JPH06102397A - 廃棄物の固化方法及びその装置並びに固化体及び固化材 - Google Patents
廃棄物の固化方法及びその装置並びに固化体及び固化材Info
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- JPH06102397A JPH06102397A JP4249937A JP24993792A JPH06102397A JP H06102397 A JPH06102397 A JP H06102397A JP 4249937 A JP4249937 A JP 4249937A JP 24993792 A JP24993792 A JP 24993792A JP H06102397 A JPH06102397 A JP H06102397A
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- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/008—Apparatus specially adapted for mixing or disposing radioactively contamined material
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
- G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
- G21F9/302—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
- G21F9/304—Cement or cement-like matrix
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は不燃性の雑固体廃棄物，焼却灰
等の廃棄物の固化において、廃棄物に含まれる両性金属
と固型化材との反応による水素ガスの発生を防止し、人
工バリアとしての性能が確保された健全な固化体を提供
することにある。 【構成】本発明では両性金属と固型化材との反応抑制の
ため、 （１）固化材に両性金属の表面に保護皮膜を生成する （２）固化材にセメントの水和反応を促進する （３）固化材のアルカリ度の低減化 の３つの手段のいずれか１つまたは任意の複数を実施す
ることを特徴とする。 【効果】本発明によれば、廃棄物をその分別や前処理を
必要としない簡便な方法で健全な固化体を作成すること
ができる。
等の廃棄物の固化において、廃棄物に含まれる両性金属
と固型化材との反応による水素ガスの発生を防止し、人
工バリアとしての性能が確保された健全な固化体を提供
することにある。 【構成】本発明では両性金属と固型化材との反応抑制の
ため、 （１）固化材に両性金属の表面に保護皮膜を生成する （２）固化材にセメントの水和反応を促進する （３）固化材のアルカリ度の低減化 の３つの手段のいずれか１つまたは任意の複数を実施す
ることを特徴とする。 【効果】本発明によれば、廃棄物をその分別や前処理を
必要としない簡便な方法で健全な固化体を作成すること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は廃棄物の固化（固型化）
方法及びその装置並びに固化によって得られる固化材及
びその固化材に係わり、特に原子力発電所から発生する
不燃性の雑固体廃棄物あるいは可燃性雑固体の焼却処理
で発生する焼却灰の固化方法及びその装置並びに固化に
よって得られる固化材及びその固化材に関する。
方法及びその装置並びに固化によって得られる固化材及
びその固化材に係わり、特に原子力発電所から発生する
不燃性の雑固体廃棄物あるいは可燃性雑固体の焼却処理
で発生する焼却灰の固化方法及びその装置並びに固化に
よって得られる固化材及びその固化材に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電所等から発生する放射性廃棄
物を最終的に地下埋設処分するためには、廃棄物に含ま
れる放射性核種が外部に拡散しにくいような処理を施
す、即ち廃棄物を専用容器内に安定な形態に固型化処理
して人工的なバリアを付与することが要求されている。
このような固型化材料には、従来よりアスファルト，プ
ラスチック，セメントをはじめとする水硬性固化材，モ
ルタル，コンクリートは一般的な材料で、かつ安価で強
度等の物性に優れた材料であり、放射性，非放射性に係
わらず廃棄物の固型化材に広く使用されている。特にセ
メント系の固化材は安価であり、取扱，固化操作が容易
であるため広く用いられている。セメントの中は一般に
高アルカリ性であり、放射性核種であるコバルト−６０
やニッケル−６３，超ウラン元素等が水酸化物沈殿とし
て固定化されるため、放射性核種を封じ込める人工バリ
ア材として好適である。耐熱性，耐放射線性に優れるこ
とも利点の一つとしてあげられる。
物を最終的に地下埋設処分するためには、廃棄物に含ま
れる放射性核種が外部に拡散しにくいような処理を施
す、即ち廃棄物を専用容器内に安定な形態に固型化処理
して人工的なバリアを付与することが要求されている。
このような固型化材料には、従来よりアスファルト，プ
ラスチック，セメントをはじめとする水硬性固化材，モ
ルタル，コンクリートは一般的な材料で、かつ安価で強
度等の物性に優れた材料であり、放射性，非放射性に係
わらず廃棄物の固型化材に広く使用されている。特にセ
メント系の固化材は安価であり、取扱，固化操作が容易
であるため広く用いられている。セメントの中は一般に
高アルカリ性であり、放射性核種であるコバルト−６０
やニッケル−６３，超ウラン元素等が水酸化物沈殿とし
て固定化されるため、放射性核種を封じ込める人工バリ
ア材として好適である。耐熱性，耐放射線性に優れるこ
とも利点の一つとしてあげられる。
【０００３】原子力発電所から発生する放射性廃棄物に
は、定期検査等の現場作業で発生する配管，バルブ類，
金属廃材，保温材，コンクリート片，使用済みのＨＥＰ
Ａフィルタ等の不燃性の雑固体廃棄物がある。また、可
燃性の雑固体廃棄物を焼却処理したときに発生する焼却
灰がある。可燃性の廃棄物を焼却した後の焼却灰や不燃
性の雑固体廃棄物中には、アルミニウムや亜鉛といった
金属が含まれている場合がしばしばあり、またガス炉で
はMagnox燃料を構成するスプリッタにアルミニウム合金
が使われており、使用済み燃料に伴って廃アルミニウム
合金が発生する。従って、これらの金属を健全な人工バ
リア機能を有した状態でこれらの廃棄物を固型化処理す
る技術の開発が求められている。しかし、これらの廃棄
物はそのままドラム缶に詰め、発電所内に保管されてい
るのが現状であり、安定な固化体に固型化処理し、地下
埋設処分することが強く望まれている。
は、定期検査等の現場作業で発生する配管，バルブ類，
金属廃材，保温材，コンクリート片，使用済みのＨＥＰ
Ａフィルタ等の不燃性の雑固体廃棄物がある。また、可
燃性の雑固体廃棄物を焼却処理したときに発生する焼却
灰がある。可燃性の廃棄物を焼却した後の焼却灰や不燃
性の雑固体廃棄物中には、アルミニウムや亜鉛といった
金属が含まれている場合がしばしばあり、またガス炉で
はMagnox燃料を構成するスプリッタにアルミニウム合金
が使われており、使用済み燃料に伴って廃アルミニウム
合金が発生する。従って、これらの金属を健全な人工バ
リア機能を有した状態でこれらの廃棄物を固型化処理す
る技術の開発が求められている。しかし、これらの廃棄
物はそのままドラム缶に詰め、発電所内に保管されてい
るのが現状であり、安定な固化体に固型化処理し、地下
埋設処分することが強く望まれている。
【０００４】不燃性雑固体廃棄物や焼却灰をセメント等
のアルカリ系の固化材で固化した場合、しばしば物性の
好ましくない固化体ができることが指摘されている。そ
の原因としてこれらの廃棄物にはセメント中のアルカリ
成分と反応して水素ガスを発生する金属片、あるいは金
属粉が微量含まれており、セメントが硬化する途中でア
ルミニウム等の金属と反応して水素を発生させ、その水
素が固化体中に気泡や亀裂を発生させることが明らかに
なってきた。しかし、金属同志は外観も類似しており、
該当する金属片や金属粉だけを廃棄物中から分別するこ
とは物理的に困難な状況にある。
のアルカリ系の固化材で固化した場合、しばしば物性の
好ましくない固化体ができることが指摘されている。そ
の原因としてこれらの廃棄物にはセメント中のアルカリ
成分と反応して水素ガスを発生する金属片、あるいは金
属粉が微量含まれており、セメントが硬化する途中でア
ルミニウム等の金属と反応して水素を発生させ、その水
素が固化体中に気泡や亀裂を発生させることが明らかに
なってきた。しかし、金属同志は外観も類似しており、
該当する金属片や金属粉だけを廃棄物中から分別するこ
とは物理的に困難な状況にある。
【０００５】このような固化時の問題点を解決したもの
として、特公平2−62200号公報，特開平4-200680号公報
及び特開昭57−51163公報に記載されたものがある。
として、特公平2−62200号公報，特開平4-200680号公報
及び特開昭57−51163公報に記載されたものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特公平2−62200号公報
には、焼却灰をセメントで固化するにあたり、焼却灰と
アルカリを予め混合し固化前に水素ガスの発生をある程
度終了させておき、セメントと焼却灰との混合後の水素
発生を抑制する方法が開示されている。また同公報に
は、焼却灰であるＺｎＯやＰｂＯがセメント固化時の水
和反応の進行を阻害することが開示されている。
には、焼却灰をセメントで固化するにあたり、焼却灰と
アルカリを予め混合し固化前に水素ガスの発生をある程
度終了させておき、セメントと焼却灰との混合後の水素
発生を抑制する方法が開示されている。また同公報に
は、焼却灰であるＺｎＯやＰｂＯがセメント固化時の水
和反応の進行を阻害することが開示されている。
【０００７】しかし、前者の方法によれば、焼却灰のセ
メント固化において前処理工程が必要となり、アルミニ
ウム等の金属の含有量が多いときには前処理に長時間を
要する。逆に両性金属を含有していない焼却灰に対して
も無駄な前処理を施す結果となる。また、この前処理工
程で金属は溶解するので金属が汚染している場合や放射
化している場合には、放射性核種を処理溶液に分散する
結果となり、固化体の人工バリアとしての隔離性能を確
保するためには、新たな対策が必要となる。更に、前処
理工程で可燃性ガスである水素を多量に発生すること
は、安全上好ましくない。
メント固化において前処理工程が必要となり、アルミニ
ウム等の金属の含有量が多いときには前処理に長時間を
要する。逆に両性金属を含有していない焼却灰に対して
も無駄な前処理を施す結果となる。また、この前処理工
程で金属は溶解するので金属が汚染している場合や放射
化している場合には、放射性核種を処理溶液に分散する
結果となり、固化体の人工バリアとしての隔離性能を確
保するためには、新たな対策が必要となる。更に、前処
理工程で可燃性ガスである水素を多量に発生すること
は、安全上好ましくない。
【０００８】また後者の水和に関する記述は、ＺｎＯや
ＰｂＯがセメント固化時の水和反応の進行を阻害するこ
とが開示されているのみであり、水和反応を促進するこ
とが水素の発生を抑制できるとする本願発明の要旨とは
全く関係ない。
ＰｂＯがセメント固化時の水和反応の進行を阻害するこ
とが開示されているのみであり、水和反応を促進するこ
とが水素の発生を抑制できるとする本願発明の要旨とは
全く関係ない。
【０００９】二番目の特開平4−200680 号公報には、ア
ルミニウムを含有する不燃性雑固体のセメント固化にお
いて、固化時のセメント中のアルカリ成分を制御し、セ
メントの混練後の混練物であるセメントペーストのｐＨ
を１３以下に低減することにより、水素発生を抑制した
固化体を作成する方法が開示されている。
ルミニウムを含有する不燃性雑固体のセメント固化にお
いて、固化時のセメント中のアルカリ成分を制御し、セ
メントの混練後の混練物であるセメントペーストのｐＨ
を１３以下に低減することにより、水素発生を抑制した
固化体を作成する方法が開示されている。
