JPH09211194A

JPH09211194A - 放射性廃棄物の固型化方法

Info

Publication number: JPH09211194A
Application number: JP8014513A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Sato; 龍明佐藤; Naomi Toyohara; 尚実豊原; Masaaki Kaneko; 昌章金子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-08-15
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JP3833294B2

Abstract

(57)【要約】【課題】 ¹⁴Ｃ等の長寿命放射性核種を長期間安定化す
ることができる放射性廃棄物の固化体を作成する。【解決手段】放射性廃棄物を、高炉スラグ30〜60重量
％と、残部ポルトランドセメントからなる固型化材料を
用いて固型化する（１００）。また、放射性廃棄物が鉄
腐食生成物を主成分とするとき、固型化材料 100重量部
に対して、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸
塩化合物 0.1〜 2重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重
量部、硼酸0.05〜 1重量部を添加する（１０１）。放射
性廃棄物が硫酸ナトリウム主成分の濃縮廃液ペレットの
ときは、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩
化合物 0.1〜 2重量部、ベントナイト 0.5〜 5重量部、
アルミナセメント 0.5〜 4重量部を添加する（１０
２）。放射性廃棄物が樹脂ペレットのときは、水ガラス
を 0.5〜 5重量部添加する（１０３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所等の
放射性物質取扱い施設で発生する中ないし低レベルの放
射性廃棄物の固型化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所等の放射性物質取扱い施設
では種々の放射性廃棄物が発生するため、放射性廃棄物
の安定化および減容のための各種固型化材料および固型
化方法が実用化されている。

【０００３】これらの放射性廃棄物のうち、廃樹脂や濃
縮廃液は次のようにして発生する。すなわち、放射性物
質取扱い施設で発生する液体廃棄物の浄化や施設内で発
生する水の浄化にはイオン交換樹脂が使用されており、
このようなイオン交換樹脂はイオン交換能力が低下して
くると薬液により再生されて繰り返し使用されている。
しかしながら、再生するごとにイオン交換能力は少しづ
つ劣化するため、最終的には使用済みイオン交換樹脂と
して廃棄される。また、樹脂の再生に使われた薬液は、
中和濃縮処理されて濃縮廃液として廃棄される。

【０００４】これらの放射性廃棄物の処理方法として、
そのままセメント固化するセメント固化法や、乾燥させ
た後プラスチックと混合して固化するプラスチック固化
法が実用化されている。

【０００５】また、固化体を作らずに一時的に貯蔵する
方法も実用化されている。この方法は、濃縮廃液や廃樹
脂を乾燥させた後に小量のバインダを混合してペレット
状に成型し、最終固化まで中間貯蔵しておく方法であ
り、ペレット化法と呼ばれている。

【０００６】また、放射性廃棄物のうち金属の切断片や
フィルターおよびパッキンのような雑固体廃棄物と呼ば
れる雑廃棄物については、その種類が非常に多く、形状
も複雑である。このため、現時点では 200リットルのド
ラム缶（以下、 200Ｌドラム缶という。）に入れて施設
内に保管されている。このような放射性廃棄物について
は、固型化材料を 200Ｌドラム缶に流し込み、ドラム缶
と廃棄物の間の空間や廃棄物どうしの空間を固型化材料
で埋めてしまう方法が考えられている。

【０００７】さらに、上記濃縮廃液や廃樹脂の中間貯蔵
ペレットは、施設により保管方法が異なっているが、最
終的には 200Ｌドラム缶に入れられる予定である。これ
についても、固型化材料を 200Ｌドラム缶に流し込む
か、固型化材料とペレット状廃棄物を混練するかのいず
れかの方法で固化体とし、最終処分することが検討され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した固型化方法は
廃棄物を安定化できる技術であるが、処分後の更なる長
期安定性を目指すには以下のような問題点があった。

【０００９】（１）近年、原子力発電所から発生する低
レベル放射性廃棄物の最終処分の具体化にともない、¹⁴
Ｃやα線を放出するアクチニド元素（α核種）のような
長寿命の放射性核種が安全評価上重要な意味を有するこ
とが明らかになっている。すなわち、埋設処分によって
も長寿命の放射性核種が長期間安定に固化体に保持され
ていることが必要である。

