JPH05150095A

JPH05150095A - 使用済イオン交換樹脂の固化方法

Info

Publication number: JPH05150095A
Application number: JP31247991A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Kiuchi; 木内好正; Shin Tamada; 玉田　　慎; Yasuo Hattori; 服部康雄
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【構成】使用済イオン交換樹脂の固化処理方法に関す
る。水で湿潤している使用済イオン交換樹脂に、水に接
触することによってバインド効果の増す親水性バインダ
ーと、セルローズ系繊維バインダーとを適当な比率で添
加混合して適当な含水率の混合物とした後、これをプレ
ス成形または押出成形により、ペレットに造粒する。こ
のペレットは、耐膨潤性が著しく向上したものとなる。
このペレットをドラム缶内で固化材で固化させることに
より、長期安定性のある固化体を得る。【効果】本発明において造粒されたペレットは、耐候
性、耐膨潤性が増大しており、これを水硬性固化材で固
化する際にも、自由水を吸着して膨潤現象を呈すること
がないので、安定な固化体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型（ＢＷＲ）また
は加圧水型（ＰＷＲ）原子力発電所等から生ずる使用済
イオン交換樹脂の固化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲ又はＰＷＲ原子力発電所では、放
射性の使用済イオン交換樹脂が発生する。これらの使用
済イオン交換樹脂は水で湿潤した状態にある粒状または
粉状樹脂であり、大半のサイトではタンク貯蔵されたま
まである。使用済イオン交換樹脂を可燃性廃棄物と混焼
処理する方法も試験的になされているが、大半のサイト
では、使用済イオン交換樹脂数は上記の如くタンク内に
貯蔵されているのが実情である。

【０００３】タンク内に貯蔵されている使用済イオン交
換樹脂を遠心薄膜乾燥機にかけて脱水、乾燥させた粉体
にし、これに適当な熱可塑性樹脂を十数％添加し加熱状
態で混練した後、押出機にて押出成形し適当な長さに切
断してペレットにし、これを中間貯蔵する方法が一部サ
イトで実施されている。またペレットを水硬性固化材等
により固化用容器内で固形化させて固化体にすることが
試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、使用済イオン
交換樹脂を乾燥粉体化し、ペレットに造粒した後、セメ
ント等の水硬化性固化材で固形化する方法は次の問題点
がある。すなわち、乾燥したペレットをセメント等の水
硬性固化材で固形化する際、固化材スラリー中の自由水
により、ペレットが膨潤する傾向がある。より詳しく云
うと、タンク内から取り出された使用済イオン交換樹脂
は、遠心脱水機等を使用して脱水した後でも、ビーズ樹
脂では約５０〜６０ｗｔ％の水を、また、粒状樹脂では
約６０〜７０ｗｔ％の水を保持している。これらを遠心
薄膜乾燥機等を使用して乾燥粉体化した後、適当なバイ
ンダーを使用してペレット化し、それをセメントなどの
水硬性固化材を用いて固形化すると、固化材スラリーの
持つ自由水が樹脂に吸着され、いわゆる膨潤現象を起こ
し、安定的固化体を得ることが困難である。また、この
方法は、乾燥粉体化工程を必要とするのでコスト高にな
るという問題もある。

【０００５】本発明は、乾燥状態でなくて水で湿潤した
状態の使用済イオン交換樹脂を適当なバインダーと混合
し、湿潤状態の混合物としてプレス成形または押出成形
で耐膨潤性のペレットにした上で固化材注入により固形
化し、以て、膨潤現象を起こさない安定な固化体が得ら
れる使用済イオン交換樹脂の固化方法を提供しようとす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による使用済イオ
ン交換樹脂の固化方法は、特許請求の範囲の各請求項に
記載した特徴を有する。

【０００７】

【作用】水で湿潤した状態の使用済イオン交換樹脂に、
水との接触によりバインド効果の増す親水性バインダー
と、強化のためのセルローズ系繊維状バインダーを適量
添加し、その混合物の含水率を適当にした上で、プレス
成形または押出成形によってペレットに造粒すると、こ
のペレットは膨潤性の少いものとなる。これを固化材で
固形化することにより、安定的な固化体が得られる。