【００１０】しかし、同公報に開示された方法によれ
ば、ペーストのｐＨを低減することにより水素の発生を
低減することができるが、発生量をほぼゼロとみなせる
レベルまで下げることはできない。また、前述したよう
に高アルカリであることがコバルト−６０，ニッケル−
６３等が安定して固化される要件であるので、セメント
のｐＨを下げ過ぎると、セメント本来の持つ放射性核種
を安定に固化できる機能を低下させる結果となる。
ば、ペーストのｐＨを低減することにより水素の発生を
低減することができるが、発生量をほぼゼロとみなせる
レベルまで下げることはできない。また、前述したよう
に高アルカリであることがコバルト−６０，ニッケル−
６３等が安定して固化される要件であるので、セメント
のｐＨを下げ過ぎると、セメント本来の持つ放射性核種
を安定に固化できる機能を低下させる結果となる。
【００１１】このような金属がセメントのようなアルカ
リ性の物質と反応し、水素を発生する問題は必ずしも放
射性廃棄物処理固有の問題ではなく、一般の産業廃棄物
の分野でも問題視されている。特開昭57−51163 号公報
では、都市ゴミの焼却灰や産業廃棄物を固化材に相当す
る添加剤や結合剤を加えて成形するときに、アルミニウ
ムがアルカリと反応して水素を発生するという事象に対
して、アルミニウムが水素ガスを発生せずに安定なｐＨ
５〜９の中性に近い条件において所定の成形物を得る方
法、及び事前にｐＨ１０〜１２という高アルカリ条件下
で含有アルミニウムを全て反応させた後に所定の成形物
を作成することにより、物性の優れた成形物ができるこ
とを開示している。
リ性の物質と反応し、水素を発生する問題は必ずしも放
射性廃棄物処理固有の問題ではなく、一般の産業廃棄物
の分野でも問題視されている。特開昭57−51163 号公報
では、都市ゴミの焼却灰や産業廃棄物を固化材に相当す
る添加剤や結合剤を加えて成形するときに、アルミニウ
ムがアルカリと反応して水素を発生するという事象に対
して、アルミニウムが水素ガスを発生せずに安定なｐＨ
５〜９の中性に近い条件において所定の成形物を得る方
法、及び事前にｐＨ１０〜１２という高アルカリ条件下
で含有アルミニウムを全て反応させた後に所定の成形物
を作成することにより、物性の優れた成形物ができるこ
とを開示している。
【００１２】しかし、前者の方法は、ｐＨが５〜９以外
の媒質（例えばセメント系の水硬性固化材）を用いて固
型化することは困難である。また、後者の方法は、事前
にアルカリ雰囲気でアルミニウムを前処理した後、固型
化する方法では特願平2− 62200 号公報に開示されて
いる方法と同様の問題がある。
の媒質（例えばセメント系の水硬性固化材）を用いて固
型化することは困難である。また、後者の方法は、事前
にアルカリ雰囲気でアルミニウムを前処理した後、固型
化する方法では特願平2− 62200 号公報に開示されて
いる方法と同様の問題がある。
【００１３】本発明の第１の目的は、廃棄物をアルカリ
性の固化材で固化する処理において、廃棄物の前処理や
分別処理を必要としない、かつ固化材の特性を十分に発
揮でき、廃棄物に含まれる両性金属と固化材の反応によ
る水素ガスの発生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固
化装置並びに固化体及び固化材を提供することにある。
性の固化材で固化する処理において、廃棄物の前処理や
分別処理を必要としない、かつ固化材の特性を十分に発
揮でき、廃棄物に含まれる両性金属と固化材の反応によ
る水素ガスの発生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固
化装置並びに固化体及び固化材を提供することにある。
【００１４】本発明の第２の目的は、廃棄物をアルカリ
性の固化材で固化する処理において、前処理工程で、廃
棄物に含まれる両性金属と固化材の反応による水素ガス
の発生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固化装置並び
に固化体及び固化材を提供することにある。
性の固化材で固化する処理において、前処理工程で、廃
棄物に含まれる両性金属と固化材の反応による水素ガス
の発生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固化装置並び
に固化体及び固化材を提供することにある。
【００１５】本発明の第３の目的は、廃棄物をアルカリ
性の固化材で固化する処理において、廃棄物に含まれる
両性金属と固化材の反応による水素ガスの発生をほぼゼ
ロにする廃棄物の固化方法及び固化装置又は水素ガスの
発生をほぼゼロにした固化体を提供することにある。
性の固化材で固化する処理において、廃棄物に含まれる
両性金属と固化材の反応による水素ガスの発生をほぼゼ
ロにする廃棄物の固化方法及び固化装置又は水素ガスの
発生をほぼゼロにした固化体を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記第１及び第２の目的
は、廃棄物をアルカリ性の固化材で固化する処理におい
て、固化処理時に、廃棄物に含まれる両性金属の表面に
保護皮膜を生成することにより達成される。
は、廃棄物をアルカリ性の固化材で固化する処理におい
て、固化処理時に、廃棄物に含まれる両性金属の表面に
保護皮膜を生成することにより達成される。
【００１７】また、前記第２の目的は、廃棄物をアルカ
リ性の固化材で固化する処理において、固化処理前に、
廃棄物に含まれる両性金属の表面に保護皮膜を生成する
ことにより達成される。
リ性の固化材で固化する処理において、固化処理前に、
廃棄物に含まれる両性金属の表面に保護皮膜を生成する
ことにより達成される。
【００１８】また、前記第１及び第２の目的は、廃棄物
をアルカリ性の固化材で固化する処理において、固化処
理時に、固化材の水和反応を促進することによっても達
成される。
をアルカリ性の固化材で固化する処理において、固化処
理時に、固化材の水和反応を促進することによっても達
成される。
【００１９】さらに、前記第３の目的は、廃棄物をアル
カリ性の固化材で固化する処理において、廃棄物に含ま
れる両性金属の表面に保護皮膜を生成する、固化材の水
和反応を促進する、本来固化材の有しているアルカリ度
を低下させることのうち少なくとも２つ以上の手段を用
いることによって達成される。
カリ性の固化材で固化する処理において、廃棄物に含ま
れる両性金属の表面に保護皮膜を生成する、固化材の水
和反応を促進する、本来固化材の有しているアルカリ度
を低下させることのうち少なくとも２つ以上の手段を用
いることによって達成される。
【００２０】本発明で言う両性金属には酸性液中でもア
ルカリ性液中でも溶解してイオン化し、同時に水素を発
生する性質を持つ金属で、具体的にはアルミニウム，亜
鉛，すず，鉛及びこれらの金属を主成分とする合金等が
該当する。
ルカリ性液中でも溶解してイオン化し、同時に水素を発
生する性質を持つ金属で、具体的にはアルミニウム，亜
鉛，すず，鉛及びこれらの金属を主成分とする合金等が
該当する。
【００２１】また、本発明で言うアルカリ性固化材とし
ては、セメント系の水硬性固化材が一般的である。セメ
ント系の水硬性固化材にはＣａＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3
を主成分とする普通ポルトランドセメント，早強ポルト
ランドセメント，耐硫酸塩ポルトランドセメント，高炉
セメント，シリカセメント，ケイ酸ナトリウム（水ガラ
ス），フライアッシュセメント，アルミナセメント，膨
張セメント，油井セメント等を水と混練したペースト、
それに砂等の粉末状骨材を配合したモルタル、さらに砂
利等の粒状の粗骨材を配合したコンクリートが該当す
る。
ては、セメント系の水硬性固化材が一般的である。セメ
ント系の水硬性固化材にはＣａＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3
を主成分とする普通ポルトランドセメント，早強ポルト
ランドセメント，耐硫酸塩ポルトランドセメント，高炉
セメント，シリカセメント，ケイ酸ナトリウム（水ガラ
ス），フライアッシュセメント，アルミナセメント，膨
張セメント，油井セメント等を水と混練したペースト、
それに砂等の粉末状骨材を配合したモルタル、さらに砂
利等の粒状の粗骨材を配合したコンクリートが該当す
る。
【００２２】
【作用】アルカリ性固化材と両性金属の反応を模式的に
あらわすと次のように表すことができる。
あらわすと次のように表すことができる。
【００２３】 金属＋水＋水酸イオン → 金属の水酸化物イオン＋水素 （数１） 数１を用いて各解決するための手段を説明する。
【００２４】第１に、保護皮膜を形成する手段を説明す
る。この手段は、数１の左辺において、金属自身に作用
し、金属表面に保護皮膜、即ちイオンの拡散を遅延する
層を形成することにより、式１の反応速度を低下させ
る、即ち水素発生速度を低下させる。前記保護皮膜を形
成するには薬剤を添加することが望ましい。この保護皮
膜には大別して（１）酸化皮膜（不動態皮膜）（２）沈
殿皮膜（３）吸着皮膜の三つのタイプがある。このう
ち、両性金属の酸化皮膜はアルカリ中で耐食性がなく、
酸化皮膜を生成するタイプの薬剤は、アルカリ性固化材
中で使用するのには適切ではなく、アルカリ性固化材中
では沈殿皮膜，吸着皮膜を生成する薬剤が適すること
を、発明者らの実験によってわかった。両性金属の表面
に不溶性の沈殿皮膜を生成するタイプの薬剤としては、
無機リン酸塩及びその中性塩，有機リン酸塩及びその中
性塩（ホスホン酸塩），重合リン酸塩及びその中性塩，
ポリリン酸珪素，ケイ酸塩及びその中性塩，重合ケイ酸
塩及びその中性塩，硝酸塩，リチウムを含有する無機塩
等がある。又、金属表面に静電的にまたは化学的に吸着
し皮膜を形成するタイプの薬剤としては、アミン類，メ
ルカプタン及びアルキルベンゼンスルホン酸類のように
極性基に窒素，酸素，燐，イオウ等の電気陰性度の高い
元素を含む有機化合物、並びにヒドロキシキノリン等の
キレート化剤等がある。これらの薬剤を、例えば固化材
に配合して、水で混練し、廃棄物を固型化する際には、
これらの薬剤は水に溶解，分散し、廃棄物中の両性金属
表面で作用し皮膜を形成する。
る。この手段は、数１の左辺において、金属自身に作用
し、金属表面に保護皮膜、即ちイオンの拡散を遅延する
層を形成することにより、式１の反応速度を低下させ
る、即ち水素発生速度を低下させる。前記保護皮膜を形
成するには薬剤を添加することが望ましい。この保護皮
膜には大別して（１）酸化皮膜（不動態皮膜）（２）沈
殿皮膜（３）吸着皮膜の三つのタイプがある。このう
ち、両性金属の酸化皮膜はアルカリ中で耐食性がなく、
酸化皮膜を生成するタイプの薬剤は、アルカリ性固化材
中で使用するのには適切ではなく、アルカリ性固化材中
では沈殿皮膜，吸着皮膜を生成する薬剤が適すること
を、発明者らの実験によってわかった。両性金属の表面
に不溶性の沈殿皮膜を生成するタイプの薬剤としては、
無機リン酸塩及びその中性塩，有機リン酸塩及びその中
性塩（ホスホン酸塩），重合リン酸塩及びその中性塩，
ポリリン酸珪素，ケイ酸塩及びその中性塩，重合ケイ酸
塩及びその中性塩，硝酸塩，リチウムを含有する無機塩
等がある。又、金属表面に静電的にまたは化学的に吸着
し皮膜を形成するタイプの薬剤としては、アミン類，メ
ルカプタン及びアルキルベンゼンスルホン酸類のように
極性基に窒素，酸素，燐，イオウ等の電気陰性度の高い
元素を含む有機化合物、並びにヒドロキシキノリン等の
キレート化剤等がある。これらの薬剤を、例えば固化材
に配合して、水で混練し、廃棄物を固型化する際には、
これらの薬剤は水に溶解，分散し、廃棄物中の両性金属
表面で作用し皮膜を形成する。
【００２５】これらの薬剤の添加量は、固化材に対して
０.１ 〜１０％が適量であり、固化処理前に金属に直接
保護皮膜を形成しても、固化時において固化材の混練前
に固化材粉末または混練水に配合しても、混練後にぺー
ストに添加しても同様の効果が得られる。
０.１ 〜１０％が適量であり、固化処理前に金属に直接
保護皮膜を形成しても、固化時において固化材の混練前
に固化材粉末または混練水に配合しても、混練後にぺー
ストに添加しても同様の効果が得られる。
