通常、難しい。何故なら、放射性核
種すなわち金属成分の吸着は、水分中でイオン化した金
属イオンが化学反応によりシラノール基に吸着すること
に因るものであるが、水分が存在しなければ、活性ケイ
酸の加水分解によるシラノール基の生成が起らないばか
りでなく放射性核種がイオン化しないからである。

【００１１】そこで、本発明による放射性廃棄物のプラ
スチック固化またはアスファルト固化においては、放射
性廃棄物が濃縮廃液の如き水を含む液体である場合には
、プラスチック固化またはアスファルト固化する前に、
該濃縮廃液にアルカリ性条件下で活性ケイ酸を添加する
。そうすると、濃縮廃液中でシラノール基が作られると
共に、これに放射性核種が吸着される。この濃縮廃液を
そのまま若しくは乾燥粉末化してプラスチック固化もし
くはアスファルト固化することにより、固化体内に放射
性核種が既に吸着されているプラスチック固化体もしく
はアスファルト固化体が得られ、この固化体からの放射
性核種の漏洩は極めて少くなる。

【００１２】他方、放射性廃棄物が水分を含んでいない
固体である場合には、これをプラスチックまたはアスフ
ァルトで固化する際に活性ケイ酸およびアルカリ性成分
を添加することにより、これらを含有しているプラスチ
ック固化体またはアスファルト固化体を作成する。この
水分のない固化体中ではシラノール基は生成されず放射
性核種は吸着されていないが、後に、この固化体が水（
雨水や地下水など）に触れると、アルカリ性成分の存在
により、固化体には水との接触面で迅速にシラノール基
が生成し、該接触面でイオン化した放射性核種を吸着す
る。これにより、固化体からの放射性核種の漏洩が防止
される。

【００１３】上記の固化体作成に用いる放射性核種の吸
着剤は、水の存在下でシラノール基を作るものであれば
、活性ケイ酸に限らない。たとえば、ポリシランと呼ば
れるケイ素の重合物、酸性白土などと呼ばれる鉱物でも
よい。

【００１４】あるいは、放射性核種吸着剤はシラノール
基もしくは水の存在下でシラノール基を形成し得る官能
基を持つ有機化合物でもよい。望ましくは固化体中から
容易に溶離せず且つ放射性核種を吸着する物質がよい。なお、好ましくは、放射性核種の吸着材は固型化材と同
一化するのが最適であり、この場合は吸着剤を加えたこ
とによる廃棄物充填量の減少がない。

【００１５】以上の様にして得られたプラスチック固化
体またはアスファルト固化体が、後に、中性ないし酸性
の雨水や地下水に触れたときに固化体からの放射性核種
の漏洩をより一層有効に防ぐためには、その様な水の存
在下で吸着性能が強いゼオライトもしくはシアン化鉄（
図５参照）をも、前記の放射性核種吸着剤に加えて、予
め固化体作成時に添加しておくのが良い。

【００１６】なお、放射性濃縮廃液が中性ないし酸性で
ある場合は、前記のような活性ケイ酸などの添加に基づ
くシラノール基による吸着を利用するよりも、ゼオライ
トもしくはシアン化鉄を放射性核種吸着剤として濃縮廃
液に添加する方がよい。この場合、該吸着剤は、固化前
に濃縮廃液中に添加するか、もしくは固化材で濃縮廃液
を固化する際に同時に添加するのが良い。

【００１７】

【実施例】［実施例１］本発明の実施例１を図１にした
がって説明する。放射性核種を含む濃縮廃液は、一旦、
濃縮廃液タンク１に移送され、ここでｐＨ調節装置２に
よりアルカリ性に調整する。ｐＨは１０前後にするのが
望ましく、アルカリ性があまり強いと後段の乾燥粉末化
の工程に悪影響を及ぼす。この濃縮廃液１に放射性核種
吸着剤たる活性ケイ酸４を撹拌機３で撹拌しながら添加
する。それに伴い、活性ケイ酸の加水分解反応により濃
縮廃液のｐＨが低下していくので、ｐＨ調節装置２でｐ
Ｈを１０前後に常に調節するようにする。活性ケイ酸を
所定量添加後、濃縮廃液をタンク１から乾燥粉末機５に
送り、水分を除去して固形分を乾燥粉末化した後に固型
化容器８に所定量を送る。固型化容器８には、プラスチ
ック固型化材７（例えばポリエステル樹脂）を溶媒と共
に所定量入れ、さらに重合開始剤６を所定量入れて、撹
拌器９により撹拌しながらプラスチック固化体を作成す
る。

