JPH07270597A - 放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材 - Google Patents
放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材Info
- Publication number
- JPH07270597A JPH07270597A JP6070694A JP6070694A JPH07270597A JP H07270597 A JPH07270597 A JP H07270597A JP 6070694 A JP6070694 A JP 6070694A JP 6070694 A JP6070694 A JP 6070694A JP H07270597 A JPH07270597 A JP H07270597A
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- Japan
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- vermiculite
- bentonite
- radioactive waste
- water
- buffer material
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 地下水の止水機能に加えて、高ｐＨかつ高イ
オン強度状態にあっても、137Ｃｓ等の放射性核種の吸
着性能が高い。 【構成】 本発明の緩衝材又は埋戻し材は、ベントナイ
トと焼成したバーミキュライトとの混合物からなり、好
ましくはバーミキュライトを１０〜４０重量％混合させ
る。
オン強度状態にあっても、137Ｃｓ等の放射性核種の吸
着性能が高い。 【構成】 本発明の緩衝材又は埋戻し材は、ベントナイ
トと焼成したバーミキュライトとの混合物からなり、好
ましくはバーミキュライトを１０〜４０重量％混合させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、使用済核燃料の再処理
工程において生じる高レベル放射性廃棄物の地層処分用
緩衝材又は低レベル放射性廃棄物の地中処分用埋戻し材
に関するものである。
工程において生じる高レベル放射性廃棄物の地層処分用
緩衝材又は低レベル放射性廃棄物の地中処分用埋戻し材
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】使用済核燃料の再処理工程から発生する
高レベル廃液はガラスに溶融してガラス固化体に処理し
た後、このガラス固化体を地下深部に埋設して処分され
ることが有力になっている。即ち、図１に示すようにガ
ラス固化体１はキャニスタ２に入れられた後、金属製の
格納容器であるオーバパック３に入れられ、その周囲に
緩衝材４が敷設されて深い地層の岩盤５中に処分される
ことが考えられている。また原子力発電所から発生する
低レベル放射性廃棄物の浅地中処分においても、バリア
材の一つとして埋戻し材を使用することが予定されてい
る。緩衝材及び埋戻し材には、地下水の浸入を抑制する
止水機能と、将来放射性核種が地下水中に漏洩したとき
に核種を吸着してその移行を阻止する吸着機能を有する
ことが要求されている。
高レベル廃液はガラスに溶融してガラス固化体に処理し
た後、このガラス固化体を地下深部に埋設して処分され
ることが有力になっている。即ち、図１に示すようにガ
ラス固化体１はキャニスタ２に入れられた後、金属製の
格納容器であるオーバパック３に入れられ、その周囲に
緩衝材４が敷設されて深い地層の岩盤５中に処分される
ことが考えられている。また原子力発電所から発生する
低レベル放射性廃棄物の浅地中処分においても、バリア
材の一つとして埋戻し材を使用することが予定されてい
る。緩衝材及び埋戻し材には、地下水の浸入を抑制する
止水機能と、将来放射性核種が地下水中に漏洩したとき
に核種を吸着してその移行を阻止する吸着機能を有する
ことが要求されている。
【０００３】現在、高レベル廃棄物の緩衝材にはケイ砂
を混合した圧密ベントナイトが、また低レベル放射性廃
棄物の埋戻し材にはベントナイトと掘削土の混合材がそ
れぞれ有力な候補材として挙げられている。これはベン
トナイトが、陽イオンに対する吸着性が高いこと、
含水によって膨潤し止水性が期待できること、天然鉱
物であるため長期的に安定した材料と予想されることな
どの理由によるものである。
を混合した圧密ベントナイトが、また低レベル放射性廃
棄物の埋戻し材にはベントナイトと掘削土の混合材がそ
れぞれ有力な候補材として挙げられている。これはベン
トナイトが、陽イオンに対する吸着性が高いこと、
含水によって膨潤し止水性が期待できること、天然鉱
物であるため長期的に安定した材料と予想されることな
どの理由によるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、放射性廃棄物
が処分される地中環境はコンクリートピット等や固型化