【００２６】従って、第１の手段を用いれば第１及び第
２の目的を達成することができる。次に、第２のセメン
ト等の固化材の水和反応を促進させる手段について説明
する。この手段は、数１の左辺において反応に寄与する
水（自由水）を早期に結晶水化する、即ちセメントの水
和反応を促進することにより、数１の反応速度を低下さ
せる、即ち水素発生速度を低下させる作用を持つ。水和
反応を促進させるには、次のような薬剤を添加すること
が望ましい。水和反応を促進させる薬剤としては、カル
シウムを含有する無機塩(例えば塩化カルシウム，硝酸
カルシウム等)，ケイ酸ナトリウム（水ガラス），Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2Ｏ3の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，
明礬石（アルナイト）等がある。これら薬剤は、（１）
固化材ぺースト中のカルシウムイオンの濃度を高めるこ
とによりセメント成分の水和反応を加速する、（２）添
加薬剤自身がセメント成分と反応して新たな水和物を作
る、のいずれか、あるいは両方の作用をし、自由水を早
期に結晶水化する働きがある。さらに、発明者らは上記
カルシウムを含有する無機塩、及び重合リン酸塩は両性
金属表面に保護皮膜を形成する作用とセメントの水和反
応を促進する作用を併せ持つという好ましい性質がある
ことを実験的に明らかにした。
２の目的を達成することができる。次に、第２のセメン
ト等の固化材の水和反応を促進させる手段について説明
する。この手段は、数１の左辺において反応に寄与する
水（自由水）を早期に結晶水化する、即ちセメントの水
和反応を促進することにより、数１の反応速度を低下さ
せる、即ち水素発生速度を低下させる作用を持つ。水和
反応を促進させるには、次のような薬剤を添加すること
が望ましい。水和反応を促進させる薬剤としては、カル
シウムを含有する無機塩(例えば塩化カルシウム，硝酸
カルシウム等)，ケイ酸ナトリウム（水ガラス），Ｃａ
Ｏ，Ａｌ2Ｏ3の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，
明礬石（アルナイト）等がある。これら薬剤は、（１）
固化材ぺースト中のカルシウムイオンの濃度を高めるこ
とによりセメント成分の水和反応を加速する、（２）添
加薬剤自身がセメント成分と反応して新たな水和物を作
る、のいずれか、あるいは両方の作用をし、自由水を早
期に結晶水化する働きがある。さらに、発明者らは上記
カルシウムを含有する無機塩、及び重合リン酸塩は両性
金属表面に保護皮膜を形成する作用とセメントの水和反
応を促進する作用を併せ持つという好ましい性質がある
ことを実験的に明らかにした。
【００２７】これらの薬剤の添加量は、１０％以上添加
すると固化材の硬化に悪影響を及ぼすので、固化材に対
して０.１〜１０％、好ましくは０.１〜５％が適量であ
り、固化材の混練前に固化材粉末に配合しても、混練後
にぺーストに添加しても同様の効果が得られる。
すると固化材の硬化に悪影響を及ぼすので、固化材に対
して０.１〜１０％、好ましくは０.１〜５％が適量であ
り、固化材の混練前に固化材粉末に配合しても、混練後
にぺーストに添加しても同様の効果が得られる。
【００２８】従って、第２の手段を用いれば第１及び第
２の目的を達成することができる。最後に、第３の手段
である固化材が有するアルカリ度低下させる手段を説明
する。この手段は、数１の左辺において、固化材ぺース
ト中の水酸イオン濃度を低減する（ｐＨを下げる）作用
により、式１の反応速度を低下させる、即ち水素発生速
度を低下させる。たえば、固化材としてセメントを考え
る。セメント中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，
ＣａＯは、セメントと水とを混合すると下記反応により
アルカリ性を示す。
２の目的を達成することができる。最後に、第３の手段
である固化材が有するアルカリ度低下させる手段を説明
する。この手段は、数１の左辺において、固化材ぺース
ト中の水酸イオン濃度を低減する（ｐＨを下げる）作用
により、式１の反応速度を低下させる、即ち水素発生速
度を低下させる。たえば、固化材としてセメントを考え
る。セメント中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，
ＣａＯは、セメントと水とを混合すると下記反応により
アルカリ性を示す。
【００２９】 Ｎａ2Ｏ ＋ 水 → ２ＮａＯＨ Ｋ2Ｏ ＋ 水 → ２ＫＯＨ （数２） ＣａＯ ＋ 水 → Ｃａ（ＯＨ）2 従って、固化材中のアルカリ度を低減する方法、即ち固
化材中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの
含有割合を低減する方法としては、（１）本来Ｎａ
2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有量が少ない低アルカリセメントや白色
セメントを使用する方法と、（２）ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3
を主成分とする無機材をセメントに配合して希釈、即
ち、Ｎａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの含有割合をＳｉＯ2 ，Ａ
ｌ2Ｏ3等の酸化物と置換することによりＮａ2Ｏ，Ｋ
2Ｏ，ＣａＯの含有割合を低減化する方法がある。もち
ろん（２）の方法を（１）に適用して更に支障のない程
度にアルカリ度を低下させることもできる。ＳｉＯ2 ，
Ａｌ2Ｏ3を主成分とする無機材には砂，砂利等の骨材，
高炉スラグ，シリカフーム，フライアッシュ等の一般産
業における副産物が適当であるが、モンモリロナイト，
バーミキュライト，クリノプチロライト，クリストバラ
イト，カオリナイト等の放射性核種の吸着性能を有する
天然の無機材を添加すれば固化体の人工バリアとしての
性能を向上させる効果が付加される。
化材中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの
含有割合を低減する方法としては、（１）本来Ｎａ
2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有量が少ない低アルカリセメントや白色
セメントを使用する方法と、（２）ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3
を主成分とする無機材をセメントに配合して希釈、即
ち、Ｎａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの含有割合をＳｉＯ2 ，Ａ
ｌ2Ｏ3等の酸化物と置換することによりＮａ2Ｏ，Ｋ
2Ｏ，ＣａＯの含有割合を低減化する方法がある。もち
ろん（２）の方法を（１）に適用して更に支障のない程
度にアルカリ度を低下させることもできる。ＳｉＯ2 ，
Ａｌ2Ｏ3を主成分とする無機材には砂，砂利等の骨材，
高炉スラグ，シリカフーム，フライアッシュ等の一般産
業における副産物が適当であるが、モンモリロナイト，
バーミキュライト，クリノプチロライト，クリストバラ
イト，カオリナイト等の放射性核種の吸着性能を有する
天然の無機材を添加すれば固化体の人工バリアとしての
性能を向上させる効果が付加される。
【００３０】これら無機材の添加量はセメントと添加材
を合計した固形物あたりに５〜８０％の広範囲で選択で
きるが、固化材ペーストの注入性や強度を考慮すれば、
３０〜６０％の範囲が望ましい。
を合計した固形物あたりに５〜８０％の広範囲で選択で
きるが、固化材ペーストの注入性や強度を考慮すれば、
３０〜６０％の範囲が望ましい。
【００３１】本発明は、固化材と両性金属の反応抑制の
ために、主として薬剤を添加することによって（１）固
化材に両性金属の表面に保護皮膜を生成する、（２）固
化材のの水和反応を促進する、及び（３）固化材のアル
カリ度を低減する、の三つの手段を取ることを特徴とし
ているが、それぞれの手段は単独でも水素発生量低減効
果があり、複数で実施すればさらに大きな効果が得られ
る。特に（１）の薬剤はセメントの水和反応を遅延させ
る傾向があるので、（２）との併用が望ましい。 従っ
て、上記した三つの手段のうち少なくとも二つ以上の手
段を用いれば第３の目的を達成することができる。
ために、主として薬剤を添加することによって（１）固
化材に両性金属の表面に保護皮膜を生成する、（２）固
化材のの水和反応を促進する、及び（３）固化材のアル
カリ度を低減する、の三つの手段を取ることを特徴とし
ているが、それぞれの手段は単独でも水素発生量低減効
果があり、複数で実施すればさらに大きな効果が得られ
る。特に（１）の薬剤はセメントの水和反応を遅延させ
る傾向があるので、（２）との併用が望ましい。 従っ
て、上記した三つの手段のうち少なくとも二つ以上の手
段を用いれば第３の目的を達成することができる。
【００３２】
実施例１ 第１の実施例は、原子力発電所から発生する紙類，木
片，樹脂等を焼却処理したときに生じる焼却灰をセメン
ト系の水硬性固化材に保護皮膜形成用薬剤と水和反応促
進用薬剤を配合して容器内に安定に固型化する場合に関
するものである。本実施例を図１により説明する。ま
ず、固化容器１に焼却灰を所定量投入しておく。固化容
器１は通常のドラム缶でもよいが、コンクリートの内張
りが施してあるものが望ましい。固化材貯蔵タンク３よ
り定量供給装置４を介して混練機２へ固化材を所定の量
投入し、水タンク５から電磁バルブ６を介して混練水を
所定量注入する。さらに、保護皮膜形成用薬剤タンク７
より定量供給装置８を介して、本発明の両性金属表面に
保護皮膜を生成するための薬剤の中から選ばれた１種を
所定量、混練機２へ投入する。この薬剤は予め固化材又
混練水に配合しておいてもよいし、あるいは、保護皮膜
形成用薬剤タンク７を固化材貯蔵タンク３又は水タンク
５に配置し固化材又は混練水と配合するようにしてもよ
い。前者の場合は、保護皮膜形成用薬剤タンク７，定量
供給装置８は不要になる。混練機２の撹拌翼はこれらの
投入のあいだ作動させておくことが望ましい。また、β
−ナフタレン系の減水剤を固化材に対して１〜５％添加
することによって水／固化材比を低減することができ、
作成された固化体の物性を改善することができる。所定
の時間、混練した後、作成されたぺーストはシャッター
９を介して固化容器１へ注入される。この時、水和反応
促進用薬剤タンク１５より定量供給装置１６を介して、
本発明の水和反応促進用薬剤の中から選ばれた１種を所
定量、固化容器１に投入する。ここへ撹拌翼１０を挿入
し、焼却灰と固化材のぺーストを均一に混合する。撹拌
翼１０は切離し可能な機構を有しており、一定時間撹拌
した後、撹拌翼を切離し、上蓋をしてそのまま養生し固
化体が完成する。撹拌翼１０は、混練終了後、切り離さ
ずに引き抜いて繰返し使用することも可能である。水和
反応促進用薬剤は予め固化材に配合しておくことも可能
であるが、混練機でのポットライフを確保するために
は、固化容器１に固化材ぺーストを注入する際に添加す
るのが望ましい。固化材貯蔵タンク３にはセメント系の
水硬性固化材の粉末が貯蔵されているが、セメントのア
ルカリ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセメントが望ま
しい。また、骨材を予め配合しておくことも可能であ
る。
片，樹脂等を焼却処理したときに生じる焼却灰をセメン
ト系の水硬性固化材に保護皮膜形成用薬剤と水和反応促
進用薬剤を配合して容器内に安定に固型化する場合に関
するものである。本実施例を図１により説明する。ま
ず、固化容器１に焼却灰を所定量投入しておく。固化容
器１は通常のドラム缶でもよいが、コンクリートの内張
りが施してあるものが望ましい。固化材貯蔵タンク３よ
り定量供給装置４を介して混練機２へ固化材を所定の量
投入し、水タンク５から電磁バルブ６を介して混練水を
所定量注入する。さらに、保護皮膜形成用薬剤タンク７
より定量供給装置８を介して、本発明の両性金属表面に
保護皮膜を生成するための薬剤の中から選ばれた１種を
所定量、混練機２へ投入する。この薬剤は予め固化材又
混練水に配合しておいてもよいし、あるいは、保護皮膜
