JPH0727074B2 - 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の処
理方法に係り、特に、長期にわたる安定性、耐久性、耐
火性に優れた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。

この固化処理方法においては、放射性廃液は濃縮乾燥さ
れ、主として硝酸ナトリウムからなる粉体とされた後、
この放射性廃棄物はアスファルトからなる固化材により
固化される。

しかし、これらの方法により処理されて放射性廃棄物の
固化体が得られたとしても、現在のところその多くは最
終処分の方法が未だ確立されていない状態にある。

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て大幅に減容した
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、⁹⁰Sr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に改めて
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。

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。

このような放射性廃棄物を固化体パッケージ化する方法
としては、従来より用いられている前述の固化材による
処理が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点） 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る。

また固化材としてセメントを用いる方法も考えられる
が、この場合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
時に、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は防止することが可能であるが、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問題がある。

また形成された放射性廃棄物の固化体は、長期間にわた
って化学的にも機械的にも安定で、固化体からの放射性
物質の放出が可能な限り防止されることが望ましい。し
かし従来のポルトランドセメント等の水硬性結合材を固
化材に用いて固化体を生成する場合、固化体中に存在す
る水分は、結合材との反応により化学結合した結晶水や
固化体中の微小な空隙に存在する自由水として含有され
るが、この自由水が存在することにより放射性核種の固
化体中での拡散による移動が容易になり、放射性物質の
浸出が大きくなり、さらに固化体の固化時に必要な量以
上の水分が固化体中に存在すると、この余分な水分が乾
燥などにより蒸発し、固化体が微視的にはポーラス状に
なってしまう可能性がある。この結果、固化体の安定
性、耐久性を著しく低下させることになる。またさら
に、固化体が火災等により長時間高温下にさらされた場
合には固化体中の水分の外部への蒸発がおこるが、この
時水分の蒸発に伴って放射性物質が固化体から放出さ
れ、かつ機械的強度が低下するという問題もある。この
ため固化体からの放射性物質の放出を防止するためにも
固化材の含水量は可能な限り少量であることが望まし
い。しかし含水量が少なく、かつ粘度が低いという相反
する条件を同時に満足させる固化材を製造することは非
常に困難であった。

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固
化処理する方法において、放射性廃棄物を、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であ
り、放射性物質の放出を防止した固化体パッケージとし
て一体に固化させる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）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。

本発明で使用される（ロ）成分の骨材としては、例えば
アルミナ粒、シャモット粒、天然に存在する砂、砂利、
岩石の破砕物およびこれらの混合物が使用可能である。

また（ハ）成分の無機質流動化材としては、半径５μｍ
以下のアルミナ質微粉、シリカ質微粉の無機質酸化物お
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、縮合リン酸塩として
は、例えばピロリン酸ソーダ、酸性ピロリン酸ソーダ、
トリポリリン酸ソーダ、テトラポリリン酸ソーダ、メタ
リン酸ソーダ等が例示される。

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。

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か
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） 本発明において無機質結合材として用いたアルミナセメ
ントは、カルシウムアルミネートを主成分とするセメン
トであり耐火性と化学薬品に対する抵抗性に優れている
ので、このアルミナセメントを用いた固化材で固化体を
生成することによって、耐火性および化学薬品に対する
抵抗性に優れた放射性廃棄物の固化体を得ることができ
る。またアルミナセメントの早硬性により短時間で固化
体を形成することができる。そのため固化材の凝結時間
が短く、ペレットが固化材中の水分を吸収して膨潤した
りペレットから塩が溶出したりする等の現象が起こりに
くい。

また骨材は、アルミナセメントが硬化する際の収縮を防
止し、得られた固化体の強度を向上させて、固化体中で
は粒子のまま存在する。そしてこの骨材の添加によりア
ルミナセメント使用量を少量にすることができ、その結
果アルミナセメントを硬化させるために固化材中に含ま
れる水分量も少量にすることができる。

分散剤と無機質流動化材は、本発明の固化材を用いて固
化体を生成する場合に、無機質流動化材の粒子一個一個
が分散剤の作用により分散され、アルミナセメントと骨
材の粒子との間に入り込み、これらの粒子間の滑りを向
上させる。また同時にアルミナセメント粒子のうちの微
細粒子も同様に分散され、他の大粒径のアルミナセメン
ト粒子と骨材粒子の間に入り込む。その結果スラリー状
の固化材中の粒子は分散剤の作用により均一分散し、動
きやすい状態となる。従って、例えば容器中に予め放射
性廃棄物を充填した後に上記スラリー状固化材を注入し
固化させるような、隙間なく充填することが難しい場合
でも、固化材は廃棄物の表面を流れ易く容易に容器内を
完全に隙間なく充填することができる。さらに、分散剤
として有機系を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。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