【０００８】

【実施例】タンク内に貯蔵されている使用済みの放射性
イオン交換樹脂を通常の遠心脱水機等で脱水したときの
含水率は、ビーズ状イオン交換樹脂の場合では約５０〜
６０ｗｔ％、粉状のイオン交換樹脂の場合では約６０〜
７０ｗｔ％程度である。脱水条件等を充分管理すればこ
の含水率のバラツキは更に縮減可能である。この使用済
樹脂に、前項で述べた性質を有する親水性バインダー粉
体（カルボキシル・メチル・セルローズ、ポリビニルア
ルコール、メチルセルローズ・ヒドロキシプロピルメチ
ルセルローズ、又は無機系セメント類など）およびセル
ローズ系繊維状バインダーを各々適当量添加した後充分
撹拌混合する。（上記２種のバインダーを適当な配合割
合でプレミックスしたものを上記使用済イオン交換樹脂
中に投入して撹拌混合してもよい。）このようにして得
た、適当な含水率を有する、水で湿潤した状態の混合物
を、次に、タブレッティング造粒機やブリケッティング
造粒機によるプレス成形、又は押出造粒機による押出し
及び適当な長さへの切断、によって、ペレット状に造粒
する。この得られたペレットは後に水と接触しても膨潤
しにくい耐膨潤性ペレットとなる。このペレットを例え
ばセメントの如き無機系固化材または有機系固化材で固
化することによって、膨潤の少い安定な固化体が得られ
る。

【０００９】上記の造粒に供する時の前記混合物の含水
率が非常に重要であり、約３０ｗｔ％以上であれば耐候
性にすぐれ、かつ固形化時の膨潤現象を防止できる耐膨
潤性ペレットが得られる（図４参照）。すなわち、図４
は造粒後３日経過したときのペレットの体積に比べて造
粒後７日経過時のそれがどの程度増大したかで表わした
膨潤性と、造粒時の含水率との関係を示した図である
が、この図から造粒時含水率が約３０ｗｔ％以上であれ
ばペレットの膨潤性が小さいことがわかる。

【００１０】また、造粒時の含水率は造粒性に影響を及
ぼす。図５は、造粒の歩留り（即ち造粒ペレットの不良
率の逆数）で表わした造粒性と、造粒時の含水率との関
係を示した図であり、これより、適当な造粒時含水率
は、タブレッティング造粒の場合には約３０〜５０ｗｔ
％、ブリケッティング造粒の場合には約３５〜５５ｗｔ
％、押出造粒の場合は約５０〜６０ｗｔ％である。

【００１１】なお、前記のセルローズ系繊維状バインダ
ーは、造粒時の混合物の含水率が約５０ｗｔ％以上のと
きは、必ずしも添加の必要はない。

【００１２】以下に幾つかの具体的実施例を述べる。

【００１３】実施例１水で湿潤した状態にある使用済ビーズ状イオン交換樹脂
（重量比でアニオン交換樹脂２，カチオン交換樹脂１の
割合の混合物）の含水率を測定したら４８ｗｔ％であっ
た。この樹脂中に、親水性バインダーとしてメチルセル
ローズ・ヒドロキシプロピルメチルセルロース粉体（信
越化学（株）製商品名「メトローズ」）１５ｗｔ％およ
びセルローズ系繊維状バインダーとして細かい繊維状の
セルローズパウダー（国策パルプ（株）製商品名「ＫＣ
フロック」）５ｗｔ％を配合し、充分混合した後、タブ
レッティング造粒機にてプレス成形圧５００ｋｇ／ｃｍ
²で直径２８ｍｍ、長さ２０ｍｍのペレットを造粒し
た、このペレットを大気中に約１カ月放置したが、膨潤
は見られず初期強度を維持している事が確認できた。こ
のペレットを２０リットルドラム缶に収納し、ケイ酸ナ
トリウム系水硬性固化材（水／セメント比０．３２）を
注入して固化させた後、２８日養生を室温で行なった。
その後、固化体を破壊し、断面を観察したが、膨潤、ク
ラック等の異常は認められず、安定性のすぐれた固化体
を得る事が出来た。

【００１４】これを行なった設備の概略図を図１に示
す。図中、１は湿潤状態の使用済イオン交換樹脂を入れ
たタンク、２および３は夫々上記の親水性バインダーお
よびセルローズ系繊維状バインダーを入れたタンク、４
はスクリューフィーダ付きホッパー、５−１はピストン
により粉体をプレス成形するタブレッティング造粒機、
６はドラム缶、８は水硬化性固化材を入れたタンク、９
は水タンク、１０はミキサー付きホッパーである。