【００１０】プラスチック固化法やペレット固化法は、
セメント固化法に比べて減容性が高く、これら核種を物
理的に閉じ込められるという利点があるが、核種を固化
材に吸着させ化学的に閉じ込める観点からは劣ることが
知られている。これについては、前処理することによっ
て¹⁴Ｃやα核種を不溶化して固化体からの核種の溶解を
低減させる方法等で改善することができるが、設備が複
雑となりコストが高くなる問題がある。

【００１１】このため、中間貯蔵ペレットや雑固体廃棄
物に対しては、セメント系固型化材料による固型化方法
が検討されている。このセメント固化体については、通
常廃棄物に含まれている硫酸ナトリウムが溶出により埋
設処理周辺で濃度が高くなると、セメントの¹⁴Ｃの分配
係数が徐々に低下する傾向にあり、固型化材料であるセ
メントの¹⁴Ｃの吸着性を高めることが要求される。

【００１２】（２）一部の沸騰水型原子力発電所（以
下、ＢＷＲ原子力発電所という。）においては、施設内
で発生する水の浄化などに中空糸膜フィルタが適用され
るなどして、濃縮廃液の主成分が硫酸ナトリウムでなく
鉄腐食生成物すなわちクラッドとなることが予想されて
いる。これらクラッド中にはやはり¹⁴Ｃが含まれている
が、クラッドの形態は主に水酸化鉄あるいは酸化鉄から
なる。

【００１３】これらクラッドを含む廃液は粘性が高いた
め、セメント系固型化材料と混練すると、非常に流動性
が悪く混ぜ難い。したがって、セメント固化体にする場
合には廃棄物の充填量を少なくしなければならない。

【００１４】このため、セメント系固型化材料のペース
トに高流動性を与える物質を添加して混ぜやすくする方
法も考えられる。一例として、リグニンスルホン酸系あ
るいはナフタリンスルホン酸系などの有機流動化剤を添
加する方法がある。これを使うことにより混練物の流動
性を向上させ、廃棄物の投入量を増やすことが可能とな
る。しかしながら、このような有機流動化剤は、長期的
な分解挙動が明確となっていないなどの懸念がある。

【００１５】（３）また、前述のように固型化後に最終
処分することが検討されている中間貯蔵ペレットのう
ち、濃縮廃液のペレットをセメント系固型化材料を用い
て固化体にすると、濃縮廃液の主成分である硫酸ナトリ
ウムがセメントの混練水によって次式Ｎａ₂ＳΟ₄＋１０Η₂Ο→Ｎａ₂ＳΟ₄・１０Η₂Ο に示すように10水塩を形成して膨張し、固化体にひび割
れが発生するおそれがあった。これについては、10水塩
化しないようにセメントペーストの温度を32.4℃以上に
することによって、固化体の割れ発生を回避する方法が
提案されているが、この場合には温度制御のための装置
が必要となる。

【００１６】（４）また、廃樹脂をペレット化した樹脂
ペレットをセメント系固型化材料で固型化する際も、イ
オン交換樹脂が吸水膨張する性質によって、固化体にひ
び割れが発生するおそれがあった。これについては、あ
らかじめ樹脂ペレットを吸水膨張させて前処理すること
により、固化体の割れ発生を回避する方法が提案されて
いるが、イオン交換樹脂の密度はセメントペーストに比
べて低く、セメントペーストの見かけ密度が約 2ｇ／cm
²であるのに対して樹脂ペレットの見かけ密度は約 1.1
ｇ／cm²であるため、樹脂ペレットとセメントペースト
を混合すると樹脂ペレットが浮上し、これを避ける目的
で内篭容器に樹脂ペレットを入れて固型化する必要があ
った。

【００１７】本発明は、以上述べてきたような課題を解
決するためになされたもので、固化体として埋設処分時
に被曝評価上問題となる¹⁴Ｃ等の長寿命放射性核種を長
期間安定かつ強固に固化体に閉じ込めることができる放
射性廃棄物の固型化方法を提供することを目的とする。

【００１８】さらに本発明は、セメント固化に際して放
射性廃棄物の投入量を増加させることができる固型化方
法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明の放射性廃棄物の固型化方法は、放射性物質取扱い施
設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが30〜60重
量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料
に無機混和剤を加えたものを用いて固型化することを特
徴とする。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１の固型化方法
において、前記放射性廃棄物が鉄腐食生成物を主成分と
するとき、上記無機混和剤として、縮合リン酸ナトリウ
ム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、および硼酸を用
いることを特徴とする。