【００１８】本実施例では、放射性核種吸着剤たる活性
ケイ酸を濃溶廃液中の主成分である硫酸ナトリウム重量
の５％だけ加えたが、濃縮廃液中の放射性核種も吸着す
るのに充分な量であれば良く、通常は硫酸ナトリウム重
量の１〜１０％の範囲が好ましい。また放射性核種の量
が少ない場合は１％以下でもよい。本実施例で得た固化
体は、放射性核種の大部分が濃縮廃液中で活性ケイ酸か
ら生じたシラノール基に吸着したまま固型化されており
、この固化体を水中に浸漬したときの固化体からの放射
性核種の漏洩率は活性ケイ酸を添加しなかった場合の１
／１０以下に低減できた。

【００１９】本実施例で使用した活性ケイ酸は図５に示
すようにｐＨがアルカリ性領域であるときに放射性核種
吸着性能を持つものであり、後に固化体が中性もしくは
酸性の雨水または地下水に接触した場合は、活性ケイ酸
（正しくは、それから生じたシラノール基）の吸着性能
が低下する心配がある。これを防ぐための第１の対策は
プラスチック固型化剤７もしくは反応開始剤６中にアル
カリ性成分を予め加えておくことである。このアルカリ
性成分は後日における固化体の水との接触面をアルカリ
性雰囲気にするものであれば何でもよく、アルカリ金属
、アルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩が好
ましい。第二の対策は、図５に示される如く中性および
酸性領域で吸着能力を持つゼオライトもしくはシアン化
鉄も予め添加しておくことである。これらの対策を施し
ておくことによって、後に固化体と接触した水が酸性で
も中性でもアリカル性でも、固化体の放射性核種の吸着
能力が保持され、安定で安全な固化体を作成できる。

【００２０】［実施例２］本発明の実施例２を図２にし
たがって説明する。本実施例では、タンク１内の濃縮廃
液を乾燥粉末機５により乾燥粉末化し、この濃縮廃液粉
末を固型化用容器８に移送し、ここで固型化容器８中に
アルカリ性成分１０と放射性核種吸着剤たる活性ケイ酸
１１を所定量投入した後に、プラスチック固型化材７と
重合反応開始剤６を溶媒と共に所定量加え、撹拌機９で
撹拌してプラスチック固化体を作成した。放射性核種吸
着剤たる活性ケイ酸は濃縮廃液乾燥粉末の重量の約５％
、アルカリ性成分は約０．５％添加した。アルカリ性成
分は、実施例１と同様にアルカリ金属、アルカリ土類金
属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等のアルカリ性のもの
であればなんでも良く、プラスチック固化の重合反応を
阻害しないものが最良である。

【００２１】本実施例においては、濃縮廃液を乾燥粉末
化して水分の存在しない状態下で活性ケイ酸を添加して
プラスチック固化するので、得られた固化体中にはシラ
ノール基がなく、放射性核種は吸着されていない。しか
し、後に固化体が地下水に触れると、上記アルカリ性成
分の存在によりアルカリ性雰囲気が作られて固化体中に
は地下水との接触面にてシラノール基が生じ、放射性核
種を吸着して、その漏洩を防止する。

【００２２】上記添加する放射性核種吸着剤は、活性ケ
イ酸に限らず、水分の存在下でシラノール基を作るもの
であればポリシランや酸性白土など何でもよく、あるい
は、シラノール基もしくは水中でシラノール基を形成し
得る官応基を持つ有機化合物でもよい。また、中性およ
び酸性領域で吸着能力を持つゼオライトもしくはシアン
化鉄をも加えれば、さらに安定で安全な固化体となる。

