JPS593398A - 放射性固体廃棄物の長時間貯蔵に必要な硬化特性の改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水の添加によシ硬化するマトリックス材料に
封入される放射性固体廃棄物の長時間貯蔵に必要な硬化
特性を改良する方法に関する。

本願明細書において放射性固体廃棄物とは、例えば燃料
被覆管又は炉心構成部材等のような固体の小片廃棄物、
例えばｆ史用済み核燃料及び／又は燃料親物質の再処理
工程からの濃縮スラッジのような微粒子状の固体廃棄物
の懸濁液、α線含有灰及びその他の燃焼残渣等を云うも
のとする。

この種の固体、小片又は粒状廃棄物を硬化するため従来
は主として七メント一水懸濁液を使用した。その結果生
じる廃棄物セメントン゛ロック生成物の欠点は、多量の
水を含むことによシ廃棄物から生じる放射線の作用下に
水が放射化学的に分解して多量の水素及び酸素を生じる
ことである。この事実は該生成物の中間貯蔵及び最終貯
蔵の作業安全性にとって欠点となる。最終貯蔵器内で温
度が上昇すると、生成物から水が生じ、生成物自体及び
生成物を取り囲む容器内に大きな圧力が生じる。その結
果容器の腐食に際して、場合によっては放射能が容器か
ら周囲に放出されるおそれが生じる。更に従来製造され
て来たセメント硬化生成物は塩溶液中での長時間貯蔵に
際して以前の充分に良好か特性、例えば耐圧性等を失な
うことが確認された。

本発明の目的は、水で凝結するマ）　ｌ）ツクス拐料に
、例えば燃料被覆管の断片のような放射性固体廃棄物、
その他の放射性金属廃棄物、α線含有灰及び他の燃料残
渣並びに使用済み核燃料及び／又は燃料親物質の再処理
工程からの濃縮スラッジを混入含有する硬化ブロックの
長時間貯蔵に必要なｉｔ？性を改良すること、及びこの
目的を達成する方法を提案することにある。％にこの硬
化ブロックは従来の技術水準に属する方法に比して高め
られた耐放射線安定性及び減少した放射線分解ガス発生
度、高められた耐食性（濃い酸及び濃い塩溶液に対して
１例えばキナール溶液すなわちＭ　ｙ　ｃｔ２２４．７
％、　　ＭｙＳＯ４２，３％、ＮａＣｔｌ、　９％、Ｋ
Ｃｌ３．３％、Ｈ２Ｏ６７，９％の組成を有する水溶液
に対しても）及び良好な耐熱衝撃性を示すものでなけれ
ばなら々い。

この目的は本発明によれば、マトリックス材料として、
Ｘ線無定形で水和物相不含のポリマー珪酸アルミニウム
ナトリウムを含む。実質的に縮小しない耐熱性及び耐酸
性の材料を使用し、固体廃棄物を水１０〜２０容量係を
含むマトリックス材料の懸濁液で攪拌するか又はこの種
の予め仕上げられた懸濁液に振動挿入し、その後に廃棄
物−マトリックス混合物を硬化させることによって達成
される。

本発明方法で使用されるマトリックス材料は石油及び天
然ガスを得るための深い発破孔の修復分野で１熱水セメ
ント１として公知である（　Ｗ、　Ａ。

Ｍａｌｌｏｗ　、Ｊ、　Ｋ、　Ｄｅａｎ著’Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆｔｈｅ　　ＡＳＭＥ　−Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　　Ｏｆ　　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　　Ｖｅｓｓｅｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　、　Ｐａｐｅｒ　Ｎｏ、　？　
７’／Ｐｅｔ　−２７＋第１〜５頁（１９７７年）〕。

これらの材料は種々。

の製造業者によシ市場に供給されている。熱水セメント
と称されるもののこれらの材料は、その製法においてま
たその組成において建築分野で使用可能のセメントとは
全く無関係である。これは主として５ｉ０２砂、　　５
ｉ０２　粉、珪酸ナトリウム及びＡｔ（ＯＨ）３から成
る。硬化中の吸水率は最大２０容量係である。

本発明方法の有利な実施態様は、廃棄物−マトリックス
混合物を硬化した後、結合されていない水を除去するた
め室温乃至１００℃の温度での熱処理に曝らすこ七によ
って特命づけられる。

本発明方法で廃棄物−硬化生成物に対する要求又はその
性質は完全に満たされ、また硬化ブロックの製造は簡単
にまたこの種の方法にとって出来るだけ僅かなＭ、費で
実施することができる。

次に本発明を例示した実施例に基づき詳述する。

実＠１゜ Ｓｗｉルｄｅｌｌ　Ｒｕ５ｔ社製（Ｕ　Ｓ　Ａ　）　（
Ｔｈｅ　ＲｕｓｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａ
ｎｙ）の熱水セメントからの不活性生成物の耐圧性検査 この熱水セメントの代表的な組成は例えば次の通りであ
る。