【００２１】請求項３の発明は、請求項２の固型化方法
において、固型化材料 100重量部に対して、縮合リン酸
ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量
部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部、および硼酸0.05
〜 1重量部を添加することを特徴とする。

【００２２】請求項４の発明は、請求項２の固型化方法
において、固型化材料に無機混和剤を添加して粉末の混
合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化材
ペーストを用いて放射性廃棄物を固型化することを特徴
とする。

【００２３】請求項５の発明は、請求項２の固型化方法
において、固型化材料にアルミナセメントを添加して粉
末の混合物とし、この混合物を縮合リン酸ナトリウム、
炭酸塩化合物および硼酸を溶解させた混練水により混練
して、得られた固型化材ペーストを用いて放射性廃棄物
を固型化することを特徴とする。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１の固型化方法
において、放射性廃棄物が硫酸ナトリウム主成分として
ペレット状廃棄物であるとき、無機混和剤として、縮合
リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、べントナイト、およ
びアルミナセメントを用いることを特徴とする。

【００２５】請求項７の発明は、請求項６の固型化方法
において、固型化材料 100重量部に対して、縮合リン酸
ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量
部、べントナイト 0.5〜 5重量部、およびアルミナセメ
ント 0.5〜 4重量部を添加することを特徴とする。

【００２６】請求項８の発明は、請求項６の固型化方法
において、固型化材料に無機混和剤を添加して粉末の混
合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化材
ペーストを用いて放射性廃棄物を固型化することを特徴
とする。する。

【００２７】請求項９の発明は、請求項６の固型化方法
において、固型化材料にべントナイトおよびアルミナセ
メントを添加して粉末の混合物とし、この混合物を縮合
リン酸ナトリウムおよび炭酸塩化合物を溶解させた混練
水により混練して、得られた固型化材ペーストを用いて
放射性廃棄物を固型化することを特徴とする。

【００２８】請求項１０の発明は、請求項１の固型化方
法において、前記放射性廃棄物が使用済みイオン交換樹
脂からなるペレット状廃棄物であるとき、上記無機混和
剤として水ガラスを用いることを特徴とする。

【００２９】請求項１１の発明は、請求項１０の固型化
方法において、固型化材料 100重量部に対して、水ガラ
スを 0.5〜 5重量部添加することを特徴とする。

【００３０】原子力発電所等から発生する低レベル放射
性廃棄物中の¹⁴Ｃは、炭酸塩の形態で存在すると考えら
れており、埋設処分場に使用されているセメントに対し
ては、炭酸塩の形態の¹⁴Ｃは吸着性が比較的高いと考え
られている。−方、処分場における固化体の周辺環境
は、地下水に固化体中の溶解成分が溶解し、特に廃棄物
中の硫酸ナトリウムの濃度や硼酸ナトリウムの濃度が高
くなるものと考えられている。硫酸ナトリウム濃度が高
くなると、セメントの¹⁴Ｃの分配係数が徐々に低下する
傾向にある結果が得られており、硫酸ナトリウムの濃度
が地下水中で高くなった場合、セメント固化体中の¹⁴Ｃ
が徐々に流出する懸念がある。このため、セメントの¹⁴
Ｃ吸着性を高めることは、放射性廃棄物をセメント固化
体にして最終処分する上で重要である。

【００３１】本発明者らは、ポルトランドセメントに高
炉スラグを配合した固型化材料を用いることで、¹⁴Ｃの
セメントへの吸着性が高められることを見いだした。配
合は、重量％で高炉スラグが30〜60％、残部をポルトラ
ンドセメントにすることで、従来のセメント系固型化材
料に比較して高い分配係数が得られ、その中でも高炉ス
ラグの添加量が40〜50重量％の範囲で分配係数はピーク
となる。なお、高炉スラグとは、溶鉱炉で金属を融解す
るときに石灰石等の融剤の添加により意識的に生成させ
る人工的な混合物であり、ＳｉΟ₂が主成分である。

【００３２】また、一部の原子力発電所等では、鉄腐食
生成物（鉄クラッド）が主成分の放射性廃液が発生す
る。これをセメント系固型化材料により固型化する際
は、流動化剤等の混和剤を配合して流動性を改善する必
要がある。これは、前述したように、鉄クラッド主成分
の濃縮廃液の粘性が非常に高く流動性が悪いためであ
る。

