JPH0672955B2 - 粉体廃棄物の固化方法 - Google Patents

粉体廃棄物の固化方法

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JPH0672955B2
JPH0672955B2 JP59035557A JP3555784A JPH0672955B2 JP H0672955 B2 JPH0672955 B2 JP H0672955B2 JP 59035557 A JP59035557 A JP 59035557A JP 3555784 A JP3555784 A JP 3555784A JP H0672955 B2 JPH0672955 B2 JP H0672955B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、産業廃棄物、特に放射性廃棄物を水硬化性の
固化材を使用して固化する方法に関する。
〔発明の背景〕
産業廃棄物、特に原子力発電所から発生する放射性廃棄
物を減容固化することは、施設内の保管スペースを確保
するためにも、又はこれらの廃棄物を最終処分するため
にも、必要である。
放射性廃棄物の減容固化方法の1つとして、原子力発電
所のイオン交換樹脂の再生処理に伴って発生する濃縮廃
液(BWR原子炉では主成分硫酸ソーダ、PWR原子炉では主
成分ホウ酸ソーダ)又は粉状イオン交換樹脂スラリーを
乾燥粉体にしてその体積の大部分を占める水を除去、更
に必要に応じペレット化して、固化材で固化する方法が
検討されている。この方法は、廃液やスラリーを直接セ
メント固化する方法に較べ数分の1に減容できることが
確認されている。
しかし、この方法は、セメントやケイ酸アルカリ(水ガ
ラス等)などの水硬化性の固化材を用いたときは、必ず
しも安定な固化体を作成できないという欠点がある。こ
れは、水硬化性の固化材は固化材と水を混練して用いる
ため、固化時に乾燥廃棄物が水と水和反応を起し、その
際の体積膨張又は発熱により固化体に破損を生ずるから
である。
例えば、セメントを固化材として用い、硫酸ソーダ(Na
2SO4)を主成分とする乾燥粉体廃棄物を固化した場合、
固化材ペースト(固化材と水の混練物)の自由水を粉体
中のNa2SO4が吸水して水和物を作り、その際の体積膨張
により固化体にクラックが発生するため健全な固化体が
形成されない。
また、例えばセメントを固化材として用い、ホウ酸ソー
ダ(Na2B4O7)を主成分とする乾燥粉体廃棄物を固化し
た場合、固化材ペーストの自由水とNa2B4O7が水和反応
を起して水和物を作り、その際に高熱を発して健全な固
化体の形成を阻害する。またこの場合にはペーストの硬
化が余りにも急速に起って注入が困難になる等の問題も
ある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記の如き乾燥粉状廃棄物を水硬化性
の固化材で固化する際に、上述のような、固化時の廃棄
物の水和反応による発熱及び膨潤等を防止し、健全な固
化体を形成する固化方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の方法の特徴は、硫酸ソーダ又はホウ酸ソーダの
無水物を含む粉体廃棄物を、水硬化性の固化材で固化す
るに際し、予め該無水物を水和物化し、これに伴う膨潤
もしくは発熱などが止んだ後に、水硬化性の固化材で固
化することにある。
かかる予めの水和物化は、硫酸ソーダ又はホウ酸ソーダ
の無水物の平衡蒸水気圧より高く且つその水和物の平衡
蒸気圧より低い水蒸気圧に保った雰囲気中に該粉体廃棄
物を保持することによって行うこともできるし、又は、
硫酸ソーダ又はホウ酸ソーダの無水物の水和物化に必要
な量の水を該粉体廃棄物にスプレーすることによって行
うこともできる。
本発明は、以下の研究結果によりなされたものである。
前述したように、Na2B4O7を主成分とする廃棄物乾燥粉
体を水硬化性の固化材のペーストで固化する場合には、 なる反応が起る。このうち、Na2B4O7の吸水反応では発
熱が起るが、Na2B4O7・10H2Oの溶解反応では発熱はみら
れないことが実験で確認された。このことから、固化体
の乾燥ひび割れの原因となる発熱は水和物形成時の水和
反応に伴うものであることがわかった。
また、Na2SO4を主成分とする廃棄物乾燥粉体を水硬化性
固化体のペーストで固化する場合には なる反応が起る。この場合には水和物を形成する反応は
顕著な発熱を伴わないが、その際の体積膨張が顕著であ
り、これが固化体にクラック等を発生させる原因である
ことがわかった。
そこで、本発明は、廃棄物粉体中のNa2B4O7やNa2SO4
固化材ペーストとの混合前に予め水和物の形に変換し、
これに伴う発熱や膨潤などの現象が止んだ後に、水硬化
性の固化材で固化することにより、固化体の劣化の原因
を取除くようにしたものである。
〔発明の実施例〕
前述のように、水分の存在下では、Na2SO4は水和反応を