形成用薬剤タンク７を固化材貯蔵タンク３又は水タンク
５に配置し固化材又は混練水と配合するようにしてもよ
い。前者の場合は、保護皮膜形成用薬剤タンク７，定量
供給装置８は不要になる。混練機２の撹拌翼はこれらの
投入のあいだ作動させておくことが望ましい。また、β
−ナフタレン系の減水剤を固化材に対して１〜５％添加
することによって水／固化材比を低減することができ、
作成された固化体の物性を改善することができる。所定
の時間、混練した後、作成されたぺーストはシャッター
９を介して固化容器１へ注入される。この時、水和反応
促進用薬剤タンク１５より定量供給装置１６を介して、
本発明の水和反応促進用薬剤の中から選ばれた１種を所
定量、固化容器１に投入する。ここへ撹拌翼１０を挿入
し、焼却灰と固化材のぺーストを均一に混合する。撹拌
翼１０は切離し可能な機構を有しており、一定時間撹拌
した後、撹拌翼を切離し、上蓋をしてそのまま養生し固
化体が完成する。撹拌翼１０は、混練終了後、切り離さ
ずに引き抜いて繰返し使用することも可能である。水和
反応促進用薬剤は予め固化材に配合しておくことも可能
であるが、混練機でのポットライフを確保するために
は、固化容器１に固化材ぺーストを注入する際に添加す
るのが望ましい。固化材貯蔵タンク３にはセメント系の
水硬性固化材の粉末が貯蔵されているが、セメントのア
ルカリ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセメントが望ま
しい。また、骨材を予め配合しておくことも可能であ
る。
【００３３】次に具体的な実施例について述べる。固型
化した焼却灰の組成を表１に示す。
化した焼却灰の組成を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１の組成のように、焼却灰にはセメント
と反応するアルミニウム及びその酸化物，鉛，亜鉛が相
当量含まれていた。まず最初に固化材として普通ポルト
ランドセメントを用いて、水セメント比０.４ で混練し
たぺーストを注入して上記焼却灰を固型化した。焼却灰
と固化材ぺーストの体積比は１：１であった。その結
果、作成された固化体には水素が発生した痕跡と見られ
るボイドやクラックが発生した。そこで、表２に示すよ
うにセメントとしてアルカリ度のやや低い耐硫酸塩セメ
ントを、保護皮膜形成用薬剤としてポリリン酸珪素を、
水和反応促進用薬剤として硝酸カルシウムを用いた場合
を同様の条件で焼却灰を固型化した。
と反応するアルミニウム及びその酸化物，鉛，亜鉛が相
当量含まれていた。まず最初に固化材として普通ポルト
ランドセメントを用いて、水セメント比０.４ で混練し
たぺーストを注入して上記焼却灰を固型化した。焼却灰
と固化材ぺーストの体積比は１：１であった。その結
果、作成された固化体には水素が発生した痕跡と見られ
るボイドやクラックが発生した。そこで、表２に示すよ
うにセメントとしてアルカリ度のやや低い耐硫酸塩セメ
ントを、保護皮膜形成用薬剤としてポリリン酸珪素を、
水和反応促進用薬剤として硝酸カルシウムを用いた場合
を同様の条件で焼却灰を固型化した。
【００３６】
【表２】
【００３７】その結果、固型化した固化体にはボイドや
クラックの発生は皆無であり、健全な固化体を作成する
ことが可能になった。この固化体を水に浸漬する試験を
実施したが、外観に変化は見られず、健全性を維持し
た。
クラックの発生は皆無であり、健全な固化体を作成する
ことが可能になった。この固化体を水に浸漬する試験を
実施したが、外観に変化は見られず、健全性を維持し
た。
【００３８】本実施例では既に述べたように、耐硫酸塩
セメントの代わりに白色セメント，シリカセメント，高
炉セメント，フライアッシュセメント等を使用すること
ができる。またシリカフュームの代わりに高炉スラグ，
フライアッシュ，シャモット等が使用可能である。保護
皮膜形成用薬剤としてポリリン酸珪素の代わりにはリチ
ウム塩，硝酸塩やホスホン酸及びその塩，無機及び有機
のリン酸及びその塩，アミン，メルカプタン類等が使用
可能である。水和反応促進用薬剤として硝酸カルシウム
の代わりには塩化カルシウム，水ガラス，アルミン酸カ
ルシウム等が使用可能である。
セメントの代わりに白色セメント，シリカセメント，高
炉セメント，フライアッシュセメント等を使用すること
ができる。またシリカフュームの代わりに高炉スラグ，
フライアッシュ，シャモット等が使用可能である。保護
皮膜形成用薬剤としてポリリン酸珪素の代わりにはリチ
ウム塩，硝酸塩やホスホン酸及びその塩，無機及び有機
のリン酸及びその塩，アミン，メルカプタン類等が使用
可能である。水和反応促進用薬剤として硝酸カルシウム
の代わりには塩化カルシウム，水ガラス，アルミン酸カ
ルシウム等が使用可能である。
【００３９】ここで、保護皮膜形成用薬剤と水和反応促
進用薬剤の効果について述べる。
進用薬剤の効果について述べる。
【００４０】先ず、セメント中で、保護皮膜形成用薬剤
の効果を調べるため、セメントペーストの上澄み液を用
いたアルミニウム片の腐食試験を実施した。上澄み液で
はセメントの水和反応の影響を除外できるので、保護皮
膜を生成する薬剤の純粋な効果を調べるのに都合がよ
い。用いたセメントは普通ポルトランドセメントと実施
例１で用いた耐硫酸塩セメントで両者を比較すると表３
のような組成の違いがある。
の効果を調べるため、セメントペーストの上澄み液を用
いたアルミニウム片の腐食試験を実施した。上澄み液で
はセメントの水和反応の影響を除外できるので、保護皮
膜を生成する薬剤の純粋な効果を調べるのに都合がよ
い。用いたセメントは普通ポルトランドセメントと実施
例１で用いた耐硫酸塩セメントで両者を比較すると表３
のような組成の違いがある。
【００４１】
【表３】
【００４２】即ち、耐硫酸塩セメントでは耐硫酸性を高
めるため、セメント中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，
Ｋ2Ｏの含有量が小さく、本発明の目的に適合するセメ
ントである。実験方法を次に述べる。まずセメント１０
０重量部と水道水１００重量部を撹拌機で十分に混合し
た後、吸引濾過し上澄み液を作成した。この時の上澄み
液のｐＨは普通ポルトランドセメントで１３.９，耐硫
酸塩セメントで１３.４であった。この上澄み液を１０
０cc試験管に採り、アルミニウム片１ｇを浸漬し実験を
開始した。発生する水素ガスは水上置換で捕集し、体積
を測定した。使用した薬剤は重合リン酸塩の一種である
ポリリン酸珪素，有機リン酸の一種であるニトリロトリ
スメチレンホスホン酸、及び塩化カルシウム，硝酸リチ
ウムであった。添加量は上澄み液１００重量部に対し、
添加薬剤１重量部であった。
めるため、セメント中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，
Ｋ2Ｏの含有量が小さく、本発明の目的に適合するセメ
ントである。実験方法を次に述べる。まずセメント１０
０重量部と水道水１００重量部を撹拌機で十分に混合し
た後、吸引濾過し上澄み液を作成した。この時の上澄み
液のｐＨは普通ポルトランドセメントで１３.９，耐硫
酸塩セメントで１３.４であった。この上澄み液を１０
０cc試験管に採り、アルミニウム片１ｇを浸漬し実験を
開始した。発生する水素ガスは水上置換で捕集し、体積
を測定した。使用した薬剤は重合リン酸塩の一種である
ポリリン酸珪素，有機リン酸の一種であるニトリロトリ
スメチレンホスホン酸、及び塩化カルシウム，硝酸リチ
ウムであった。添加量は上澄み液１００重量部に対し、
添加薬剤１重量部であった。
【００４３】本実験における水素発生量の経時変化を図
２に示す。薬剤無添加の上澄み液では、普通ポルトラン
ドセメントでは２４時間で約１２０cc，耐硫酸塩セメン
トで４０ccの水素ガスが発生したが、耐硫酸塩セメント
の上澄み液にポリリン酸珪素、及びニトリロトリスメチ
レンホスホン酸を添加したアルミニウム片からは１／１
０の４cc、塩化カルシウム，硝酸リチウムを添加したア
ルミニウム片からは１／２０の２ccに発生量を低減でき
ることがわかった。２４時間経過後、試験後のアルミニ
ウム片を取り出し、表面を観察した結果、ポリリン酸珪
素、及びニトリロトリスメチレンホスホン酸を添加した
アルミニウム片では白色でゲル状の沈殿物が均一に金属
表面に析出し保護皮膜が形成されていた。一方、塩化カ
ルシウム，硝酸リチウムを添加したアルミニウム片で
は、更に緻密な結晶性の沈殿物が析出していた。このよ
うな沈殿皮膜の形成により、アルミニウム表面の溶解反
応が抑制され、水素発生量が低減されることが本実験に
より確認された。
２に示す。薬剤無添加の上澄み液では、普通ポルトラン
ドセメントでは２４時間で約１２０cc，耐硫酸塩セメン
トで４０ccの水素ガスが発生したが、耐硫酸塩セメント
の上澄み液にポリリン酸珪素、及びニトリロトリスメチ
レンホスホン酸を添加したアルミニウム片からは１／１
０の４cc、塩化カルシウム，硝酸リチウムを添加したア
ルミニウム片からは１／２０の２ccに発生量を低減でき
ることがわかった。２４時間経過後、試験後のアルミニ
ウム片を取り出し、表面を観察した結果、ポリリン酸珪
素、及びニトリロトリスメチレンホスホン酸を添加した
アルミニウム片では白色でゲル状の沈殿物が均一に金属
表面に析出し保護皮膜が形成されていた。一方、塩化カ
ルシウム，硝酸リチウムを添加したアルミニウム片で
は、更に緻密な結晶性の沈殿物が析出していた。このよ
うな沈殿皮膜の形成により、アルミニウム表面の溶解反
応が抑制され、水素発生量が低減されることが本実験に
より確認された。
【００４４】保護皮膜形成用薬剤の効果を確かめる第２
の実験として、同様の条件でｐＨ＝１３.５ のＮａＯＨ
水溶液中のアルミニウム片に対しても実施した。ＮａＯ
Ｈ水溶液中ではセメントの上澄み液中よりもアルミニウ
ムの腐食反応が著しく水素発生量も多い。添加薬剤とし
て、アルカリ金属の硝酸塩である硝酸ナトリウム，硝酸
カリウム，硝酸リチウム、またリチウム含有の別の塩と
して塩化リチウムをそれぞれ１モル／ｌとなるように加
えた。
の実験として、同様の条件でｐＨ＝１３.５ のＮａＯＨ
水溶液中のアルミニウム片に対しても実施した。ＮａＯ
Ｈ水溶液中ではセメントの上澄み液中よりもアルミニウ
ムの腐食反応が著しく水素発生量も多い。添加薬剤とし
て、アルカリ金属の硝酸塩である硝酸ナトリウム，硝酸
カリウム，硝酸リチウム、またリチウム含有の別の塩と
して塩化リチウムをそれぞれ１モル／ｌとなるように加
えた。
【００４５】第２の実験における水素発生量の経時変化
を図３に示す。無添加のｐＨ＝13.5のＮａＯＨ水溶液中
のアルミニウム片では５時間で約６００ccの水素ガスが
発生した。硝酸ナトリウム、硝酸カリウムを添加したア
ルミニウム片では４００ccに減少し、塩化リチウムでは
１００cc、硝酸リチウムでは４０ccにそれぞれ減少する
ことがわかった。本実験結果から、添加薬剤の硝酸根の
効果も認められたが、リチウムの効果が大きいことがわ
かった。また、水素発生量の経時変化の曲線が１時間経
過後から横ばいになっていることから、アルミニウム片
とアルカリ溶液が接触後、しばらくしてから保護皮膜が
完全なものになることがわかった。
を図３に示す。無添加のｐＨ＝13.5のＮａＯＨ水溶液中
のアルミニウム片では５時間で約６００ccの水素ガスが
発生した。硝酸ナトリウム、硝酸カリウムを添加したア
ルミニウム片では４００ccに減少し、塩化リチウムでは
１００cc、硝酸リチウムでは４０ccにそれぞれ減少する
ことがわかった。本実験結果から、添加薬剤の硝酸根の
効果も認められたが、リチウムの効果が大きいことがわ
かった。また、水素発生量の経時変化の曲線が１時間経
過後から横ばいになっていることから、アルミニウム片
とアルカリ溶液が接触後、しばらくしてから保護皮膜が
完全なものになることがわかった。
【００４６】次に、水和反応促進用薬剤を固化材に配合
することによって、両性金属とセメントの反応による水
素発生を抑制する効果について述べる。
することによって、両性金属とセメントの反応による水
素発生を抑制する効果について述べる。
【００４７】標準組成として普通ポルトランドセメント
を水／セメント比０.３２ で混練したぺーストを作成
し、セメントの水和反応促進薬剤として塩化カルシウ