材として使用されるセメントからの溶出成分により、高
ｐＨかつ高イオン強度状態であることが予想される。こ
のため、地中処分用緩衝材及び埋戻し材には高ｐＨかつ
高イオン強度状態でも、137Ｃｓ等の放射性核種を吸着
することが要求される。しかし、ベントナイトについて
は低イオン強度状態では核種の吸着性能が高いものの、
高ｐＨかつ高イオン強度状態のセメント溶液では、核種
の吸着性能が低下する傾向にある。本発明の目的は、地
下水の止水機能に加えて、高ｐＨかつ高イオン強度状態
にあっても、137Ｃｓ等の放射性核種の吸着性能が高い
放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材を提供す
ることにある。
が処分される地中環境はコンクリートピット等や固型化
材として使用されるセメントからの溶出成分により、高
ｐＨかつ高イオン強度状態であることが予想される。こ
のため、地中処分用緩衝材及び埋戻し材には高ｐＨかつ
高イオン強度状態でも、137Ｃｓ等の放射性核種を吸着
することが要求される。しかし、ベントナイトについて
は低イオン強度状態では核種の吸着性能が高いものの、
高ｐＨかつ高イオン強度状態のセメント溶液では、核種
の吸着性能が低下する傾向にある。本発明の目的は、地
下水の止水機能に加えて、高ｐＨかつ高イオン強度状態
にあっても、137Ｃｓ等の放射性核種の吸着性能が高い
放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材を提供す
ることにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明の緩衝材又は埋戻し材は、ベントナイトと
焼成したバーミキュライトとの混合物からなり、好まし
くはバーミキュライトを１０〜４０重量％混合させるこ
とを特徴とする。
めに、本発明の緩衝材又は埋戻し材は、ベントナイトと
焼成したバーミキュライトとの混合物からなり、好まし
くはバーミキュライトを１０〜４０重量％混合させるこ
とを特徴とする。
【０００６】以下、本発明を詳述する。 (a) バーミキュライトの調製 本発明のバーミキュライト(Vermiculite)は天然粘土層
状鉱物であるバーミキュライト鉱石を粉砕した後、６０
０〜８００℃に急激に加熱して焼成し、層間を剥離し膨
張させたものである。化学式は(Mg,Fe3+,Al)2-3(Si4-x,
Alx)O10(OH)2(M +,1/2M2+)・nH2O)で表される。このバー
ミキュライトは表面積を増加させるために、粒径が７４
μｍ（２００ｍｅｓｈ）以下になるように粉砕すること
が好ましい。好ましい下限の粒径は２８μｍである。な
お、粒径が０．１μｍ以下になった場合には、焼成処理
により剥離膨張したバーミキュライトの層間がつぶれ
て、核種の吸着性能が低下する恐れがある。
状鉱物であるバーミキュライト鉱石を粉砕した後、６０
０〜８００℃に急激に加熱して焼成し、層間を剥離し膨
張させたものである。化学式は(Mg,Fe3+,Al)2-3(Si4-x,
Alx)O10(OH)2(M +,1/2M2+)・nH2O)で表される。このバー
ミキュライトは表面積を増加させるために、粒径が７４
μｍ（２００ｍｅｓｈ）以下になるように粉砕すること
が好ましい。好ましい下限の粒径は２８μｍである。な
お、粒径が０．１μｍ以下になった場合には、焼成処理
により剥離膨張したバーミキュライトの層間がつぶれ
て、核種の吸着性能が低下する恐れがある。
【０００７】焼成したバーミキュライトの陽イオン交換
容量は１００ｇ当り１００〜１５０ｍｅｑの高い値を示
す。焼成したバーミキュライトは、高アルカリで高イオ
ン強度溶液（例えば塩化カルシウム ０．１モル／ｌ溶
液）においてＣａ等のイオンが多くなっても137Ｃｓ等
の放射性核種に対する吸着性能の低下がベントナイトよ
りも小さく、放射性核種の選択的吸着性に優れる特長が
ある。即ち、焼成したバーミキュライトの放射性核種に
対する選択的吸着性であるイオン平衡定数は次式（１）
で表され、バーミキュライトのイオン平衡定数（ｌｏｇ
Ｋ）は５．０である。これに対してベントナイトのイ
オン平衡定数（ｌｏｇ Ｋ）は３．７である。 ｌｏｇ Ｋ ＝ ｛[Cs-solid][Na+]／[Ca-solid][Cs+]｝ ……（１） ここで[Cs-solid]はＣｓが吸着した鉱物相を、[Ca-soli
d]はＣａが吸着した鉱物相をそれぞれ意味する。バーミ
キュライトはベントナイトより放射性核種の吸着選択性
に優れる反面、止水機能はベントナイトより劣る。
容量は１００ｇ当り１００〜１５０ｍｅｑの高い値を示
す。焼成したバーミキュライトは、高アルカリで高イオ
ン強度溶液（例えば塩化カルシウム ０．１モル／ｌ溶
液）においてＣａ等のイオンが多くなっても137Ｃｓ等
の放射性核種に対する吸着性能の低下がベントナイトよ
りも小さく、放射性核種の選択的吸着性に優れる特長が
ある。即ち、焼成したバーミキュライトの放射性核種に
対する選択的吸着性であるイオン平衡定数は次式（１）
