JPH07104438B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、核燃料再処理施設等の放射性物質取扱い施設
で発生する中レベルないし低レベルの放射性廃棄物をア
ルミナセメントにより固化処理する方法に係り、特に、
比重の小さい放射性廃棄物が固化材表面に浮上がること
を防止し、かつ固化体パッケージの生産量を低減するこ
とができる放射性廃棄物の固化処理方法に関する。

（従来の技術） 従来より、核燃料再処理施設等の放射性物質取扱い施設
で発生する、例えば放射性濃縮廃液やスラッジ等の放射
性廃棄物処理方法として、濃縮廃液については濃縮乾燥
され、主として硝酸ナトリウムからなる粉体とされた
後、アスファルト固化処理が行われ、スラッジ類につい
てはそのまま貯蔵することが行われている。

一方、BWR発電所から発生する放射性廃棄物については
中間貯蔵体の状態で暫定貯蔵する方法も近年提案されて
いる。

この方法は放射性廃棄物を乾燥処理し大幅に減容した
後、これをペレット化処理して安定な中間貯蔵体を製造
し、原子力施設内の貯蔵タンクに一時貯蔵する方法であ
る。この方法によれば乾燥処理後の粉体放射性廃棄物に
圧縮力が加えられペレット化されるので高い減容率が得
られる。

しかし核燃料再処理施設で発生する¹³⁷Cs、Srでは放射
能の半減期が約30年であり、このような方法で放射能を
減衰させることは事実上不可能であり、仮にできたとし
ても一定期間貯蔵されて放射能が減衰した後で改めて安
定な固化体パッケージとし一体に固化させる必要があ
る。

また核燃料再処理施設からは、このような廃棄物以外
に、金属、コンクリートおよび断熱材等の雑固体廃棄物
が発生する。これらはその種類が非常に多種にわたりか
つ形状も不定であるため現時点では必要に応じて適当に
切断され、貯蔵容器中に入れられている。このような雑
固体も安定な固化体パッケージとして一体に固化させる
必要がある。

しかし、前述したアスファルト固化法では固化材が有機
物であるため数百年あるいはそれ以上の長期にわたる安
定性という点で問題があり、固化材としてセメントを用
いるセメント固化法においては、多量の水が必要なため
固化処理の際にその水分により、特にペレット状の放射
性廃棄物を固化するときに、ペレットの吸水、膨潤によ
るペレットおよび固化材の劣化が生じたり、固化体中に
存在する水分の蒸発により放射性物質が環境に放出され
たり固化体の強度が低下する可能性があり、硬化に必要
な水を最小限度量まで押えたセメントを用いた場合には
ペレットおよび固化材の劣化を防止することは可能であ
るが、固化材の粘性が大きくなり、そのため緻密にペレ
ットを充填することが難しくなるという難点があった。

このような事情に対処して、アルミニウムと、骨材と、
流動化材と、分散剤とを混合した固化材を用いて放射性
廃棄物を固化処理する方法が考えられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようなアルミナセメントと骨材を用
いた固化処理方法により、放射性廃棄物を耐火性に優
れ、長期にわたって化学的にも機械的にも安定な固化体
パッケージとして処理することが可能になったが、処理
対象の放射性廃棄物の比重が固化材の比重より小さい場
合、容器に固化材を注入する前に、放射性廃棄物が固化
材の表面に浮上がることを防止するために、容器の内部
に網状の蓋を取付ける遠隔操作等が必要であり、処理工
程が繁雑であるという問題があった。