ム、第１の実施例で使用した硝酸カルシウムをそれぞれ
セメントに対して１重量％添加した。参照データとし
て、水酸化カルシウムも供試した。実験手順はセメント
ぺースト５０ccにアルミニウム片を１ｇ投入し、発生ガ
スを水上置換で捕集し、体積を測定した。
を水／セメント比０.３２ で混練したぺーストを作成
し、セメントの水和反応促進薬剤として塩化カルシウ
ム、第１の実施例で使用した硝酸カルシウムをそれぞれ
セメントに対して１重量％添加した。参照データとし
て、水酸化カルシウムも供試した。実験手順はセメント
ぺースト５０ccにアルミニウム片を１ｇ投入し、発生ガ
スを水上置換で捕集し、体積を測定した。
【００４８】本実験における水素発生量の経時変化を図
４に示す。無添加の普通ポルトランドセメントのペース
トにおいてはアルミニウム片投入後より６時間経過まで
に約３０ccの水素が発生し、その後横ばいとなった。こ
れは６時間で普通ポルトランドセメントの初期の水和反
応が終了し、アルミニウム片の溶解反応に寄与する自由
水がほぼなくなったことを意味している。塩化カルシウ
ム、及び硝酸カルシウムを添加した系では、セメントの
水和反応が促進され約２時間で水素発生曲線は横ばいと
なった。この間の水素発生量は無添加の場合の１／１０
の３ccであった。一方、水酸化カルシウムを添加した系
ではセメントの水和反応の促進作用は見られず、水素発
生量は若干増大した。このことから、カルシウム塩のな
かでも溶解度の大きい中性塩が水和反応促進に効果が大
きく、溶解度の小さい塩は効果がないことがわかった。
４に示す。無添加の普通ポルトランドセメントのペース
トにおいてはアルミニウム片投入後より６時間経過まで
に約３０ccの水素が発生し、その後横ばいとなった。こ
れは６時間で普通ポルトランドセメントの初期の水和反
応が終了し、アルミニウム片の溶解反応に寄与する自由
水がほぼなくなったことを意味している。塩化カルシウ
ム、及び硝酸カルシウムを添加した系では、セメントの
水和反応が促進され約２時間で水素発生曲線は横ばいと
なった。この間の水素発生量は無添加の場合の１／１０
の３ccであった。一方、水酸化カルシウムを添加した系
ではセメントの水和反応の促進作用は見られず、水素発
生量は若干増大した。このことから、カルシウム塩のな
かでも溶解度の大きい中性塩が水和反応促進に効果が大
きく、溶解度の小さい塩は効果がないことがわかった。
【００４９】塩化カルシウム、及び硝酸カルシウムの代
わりにケイ酸ナトリウム(水ガラス)，ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石（アル
ナイト）を用いても同様の効果が得られる。これらの薬
剤の添加量は固化材に対して０.１ 〜１０％、好ましく
は０.１〜５％ が適量であり、１％でも十分な効果が得
られた。
わりにケイ酸ナトリウム(水ガラス)，ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石（アル
ナイト）を用いても同様の効果が得られる。これらの薬
剤の添加量は固化材に対して０.１ 〜１０％、好ましく
は０.１〜５％ が適量であり、１％でも十分な効果が得
られた。
【００５０】最後に、保護皮膜形成用薬剤と水和反応促
進用薬剤の両方の効果を調べるため、前実験で用いた水
和反応促進用薬剤に加えて、保護皮膜形成用薬剤の一例
として塩化カルシウム１％，ポリリン酸珪素を５％添加
した系についても、同様の実験を実施した。その結果は
同じく図４に示したように、水素発生量は塩化カルシウ
ム、及び硝酸カルシウムを添加した系の１／３となっ
た。従って、セメントの水和反応を促進する薬剤と両性
金属表面に保護皮膜を形成する薬剤を併用することによ
って、セメントと両性金属であるアルミニウムの反応に
よる水素発生量を大幅に低減できることがわかった。
進用薬剤の両方の効果を調べるため、前実験で用いた水
和反応促進用薬剤に加えて、保護皮膜形成用薬剤の一例
として塩化カルシウム１％，ポリリン酸珪素を５％添加
した系についても、同様の実験を実施した。その結果は
同じく図４に示したように、水素発生量は塩化カルシウ
ム、及び硝酸カルシウムを添加した系の１／３となっ
た。従って、セメントの水和反応を促進する薬剤と両性
金属表面に保護皮膜を形成する薬剤を併用することによ
って、セメントと両性金属であるアルミニウムの反応に
よる水素発生量を大幅に低減できることがわかった。
【００５１】以上説明したように、本実施例によれば、
前処理に必要がなく、かつ固化体中の可燃性の水素発生
を大幅に低減できるので、水素による破壊を防止でき、
安定した固化体、それを得るための固化方法及び固化装
置を提供できる。
前処理に必要がなく、かつ固化体中の可燃性の水素発生
を大幅に低減できるので、水素による破壊を防止でき、
安定した固化体、それを得るための固化方法及び固化装
置を提供できる。
【００５２】また、本実施例では放射性廃棄物である焼
却灰を混練機に投入しないプロセスであるので、混練機
の洗浄やメンテナンスが容易で、大量に発生する混練機
の洗浄廃液は非放射性で処理が不要となる利点がある。
却灰を混練機に投入しないプロセスであるので、混練機
の洗浄やメンテナンスが容易で、大量に発生する混練機
の洗浄廃液は非放射性で処理が不要となる利点がある。
【００５３】以上の実施例では、セメントとして低アル
カリセメントを用いたが、通常のセメントを用いアルカ
リ度を低減させることで同様な効果を得ることができ
る。以下、アルカリ度を低下させたときの効果を示す。
カリセメントを用いたが、通常のセメントを用いアルカ
リ度を低減させることで同様な効果を得ることができ
る。以下、アルカリ度を低下させたときの効果を示す。
【００５４】本実験は、固化材中のアルカリ成分である
Ｎａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの含有割合を低減化調整する方
法に、保護皮膜形成用薬剤と水和反応促進用薬剤の両方
を添加するを組み合わせた方法に関するものである。
Ｎａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの含有割合を低減化調整する方
法に、保護皮膜形成用薬剤と水和反応促進用薬剤の両方
を添加するを組み合わせた方法に関するものである。
【００５５】使用したセメントは普通ポルトランドセメ
ントとＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの合計の含有率が０.４ ％である
白色セメントである。これらのセメントのＮａ2Ｏ，Ｋ2
Ｏ，ＣａＯの含有割合をさらに低減化調整するために、
セメントを希釈するための骨材として川砂と高炉水砕ス
ラグを添加した。実施した固化材のペースト条件とペー
ストのｐＨを表４に示す。
ントとＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの合計の含有率が０.４ ％である
白色セメントである。これらのセメントのＮａ2Ｏ，Ｋ2
Ｏ，ＣａＯの含有割合をさらに低減化調整するために、
セメントを希釈するための骨材として川砂と高炉水砕ス
ラグを添加した。実施した固化材のペースト条件とペー
ストのｐＨを表４に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】このようにセメント中のアルカリ成分であ
るＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有率を低減化調整したセメントの
ペーストはｐＨが低くなっており、さらに骨材の添加に
よって低減された。これら４種類のペースト５０ccに両
性金属として亜鉛顆粒１ｇを投入し、水素発生量の経時
変化を調べた結果を図５に示す。各ペーストについてセ
メントの初期の水和反応が終了する６時間後に、水素発
生はほぼ横ばいとなるが、トータルの発生量はペースト
のｐＨに依存しており、ｐＨが低いほど水素発生量は低
くなることがわかった。本実施例により、セメント中の
アルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有率を低減化調
整し、さらに骨材を添加する方法が水素発生量の低減に
有効であることが確認された。
るＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有率を低減化調整したセメントの
ペーストはｐＨが低くなっており、さらに骨材の添加に
よって低減された。これら４種類のペースト５０ccに両
性金属として亜鉛顆粒１ｇを投入し、水素発生量の経時
変化を調べた結果を図５に示す。各ペーストについてセ
メントの初期の水和反応が終了する６時間後に、水素発
生はほぼ横ばいとなるが、トータルの発生量はペースト
のｐＨに依存しており、ｐＨが低いほど水素発生量は低
くなることがわかった。本実施例により、セメント中の
アルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有率を低減化調
整し、さらに骨材を添加する方法が水素発生量の低減に
有効であることが確認された。
【００５８】セメント中のＮａ2Ｏ，Ｋ2Ｏの含有率の合
計値（Ｒ2Ｏ 値）と亜鉛顆粒からの水素発生量の相対値
の関係を図６に示す。この関係から、両性金属とセメン
トの反応による水素発生量を低減するためにはＲ2Ｏ値
を０.６％ 以下、好ましくは０.４％ 以下に調整するの
がよい。次に骨材の添加量と水素発生量（相対値）、固
化材の相対強度、及び両者相加平均でえられる評価関数
との関係を図７に示す。ペーストの注入し易さを示す注
入性指標は、固化体の相体強度と同様な傾向を示す。図
７によれば、骨材の添加量は多ければ多いほど水素発生
に対しては効果的であるが、８０％を超えると固型化材
としての強度が不十分になるので８０％以下が好まし
い。骨材の添加量が増えるとペースト粘性も増大し、注
入性指標が小さくなり注入性が悪くなる。従って、望ま
しい骨材の添加量は固化材重量全体に対して、３０〜６
０％であった。
計値（Ｒ2Ｏ 値）と亜鉛顆粒からの水素発生量の相対値
の関係を図６に示す。この関係から、両性金属とセメン
トの反応による水素発生量を低減するためにはＲ2Ｏ値
を０.６％ 以下、好ましくは０.４％ 以下に調整するの
がよい。次に骨材の添加量と水素発生量（相対値）、固
化材の相対強度、及び両者相加平均でえられる評価関数
との関係を図７に示す。ペーストの注入し易さを示す注
入性指標は、固化体の相体強度と同様な傾向を示す。図
７によれば、骨材の添加量は多ければ多いほど水素発生
に対しては効果的であるが、８０％を超えると固型化材
としての強度が不十分になるので８０％以下が好まし
い。骨材の添加量が増えるとペースト粘性も増大し、注
入性指標が小さくなり注入性が悪くなる。従って、望ま
しい骨材の添加量は固化材重量全体に対して、３０〜６
０％であった。
【００５９】次に亜鉛顆粒の表面に保護皮膜を形成する
薬剤として、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを
Ｄの組成のペーストに１％添加した。アルキルベンゼン
スルホン酸ナトリウムの分子は親水基と疎水基からな
り、金属側へは親水基がセメントペースト側へは疎水基
が配向することにより金属表面を保護する。その結果、
水素発生量はＤの組成の場合の１／５に減少した。さら
に、セメントの水和促進剤である塩化カルシウムを１％
加えることにより、水素発生量はさらに１／２に減少し
た。
薬剤として、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを
Ｄの組成のペーストに１％添加した。アルキルベンゼン
スルホン酸ナトリウムの分子は親水基と疎水基からな
り、金属側へは親水基がセメントペースト側へは疎水基
が配向することにより金属表面を保護する。その結果、
水素発生量はＤの組成の場合の１／５に減少した。さら
に、セメントの水和促進剤である塩化カルシウムを１％
加えることにより、水素発生量はさらに１／２に減少し
た。
【００６０】以上のように、固化材のアルカリ度を低減
する方法により、両性金属との反応による水素発生量を
低減することが可能である。従って、実施例１に更に固
化材のアルカリ度を低減する方法を加味することによ
