JPS60171498A - 放射性廃棄物の固化方法 - Google Patents

放射性廃棄物の固化方法

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JPS60171498A
JPS60171498A JP2712784A JP2712784A JPS60171498A JP S60171498 A JPS60171498 A JP S60171498A JP 2712784 A JP2712784 A JP 2712784A JP 2712784 A JP2712784 A JP 2712784A JP S60171498 A JPS60171498 A JP S60171498A
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solidified
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玉田 慎
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菊池 恂
悟 大橋
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、列えば沸騰水型あるいは加圧水型原子力発電
所において発生する硫酸塩又はホウ酸塩来が大きく、安
定な固化物を得ることのできる特殊セメントによる放射
性g# gll)の同化方法に関する。
〔発明の背景〕
原子力発電所又は、その他の放射線物質取扱い施設で発
生する固体状、液体状低レベル廃棄物はそのまま施設外
へ持ち出すことは許されない為、従来はそのままドラム
缶に詰めてセメント固化されていた。このセメント固化
は減容比が低く、施設内保管ドラム缶数が年々増加し、
保管スペースの関係から、種々の減容化の開発が進めら
れている。
現在では、濃縮廃液及び粉状イオン交換樹脂スラリーを
乾燥粉末化して放射性廃棄物の体積の大部分を占める水
を除去し、アスファルト又はプラスチックで固化する方
法が開発されている。
現在採用されているセメント均質同化法は、同化材が安
価でシステムが簡単であること、固化材が無機質である
ための長期耐候性に優れている等の長所を持つが、減容
性が悪く発生するドラム缶本数が非常に多くなるという
、欠点を有する。この方法で採用されているセメントは
、ポルトランドセメントに高炉水砕スラグ粉末を混合し
てつくった高炉セメントである。将来は、減容性を考慮
して、遠心薄膜乾燥機等の乾燥装置を使用して、余分な
水分を完全に蒸発させて得られる乾燥粉体、又は造粒機
などで成形されたペレットを、各種同化材を用いて固化
しドラム缶の発生本数を大巾に低減する動向にある。各
種固化材のうちセメントは先に述べたようにコスト、物
性等多くの長所を有する。
しかし、得られた粉体又はペレットをセメント固化する
場合次の2つの問題点を有する。
第1の間1迫点は、ホルトランドセメント、高炉セメン
トを1史用した場合、放射性廃棄物中に含有される硫酸
塩に起因するセメント固化体の異常膨張によりクラック
が発生しやすい事である。
第2の問題点は、セメントを使用した揚台、セメントペ
ーストの流動性がわるく、均質な固化体を得ることが困
難であることである。
現在採用されているセメント均質同化法で使用している
セメントや、特開昭56−82500「放射性イオン交
換樹脂のセメント塊同化法」に記載されているセメント
は、いずれも高炉セメントであり、それらは液体状放射
性廃棄物の固化に関するものである。
ところで、粉体又はペレット状の放射性廃棄物を高炉セ
メントを用いて固化する場合、ペーストの流動性や耐硫
酸塩効果の不足によりクラック発生が生じる問題点があ
ることが実験により判明した。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、放射性廃棄物中に存在する硫酸塩又は
ホウ酸塩に対し著しい抵抗性を持ち、セメント同化体の
クラック発生を防止できる健全な同化体を得る放射性廃
棄物の固化方法を得ることにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、硫酸塩を含む放射性廃棄物をアルミン
酸三カルシウム(3cao aAtsOs )が4重量
%以下の組成を有するセメントを固化剤として用いて固
化する点にある。
セメント・コンクリートは、海水中の硫酸塩や工場排水
や地下水等の硫酸塩により、浸蝕されて劣化することが
多く、各方面で対策がのぞまれている。これは、セメン
トと水との生成物が、硫酸塩と反応し、体積膨張をおこ
してコンクリートを破壊するためである。その原因を基
礎的に検討した結果、セメントは硬化時に水酸化カルシ
ウム(ca(OH)2 )結晶を析出するが、これが硫
酸塩と反応し硫酸カルシウム(Ca804・2H20)
を生成する。これがセメント中に存在するアルミン酸三
カルシウム(3Ca0−AJa20s )水和物と反応
して、膨張性水和物(エトリンガイド)を形成し、セメ
ント硬化体を劣化させ、ノ膨張崩壊に導くことがわかっ
た。即ち、化学反応的には以下のように説明できる。
acao @ AtzOs ・19Hz O40(Ca
SO3・2H20) +8Hz O−+3CaOAt2
0a ・3CaS04・a2HzO十〇a (OH)2
・・・・・・・・・(1) エトリンガイド 反応前の左辺に対して、反応後はエトリンガイドが生成
し2−27%の容積増/JO(fおこす。硫酸塩を含む
放射性廃棄物をポルトランドセメントで固化する場合も
上記と同様な反応がおき、セメント同化体に(膨張クラ
ックが発生する可能性が極めて高いことがわかった。