珪砂　　　　・・・・・・・・・・・・・・・　　３７
．５重量係石英粉末　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　］、ａ８＃珪酸ナトリウム（無水）・・
・・・　　７．５〃珪酸ナトリウム（含水片・・・・・
・　　７．５〃Ａｔ（ＯＨ）３　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　］、５．Ｏｎ１００
．０＃ ａ）生成物を水道水で製造し、た（熱水セメントをＨ２
Ｏと所望の割合で室温で撹拌又は振動させ、２４時間加
熱した）。

水／固体の割合　多孔性（＠　耐圧性（Ｎ／１ｍ２）（
１１５１９，３２５，０ ０，１３１５，１３２，３ ０，１０１４，７３５，０ ｂ）生成物をＭＡＷシミュレ−１・で製造した（その主
組成が中レベル放射性廃水の組成と一致する不活性塩溶
液）。

０、　］　５　　　　１．４．２　　　　１５．００、
１．３　　　　１４．２　　　　１−５．００、　Ｉ　
　　　　　ｉ　６．１−　　　　２２．５０．１”　　
　　　７．１　　　　３２．３つ　いまだ硬化しない混
合物を容器内でイ辰とうさせることによシ緊密化した。

この生成物の耐圧性（ｄ公知技術水準に属する方法で製
造した硬化ブロックの耐圧性に匹敵する。

実験２ 本発明方法で製造した不活性硬化生成物の耐食性と、公
知技術水準に属する方法で製造した不活性硬化生成物の
耐食性との比較。

ａ）水／固体の割合０．１０〜０．１５で製造した熱水
−セメント生成物（実験１て記載したのと同様）（耐圧
性３５　Ｎ　／ＷＩＪ”　）を、種々異なる条件下に腐
食性媒体中で貯蔵してその耐食性をテストした。

貯蔵は次の条件下に実施した。

一稀塩酸溶液（１：　］、　０　）中で室温で１−キナ
ール塩溶液中で９０℃、１バールで。

−キナール塩溶液中で２００℃、１００バールで。

腐食状態を測定するため試料の重量損失及びダイナミッ
ク弾性係数を測定した。

結果ニ ー　ｎｅｔ溶液に貯蔵した場合１２力月後も変化は生じ
なかった。

−キナール塩溶液に９０℃及び１バールで貯蔵した場合
１２力月後も変化は生じなかった。

−キナール溶液中に２００℃及び１００バールで貯蔵し
た場合４力月後も変化は生じなかった。

試料は幾何学的に安定したままであり、飛散又は亀裂は
生じなかった。また試料は膨張せず、その重量は一定で
あった。

２２８日イ麦：　６−４．　ＩＰ、　　　　　　　　　
　１９．９３３１日後：６４．３り、　　　　　　　　
　　２０．３試料の機械的安定性に対するＩ′１律とし
て利用することのできるダイナミック弾性係数は同様に
変化し々かった。

ｂ）これに比して公知技術水質に属するポルトランドセ
メント（ＰＺ３５）（Ｗ／Ｚ＝０．４５）から成る試料
に関しては次の結果が生じた〔ａ）におけるのと同じ貯
蔵条件で〕。

−ＨＣ１溶液（１：ＪＯ）に室温で貯蔵した場合試料は
１〜２日後に完全に破砕した。

−キナール溶液に９０℃及び１バールで貯蔵した場合試
料は２力月後に明らかな腐食徴暎（亀裂発生、膨張、重
量増加、ダイナミック弾性係数の減少）を示し、３力月
後に分解した。

−ギナール溶液に２００℃及び１００ノく一ルで貯蔵し
た場合試料は７日後に完全に分解した。

この検査の結果は、本発明方法で明らかに改良された耐
腐食性を有する生成物が得られたことを示した。

実験３ 放射線分解ガス発生の検査 実験工で記載したのと同様の水／固体比０．　］〜０．
１５で製造した熱水−セメント生成物を硬化（１週間）
後、５５℃（２日）及び９０℃（１日）で乾燥した。

この場合Ｈ２０含有量は１重量％に低下し、耐圧性は変
化せず、　３５　Ｎ　７ｒｒｔｓｉであった。

引続き生成物を］、　ＯＭθＶ電子線て］−０８ｒａｄ
　のβ／ｒ放射線量に照射し、生じた放射線分解ガス（
主七してＩ＋２）量を測定した。

］、　５　・］、　０−’　ｍｔＨ２／　ｙ　−Ｍｒａ
ｄの値が得られ、これは未処理試料の照射に際しての値
よりも約１０培少ない。

実験４ 熱衝ポ安定性の比較検査 実験１に記載しだのと同様の水／固体比（）、１〜（１
，１５で製造した熱水−セメント生成物を硬化（１週間
）　鏝５００　℃の温度に加熱し、次層で冷水で急冷し
た。