で表され、バーミキュライトのイオン平衡定数（ｌｏｇ
Ｋ）は５．０である。これに対してベントナイトのイ
オン平衡定数（ｌｏｇ Ｋ）は３．７である。 ｌｏｇ Ｋ ＝ ｛[Cs-solid][Na+]／[Ca-solid][Cs+]｝ ……（１） ここで[Cs-solid]はＣｓが吸着した鉱物相を、[Ca-soli
d]はＣａが吸着した鉱物相をそれぞれ意味する。バーミ
キュライトはベントナイトより放射性核種の吸着選択性
に優れる反面、止水機能はベントナイトより劣る。
【０００８】(b) バーミキュライトのベントナイトとの
混合割合 バーミキュライトとベントナイトとを混合した際の全重
量を１００重量％とするとき、バーミキュライトの混合
割合は１０〜４０重量％の範囲が好ましい。バーミキュ
ライトの混合割合が１０重量％未満ではバーミキュライ
トを混合した効果はほとんどなくなり、４０重量％を越
える場合には、核種の吸着性能は高まるが、緩衝材又は
埋戻し材のもう一つの重要な機能である止水性能は低下
するようになる。このバーミキュライトの混合割合は上
記範囲内で２０〜４０重量％が更に好ましい。
混合割合 バーミキュライトとベントナイトとを混合した際の全重
量を１００重量％とするとき、バーミキュライトの混合
割合は１０〜４０重量％の範囲が好ましい。バーミキュ
ライトの混合割合が１０重量％未満ではバーミキュライ
トを混合した効果はほとんどなくなり、４０重量％を越
える場合には、核種の吸着性能は高まるが、緩衝材又は
埋戻し材のもう一つの重要な機能である止水性能は低下
するようになる。このバーミキュライトの混合割合は上
記範囲内で２０〜４０重量％が更に好ましい。
【０００９】
【作用】ベントナイトと焼成したバーミキュライトとを
混合した緩衝材又は埋戻し材はベントナイトの高い止水
機能と、バーミキュライトの高い放射性核種の吸着機能
を有するようになる。
混合した緩衝材又は埋戻し材はベントナイトの高い止水
機能と、バーミキュライトの高い放射性核種の吸着機能
を有するようになる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに図面
に基づいて詳しく説明する。 ＜実施例１及び２＞ベントナイト（商品名：クニゲルV
1、クニミネ鉱業社製）に焼成したバーミキュライト
を、重量比でベントナイト：バーミキュライト＝８０：
２０及び６０：４０の割合でそれぞれ混合し、２種類の
試験試料を作製した。バーミキュライトはバーミキュラ
イト鉱石を粉砕した後、６００〜８００℃に急激に加熱
して焼成することにより得た。ベントナイト及びバーミ
キュライトの粒径は４４〜７４μｍであり、各重量比で
混合した試料の乾燥密度は１．６ｇ／ｃｍ3であった。
に基づいて詳しく説明する。 ＜実施例１及び２＞ベントナイト（商品名：クニゲルV
1、クニミネ鉱業社製）に焼成したバーミキュライト
を、重量比でベントナイト：バーミキュライト＝８０：
２０及び６０：４０の割合でそれぞれ混合し、２種類の
試験試料を作製した。バーミキュライトはバーミキュラ
イト鉱石を粉砕した後、６００〜８００℃に急激に加熱
して焼成することにより得た。ベントナイト及びバーミ
キュライトの粒径は４４〜７４μｍであり、各重量比で
混合した試料の乾燥密度は１．６ｇ／ｃｍ3であった。
【００１１】＜比較例１〜４＞実施例とそれぞれ同じベ
ントナイトと焼成したバーミキュライトを用いた。これ
らを、重量比でベントナイト：バーミキュライト＝１０
０：０、４０：６０、２０：８０及び０：１００の割合
でそれぞれ混合し、４種類の試験試料を作製した。ベン
トナイトとバーミキュライトの粒径及び乾燥密度は実施
例と同一とした。
ントナイトと焼成したバーミキュライトを用いた。これ
らを、重量比でベントナイト：バーミキュライト＝１０
０：０、４０：６０、２０：８０及び０：１００の割合
でそれぞれ混合し、４種類の試験試料を作製した。ベン
トナイトとバーミキュライトの粒径及び乾燥密度は実施
例と同一とした。
【００１２】＜比較試験と評価＞実施例と比較例の試料
について、止水性能を比較するため、透水係数の測定を
次の方法により行った。先ずカラムに試料を充填し、こ
のカラムに大気圧中で純水を流し、ＪＩＳ Ａ １２１
８−１９７７に規定される変水位透水試験法により透水
係数を測定した。その結果を表１に示す。
について、止水性能を比較するため、透水係数の測定を
次の方法により行った。先ずカラムに試料を充填し、こ
のカラムに大気圧中で純水を流し、ＪＩＳ Ａ １２１
８−１９７７に規定される変水位透水試験法により透水
係数を測定した。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】更に実施例２と比較例１について、放射性
廃棄物中に含まれている放射性核種の代表的な核種の一
つである137Ｃｓの分配係数を次の方法により測定し
た。分配係数は次の式（２）で定義される。 分配係数＝固相中の濃度／液相中の濃度 ……（２） 先ず137Ｃｓ濃度が５００Ｂｑ／ｍｌで塩化カルシウム