【００２３】［実施例３］本発明の実施例３を図３によ
り説明する。本実施例では、濃縮廃液を入れたタンク１
中にアルカリ調整装置２によりｐＨ調整しつつ放射性核
種吸着剤たる活性ケイ酸４を添加するプロセスを実施例
１でのそれと同様に行なった後、この濃縮廃液を、乾燥
粉末化することなく、アスファルト固化するものである
（プラスチック固化ではない）。すなわち、上記の活性
ケイ酸添加プロセスをタンク１内で終えた濃縮廃液（こ
の濃縮廃液はシラノール基に放射性核種を吸着している
）を加熱混合装置１２に送り、固型化材たるアスファル
ト１３と共に加熱混合し、濃縮廃液中の水分を蒸発させ
ながらアスファルトと均一に混合させ、固型化容器８に
注入してアスファルト固化体を作成した。この固化体に
おいては、放射性核種は活性ケイ酸から生じたシラノー
ル基に吸着したまま固化されており、安定で安全な固化
体を作成できた。

【００２４】［実施例４］本発明の実施例４を図４にし
たがって説明する。本実施例では、濃縮廃液をタンク１
から加熱混合装置１２に送り、これにアスファルト１３
と放射性核種吸着剤１５とアルカリ性成分１４を加えて
加熱混合し、水分を蒸発させながら均一に混合させる。混合後の混合物を固型容器８に注入してアスファルト固
化体を得た。放射性核種吸着剤１５として活性ケイ酸を
濃縮廃液中の不揮発成分重量の５重量％、アルカリ性成
分１４として水酸化ナトリウムを０．７重量％添加した
。得られた固化体を水中に浸漬したときの放射性核種の
漏洩率は従来の固化体に比較して約１／１０に低減でき
、安全で安定な固化体が得られた。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、従来放射性核種吸着能
力のなかったプラスチック固化体もしくはアスファルト
固化体が放射性核種吸着能力を持つようになるので、固
化体処分時の安全性を大幅に向上できる。この結果、処
分可能な固化体数量、放射性核種の数量を増加でき、処
分コストを大幅に低減でき、さらには、固化体からの放
射性核種の漏洩を大幅に低減できることから、環境への
危険リスクを大きく低減できるというメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る放射性廃棄物のプラス
チック固化方法の工程図。