起して結晶水を有する化合物(Na2SO4・10H2O)に変化
し、更に含水することにより結晶構造が消滅していわゆ
る潮解を起こすと考えられている。即ち これらの変化はその平衡水蒸気圧と雰囲気の水蒸気圧
(水蒸気分圧)との差に依存する。
第1図は無水Na2SO4及びNa2SO4の水和物Na2SO4・10H2O
の平衡水蒸気圧曲線を示す。雰囲気の水蒸気圧が無水Na
2SO4の平衡水蒸気圧曲線より低い場合(第1図でCの部
分)は無水Na2SO4のまま存在する。雰囲気の水蒸気圧
が、Na2SO4・10H2Oの平衡水蒸気圧曲線より高い場合
(第1図でAの部分)は、無水Na2SO4はNa2SO4・10H2O
となり更に進んで潮解を起こす。雰囲気の水蒸気圧が無
水Na2SO4の平衡水蒸気圧より高く、水和物Na2SO4・10H2
Oの平衡水蒸気圧より低い場合(第1図でBの部分)
は、水和物Na2SO4・10H2Oの状態で存在する。
第2図は無水Na2B4O7および水和物Na2B4O7・10H2Oの平
衡水蒸気圧曲線であり、この場合にも上記と同じことが
言える。
以上のことを念頭に置いて、Na2B4O7をそのままセメン
ト−水ペーストで固化した場合と、第2図のB領域に保
つ雰囲気調整を行って得たたNa2B4O7・10H2Oをセメント
−水ペーストで固化した場合の発熱比と粘度とを実験的
に調べた。結果を第3図,第4図に示す。これらの図
は、ペーストとの注入による固化開始を時間の原点にと
り、第3図ではその原点における値を1としたときの相
対値で示してある。
これらの図から明らかなように、雰囲気調整により予め
Na2SO4・10H2Oに変換させておくことによって、発熱が
ほとんど見られなくなり、また、硬化速度の目安となる
粘度変化から見るとNa2B4O7の場合は5分以内に硬化し
てしまう(a点で測定不能になる)のに対し、Na2B4O7
・10H2Oの場合は、30分後でもまだ完全に硬化していな
い(このことは固化材ペーストの注入が容易であること
を意味する)。このようにNa2B4O7・10H2Oの形にして固
化することによって硬化後の乾燥クラック等もなくな
り、健全な固化体の生成が可能であることが確められ
た。
また、第5図は、夫々、Na2SO4を、及び第1図のB領域
に保って得たNa2SO4・10H2Oを、セメントで固化した場
合の膨張率を示す。(ここに、膨張率=膨張した長さ/
成形時の長さ。)Na2SO4・10H2Oに予め変換しておいた
場合の方が膨張が殆んどなく、健全な固化体が得られる
ことがわかる。
本発明の具体的実施例を以下に示す。
実施例1 第6図に示すように、廃液タンク1内に貯溜されたNa2B
4O7を主成分とする放射性廃液を遠心薄膜乾燥機2で粉
体化し、その後、空調装置4により雰囲気が温度20℃及
び湿度60%〜95%に一定に保たれた粉体ホッパー3内に
1時間保持した。次いで、粉体ホッパー3内の粉体約21
0kg、固化材ホッパー5内のセメント70kg、水タンク6
内の水70kgを混練槽7で混練後、200ドラム缶8へ注
入した。
本実施例では、急速硬化に起因する混練槽7での固着ド
ラブルもなく、硬化後の発熱もみられず、得られた固化
体は破損なく健全であった。
本実施例によれば、ホッパー3内の雰囲気の空調のみで
健全な固化体を提供できる。
実施例2 第7図に示すように、Na2B4O7を主成分とする放射性廃
液を粉体化したものを粉体ホッパー9に受け入れ、ロー
ドセル12で計量して混練槽7′へ210kg供給し、水タン
ク6′から90kgの水をフローメータ14で計量して混練槽
7′内に霧状に注入しながら、常温にて撹拌機15で15分
間撹拌した。混練槽7′から生成物を取り出し分析した
ところ、Na2B4O7・10H2Oが50%程度であった。次に、混
練槽7′に、セメントペーストをタンク5′から140kg
注入し、さらに10分間撹拌し、次いで200ドラム缶8
へ充填した。
本実施例では、急速硬化による混練槽での固着トラブル
もなく、硬化時、硬化後の発熱もみられず、得られた固
化体は破損もなく、健全であった。
本実施例によれば、従来と同じ装置システムで、健全な
固化体を提供できる。
実施例3 以上の実施例は、Na2B4O7を主成分とする廃棄物の場合
であったが、本実施例3では、実施例1と同様のシステ
ムを使用し、Na2SO4を主成分とする廃棄物の粉体をセメ
ントで固化するものである。第6図の粉体ホッパー3内
の温度を20℃、湿度80%〜95%として、この中に該粉体
を1時間保持した後、粉体250kg、固化材70kg、水70
を混練槽7で混練後、200ドラム缶8へ注入した。こ
のようにして作成した固化体は、膨潤することなく、健
全な固化体であった。
上記各実施例では、粉体状の廃棄物を固化したが、顆粒
状,ペレット状であっても同様の効果が得られる。但し
この場合、造粒機,ペレットホッパー等も、同様の条件
で雰囲気を調整する必要がある。その雰囲気を調整する
条件は、主成分の平衡水蒸気圧曲線より決定しなければ