【００３３】これを改善するため、本発明者らは、セメ
ント系固型化材料 100重量部に対して縮合リン酸ナトリ
ウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量部、ア
ルミナセメント 0.5〜 4重量部、硼酸0.05〜 1重量部か
らなる無機の混和剤を用いることで混練後の流動性を大
幅に向上させ、固化体中の廃棄物の充填量を大幅に増や
せることを見いだした。また、本混和剤は無機物で構成
されているため、長期的な劣化もなく、固型化材料の核
種吸着性を阻害することもない。このため、上記固型化
材料に本混和剤を用いることで、¹⁴Ｃの閉込め性が高
く、かつ高い減容性を有する固化体を作製することが可
能となった。

【００３４】上記の無機の混和剤は各々添加役割が分担
されており、縮合リン酸ナトリウムと炭酸塩化合物は、
セメント系固型化材料に分散性を付与するとともに、流
動性の維持時間を著しく延長させる。また、アルミナセ
メントと硼酸は、縮合リン酸ナトリウムの作用による硬
化遅延を防止するとともに、流動性維持時間に影響を与
えないことを目的に添加する。なお、無機混和剤の添加
量が上記限定値よりも少ないと期待された効果が得られ
ず、逆に限定値以上にすると固型化材ペース卜流動性の
低下や凝結異常（瞬結）等のトラブルを招くことも確認
している。また、上記の無機混和材料は、市販されてい
るいずれのグレードも使用が可能である。

【００３５】固型化の対象となる廃棄物が、原子力発電
所等から発生する硫酸ナトリウム主成分の濃縮廃液を乾
燥しペレット化したペレット状廃棄物（以下、濃縮廃液
ペレットという。）である場合、セメント系固型化材料
を用いて常温で固型化すると、前述したように濃縮廃液
の主成分である硫酸ナトリウムが10水塩化して固化体に
ひび割れが発生する。

【００３６】このため、ひび割れのない濃縮廃液ペレッ
トの固化体を作製することを目的に種々の検討を行った
結果、セメント系固型化材料 100重量部に対して縮合リ
ン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2
重量部、ベントナイト 0.5〜5重量部、アルミナセメン
ト 0.5〜 4重量部からなる無機の混和剤を用いることで
濃縮廃液ペレットを良好な固化体にすることができるこ
とを見いだした。また、本混和剤は無機物で構成されて
いるため長期的な劣化もない。このため、上記本発明の
固型化材料に本混和剤を用いることで、¹⁴Ｃの閉込め性
が高く、かつ、高い減容性を有する廃棄体を作製するこ
とが可能となった。

【００３７】上記無機の混和剤は各々添加役割が分担さ
れており、縮合リン酸ナトリウムと炭酸塩化合物は、前
述と同じ目的で添加している。ベントナイトは吸水膨脹
性に優れる。このため、硫酸ナトリウムの10水塩化を抑
制する効果がある。さらにアルミナセメントは、セメン
トの硬化を促進して硬化時間を早め、硫酸ナトリウムの
10水塩化が進む前に固化体とすることを目的に添加す
る。なお、無機混和剤の添加量が上記限定値よりも少な
いと期待された効果が得られず、逆に限定値以上にする
と固型化材ペースト流動性の低下や凝結異常（瞬結）等
のトラブルを招くことも確認している。なお、上記の無
機混和材料は、市販されているいずれのグレードも仕様
が可能である。

【００３８】固型化の対象となる廃棄物が、原子力発電
所等から発生する使用済みイオン交換樹脂のペレット状
廃棄物（以下、樹脂ペレットという。）である場合、内
篭容器等を用いずにセメント系固型化材料にて固型化す
ると、前述したように樹脂ペレットと固型化材ペースト
の比重差によって樹脂ペレットが浮上してしまう問題が
ある。このため、種々の検討を行った結果、セメント系
固型化材料と混練水の混合ペーストに、セメント系固型
化材料 100重量部に対して水ガラスを 0.5〜 5重量部添
加して粘性を上げることにより、樹脂ペレットの浮上を
防止して良好に固型化できることを見いだした。水ガラ
スの添加量が 0.5重量部以下だと期待された効果が得ら
れず、逆に 5重量部以上添加すると混練物の粘性が高く
なりすぎて廃棄物充填量の低下を招く。なお、水ガラス
を添加して固型化材ペーストの粘度を50ｄPa・s 以上に
することで、樹脂ペレットの浮上を防止できることも発
見している。さらに、セメント系固型化材料として、高
炉スラグが30〜60重量％、残部がポルトランドセメント
からなる固型化材料を適用することにより、¹⁴Ｃ等の長
寿命核種についても閉込め性の高い固化体とすることが
可能となる。