【００１５】実施例２水で湿潤している使用済のアニオン交換樹脂とカチオン
交換樹脂が重量比で２：１に混合されているビーズ状の
使用済イオン交換樹脂の含水率を測定したら６０ｗｔ％
であった。このビーズ状樹脂中に、親水性バインダーと
してＣＭＣ（カルボキシル・メチルセルローズ）粉体１
５ｗｔ％およびセルローズ系繊維状バンダーとしてセル
ローズパウダー５ｗｔ％を配合し、充分混合した後、こ
れをブリケッティング造粒機で線圧約１０トン／ｃｍで
造粒しアーモンド型ペレットを得た。このペレットの密
度は約０．９〜１．０／ｃｍ³ で、室内放置２か月後の
密度にも殆ど変化は見られず、耐候性にすぐれている事
がわかった。このペレットを２０リットルドラム缶中に
充填し、Ｃ種高炉セメントスラリー（水／セメント比＝
０．３０，減水剤１％添加）を注入して固化させ、２カ
月経過後、固化体を２分割してその断面を観察したが、
膨潤クラック等の異常は認められなかった。本実施例に
用いた設備の概略図を図２に示す。５−２は、ペレット
の型を表面に刻んだ１対の回転ロール間で粉体をプレス
成形するブリケッティング造粒機である。その他の符号
は図１と同様である。

【００１６】実施例３水で湿潤している使用済の粉状アニオン交換樹脂とカチ
オン交換樹脂が重量比２：１に混合されている粉状の使
用済イオン交換樹脂の含水率を測定したら６０％であっ
た。この粉状樹脂中に、親水性バインダーとして超早強
セメントを２０ｗｔ％、セルローズ系繊維状バンダーと
してセルローズパウダーを６．７ｗｔ％配合し、充分混
合した後、タブレッティング造粒機を使用してプレス圧
８００ｋｇ／ｃｍ² でペレットを製作し、実施例２と同
様にドラム缶に充填し固化材で固化後、固化体破断面の
観察を行なったが、異常は認められなかった。固化体作
製に用いた設備は図１と同様のものである。

【００１７】実施例４水で湿潤している使用済ビーズ状イオン交換樹脂（重量
比でアニオン交換樹脂２：カチオン交換樹脂１の混合
体）の含水率を測定したら５５ｗｔ％であった。この樹
脂中に、親水性バインダーとしてメチルセルロース・ヒ
ドロキシプロピルメチルセルロース粉体を２０ｗｔ％お
よびセルローズ系繊維状バインダーとしてセルロースパ
ウダー６．７ｗｔ％を添加し、更に若干量の水を加え、
充分混練撹拌した。この混練物の含水率を測定したら５
３ｗｔ％であった。これを、真空押出機の先端に直径約
２８ｍｍのノズルをつけて、棒状に押出成形し、長さ２
８ｍｍに切断してペレットとした。このペレットを自然
放置１カ月後２０リットルドラム缶に収納し、Ｃ種高炉
セメント（水／セメント比０．３０、減水剤１ｗｔ％添
加）スラリーを注入して固化させた。実施例３と同様に
固化体の破断面の観察、密度変化の測定を行なったが、
異常は認められなかった。

【００１８】図３は本実施例で用いた設備の概略図であ
り、５−３はホッパ４から入った粉体をスクリューによ
り右方のノズルから棒状に押し出す押出機であり、この
押し出された棒状物を切断してペレットにする。他の符
号は図１と同様である。

【００１９】実施例５使用済ビーズ状イオン交換樹脂（重量比でアニオン交換
樹脂２：カチオン交換樹脂１の混合体）を所定のＰＨに
調整した後、遠心薄膜乾燥機にて粉体化作業を行なっ
た。得られた粉体の含水率は１．３ｗｔ％であった。こ
の粉体中に親水性バインダーとしてメチルセルロース・
ヒドロキシプロピルメチルセルロース粉体を１５ｗｔ
％、セルローズ系繊維状バインダーとしてセルロースパ
ウダーを３ｗｔ％および水若干量を添加し、充分混合撹
拌を行い、プレス成形用粉体を得た。この粉体の含水率
は３２ｗｔ％であった。この粉体をタブレッティング造
粒機で５００ｋｇ／ｃｍ² のプレス圧で直径２８ｍｍ、
長さ２０ｍｍのペレットに成形した。このペレットを２
０リットルドラム缶中に充填し、不飽和ポリエステル系
プラスチック注入固化材、およびケイ酸ナトリウム系水
硬性固化材を夫々使って固化体各々１体を作成した。上
記固化材の注入後、室内で常温養生を２８日実施後、固
化体の破断面を観察したが、異常な膨潤、クラック等は
なく、良好な固化体が得られた。

【００２０】実施例６水で湿潤している使用済ビーズ状イオン交換樹脂（重量
比でアニオン交換樹脂２：カチオン交換樹脂１の混合
体）の含水率を測定したら４７ｗｔ％であった。親水性
バインダーとして３ｗｔ％のＣＭＣ水溶液を作り、これ
を該使用済樹脂に１０ｗｔ％加え、更に、繊維状バイン
ダーを５ｗｔ％加え、ブリケット造粒機でペレットにし
た。このペレットを１カ月大気に放置後２０リットルド
ラム缶に充填し、Ｃ種高炉セメント（水／セメント比
０．３０、減水剤１％添加）スラリーを注入して固化体
とし、２８日経過後、破断面を観察したがペレットの膨
潤は認められなかった。