【図２】本発明の実施例２に係る放射性廃棄物のプラス
チック固化方法の工程図。

【図３】本発明の実施例３に係る放射性廃棄物のアスフ
ァルト固化方法の工程図。

【図４】本発明の実施例４に係る放射性廃棄物のアスフ
ァルト固化方法の工程図。

【図５】放射性核種吸着剤の核種吸着容量のｐＨ依存性
を示す図。

【符号の説明】

１…濃縮廃液タンク　　　　　　　　　　　　　　　　
２…ｐＨ調節装置３…撹拌機　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　４…放射性核種吸着剤５…乾燥粉末機　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　６…重合開始剤７…プラスチック固型化材　　　　
　　　　　　８…固型化容器９…撹拌機　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１０…アルカリ性成分１１…放射性核種吸着剤　　　　　　　　　　　　１２
…加熱混合機１２’…加熱ヒータ　　　　　　　　　　
　　　　　　１３…アスファルト１４…アルカリ性成分　　　　　　　　　　　　　　１
５…放射性核種吸着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　放射性核種を吸着している化学物質を
含有していることを特徴とする、放射性廃棄物のプラス
チックもしくはアスファルト固定体。
【請求項２】　　前記化学物質がシラノール基を有する
化合物であることを特徴とする請求項１の放射性廃棄物
のプラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項３】　　前記化学物質がゼオライトまたはシア
ン化鉄であることを特徴とする請求項１の放射性廃棄の
プラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項４】　　シラノール基を有する前記化合物に加
えてアルカリ性成分を含有している請求項２の放射性廃
棄物のプラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項５】　　更にゼオライト又はシアン化鉄を含有
している請求項２又は４の放射性廃棄物のプラスチック
もしくはアスファルト固化体。
【請求項６】　　放射性核種未吸着の状態にあるが後に
固化体に水が触れたときに水との接触部において放射性
核種を吸着する化学物質を含有していることを特徴とす
る、放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト
固化体。
【請求項７】　　前記化学物質がシラノール基を有する
化合物であることを特徴とする請求項６の放射性廃棄物
のプラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項８】　　前記化学物質が水との接触によりシラ
ノール基を作る化合物であることを特徴とする請求項６
の放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト固
化体。
【請求項９】　　前記化学物質がゼオライトまたはシア
ン化鉄であることを特徴とする請求項６の放射性廃棄物
のプラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項１０】　　水との接触によりシラノール基を作
る前記化合物が活性ケイ酸、ポリシランまたは酸性白土
である請求項８の放射性廃棄物のプラスチックもしくは
アスファルト固化体。
【請求項１１】　　更にアルカリ性成分を含有している
請求項７，８又は１０の放射性廃棄物のプラスチックも
しくはアスファルト固化体。
【請求項１２】　　更にゼオライト又はシアン化鉄を含
有している請求項７，８，１０又は１１の放射性廃棄物
のプラスチックもしくはアスファルト固化体。
【請求項１３】　　放射性廃液に、シラノール基を有す
る化学物質又は水の存在下でシラノール基を作る化学物
質を、該放射性廃液がアルカリ性領域にあるという条件
下で添加し、その後、該放射性廃液を乾燥粉末化した後
にプラスチックもしくはアスファルト固化することを特
徴とする、放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスフ
ァルト固化体の作成方法。
【請求項１４】　　放射性廃液を乾燥粉末化した後、こ
の乾燥粉末に、シラノール基を有する化学物質または水
の存在下でシラノール基を作る化学物質を添加してプラ
スチックもしくはアスファルト固化することを特徴とす
る、放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト
固化体の作成方法。
【請求項１５】　　放射性廃液の前記乾燥粉末をプラス
チックもしくはアスファルト固化する際にアルカリ性成
分を添加することを特徴とする請求項１３又は１４の放
射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト固化体
の作成方法。
【請求項１６】　　放射性廃液の前記乾燥粉末をプラス
チックもしくはアスファルト固化する際にゼオライトま
たはシアン化鉄を添加する請求項１３，１４又は１５の
放射性廃棄物のプラスチックもしくはアスファルト固化
体の作成方法。
【請求項１７】　　放射性廃液に、シラノール基を有す
る化学物質または水の存在下でシラノール基を作る化学
物質を、該放射性廃液がアルカリ性領域にあるという条
件下で添加した後、該放射性廃液をアスファルトと加熱
混合して該廃液中の水分を蒸発させながらアスファルト
固化することを特徴とする、放射性廃棄物のアスファル
ト固化体の作成方法。
【請求項１８】　　放射性廃液にアスファルトと、シラ
ノール基を有する化学物質または水の存在下でシラノー
ル基を作る化学物質と、アルカリ性成分とを加えて加熱
混合して該廃液中の水分を蒸発させながらアスファルト
固化することを特徴とする、放射性廃棄物のアスファル
ト固化体の作成方法。
【請求項１９】　　水の存在下でシラノール基を作る前
記化学物質として活性ケイ酸、ポリシランまたは酸性白
土を用いる請求項１３ないし１８のいずれかの放射性廃
棄物のプラスチックもしくはアスファルト固化体の作成
方法。
【請求項２０】　　中性ないし酸性の放射性廃液にゼオ
ライトまたはシアル化鉄を添加し、該放射性廃液を乾燥
粉体化してプラスチックもしくはアスファルト固化する
ことを特徴とする放射性廃棄物のプラスチックもしくは
アスファルト固化体の作成方法。