濃度が０．１モル／ｌの溶液を用意した。この溶液に塩
酸と水酸化カルシウムを適宜添加して、ｐＨ２、ｐＨ
７、ｐＨ１０及びｐＨ１２の４種類の溶液を調製した。
ｐＨが異なる４種類の溶液１００ｍｌに対して、試験試
料をそれぞれ１ｇの割合で接触させた。２４時間経過し
た後にろ過を行い、137Ｃｓの初期濃度とろ過後の137Ｃ
ｓの濃度を測定し、137Ｃｓの分配係数を次の式（３）
により算出した。 Ｋd ＝ ｛（Ｃ0−Ｃ）／Ｃ｝×（Ｖ／Ｓ） ……（３） ここで、Ｋdは分配係数（ｍｌ／ｇ）、Ｃ0は137Ｃｓの
初期濃度（ｃｐｍ／ｍｌ）、Ｃはろ過後の137Ｃｓの濃
度（ｃｐｍ／ｍｌ）、Ｖは液相の体積（ｍｌ）及びＳは
固相の体積（ｇ）である。その結果を表２に示す。表２
の改善率は比較例１の分配係数を１００としたときの実
施例２の数値の割合である。
廃棄物中に含まれている放射性核種の代表的な核種の一
つである137Ｃｓの分配係数を次の方法により測定し
た。分配係数は次の式（２）で定義される。 分配係数＝固相中の濃度／液相中の濃度 ……（２） 先ず137Ｃｓ濃度が５００Ｂｑ／ｍｌで塩化カルシウム
濃度が０．１モル／ｌの溶液を用意した。この溶液に塩
酸と水酸化カルシウムを適宜添加して、ｐＨ２、ｐＨ
７、ｐＨ１０及びｐＨ１２の４種類の溶液を調製した。
ｐＨが異なる４種類の溶液１００ｍｌに対して、試験試
料をそれぞれ１ｇの割合で接触させた。２４時間経過し
た後にろ過を行い、137Ｃｓの初期濃度とろ過後の137Ｃ
ｓの濃度を測定し、137Ｃｓの分配係数を次の式（３）
により算出した。 Ｋd ＝ ｛（Ｃ0−Ｃ）／Ｃ｝×（Ｖ／Ｓ） ……（３） ここで、Ｋdは分配係数（ｍｌ／ｇ）、Ｃ0は137Ｃｓの
初期濃度（ｃｐｍ／ｍｌ）、Ｃはろ過後の137Ｃｓの濃
度（ｃｐｍ／ｍｌ）、Ｖは液相の体積（ｍｌ）及びＳは
固相の体積（ｇ）である。その結果を表２に示す。表２
の改善率は比較例１の分配係数を１００としたときの実
施例２の数値の割合である。
【００１５】
【表２】
【００１６】表１から明らかなように、バーミキュライ
トの混合割合が４０重量％以下の実施例１、実施例２及
び比較例１の試料では、透水係数は１０-10ｃｍ／秒以
下であり、止水性能の低下による問題はなかった。これ
に対してバーミキュライトが４０重量％を越える比較例
２〜４の透水係数は１０-9ｃｍ／秒以上と大きく、止水
性能の低下による問題が懸念された。また表２から明ら
かなように、バーミキュライトを４０重量％混合した実
施例２の試料とベントナイト１００重量％の比較例１の
試料の分配係数を高イオン強度（塩化カルシウム ０．
１モル／ｌ）の溶液について比較すると、実施例２の方
が１．３〜２．１倍程度向上することがわかる。特にア
ルカリ性が高くなる程、137Ｃｓの分配係数の改善率は
大きくなる傾向であることを確認した。
トの混合割合が４０重量％以下の実施例１、実施例２及
び比較例１の試料では、透水係数は１０-10ｃｍ／秒以
下であり、止水性能の低下による問題はなかった。これ
に対してバーミキュライトが４０重量％を越える比較例
２〜４の透水係数は１０-9ｃｍ／秒以上と大きく、止水
性能の低下による問題が懸念された。また表２から明ら
かなように、バーミキュライトを４０重量％混合した実
施例２の試料とベントナイト１００重量％の比較例１の
試料の分配係数を高イオン強度（塩化カルシウム ０．
１モル／ｌ）の溶液について比較すると、実施例２の方
が１．３〜２．１倍程度向上することがわかる。特にア
ルカリ性が高くなる程、137Ｃｓの分配係数の改善率は
大きくなる傾向であることを確認した。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来からのベントナイトに焼成したバーミキュライトを所
定割合で混合することにより、ベントナイトの吸着性能
が低下する高イオン強度状態において核種の吸着性能を
向上させることができる。また、バーミキュライトの混
合割合が４０重量％以下であるので、ベントナイトの有
する止水性能はほとんど損なわれない。
来からのベントナイトに焼成したバーミキュライトを所
定割合で混合することにより、ベントナイトの吸着性能
が低下する高イオン強度状態において核種の吸着性能を
向上させることができる。また、バーミキュライトの混
合割合が４０重量％以下であるので、ベントナイトの有
する止水性能はほとんど損なわれない。
【図１】地下深部の多重バリア構造の拡大断面図。
１ ガラス固化体 ２ キャニスタ ３ オーバパック ４ 緩衝材 ５ 岩盤
Claims (3)
- 【請求項１】 ベントナイトと焼成したバーミキュライ
トとの混合物からなる放射性廃棄物の地中処分用緩衝材
又は埋戻し材。 - 【請求項２】 バーミキュライトを１０〜４０重量％混
合させる請求項１記載の放射性廃棄物の地中処分用緩衝
材又は埋戻し材。 - 【請求項３】 粒径が２８〜７４μｍである請求項１記