【００２１】実施例１〜５では親水性バインダーは粉末
のまま添加したが、本実施例６ではこれを予め水溶液の
形にしておいて添加する点に特徴がある。

【００２２】

【発明の効果】使用済のイオン交換樹脂は、一般に、遠
心脱水機等で脱水しても、所定量の水分を保持してい
る。請求項１の発明では、この保持している水を、遠心
薄膜乾燥機等で乾燥粉体化をせずに、逆に利用する。即
ち、水と接触することによってより強固になる性質を有
する親水性バインダーと、粒子間の結合力を強めるセル
ロース系繊維状バインダーを、水で湿潤した状態の使用
済イオン交換樹脂に添加して、プレス成形または押出成
形による造粒に適合した含水率の水湿潤状態の混合粉体
または混練物となし、これを所定の大きさのペレットに
造粒する。請求項２の発明では、水分を保持している使
用済イオン交換樹脂を、一旦、乾燥粉体化した後に、水
と共に上記二種のバインダーを添加して、適当な含水率
の水湿潤状態の混合粉体となし、同様にペレットに造粒
する。バインダーの添加量および造粒時の混合物の含水
量を適切にすることによって、造粒性が良く、またペレ
ットの膨潤も阻止でき、ペレットを水硬性固化材で固化
させても該固化材スラリーの自由水に原因する膨潤現象
が防止可能である。

【００２３】また造粒に供する前記混合物の含水率次第
で、タブレッティング造粒機、ブリケッティング造粒
機、押出形成機のいずれでも採用出来るメリットもあ
る。

【００２４】適当な数値を概略的に述べると、バインダ
ー添加量約１０ｗｔ％以上であり、ペレット膨潤阻止可
能な造粒時含水率は約３０ｗｔ％以上であり、この含水
率はタブレッティング造粒機の場合には約３０〜５０ｗ
ｔ％、ブリケッティング造粒機の場合は約３５〜５５ｗ
ｔ％、押出造粒機の場合は約５０〜６０ｗｔ％が適当で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】タブレッティング造粒機を用いる本発明の実施
設備の概略図

【図２】ブリケッティング造粒機を用いる本発明の実施
設備の概略図

【図３】押出時成形による造粒機を用いる本発明の実施
設備の概略図

【図４】造粒時含水率とペレットの膨潤性との関係を示
す図

【図５】造粒時含水率と各種造粒機での造粒性との関係
を示す図

【符号の説明】

１…脱水され、湿潤している使用済イオン交換樹脂の入
ったタンク２…親水性粉体バインダーの入ったタンク３…セルローズ系繊維状バインダーの入ったタンク４…混合機５−１…タブレッティング造粒機５−２…ブリケッティング造粒機５−３…押出式造粒機６…２００リットルドラム容器（コンクリート内巻きつ
き）８…水硬性固化材の入ったタンク９…水タンク１０…混練装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木内好正茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者玉田慎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者服部康雄茨城県日立市幸町三丁目２番２号日立ニユークリアエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水で湿潤した状態にある粒状もしくは粉
状の使用済イオン交換樹脂に、水に接触することによっ
てバインド効果を増す性質を有する親水性バインダー
と、粒子間の結合を強化するセルローズ系繊維状バイン
ダーとを添加して、適当な含水率の混合物を作り、これ
をプレス成形もしくは押出成形して耐膨潤性ペレットに
し、このペレットを無機系固化材または有機系固化材で
固形化することを特徴とする使用済イオン交換樹脂の固
化方法。
【請求項２】粒状もしくは粉状の使用済イオン交換樹
脂を遠心薄膜乾燥機で乾燥粉体化し、この乾燥粉体に、
水に接触することによってバインド効果を増す性質を有
する親水性バインダーと、粒子間の結合を強化するセル
ローズ系繊維状バインダーと、水とを添加して適当な含
水率の混合物を作り、これをプレス成形もしくは押出成
形して耐膨潤性ペレットにし、このペレットを無機系固
化材または有機系固化材で固形化すること特徴とする使
用済イオン交換樹脂の固化方法。
【請求項３】前記親水性バインダーは適当濃度の水溶
液となした上で、前記セルローズ系繊維状バインダーと
共に添加して、適当な含水率の前記混合物を作ることを
特徴とする請求項１又は２の使用済イオン交換樹脂の固
化方法。