さらに、比較的比重の大きい金属等の雑固体放射性廃棄
物を固化処理する場合、一般に固化体パッケージを形成
する容器には可般許容重量が定められているため、比重
の大きい雑固体は１個の容器内に少量しか充填すること
ができないので固化体パッケージの生産量が多くなり、
従って固化体パッケージの貯蔵スペースを多く必要とす
るという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、核燃料再処理施設等から発生する放射性廃棄物をア
ルミナセメントにより固化処理して、耐火性に優れ、長
期間にわたって化学的にも機械的にも安定な固化体パッ
ケージとして一体に固化させる方法において、ペレット
等の比較的比重の小さい放射性廃棄物の浮上りを防止
し、かつ金属等の比較的比重の大きい雑固体放射性廃棄
物の固化体パッケージの生産量を低減した放射性廃棄物
の固化処理方法を提供するものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の放射性廃棄物の固化処理方法は、原子力施設で
発生した放射性廃棄物を、（イ）アルミナセメントと、
（ロ）かさ比重が0.5〜1.4である軽量骨材と、（ハ）無
機質流動化材と、（ニ）縮合リン酸塩からなる分散剤と
を混合した水硬性固化材によって一体に固化させること
を特徴とする。

本発明方法において、処理対象の放射性廃棄物として
は、粉体、ペレット、雑固体、およびこれらの混合物が
好適である。

また、本発明方法において使用される（ロ）成分の軽量
骨材としては、例えば、一般に用いられているSiO₂を主
成分とするケイ酸質シャモット、粘土質シャモット、ア
ルミナのうち多孔性に富み低かさ比重（比重0.5〜0.7）
である粒径約2mm平均のアルミナ粒、シャモット粒、あ
るいは比較的低吸水性で、低比重（比重1.1〜1.4）のシ
リカ、シラスバルーン、アルミナ、シャモット、および
これらの混合物が使用可能である。なお、ここで軽量骨
材の比重は固化材を吸収しないものの比重を示す。上記
の比重の骨材を使用することにより、ペレット等の比較
的比重の小さい放射性廃棄物の浮上りを防止し、かつ固
化体パッケージの生産量を低減することができる。

また（ハ）成分の無機質流動化材としては、粒径５μｍ
以下のアルミナ質微粉、シリカ質微粉等の無機質酸化物
およびこれらの混合物が使用可能である。

（ニ）成分の分散剤としては分散効果が大きくかつ無機
で安定な縮合リン酸塩が使用される。

そしてこれらの成分の配合量は、（イ）成分のアルミナ
セメントが15〜50重量部、（ロ）成分の軽量骨材が30〜
75重量部、（ハ）成分の無機質流動化材が10〜20重量部
の合計100重量部に対し、縮合リン酸塩0.05〜0.5重量部
および添加水８〜20重量部が適当である。この構成によ
り、添加水の量を可能な限り少量とし、固化体強度等の
物性の良好な固化体を得ることができる。さらに、分散
剤として有機系に使用せずに無機の縮合リン酸塩を使用
することにより、長期間変質のない安定な固化体を得る
ことができる。

アルミナセメントの配合量が15重量部未満では固化体の
十分な強度および早硬性が得られず、50重量部を越える
とアルミナセメント硬化時の収縮によるクラックが発生
したり、固化材中の水分量が多くなるという問題が起こ
るようになる。

骨材の配合量が30重量部未満では同様にクラックが発生
しやすく、逆に75重量部を越えると十分な固化体強度が
得られず、また流動性も低下するようになる。

また無機質流動化材の配合量は、10重量部未満でも20重
量部を越えても固化材の流動性が低下し、また20重量部
を越えると収縮によるクラックが発生するようになる。

分散剤として添加される縮合リン酸塩の配合量は0.05重
量部未満では分散効果が低下し、また0.5重量部を越え
ると固化材に適度の粘性が得られず、また十分な流動性
が得られなくなる。

（作用） 本発明の放射性廃棄物の固化処理方法においては、比較
的比重が小さい軽量骨材を用いているため、固化材の比
重を約２以下に低減することができるので、粉体、ペレ
ット等の比較的比重の小さい放射性廃棄物を固化材とと
もに容器に充填して固化処理する際、放射性廃棄物が固
化材の表面に浮上ることを防止してほとんど完全に放射
能を封じ込めることができ、さらに金属等の比較的比重
の大きい雑固体放射性廃棄物を固化処理する際、１個の
容器に多量の放射性廃棄物を充填することができ、固化
体パッケージの生産量、および貯蔵スペースを低減する
ことができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図を用いて説明する。