り、水素発生量をほぼゼロに近いレベルまで低減するこ
とができる。
する方法により、両性金属との反応による水素発生量を
低減することが可能である。従って、実施例１に更に固
化材のアルカリ度を低減する方法を加味することによ
り、水素発生量をほぼゼロに近いレベルまで低減するこ
とができる。
【００６１】実施例２ 第２の実施例は、第１の実施例と同様、原子力発電所か
ら発生する紙類，木片，樹脂等を焼却処理したときに生
じる焼却灰を容器内に安定に固型化する方法に関するも
のである。
ら発生する紙類，木片，樹脂等を焼却処理したときに生
じる焼却灰を容器内に安定に固型化する方法に関するも
のである。
【００６２】第２の実施例を図８により説明する。本実
施例では固化材貯蔵タンク３より定量供給装置４を介し
て混練機２へ固化材を所定の量投入し、水タンク５から
電磁バルブ６を介して混練水を所定量注入し、所定の時
間、混練する点は同じである。固化材貯蔵タンク３には
セメント系の水硬性固化材の粉末が貯蔵されているが、
セメントのアルカリ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセ
メントが望ましい。また、骨材を予め配合しておくこと
も可能である。本発明の保護皮膜形成用薬剤の中から選
ばれた１種及び水和反応促進用薬剤は予め固化材に配合
しておく。ここで、焼却灰は焼却灰貯蔵タンク１１より
定量供給装置１２を介して所定量混練機２へ投入され、
固化材と共に混練される。所定の時間混練した後、作成
されたペーストはシャッター９を介して固化容器１へ注
入され、上蓋をしてそのまま養生し固化体が完成する。
施例では固化材貯蔵タンク３より定量供給装置４を介し
て混練機２へ固化材を所定の量投入し、水タンク５から
電磁バルブ６を介して混練水を所定量注入し、所定の時
間、混練する点は同じである。固化材貯蔵タンク３には
セメント系の水硬性固化材の粉末が貯蔵されているが、
セメントのアルカリ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセ
メントが望ましい。また、骨材を予め配合しておくこと
も可能である。本発明の保護皮膜形成用薬剤の中から選
ばれた１種及び水和反応促進用薬剤は予め固化材に配合
しておく。ここで、焼却灰は焼却灰貯蔵タンク１１より
定量供給装置１２を介して所定量混練機２へ投入され、
固化材と共に混練される。所定の時間混練した後、作成
されたペーストはシャッター９を介して固化容器１へ注
入され、上蓋をしてそのまま養生し固化体が完成する。
【００６３】第２の実施例によれば、第１の実施例同
様、前処理の必要がなく、かつ固化体中の可燃性の水素
発生を大幅に低減できるので、水素による破壊を防止で
き、安定した固化体、それを得るための固化方法及び固
化装置を提供できる。
様、前処理の必要がなく、かつ固化体中の可燃性の水素
発生を大幅に低減できるので、水素による破壊を防止で
き、安定した固化体、それを得るための固化方法及び固
化装置を提供できる。
【００６４】また、第２の実施例によれば、混練機２で
の高剪断力，高速混練が可能であるので、固化体の均質
性が向上すると共に、焼却灰の充填可能量を向上させる
ことができる。
の高剪断力，高速混練が可能であるので、固化体の均質
性が向上すると共に、焼却灰の充填可能量を向上させる
ことができる。
【００６５】実施例３ 第３の本実施として、原子力発電所から発生する金属廃
棄物を固型化するのに好適なシステムを示す。
棄物を固型化するのに好適なシステムを示す。
【００６６】第３の実施例を図９により説明する。ま
ず、固化容器１に適当な大きさに切りそろえた雑金属廃
棄物を充填し、加振台１３の上に設置しておく。固化容
器は通常のドラム缶でもよいが、コンクリートの内張り
が施してあるものが望ましい。固化材貯蔵タンク３より
定量供給装置４を介して混練機２へ固化材を所定の量投
入し、水タンク５から電磁バルブ６を介して混練水を所
定量注入する。さらに薬剤タンク７より定量供給装置８
を介して、本発明の保護皮膜形成用薬剤の中から選ばれ
た１種を所定量、混練機２へ投入する。この薬剤は予め
固化材に配合しておくと、薬剤タンク７，定量供給装置
８は不要になる。混練機２の撹拌翼はこれらの投入のあ
いだ作動させておくことが望ましい。また、β−ナフタ
レン系の減水剤を固化材に対して１〜５％添加すること
によって水／固化材比を低減することができ、作成され
た固化体の物性を改善することができる。混練機２の撹
拌翼には駆動モーターへの負荷からペーストの粘性を評
価できる機能を有することが望ましい。所定の時間、混
練した後、作成されたペーストはシャッター９を介して
固化容器１へ注入する。ここで、加振台１３を作動させ
固化容器１に振動を与えることにより、廃棄物間の空隙
への固化材の侵入を促進することができる。
ず、固化容器１に適当な大きさに切りそろえた雑金属廃
棄物を充填し、加振台１３の上に設置しておく。固化容
器は通常のドラム缶でもよいが、コンクリートの内張り
が施してあるものが望ましい。固化材貯蔵タンク３より
定量供給装置４を介して混練機２へ固化材を所定の量投
入し、水タンク５から電磁バルブ６を介して混練水を所
定量注入する。さらに薬剤タンク７より定量供給装置８
を介して、本発明の保護皮膜形成用薬剤の中から選ばれ
た１種を所定量、混練機２へ投入する。この薬剤は予め
固化材に配合しておくと、薬剤タンク７，定量供給装置
８は不要になる。混練機２の撹拌翼はこれらの投入のあ
いだ作動させておくことが望ましい。また、β−ナフタ
レン系の減水剤を固化材に対して１〜５％添加すること
によって水／固化材比を低減することができ、作成され
た固化体の物性を改善することができる。混練機２の撹
拌翼には駆動モーターへの負荷からペーストの粘性を評
価できる機能を有することが望ましい。所定の時間、混
練した後、作成されたペーストはシャッター９を介して
固化容器１へ注入する。ここで、加振台１３を作動させ
固化容器１に振動を与えることにより、廃棄物間の空隙
への固化材の侵入を促進することができる。
【００６７】固化材貯蔵タンク３にはセメント系の水硬
性固化材の粉末が貯蔵されているが、セメントのアルカ
リ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセメントが望まし
い。また、骨材を予め配合してアルカリ度を低下させる
ことも可能である。セメントの水和反応促進用薬剤は予
め固化材に配合しておくことも可能であるが、混練機で
のポットライフを確保するためには、固化容器１に固化
材ペーストを注入する際に添加するのが望ましい。従っ
て、本実施例においても第３の実施例同様に、ペースト
を注入する際に水和反応促進用薬剤タンク１５より定量
供給装置１６を介して、本発明の水和反応促進用薬剤の
中から選ばれた１種を所定量、固化容器１に投入する。
性固化材の粉末が貯蔵されているが、セメントのアルカ
リ度を示すＲ2Ｏ値が０.４％以下のセメントが望まし
い。また、骨材を予め配合してアルカリ度を低下させる
ことも可能である。セメントの水和反応促進用薬剤は予
め固化材に配合しておくことも可能であるが、混練機で
のポットライフを確保するためには、固化容器１に固化
材ペーストを注入する際に添加するのが望ましい。従っ
て、本実施例においても第３の実施例同様に、ペースト
を注入する際に水和反応促進用薬剤タンク１５より定量
供給装置１６を介して、本発明の水和反応促進用薬剤の
中から選ばれた１種を所定量、固化容器１に投入する。
【００６８】また、上記においては保護皮膜形成用薬剤
を固化材と共にペーストを作成したが、金属廃棄物を固
化容器１に投入する前に、直接保護皮膜形成用薬剤を溶
解して溶解水に浸すことにより、予め保護皮膜を形成し
ても同様に目的を達成することができる。
を固化材と共にペーストを作成したが、金属廃棄物を固
化容器１に投入する前に、直接保護皮膜形成用薬剤を溶
解して溶解水に浸すことにより、予め保護皮膜を形成し
ても同様に目的を達成することができる。
【００６９】第３の実施例においても第１の実施例で用
いた表２の組成の固化材を使用した。まず固化材の注入
性を評価した。充填状況の評価は、セメントの硬化後、
固化体を縦方向に切断し、切断面における空隙面積が１
０％以下であれば良好とした。評価結果を図１０に示
す。混練機２の撹拌翼の駆動モーターへの負荷から評価
した固化材ペーストの粘度が５０００ｃｐ以下であれ
ば、加振しなくても固化材の充填状況は良好であった。
また固化材ペーストの粘度が5000cp〜8000cpであれば加
振することにより、良好な充填ができた。従って、金属
廃棄物を固型化する場合には、固化材ペーストの粘度を
８０００ｃｐ以下に制御することにより、廃棄物を充填
した固化容器の上方からの固化材注入法により簡便に固
型化でき、廃棄物と固化材の混練操作が不要となり固化
設備を簡素化できる。
いた表２の組成の固化材を使用した。まず固化材の注入
性を評価した。充填状況の評価は、セメントの硬化後、
固化体を縦方向に切断し、切断面における空隙面積が１
０％以下であれば良好とした。評価結果を図１０に示
す。混練機２の撹拌翼の駆動モーターへの負荷から評価
した固化材ペーストの粘度が５０００ｃｐ以下であれ
ば、加振しなくても固化材の充填状況は良好であった。
また固化材ペーストの粘度が5000cp〜8000cpであれば加
振することにより、良好な充填ができた。従って、金属
廃棄物を固型化する場合には、固化材ペーストの粘度を
８０００ｃｐ以下に制御することにより、廃棄物を充填
した固化容器の上方からの固化材注入法により簡便に固
型化でき、廃棄物と固化材の混練操作が不要となり固化
設備を簡素化できる。
【００７０】第３の実施例により固型化した固化体には
ボイドやクラックの発生は皆無であり、健全な固化体を
作成することが可能になった。この固化体を水に浸漬す
る試験を実施したが、外観に変化は見られず、健全性を
維持した。
ボイドやクラックの発生は皆無であり、健全な固化体を
作成することが可能になった。この固化体を水に浸漬す
る試験を実施したが、外観に変化は見られず、健全性を
維持した。
【００７１】従って、第３の実施例によれば、前の２実
施例と同様に前処理の必要がなく、かつ固化体中の可燃
性の水素発生を大幅に低減できるので、水素による破壊
を防止でき、安定した固化体、それを得るための固化方
法及び固化装置を提供できる。
施例と同様に前処理の必要がなく、かつ固化体中の可燃
性の水素発生を大幅に低減できるので、水素による破壊
を防止でき、安定した固化体、それを得るための固化方
法及び固化装置を提供できる。
【００７２】また、固化する前に予め廃棄物に保護皮膜
を形成することで、前処理工程で、廃棄物に含まれる両
性金属と固化材の反応による水素ガスの発生を抑制でき
る廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固化体及び固化
材を提供することができる。 実施例４ 最後に、第４の実施例を図１１を用いて説明する。第４
の実施例は基本的には第３の実施例と同じである。異な
る点は、図１１に示すように不燃性の雑固体廃棄物を圧
縮減容した圧縮塊１４にしたり、不燃性の雑固体廃棄物
を溶融処理した後の硬化物にしたり、ありは焼却灰をペ
レット化した後、それら硬化物を固化容器１に入れ、ペ
ーストを注入し固化する点である。
を形成することで、前処理工程で、廃棄物に含まれる両
性金属と固化材の反応による水素ガスの発生を抑制でき
る廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固化体及び固化
材を提供することができる。 実施例４ 最後に、第４の実施例を図１１を用いて説明する。第４
の実施例は基本的には第３の実施例と同じである。異な
る点は、図１１に示すように不燃性の雑固体廃棄物を圧
縮減容した圧縮塊１４にしたり、不燃性の雑固体廃棄物
を溶融処理した後の硬化物にしたり、ありは焼却灰をペ
レット化した後、それら硬化物を固化容器１に入れ、ペ
ーストを注入し固化する点である。
【００７３】本実施例においては、第３の実施例と同様
な効果が期待できる。
な効果が期待できる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
の効果が期待できる。
の効果が期待できる。