載の放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070694A JPH07270597A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070694A JPH07270597A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270597A true JPH07270597A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13150010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6070694A Withdrawn JPH07270597A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 放射性廃棄物の地中処分用緩衝材又は埋戻し材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270597A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003149391A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-05-21 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | 放射性廃棄物埋設用充填材 |
| KR100926458B1 (ko) * | 2007-11-29 | 2009-11-13 | 한국원자력연구원 | 음이온 핵종의 이동억제를 위한 흡착 방벽을 포함하는고준위폐기물의 저장 모듈 및 방법 |
| JP2013212487A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-10-17 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | 磁性吸着剤粒子 |
| JP2013213701A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Ihi Corp | 汚染水の処理方法、処理材、地殻様組成体の製造方法、ペースト状地殻様組成体、及び、地殻様組成体 |
| CN103531262A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-01-22 | 北京科技大学 | 一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统 |
| KR20230060247A (ko) | 2021-10-27 | 2023-05-04 | 한국원자력연구원 | 폐기물 처분장용 고기능성 벤토나이트 완충재, 이를 포함하는 방사성폐기물 처리장치 및 그 제조방법 |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6070694A patent/JPH07270597A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003149391A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-05-21 | Mitsubishi Materials Natural Resources Development Corp | 放射性廃棄物埋設用充填材 |
| KR100926458B1 (ko) * | 2007-11-29 | 2009-11-13 | 한국원자력연구원 | 음이온 핵종의 이동억제를 위한 흡착 방벽을 포함하는고준위폐기물의 저장 모듈 및 방법 |
| JP2013212487A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-10-17 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | 磁性吸着剤粒子 |
| JP2013213701A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Ihi Corp | 汚染水の処理方法、処理材、地殻様組成体の製造方法、ペースト状地殻様組成体、及び、地殻様組成体 |
| CN103531262A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-01-22 | 北京科技大学 | 一种三维应力下废物地质处置多场耦合试验台架系统 |
| KR20230060247A (ko) | 2021-10-27 | 2023-05-04 | 한국원자력연구원 | 폐기물 처분장용 고기능성 벤토나이트 완충재, 이를 포함하는 방사성폐기물 처리장치 및 그 제조방법 |
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