【００３９】上記した本発明の放射性廃棄物の固型化方
法について実施した試験例を、以下発明の実施の形態に
て説明する。

【００４０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の放射性廃棄物の
固型化方法の構成、作用、効果をフロー図にして示すも
ので、まずステップ１００にて、放射性廃棄物を、高炉
スラグ30〜60重量％と、残部ポルトランドセメントから
なる固型化材料を用いて固型化することを示している。

【００４１】次にステップ１０１〜１０３にて、固化処
理する放射性廃棄物の種類に応じて、前述の固型化材料
に対して混合すべき無機混和剤を示している。すなわ
ち、ステップ１０１では、放射性廃棄物が鉄腐食生成物
を主成分とする廃棄物であるとき、無機混和剤として、
ステップ１００で示した固型化材料 100重量部に対し
て、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合
物 0.1〜 2重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部、
および硼酸0.05〜 1重量部を添加することを示してい
る。

【００４２】ステップ１０２では、放射性廃棄物が硫酸
ナトリウム主成分の濃縮廃液ペレットのとき、無機混和
剤として、ステップ１００で示した固型化材料 100重量
部に対して、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭
酸塩化合物 0.1〜 2重量部、ベントナイト 0.5〜 5重量
部、およびアルミナセメント 0.5〜 4重量部を添加する
ことを示している。

【００４３】ステップ１０３では、放射性廃棄物が樹脂
ペレットのとき、無機混和剤として、ステップ１００で
示した固型化材料 100重量部に対して、水ガラスを 0.5
〜 5重量部添加することを示している以下、図１の各ス
テップ１００〜１０３に示す放射性廃棄物の固型化方法
の実施の形態を、図２、図３および表１〜３に基づいて
説明する。

【００４４】まず、ステップ１００に対応する第１の実
施の形態を説明する。固型化材料としてポルトランドセ
メントに種々の割合で高炉スラグを配合し、原料を調合
した。ポルトランドセメントと高炉スラグを均一に混合
した後、水を添加して約 5分間ミキサーで混練して固化
体を作製した。この固化体を室温で相対湿度90％以上に
保持して28日間養生した後、42メッシュ以下に粉砕し、
この粉砕物を 5ｇ分取した。

【００４５】ついで、分取した固化体粉砕物を、¹⁴Ｃが
185 Bq／mlの濃度で添加されている6重量％硫酸ナトリ
ウム水溶液50ｍｌ中に添加し、10℃の恒温槽に７日間保
持した。この後、0.45μm のポアサイズであるミリポア
フィルターで瀘過し、瀘液中の¹⁴Ｃ濃度を液体シンチレ
ーションカウンターで測定した。これらの測定値を用い
て、分配係数を以下の式により求めた。分配係数が大きい方が、固化体への核種
残留量が多く、水相への移行量が少ないことを示す。す
なわち、放射性核種の吸着性（閉込め性）に優れている
ことを表す。

【００４６】図２は、試験結果を示すもので、固型化材
料における高炉スラグの添加量（重量％）と固化体の放
射性核種の分配係数（ml／ｇ）の関係を表している。こ
の図からも明らかなように、¹⁴Ｃ（図２中○印）につい
ては、高炉スラグの添加量が30〜60重量％の範囲で特に
分配係数が高く、従来のセメント（ポルトランドセメン
トのみ、すなわち高炉スラグの添加量が 0重量％）の分
配係数に比べて約 3倍高い結果が得られた。

【００４７】なお、図２に示すように、処分場での被曝
評価上¹⁴Ｃと並んで重要なα核種（²³⁸Ρｕおよび²⁴¹
Ａｍ）についても同様に分配係数を求めたが、高炉スラ
グの添加量に依存せず、いずれも高い分配係数が得られ
た。