【００７５】第１に、廃棄物をアルカリ性の固化材で固
化する処理において、廃棄物の前処理や分別処理を必要
としない、かつ固化材の特性を十分に発揮でき、廃棄物
に含まれる両性金属と固化材の反応による水素ガスの発
生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固
化体及び固化材を提供できる。
化する処理において、廃棄物の前処理や分別処理を必要
としない、かつ固化材の特性を十分に発揮でき、廃棄物
に含まれる両性金属と固化材の反応による水素ガスの発
生を抑制できる廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固
化体及び固化材を提供できる。
【００７６】第２に、廃棄物をアルカリ性の固化材で固
化する処理において、前処理工程で、廃棄物に含まれる
両性金属と固化材の反応による水素ガスの発生を抑制で
きる廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固化体及び固
化材を提供できる。
化する処理において、前処理工程で、廃棄物に含まれる
両性金属と固化材の反応による水素ガスの発生を抑制で
きる廃棄物の固化方法及び固化装置並びに固化体及び固
化材を提供できる。
【００７７】最後に、廃棄物をアルカリ性の固化材で固
化する処理において、廃棄物に含まれる両性金属と固化
材の反応による水素ガスの発生をほぼゼロにする廃棄物
の固化方法及び固化装置又は水素ガスの発生をほぼゼロ
にした固化体を提供できる。
化する処理において、廃棄物に含まれる両性金属と固化
材の反応による水素ガスの発生をほぼゼロにする廃棄物
の固化方法及び固化装置又は水素ガスの発生をほぼゼロ
にした固化体を提供できる。
【図１】図１は、本発明の第１の実施例を示す。
【図２】図２は、保護皮膜形成用薬剤の効果を示す実験
結果を示し、両性金属とセメントとの混合時の水素発生
量経時変化を示す。
結果を示し、両性金属とセメントとの混合時の水素発生
量経時変化を示す。
【図３】図３は、保護皮膜形成用薬剤の効果を示す実験
結果を示し、ＮａＯＨ水溶液中の水素発生量経時変化を
示す。
結果を示し、ＮａＯＨ水溶液中の水素発生量経時変化を
示す。
【図４】図４は、水和反応促進用薬剤での効果を示す実
験結果を示し、両性金属とセメントとの混合時の水素発
生量経時変化を示す。
験結果を示し、両性金属とセメントとの混合時の水素発
生量経時変化を示す。
【図５】図５は、固化材のアルカリ度の影響を示し、セ
メント中のアルカリ成分含有率と水素発生量の関係を示
す。
メント中のアルカリ成分含有率と水素発生量の関係を示
す。
【図６】図６は、固化材のアルカリ度の影響を示し、Ｒ
2Ｏ 値と水素発生量の関係を示す。
2Ｏ 値と水素発生量の関係を示す。
【図７】図７は、固化材のアルカリ度の影響を示し、骨
材の添加量と固化体の相対強度，評価関数及び水素発生
量との関係を示す。
材の添加量と固化体の相対強度，評価関数及び水素発生
量との関係を示す。
【図８】図８は、本発明の第２の実施例を示し、焼却灰
を固型化するのに適した固化装置を示す。
を固型化するのに適した固化装置を示す。
【図９】図９は、本発明の第３の実施例を示し、不燃性
の雑固体廃棄物を固化するのに適した固化装置を示す。
の雑固体廃棄物を固化するのに適した固化装置を示す。
【図１０】図１０は、固化材ペーストの流動性と固化材
の充填状態の関係を示す。
の充填状態の関係を示す。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施例を示し、不
燃性の雑固体廃棄物等の硬化物をを固化するのに適した
固化装置を示す。
燃性の雑固体廃棄物等の硬化物をを固化するのに適した
固化装置を示す。
１…固化容器、２…混練機、３…固化材貯蔵タンク、
４，８，１２，１６…定量供給装置、５…水タンク、６
…電磁バルブ、７…保護皮膜形成用薬剤貯蔵タンク、９
…シャッター、１０…撹拌器、１１…焼却灰貯蔵タン
ク、１３…加振台、１４…圧縮塊、１５…水和反応促進
用薬剤貯蔵タンク。
４，８，１２，１６…定量供給装置、５…水タンク、６
…電磁バルブ、７…保護皮膜形成用薬剤貯蔵タンク、９
…シャッター、１０…撹拌器、１１…焼却灰貯蔵タン
ク、１３…加振台、１４…圧縮塊、１５…水和反応促進
用薬剤貯蔵タンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野下 健司 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 菊池 恂 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 泉田 龍男 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 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 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
Claims (54)
- 【請求項１】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント系
の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を配合することを特徴とする廃棄物の固化方
法。 - 【請求項２】前記薬剤は、前記放射性廃棄物を固化する
時に前記固化材と配合されることを特徴とする請求項１
に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項３】前記薬剤は、前記固化材と事前に配合さ
れ、その後前記放射性廃棄物を固化することを特徴とす
る請求項１に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項４】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント系
の水硬性固化材で固化する固化方法において、 薬剤で前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮
膜を形成するステップと、少なくとも前記固化剤と混練
水とを混練するステップと、及び前記放射廃棄物を前記
混練物で固化するステップを有することを特徴とする廃
棄物の固化方法。 - 【請求項５】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント系
の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤と前記固化剤及び混練水とを混練するステッ
プと、前記放射性廃棄物を固化容器に投入するステップ
と、及び前記混練物を前記固化容器に注入し前記放射性
廃棄物を固化するステップを有することを特徴とする廃
棄物の固化方法。 - 【請求項６】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント系
の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤と前記固化剤と及び混練水及び前記放射性廃
棄物とを混練するステップと、前記混練物を前記固化容
器に注入し前記放射性廃棄物を固化するステップを有す
ることを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項７】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント系
の水硬性固化材で固化する固化方法において、 少なくとも前記固化材及び混練水とを混練するステップ
と、薬剤で前記両性金属の表面に水素発生を防止する保
護皮膜を形成するステップと、前記保護皮膜形成後、前
記混練物で前記放射性廃棄物を固化するステップを有す
ることを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項８】前記薬剤は、無機リン酸及びその中性塩，
有機リン酸及びその中性塩（ホスホン酸塩），重合リン
酸及びその中性塩，ポリリン酸珪素，ケイ酸及びその中
性塩，重合ケイ酸及びその中性塩，硝酸塩，リチウムを
含有する無機塩，極性基に電気陰性度の高い元素を含む
有機化合物並びに両性金属のキレート化剤の中から選ば
れた物であることを特徴とする請求項１，４，５，６又
は７に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項９】前記放射性廃棄物は原子力発電所から発生
する不燃性の雑固体廃棄物及び可燃性廃棄物の焼却処理
により発生する焼却灰のうちいずれか一方を含むことを
特徴とする請求項１，４，５，６又は７に記載の廃棄物
の固化方法。 - 【請求項１０】更に、前記両性金属の表面に水素発生を
防止する保護皮膜を形成する薬剤とともに前記固化材の
アルカリ度を低下させる薬剤で処理することを特徴とす
る請求項１，４，５又は６に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項１１】両性金属を含む廃棄物をアルカリ性固化
材で固化する固化方法において、 酸化皮膜，沈殿皮膜又は吸着皮膜のいずれかを前記両性
金属の表面に形成することを特徴とする廃棄物の固化方
法。 - 【請求項１２】両性金属を含む廃棄物を固化材で固化す
る固化方法において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成することを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項１３】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤を配合することを
特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項１４】前記薬剤は、前記放射性廃棄物を固化す
る時に前記固化材と配合されることを特徴とする請求項
１３に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項１５】前記薬剤は、前記固化材と事前に配合さ
れ、その後前記放射性廃棄物を固化することを特徴とす
る請求項１３に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項１６】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化方法において、 薬剤で前記固化材の水和反応を促進するステップと、少
なくとも前記固化材と混練水とを混練するステップと、
及び前記放射性廃棄物を前記混練物で固化するステップ
を有することを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項１７】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤と前記固化材及び
混練水を混練するステップと、前記放射性廃棄物を固化
容器に投入するステップと、及び前記混練物を前記固化
容器に注入し前記放射性廃棄物を固化するステップを有
することを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項１８】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化方法において、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤と前記固化材と及
び混練水及び前記放射性廃棄物とを混練するステップ
と、前記混練物を前記固化容器に注入し前記放射性廃棄
物を固化するステップを有することを特徴とする廃棄物
の固化方法。 - 【請求項１９】前記薬剤は、カルシウムを含有する無機
塩，ケイ酸ナトリウム（水ガラス），ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石(アル
ナイト)の中から選ばれた物であることを特徴とする請
求項１３，１６，１７又は１８に記載の廃棄物の固化方
法。 - 【請求項２０】前記放射性廃棄物は原子力発電所から発