ならない。
また上記各実施では、固化材としてセメントを使用した
が、ケイ酸アルカリ組成物等、水硬化性の固化材であれ
ば、同等の効果が得られる。
なお、ホウ酸ソーダの場合、Na2B4O7・10H2Oを生成して
から固化したが、別の水和物Na2B4O7・5H2Oを生成した
後に固化しても同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕 本発明によれば、粉体廃棄物中の硫酸ソーダ又はホウ酸
ソーダの無水物が水硬化性の固化材のペーストに含まれ
る水分を吸水することによって起こる水和反応、ひいて
はそれに伴う発熱(ホウ酸ソーダの場合)、膨潤(硫酸
ソーダの場合)等の固化体劣化原因を防止して健全な固
化体を得ることができる。
また、従来、無水ホウ酸ソーダを含む粉体廃棄物を水硬
化性固化材ペーストで固化処理する際に硬化が余りにも
急速であって固化材ペーストの注入が困難になる問題が
あったところ、本願発明では、固化処理前に無水ホウ酸
ソーダを予め水和物化しておくことにより、硬化速度が
遅くなり、固化材ペーストの注入が容易になるという効
果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図はNa2SO4とNa2SO4・10H2Oの平衡水蒸気圧曲線、
第2図はNa2B4O7とNa2B4O7・10H2Oの平衡水蒸気圧曲
線、第3図はNa2B4O7とNa2B4O7・10H2Oの発熱特性図、
第4図はNa2B4O7とNa2B4O7・10H2Oの硬化特性図、第5
図はNa2SO4とNa2SO4・10H2Oの膨張特性図、第6図およ
び第7図は本発明の異る実施例のための装置システムの
概要図である。 〔符号の説明〕 1……廃液タンク、2……遠心薄膜乾燥機、 3……粉体ホッパー、4……雰囲気調整装置、 5……固化材ホッパー、5′……固化材ペーストタン
ク、 6,6′……水タンク、7,7′……混練槽、 8……ドラム缶、9……粉体ホッパー、 12……ロードセル、13……バルブ、 14……フローメーター、15……撹拌機、 16,17……バルブ、18……レベル計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉田 慎 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭55−152500(JP,A) 特開 昭57−197500(JP,A) 特開 昭57−188413(JP,A) 特公 昭45−30452(JP,B1)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】硫酸ソーダの無水物を含む粉体廃棄物を、
    水硬化性の固化材で固化するに際し、予め硫酸ソーダの
    無水物を水和物化し、これに伴う膨潤が止んだ後に水硬
    化性の固化材で固化することを特徴とする粉体廃棄物の
    固化方法。
  2. 【請求項2】上記硫酸ソーダの無水物の予めの水和物化
    は、雰囲気の水蒸気圧を硫酸ソーダの無水物の平衡水蒸
    気圧より高く且つ硫酸ソーダの水和物の平衡水蒸気圧よ
    り低い状態に保った雰囲気中に上記粉体廃棄物を置くこ
    とによって行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の粉体廃棄物の固化方法。
  3. 【請求項3】上記硫酸ソーダの無水物の予めの水和物化
    は、該硫酸ソーダの無水物の水和物化に必要な量の水を
    上記粉体廃棄物にスプレーすることにより行なうことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の粉体廃棄物の固
    化方法。
  4. 【請求項4】ホウ酸ソーダの無水物を含む粉体廃棄物
    を、水硬化性固化材で固化するに際し、予め該ホウソー
    ダの無水物を水和物化し、これに伴う発熱が止んだ後
    に、水硬化性の固化材で固化することを特徴とする粉体
    廃棄物の固化方法。
  5. 【請求項5】上記ホウ酸ソーダの無水物の予めの水和物
    化は、雰囲気の水蒸気圧をホウ酸ーダの無水物の平衡水
    蒸気圧より高く且つホウ酸ソーダの水和物の平衡水蒸気
    圧より低い状態に保った雰囲気中に上記粉体廃棄物を置
    くことによって行なうことを特徴とする特許請求の範囲
    第4項記載の粉体廃棄物の固化方法。
  6. 【請求項6】上記ホウ酸ソーダの無水物の予めの水和物
    化は、該ホウ酸ソーダの無水物の水和物化に必要な量の
    水を上記粉体廃棄物にスプレーすることにより行なうこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の粉体廃棄物
    の固化方法。
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