【００４８】次に、図１のステップ１０１に対応する第
２の実施の形態を説明する。ここでは、前述のポルトラ
ンドセメントと高炉スラグからなる¹⁴Ｃ閉込め性を高め
た固型化材料を用いて、これに縮合リン酸ナトリウム、
炭酸塩化合物、アルミナセメント、硼酸からなる無機混
和剤を配合して、酸化鉄を模擬の鉄クラッド（廃棄物主
成分）として固型化する試験を行った。

【００４９】すなわち、ポルトランドセメントと高炉ス
ラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に
対して、無機混和剤として縮合リン酸ナトリウム（へキ
サメタリン酸ナトリウムあるいはウルトラポリリン酸ナ
トリウム） 0.6重量部、炭酸塩化合物（炭酸カリウムあ
るいは炭酸ナトリウム） 0.6重量部、アルミナセメント
1重量部、硼酸 0.2重量部を混合し調整した。これに混
練水を加えた材料で、模擬の鉄クラッドとして酸化鉄を
混練固化した。

【００５０】酸化鉄の配合量は、ポルトランドセメント
と高炉スラグを合わせた固型化材料100重量部に対して
5〜30重量部の範囲で変動させ、この際の混練物の流動
性がフロー値（ＪＩＳ R 5201セメントの物理試験方法
に準拠）で 250mm以上、粘度で10〜25dP・s の範囲にな
るように混練水量を調節した。これは、固型化材料と廃
棄物の混合物を容器に流し込むことのできる流動性の目
安として設定した。なお、無機混和剤添加による流動性
への影響を確認するため、無機混和剤を添加しない場合
についても上記と同様の固化試験を行った。試験結果を
表１に示す。

【００５１】

【表１】表１中、水／セメント比は固型化材料に対する水の重量
比であり、固化体圧縮強度は固型化して28日後に測定し
た値を示す。また、実施例９におけるアルミナセメント
を除く無機混和剤は混練水に溶解させて使用したもので
ある。

【００５２】表１に示すように、無機混和剤添加の有無
にかかわらず、酸化鉄の混練量が増すほど、所定の流動
性を得るための水／セメント比（固型化材料に対する水
の重量比）が高くなる傾向にあった。しかしながら、混
練する酸化鉄量が同じ場合、無機混和剤を添加すること
によって、水／セメント比を大幅に低減できることが確
認された。これによって、固化体作製時に問題となるブ
リージング水の発生および収縮が改善でき、かつ、固化
体の強度を向上できることが確認された。

【００５３】この結果から求めた総量 200Ｌ当たりの酸
化鉄投入量と水／セメント比の関係を図３に示す。この
図から明らかなように、廃棄物投入量が同じ場合、本発
明の無機混和剤を配合することによって、前述したよう
に所定の流動性を得るための水／セメント比を大幅に低
減することができた。また、鉄クラッドは、比較的放射
線量が高い廃棄物であるために、今後の処分動向を考慮
すると、20 MPa程度以上の固化体強度が必要となること
が考えられる。このため、固化体圧縮強度20 MPa以上を
基準とすると、総量 200Ｌ当たりの廃棄物混練量は固型
化材料のみの場合が約30kgであるのに対して、無機添加
剤を配合した場合は約60kgの廃棄物を投入できることが
確認された。

【００５４】また、縮合リン酸ナトリウムとしてへキサ
メタリン酸ナトリウムおよびウルトラポリリン酸ナトリ
ウム、炭酸塩化合物として炭酸カリウムおよび炭酸ナト
リウムを用いたが、表１に示す実施例６，７，８からも
明らかなように、いずれでも効果は同じであり、良好な
結果が得られた。

【００５５】次に、無機混和剤の添加方法の違いによる
影響を確認するため、表１に実施例９として示すよう
に、ポルトランドセメントと高炉スラグが重量比で１：
１からなる固型化材料 100重量部に対して、アルミナセ
メント 1重量部を混合した後、あらかじめ水にへキサメ
タリン酸ナトリウム 0.6重量部、炭酸カリウム 0.6重量
部、硼酸 0.2重量部を溶解したものを混練水として用い
て混練した。ついで、このペーストに、模擬の鉄クラッ
ドとして酸化鉄を固型化材料 100重量部に対して30重量
部の割合で投入混練して、実施例１〜８と同様に試験を
実施した。