生する不燃性の雑固体廃棄物及び可燃性廃棄物の焼却処
理により発生する焼却灰のうちいずれか一方を含むこと
を特徴とする請求項１３，１６，１７又は１８に記載の
廃棄物の固化方法。 - 【請求項２１】更に、前記固化材の水和反応を促進する
薬剤とともに前記固化材のアルカリ度を低下させる薬剤
を処理することを特徴とする請求項１３，１６，１７又
は１８に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項２２】更に、前記固化材の水和反応を促進する
薬剤とともに前記両性金属の表面に水素発生を防止する
保護皮膜を形成する薬剤で処理することを特徴とする請
求項１３，１６，１７又は１８に記載の廃棄物の固化方
法。 - 【請求項２３】更に、前記固化材の水和反応を促進する
薬剤とともに前記両性金属の表面に水素発生を防止する
保護皮膜を形成する薬剤と前記固化材のアルカリ度を低
下させる薬剤とで処理することを特徴とする請求項１
３，１６，１７又は１８に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項２４】前記固化材のアルカリ度を低下させる薬
剤は、前記固化材中のアルカリ成分であるＮａ2Ｏ，Ｋ2
Ｏ，ＣａＯをＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3を主成分とする無機材
で置換し、Ｎａ2Ｏ，Ｋ2Ｏ，ＣａＯの含有割合を低減化
調整するものであることを特徴とする請求項１０，２１
又は２３に記載の廃棄物の固化方法。 - 【請求項２５】両性金属を含む廃棄物を水の存在下でア
ルカリ性固化材で固化する固化方法において、 前記固化材の水和反応を促進させるステップを有するこ
とを特徴とする廃棄物の固化方法。 - 【請求項２６】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化装置において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成させる手段を有することを特徴とする廃棄物の固化装
置。 - 【請求項２７】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を保持する手段と、前記固化材を保持する手
段と、前記混練水を保持する手段と、少なくとも前記固
化材と前記混練水とが供給されそれらを混練する手段
と、及び前記混練物によって前記放射性廃棄物を固化す
る手段を有することを特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項２８】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を保持する手段と，前記固化材を保持する手
段と，前記混練水を保持する手段と，前記薬剤と前記固
化材及び前記混練水とが供給されそれらを混練する手段
と，前記放射性廃棄物を固化容器に投入する手段と、及
び前記混練物を前記固化容器に注入し前記放射性廃棄物
を固化する手段を有することを特徴とする廃棄物の固化
装置。 - 【請求項２９】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を保持する手段と，前記固化材を保持する手
段と，前記混練水を保持する手段と，前記放射性廃棄物
を保持する手段と，前記薬剤と前記固化材と前記放射性
廃棄物及び前記混練水とが供給されそれらを混練する手
段と，前記混練物を前記固化容器に注入する手段を有す
ることを特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項３０】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を保持する手段と，前記放射性廃棄物を固化
容器に投入する手段と，前記薬剤を前記薬剤保持手段か
ら前記固化容器に注入する手段と，前記固化材を保持す
る手段と，前記混練水を保持する手段と，前記固化材及
び前記混練水とが供給されそれらを混練する手段と，前
記混練物を前記固化容器に注入する手段とを有すること
を特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項３１】前記保護皮膜を形成する薬剤は、無機リ
ン酸及びその中性塩，有機リン酸及びその中性塩（ホス
ホン酸塩），重合リン酸及びその中性塩，ポリリン酸珪
素，ケイ酸及びその中性塩，重合ケイ酸及びその中性
塩，硝酸塩，リチウムを含有する無機塩，極性基に電気
陰性度の高い元素を含む有機化合物並びに両性金属のキ
レート化剤の中から選ばれた物であることを特徴とする
請求項２７，２８，２９又は３０に記載の廃棄物の固化
装置。 - 【請求項３２】両性金属を含む廃棄物を固化材で固化す
る固化装置において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する手段を有することを特徴とする廃棄物の固化装
置。 - 【請求項３３】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材で固化する固化装置において、 前記固化材の水和反応を促進する手段を有することを特
徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項３４】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤を保持する手段
と，前記固化材を保持する手段と，前記混練水を保持す
る手段と，少なくとも前記固化材と前記混練水とが供給
されそれらを混練する手段と，及び前記混練物によって
前記放射性廃棄物を固化する手段を有することを特徴と
する廃棄物の固化装置。 - 【請求項３５】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤を保持する手段
と，前記固化材を保持する手段と，前記混練水を保持す
る手段と，前記薬剤と前記固化材及び前記混練水とが供
給されそれらを混練する手段と，前記放射性廃棄物を固
化容器に投入する手段と、及び前記混練物を前記固化容
器に注入し前記放射性廃棄物を固化する手段を有するこ
とを特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項３６】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化する固化装置におい
て、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成する薬剤を保持する手段と，前記固化材を保持する手
段と，前記混練水を保持する手段と，前記放射性廃棄物
を保持する手段と，前記薬剤と前記固化材と前記放射性
廃棄物及び前記混練水とが供給されそれらを混練する手
段と，前記混練物を前記固化容器に注入する手段を有す
ることを特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項３７】前記薬剤を保持する手段は、前記固化材
を保持する手段と同一であることを特徴とする請求項３
４，３５又は３６に記載の廃棄物の固化装置。 - 【請求項３８】前記薬剤は、カルシウムを含有する無機
塩，ケイ酸ナトリウム（水ガラス），ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石(アル
ナイト)の中から選ばれた物であることを特徴とする請
求項３４，３５又は３６に記載の廃棄物の固化装置。 - 【請求項３９】前記放射性廃棄物は原子力発電所から発
生する不燃性の雑固体廃棄物及び可燃性廃棄物の焼却処
理により発生する焼却灰のうちいずれか一方を含むこと
を特徴とする請求項２６，２７，２８，２９，３０，３
３，３４，３５又は３６に記載の廃棄物の固化装置。 - 【請求項４０】前記薬剤を保持する手段は、前記固化材
を保持する手段と同一であることを特徴とする請求項２
７，２８，２９，３０，３４，３５又は３６に記載の廃
棄物の固化装置。 - 【請求項４１】両性金属を含む廃棄物を水の存在下でア
ルカリ性固化材で固化する固化装置において、 前記固化材の水和反応を促進させる手段を有することを
特徴とする廃棄物の固化装置。 - 【請求項４２】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化して得られる固化体
において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成させる薬剤を添加して得られることを特徴とする固化
体。 - 【請求項４３】前記保護皮膜を形成する薬剤は、無機リ
ン酸及びその中性塩，有機リン酸及びその中性塩（ホス
ホン酸塩），重合リン酸及びその中性塩，ポリリン酸珪
素，ケイ酸及びその中性塩，重合ケイ酸及びその中性
塩，硝酸塩，リチウムを含有する無機塩，極性基に電気
陰性度の高い元素を含む有機化合物並びに両性金属のキ
レート化剤の中から選ばれた物であることを特徴とする
請求項４２に記載の固化体。 - 【請求項４４】両性金属を含む廃棄物を固化材で固化し
て得られる固化体において、 前記両性金属の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形
成させる薬剤を添加して得られることを特徴とする固化
体。 - 【請求項４５】両性金属を含む放射性廃棄物をセメント
系の水硬性固化材と混練水とで固化して得られる固化体
において、 前記固化材の水和反応を促進する薬剤を添加して得られ
ることを特徴とする固化体。 - 【請求項４６】前記薬剤は、カルシウムを含有する無機
塩，ケイ酸ナトリウム(水ガラス），ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石(アル
ナイト)の中から選ばれた物であることを特徴とする請
求項４５に記載の廃棄物の固化体。 - 【請求項４７】前記放射性廃棄物は原子力発電所から発
生する不燃性の雑固体廃棄物及び可燃性廃棄物の焼却処
理により発生する焼却灰のうちいずれか一方を含むこと
を特徴とする請求項４２又は４５に記載の固化体。 - 【請求項４８】両性金属を含む廃棄物を水の存在下でア
ルカリ性固化材で固化して得られる固化体において、 前記固化材の水和反応を促進させる薬剤を添加して得ら
れることを特徴とする固化体。 - 【請求項４９】両性金属を含む廃棄物を固化するための
固化材であって、 前記固化材はセメント系の水硬性固化材と前記両性金属
の表面に水素発生を防止する保護皮膜を形成させる薬剤
とを有していることを特徴とする固化材。 - 【請求項５０】両性金属を含む廃棄物を固化するための
固化材であって、 前記固化材は固化するための混練水と前記両性金属の表
面に水素発生を防止する保護皮膜を形成させる薬剤とを
有していることを特徴とする固化材。 - 【請求項５１】前記保護皮膜を形成する薬剤は、無機リ
ン酸及びその中性塩，有機リン酸及びその中性塩（ホス
ホン酸塩），重合リン酸及びその中性塩，ポリリン酸珪
素，ケイ酸及びその中性塩，重合ケイ酸及びその中性
塩，硝酸塩，リチウムを含有する無機塩，極性基に電気
陰性度の高い元素を含む有機化合物並びに両性金属のキ
レート化剤の中から選ばれた物であることを特徴とする
請求項４９又は５０に記載の固化材。 - 【請求項５２】廃棄物を固化するための固化材であっ
て、 前記固化材はセメント系の水硬性固化材と前記水硬性固
化材の水和反応を促進する薬剤とを有していることを特
徴とする固化材。 - 【請求項５３】廃棄物を固化するための固化材であっ
て、 前記固化材は固化するための混練水と固化時に使用され
るセメント系の水硬性固化材の水和反応を促進する薬剤
とを有していることを特徴とする固化材。 - 【請求項５４】前記薬剤は、カルシウムを含有する無機
塩，ケイ酸ナトリウム(水ガラス），ＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3
の焼結体であるアルミン酸カルシウム類，明礬石(アル
ナイト)の中から選ばれた物であることを特徴とする請
求項５２又は５３に記載の固化材。
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