この処理で試料は損傷されず、大きな亀裂は生じず、機
械的安定性は劣化しなかった。

ポルトランドセメントから製造した試料をこの種の処理
にけした場合、試料は大きな亀裂を生じ、試料は分解し
た。

実験５ 熱水セメントての不活性態＃１友覆管の同定実験１にお
けるのと同様にして５ｗ１ｎｄｒｅｓｓＢｏｎｄ、　１
．００　’　、熱水セメント（Ｓｗｊｎｄｅ］ｌ　Ｒｕ
５ｔ社製、ＵＳＡ）及び水とがら水／固体比０９１〜０
．１５で製造した混合物に、燃料被ｒｉ　’Ｗ断片（直
径］ｃｒｎ、長さ５　Ｃｍ　）を軽く揺動させながら導
入した。

硬化後被覆管断片の中空及び中間室が完全に充填された
生成物が得られた。最終生成物中の被覆管断片の重量は
２５重攪係であった。

室温で硬化（１週間）した後５０〜９０℃で乾燥（１〜
２日）することによって、生成物のＴ（２０含有腋を１
重量部に丁げることができた。

Ｈ２０含有歇が少な力ことから必然的に、散財性廃棄物
硬化生成物中に生じ得る放射線分解ガスの量は、公知技
術水準に属する生成物から生じた量に比して少ない。熱
水セメントとの硬化に必要な水は単に反応成分を流動化
させるのに、また反応、すなわち多価カチオンを含んで
いてもよいポリマー珪酸アルミニウム・ナトリウムを発
１せるのに必要とされるにすぎず、組織の発生に（は関
与しない。これに対し従来常用のセメント（例えばポル
トランドセメント等）で硬化する場合、水は付加的に硬
化過程中に生じる化合物の水利化にも使用される。急速
に乾燥（２００〜２５０Ｃで２〜３日）シタ後の１−１
２０の残含有敬は熱水セメンドブｏツク（Ｗ／Ｚ＝０．
１３）の場合０．２１−ｆｉ　％　、ポルトランドセメ
ント（ＰＺ３５）ブロック（Ｗ／Ｚ＝０４）では８．７
重量部であり、これは４０陪以上である。

本発明の大きな利点は、多くの場合硬化過程で収縮する
建築分野で常用のセメントで硬化したものに比して、熱
水セメントての放射性廃棄物の硬化が金属及びコンクリ
ート表面への硬化された物質の付着力を高めることであ
る。従って本発明方法で製造された廃棄物生成物０よ容
器（例えばドラム缶）内での亀裂発生（例えば孔浸喰に
よって）時に、常用の廃棄物生成物かその容器内で１暴
らされるよりもはるかに僅少に液媒体に曝らされるにす
ぎない。

本発明方法による水／Ｕ８Ｊ体混合物はその組成を１上
昇した温度（例えば廃棄物放射性核種の分Ｊ臀熱によっ
て）が硬化過程にマイナスの作用をしないように、変え
ることができる。

実験６ １吏用済み核燃料の再処理により生じる溶解残渣（襦縮
スラッジ）の固定 実験１におけるのと同様に、’　５ｗ１ｎｄｒｅｓｓＢ
ｏｎｄ’　ｉ−００”から水／固体比０．１〜０．１５
で製造した混合物にシミュレート溶解残、宵（その組成
は第１表参照）を、溶解残渣の量が最終生成物１〜５重
量係であるように攪拌導入した。室温で硬化（１週間）
した後、約２ｏＮ７ｍｓｉの耐圧性が確認された。

９０℃で乾燥（１日）することによって最終生成物中の
Ｈ２０含有凌は１重量部に減少し、耐圧性は変化しなか
った。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水の添加により硬化するマトリックス拐−料に封入
   される放射性固体廃棄物の長時間貯蔵に必要な硬化特性
   を改良する方法にお論で、７トリソクス材料としてＸ線
   無定形で水和物１月不含のポリマー珪酸アルミニウムナ
   トリウムを含む実質的に縮小しない耐熱性及び１ｌｉｔ
   酸性の材料を使用し、固体廃棄物を水１０〜２０容量係
   を含むマトリックス側斜の懸濁液と攪拌するか又はこの
   種の予め仕上げた懸ｌ蜀液に撮動挿入し、その後に廃棄
   物−マ）　ｌ）ソクス混合物を硬化させることを特徴と
   する放射性固体廃棄物の長時間貯蔵に必要な１便化特性
   の改良方法。 ２）廃棄物−マトリックス混合物を硬化した後。 結合されていない水を除去するため室温乃至１００℃の
   温度での熱処理に曝らすことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。