実施例１〜４ 第１表に示す組成で、アルミナセメントと骨材および無
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、４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。

なお表中の比較例は、ポルトランドセメントを結合剤と
して用い、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。この時分散剤として縮合リン
酸ソーダ水溶液を用いた。この時使用したアルミナセメ
ントおよびポルトランドセメントの化学成分を第２表に
示す。

まず核燃料再処理工場から発生する濃縮廃液を模擬した
硝酸ソーダ主成分の模擬濃縮廃液を乾燥後、造粒して得
られたペレットを予め容器に充填し、この容器内に上述
した各固化材を室温にて注入充填した。このときの各固
化材の粘度は第３表に示す通りであった。いずれも流動
性が良好で充填状況は良好であった。また各固化材の凝
結時間も合せて第３表に示した。

第３表に示したように、アルミナセメントを結合剤とし
て用いた固化材は短時間で凝結が始まり、従って短時間
で凝結が終了した。このようにアルミナセメントを用い
た実施例の固化材は早硬性であって短時間でペレット等
の放射性廃棄物を固化することができ、凝結中にペレッ
トが固化材中の水分を吸収して膨潤したりペレットから
塩が溶出するような現象が起こりにくい。また、放射性
廃棄物の固化体パッケージを運搬、移動の際には、固化
体パッケージが転倒しても容器内の放射性物質がこぼれ
出て周囲を汚染してしまうことがないよう、完全に固化
体の硬化が終了するまで固化体パッケージを一時貯蔵す
る必要があるが、短時間で固化材の硬化が終了すれば、
貯蔵時間も短くてすみその結果貯蔵に必要なスペースを
縮小することができ、経済的な節約にもなる。

そして形成された固化体はブリージングやクラックの発
生もなく良好な外観の強固な固化体であった。

さらに固化体の一軸圧縮強度について調べるために、実
施例および比較例の固化材について、模擬廃棄物のペレ
ットを含まない固化材のみを50mm（直径）×100mm（高
さ）の寸法にて固化したところ第４表に示す通りであっ
た。

次に形成された固化体の耐火性を評価するために、実施
例および比較例の固化材を、200lドラム缶に充填して固
化体を作り、800℃に加熱された焼成炉中に保持し固化
体の変化を観察した。その結果を第５表に示す。

実施例の固化材から形成した固化体には亀裂や破損によ
る脱落は見られなかったが、比較例の固化材から形成し
た固化体は、加熱面に亀裂が発生し表面が塊状になって
脱落した。この結果からわかるように、アルミナセメン
トを結合剤として用いることにより耐火性に優れた固化
材を得ることができ、放射性廃棄物を耐火性に優れた固
化体パッケージとして処理することができる。その結
果、放射性廃棄物の固化体の輸送保管や貯蔵あるいは処
分等の際に火災が起きた場合にも、固化体はほとんど劣
化せず，放射性廃棄物を安全に取扱いおよび管理するこ
とができる。

実施例５ 次に第６表に示す組成で実施例および比較例と同様にし
てスラリー状の固化材を得た。

そして第７表に示した内容の模擬雑固体廃棄物148kgを
ドラム缶に入れた後、上述した固化材を注入し固化させ
た。

このとき使用したアルミナセメントの化学成分は第２表
に示したものと同じである。また充填に要した固化材量
は335kgであった。この結果、固化材注入後４時間にて
凝結が終了し隙間のない緻密な固化体が得られた。この
結果からわかるように、無機質流動化材と分散材を加え
た固化材は低粘性で流動性が大きいので、雑固体等の放
射性廃棄物を隙間のない緻密な固化体パッケージとして
処理することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば放射性廃棄物を耐
火性に優れ、長期にわたって化学的にも機械的にも安定
で、かつ放射性物質の放出を防止した固化体パッケージ
として短時間で一体に固化することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 正和 東京都千代田区内幸町１丁目１番７号 日 本原子力事業株式会社内 (72)発明者 川西 宣夫 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 杉野 太加夫 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番 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番 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) 岡田 清、六車 煕編「改訂新版コンク リート工学ハンドブック」（平２−７− １）朝倉書店Ｐ．65−73，84−85，139, 150−151

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）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、ペレットおよび雑固体か
   ら選ばれた１種または２種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】骨材が、アルミナ粒、シャモット粒、天然
   に存在する砂、砂利および岩石の粉砕物から選ばれた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）の滑材が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。