【００５６】表１に示すように、溶解性の無機混和剤を
あらかじめ水に溶解させて用いた場合、模擬クラッドで
ある酸化鉄30重量部を混練して所定の流動性を得るため
に必要な水／セメント比は72／100 であり、得られた固
化体の圧縮強度は23.1 MPaであった。これは、無機混和
剤をセメント系固型化材料と直接混合した場合の結果と
ほぼ同様であり、無機混和剤を配合しない方法に比べ
て、水／セメント比の低減および固化体の強度向上に効
果のあることが確認された。

【００５７】次に、図１のステップ１０２に対応する第
３の実施の形態を説明する。ここでは、前述のポルトラ
ンドセメントと高炉スラグからなる¹⁴Ｃ閉込め性を高め
た固型化材料を用いて、これに縮合リン酸ナトリウム、
炭酸塩化合物、べントナイト、アルミナセメントからな
る無機混和剤を配合して、濃縮廃液ペレットを固型化す
る試験を行った。

【００５８】すなわち、ポルトランドセメントと高炉ス
ラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に
対して、無機混和剤として縮合リン酸ナトリウム（へキ
サメタリン酸ナトリウムあるいはウルトラポリリン酸ナ
トリウム） 0.6重量部、炭酸塩化合物（炭酸カリウムあ
るいは炭酸ナトリウム） 0.6重量部、べントナイト 2.5
〜 5重量部、アルミナセメント 1〜 3重量部を混合し調
整した。これに混練水を加えた固型化材料で、濃縮廃液
ペレットを混練固化した。濃縮廃液ペレットの配合量は
固型化材料 100重量部に対して74重量部とし、水／セメ
ント比は45／100 とした。試験結果を表２に示す。

【００５９】

【表２】表２中、水／セメント比は固型化材料に対する水の重量
比である。また、実施例７におけるヘキサメタリン酸ナ
トリウムと炭酸カリウムは混練水に溶解させて使用した
ものである。

【００６０】表２に比較例１，２で示すように、ポルト
ランドセメントと高炉スラグからなる固型化材料のみで
濃縮廃液ペレットを固型化した場合、および固型化材料
に縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、アルミナセメ
ント、硼酸からなる無機混和剤を配合して濃縮廃液ペレ
ットを固型化した場合には、硫酸ナトリウムの10水塩化
により固化体にひび割れが入った。

【００６１】しかしながら、表２に実施例１〜７で示す
ように、ポルトランドセメントと高炉スラグからなる固
型化材料に縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、ベン
トナイト、アルミナセメントからなる無機混和剤を配合
して濃廃ペレットを固型化する方法によれば、ひび割れ
等も起こらずに良好なセメント固化体が得られた。

【００６２】また、縮合リン酸ナトリウムとしてへキサ
メタリン酸ナトリウムおよびウルトラポリリン酸ナトリ
ウム、炭酸塩化合物として炭酸カリウムおよび炭酸ナト
リウムを用いたが、いずれでも効果は同じであった（表
２中、実施例５，６）。

【００６３】さらに、無機混和剤の添加方法の違いによ
る影響を確認するため、実施例７では無機混和剤のうち
水に溶解性のへキサメタリン酸ナトリウム、炭酸カリウ
ムを混練水に溶解させて固型化材料に添加して濃縮廃液
ペレットを固型化したが、得られた固化体にはひび割れ
なども見られず良好であり、無機混和剤の添加方法の違
いによる影響がないことが確認された。

【００６４】次に、図１のステップ１０３に対応する第
４の実施の形態を説明する。ここでは、ポルトランドセ
メントと高炉スラグからなる¹⁴Ｃ閉込め性を高めた固型
化材料を用いて、これに水ガラスを無機混和剤として配
合して、樹脂ペレットを固型化する試験を行った。

【００６５】すなわち、ポルトランドセメントと高炉ス
ラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に
対して混練水45重量部を加えて混練し、ついで水ガラス
を固型化材料 100重量部に対して 1および 4重量部の割
合で添加混練した。このペーストに樹脂ペレット66重量
部をさらに投入して混練固化した。なお、樹脂ペレット
は混練水を吸水して膨張するため、あらかじめセメント
成分の飽和溶解水で膨張前処理して行った。試験結果を
表３に示す。