実施例１〜５ 第１表に示す組成で、アルミナセメントと軽量骨材およ
び無機質流動化剤とを均一に混合し、分散剤を添加水に
溶かした水溶液を加えこれらを混練し、３種類のスラリ
ー状固化材を得た。第１表の数値は重量部で示してあ
る。

なお表中の比較例１〜３は、軽量骨材を用いずに、第１
表に示す組成で同様にしてスラリー状の固化材としたも
のである。このとき分散剤として縮合リン酸ソーダ１％
液を用いた。そしてこれらの固化材のかさ比重を調べた
ところ第１表に示したとおりであった。

第１表からわかるように、かさ比重0.5〜1.4の軽量骨材
を用いることにより、固化材のかさ比重を約２以下に低
減することができるので、ペレット等の比較的比重の小
さい放射性廃棄物を固化処理する際、放射性廃棄物が固
化材の表面に浮上ることを防止することができ、ほとん
ど完全に放射能を封じ込めることができる。

さらに、上記の固化材を用いて金属の雑固体放射性廃棄
物を容量200のドラム缶に充填、固化する際、固化体
パッケージの最大総重量を500kgに制限したときの固化
材のかさ比重と雑固体放射性廃棄物の充填可能量との関
係を調べたところ図に示したとおりであった。図からわ
かるように、軽量骨材を含む実施例の固化材、特に実施
例３の固化材を用いて固化処理を行った場合、軽量骨材
を含まない比較例の固化材を用いた場合に比べて、１個
のドラム缶に約1.7倍以上の量の金属雑固体放射性廃棄
物を充填することができた。

また、このとき形成した固化体の一軸圧縮強度を調べた
ところ、第２表に示したとおりであった。

第２表から、軽量骨材を用いた固化材により放射性廃棄
物の固化処理を行っても、従来の骨材を用いた比較例の
固化材により固化処理を行った場合とほとんど変わらず
強度の良好な固化体が得られることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の放射性廃棄物の固化処理
方法を用いれば、比較的比重の小さいペレット等の放射
性廃棄物が固化材の表面に浮上ることを防止し、かつ金
属等の比較的比重の大きい雑固体放射性廃棄物の固化体
パッケージの生産量、および貯蔵スペースを低減して、
放射性廃棄物を耐火性に優れ、長期にわたって化学的に
も機械的にも安定な固化体パッケージとして処理するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は固化材のかさ比重と金属廃棄物の充填可能量との関
係である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊原 尚実 神奈川県川崎市川崎区浮島町４番１号 日 本原子力事業株式会社研究所内 (72)発明者 杉野 太加夫 愛知県刈谷市小垣江町南藤１ 東芝セラミ ックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者 松尾 和昭 愛知県刈谷市小垣江町南藤１ 東芝セラミ ックス株式会社刈谷製造所内 (56)参考文献 特開 昭61−215999（ＪＰ，Ａ) 特公 平７−27024（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−27075（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子力施設で発生した放射性廃棄物を、 （イ）アルミナセメントと、 （ロ）かさ比重が0.5〜1.4である軽量骨材と、 （ハ）無機質流動化材と、 （ニ）縮合リン酸塩からなる分散剤と を混合した水硬性固化材によって、一体に固化させるこ
   とを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
2. 【請求項２】放射性廃棄物が、粉体、ペレット、および
   雑固体から選ばれた１種または２種以上からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射性廃棄物の
   固化処理方法。
3. 【請求項３】軽量骨材が、アルミナ、シャモット、シリ
   カ、シラスバルーンから選ばれた１種または２種以上か
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
4. 【請求項４】無機質流動化材が、粒径５μｍ以下の、ア
   ルミナ質微粉およびシリカ質微粉等の無機質酸化物のう
   ちから選ばれた１種または２種以上からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１
   項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
5. 【請求項５】固化材の配合量が、（イ）のアルミナセメ
   ントが15〜50重量部、（ロ）の軽量骨材が30〜75重量
   部、（ハ）の無機質流動化材が10〜20重量部の合計100
   重量部に対し、縮合リン酸塩が0.05〜0.5重量部、添加
   水が８〜20重量部であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載の放射性廃棄
   物の固化処理方法。