【００６６】

【表３】表３中、水／セメント比は固型化材料に対する水の重量
比である。

【００６７】表３に実施例１，２で示すように、水ガラ
スの増粘作用により樹脂ペレットが浮上せず、良好な固
化体とすることができた。

【００６８】比較のため、水ガラスを添加せずに固化し
た際は、樹脂ペレットがセメントペーストとの比重差に
より浮上して、固化体の上部に樹脂ペレットのみの層が
できて固型化することができなかった。

【００６９】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、ポル
トランドセメントと高炉スラグを配合して放射性廃棄物
を固化することにより、処分場における被曝評価上重要
な核種である¹⁴Ｃ等の長半減期核種に対して、閉込め性
に優れた放射性廃棄物の固化体を容易に形成することが
できる。また、従来セメントでの固定化が困難であった
鉄クラッドを主成分とする廃棄物、濃縮廃液ペレットお
よび樹脂ペレットについては、上記固型化材料に核種閉
込め性を阻害しない無機混和剤を添加することによっ
て、長期的にも安定でかつ良好なセメント固化体とする
ことが可能となった。さらに、温度制御や特殊な容器を
用いる必要がないため、放射性廃棄物処理の費用低減に
も寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射性廃棄物の固型化方法を示すフロ
ー図である。

【図２】本発明にかかるポルトランドセメントと高炉ス
ラグからなる固型化材料の高炉スラグの添加量による¹⁴
Ｃの分配係数の依存性を示す特性図である。

【図３】本発明にかかる鉄クラッドの固型化方法の効果
を説明するためのセメントペーストおよび固化体の物性
を示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射性物質取扱い施設から発生する放射
性廃棄物を、高炉スラグが30〜60重量％、残部がポルト
ランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加え
たものを用いて固型化することを特徴とする放射性廃棄
物の固型化方法。
【請求項２】前記放射性廃棄物が鉄腐食生成物を主成
分とするとき、前記無機混和剤として、縮合リン酸ナト
リウム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、および硼酸
を用いることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物
の固型化方法。
【請求項３】前記固型化材料 100重量部に対して、縮
合リン酸ナトリウム0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1
〜 2重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部、および
硼酸0.05〜 1重量部を添加することを特徴とする請求項
２記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項４】前記固型化材料に前記無機混和剤を添加
して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得ら
れる固型化材ペーストを用いて前記放射性廃棄物を固型
化することを特徴とする請求項２または３記載の放射性
廃棄物の固型化方法。
【請求項５】前記固型化材料にアルミナセメントを添
加して粉末の混合物とし、この混合物を縮合リン酸ナト
リウム、炭酸塩化合物および硼酸を溶解させた混練水に
より混練して、得られた固型化材ペーストを用いて前記
放射性廃棄物を固型化することを特徴とする請求項２ま
たは３記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項６】前記放射性廃棄物が硫酸ナトリウムを主
成分としたペレット状廃棄物であるとき、前記無機混和
剤として、縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、べン
トナイト、およびアルミナセメントを用いることを特徴
とする請求項１記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項７】前記固型化材料 100重量部に対して、縮
合リン酸ナトリウム0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1
〜 2重量部、べントナイト 0.5〜 5重量部、およびアル
ミナセメント 0.5〜 4重量部を添加することを特徴とす
る請求項６記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項８】前記固型化材料に前記無機混和剤を添加
して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得ら
れる固型化材ペーストを用いて前記放射性廃棄物を固型
化することを特徴とする請求項６または７記載の放射性
廃棄物の固型化方法。
【請求項９】前記固型化材料にべントナイトおよびア
ルミナセメントを添加して粉末の混合物とし、この混合
物を縮合リン酸ナトリウムおよび炭酸塩化合物を溶解さ
せた混練水により混練して、得られた固型化材ペースト
を用いて前記放射性廃棄物を固型化することを特徴とす
る請求項６または７記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項１０】前記放射性廃棄物が使用済みイオン交
換樹脂からなるペレット状廃棄物であるとき、前記無機
混和剤として水ガラスを用いることを特徴とする請求項
１記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項１１】前記固型化材料 100重量部に対して、
水ガラスを 0.5〜 5重量部添加することを特徴とする請
求項１０記載の放射性廃棄物の固型化方法。