従って耐硫酸塩効果を高めるためには、エトリンガイド
の形成を抑制することが重要である。そのためにはセメ
ント中のアルミン酸三カルシウムの含有量を少くすれば
よいと考えた。アルミン酸三カルシウムの含有率とエト
刀ンガイド生成比との関係を第1図に定量的に示す。こ
れは硫酸ソーダ粉末を20重量%含有した場合のエトリ
ンガイド生成量とアルミン酸三カルシウムの含有量との
関係を示したものである。
この図から明らかなように、3CaO−At203含有
率が4重量%以丁では、エトリンガイド生成も少なく、
クラックの発生がないことがわかった。
従来のセメントを用いて乾燥物を固化する場合の第2の
問題点は、流動性の低下である。
アルミン酸三カルシウムは、短期に強度発現するという
特徴があり、かつアルミン酸三カルシウム除去による製
造コス)7ツブを考え合わせると11己合ケ0%にする
ことは難しい。
そこで上記を補うだめの各種添加剤を試+M的に調査し
た結果、エトリンガイドの生成防止法としては、前記反
応式(1)かられかるようにアルミン酸三カルシウム(
3cao Hkt203)の混入量低減の他に硫酸カル
シウム(CaSO4・2H20)の生成防止をすれば良
いことがわかった。そのためには七メンh5化時に硫1
俊塩と水酸化カルシウム(Ca (01()2 )の反
応を抑制すればよい。そこで無機成分のうちでCa(O
H)+と反応してケイ酸カルシウム水和物を形成すると
考えられる酸化ケイ素(Sin2 )をe膓刀口してみ
た。
その結果を第2図に示す。
エトリンガイド生成に関与する硫酸カルシウムの生成を
阻害することによって、エトリンガイドの結晶成長を5
fChlO重着%以上添加することによって、十分抑制
できることがわかった。
一方作業性の観点から、SiO2の混入量が多くなると
セメントペーストの流動性が悪くなりセメントペースト
の注入が困難になり、均一な固化体を得ることが困難に
なることもわかった。
第3図に球形、不定形の5jOzをセメントに混入した
時の粘度特性を示す。不定形より球形の方が粘度の低下
は少ないので、球形の5iOzであるポゾランを使用す
るのが効果的であつことがわかった。
第4図に上記ポゾランの一種であるフライアッシュを使
用した時の混入率と固化体の圧潰強度比を示す。第4図
に示すように、フライアッシュ混入率が40%までは、
強度が高いことがわかる。
以上のことからフライアッシュ(Sins)混入率は1
0重量%〜40重量%が適している。また最適混入率は
、第4図に示すように、圧潰強度が一番大きい混入率2
0重量%であることがわかる。
以上の結果より具体的実施例を以下に示す。
実施例1 50tのドラム缶に硫酸ナトリウムを主成分とする模疑
扁棄物ペレットを密に上部まで充填し、上部より、特殊
セメントペーストを注入する。本実施例で使用した配合
山谷を以下に示す。
次に実験に使用したセメントの化学分析値の一例を下記
に示す。
(10) (11) 耐硫酸塩セメン) 34.4〜にフライアッシュ10、
3 k=qを刀目え、水18.1 Kgを入れ、セメン
トミキサーにて約5分間攪拌したのち、50tのドラム
缶に硫酸ナトリウムペレットを50に9充填し、上部よ
りセメントペーストを注入した。注入時及び注入後の髪
生条件等は次の通りでめる。注入時条P+:気磁20C
1室内温度70〜75%、ベレッ) 2 Or、ペース
ト作成室内温度20c、注入後のφ生はドラムふたを開
放した状態でギ温(20C)硬化注入説14日目にドラ
ム缶の切除を行い、セメント固化体にクラックが発生し
ているがどうかの外観チェックを行なったが、クランク
発生等の異酸は認められなかった。
14日1にドラム缶切除紮行なったのは、セメント同化
体にj膨張応力が発生した場合、ドラム缶のう句東力を
とり去り、同化体に発生する応力がそのまま同化体にか
かるようにし、クラック発生の有無を厳密に評価するた
めである。
注入後3ケ月を経過した同化体について、容器、同化体
のクラックの有無を調査した結果いずれも(12) 異常がない事がわかった。
実施例2 実施例1で3 cao HAt2Chを1重量%のセメ
ントにフライアッシュを混入した特殊セメントペースト
を使用したが、本実施例では3 cao HAh20s
を1重量%のセメントペーストのみを使用した。
50tドラム缶に硫酸ナトリウムを主成分とするペレッ
トを約50縁充填し、上部よりセメントペーストf]6
2Kgを注入した。注入時条件、養生条件等は、実施例
1と同じでめる。注入後14日1にドラム缶の切除を行
い、同化体にクラックが発生しているかどうか外観チェ
ックを行った。実施例1では第4図かられかるように強
度が向上するが、4施例2の場合には強度的同上はない
実施例3 実施例1ではフライアッシュを混入し7たが、本実施例
3では、ケイ砂を用いた。
3 cao Hktzosを1%配合のセメント約40
Hケイ砂(Si02)約4.5Kgを加え、水約22寸
入れセメントミキサーにて約5分間攪拌したのC11) ち、硫酸ナトリウムペレットを50 Kg充$ 1.た
50tドラム缶に、上記セメントペーストを上部より注
入した。実施しl11と同様にクラック防止の効果が得
られたが、第3図で明らかなように、粒形のフライアッ
シュ等に比べると、粘性が高くなり、混入量は実施例1
に比べ少ないので、強度は笑IM列1のものほど効果は
ない。また、粘性が高くなるので注入時にドラム缶に−
m動するとよい。
実施例4 実施例1で作成した特殊セメントペーストに、分散剤、
A−E剤を約340工カロえ、さらに5分間攪拌を行っ
て特殊セメントペーストをつくり、実施例1と同様の実
験を行った。本実施例4で作成された固化体は、実施例
1と同様の効果が得られ、また分散材、A−E剤の効果
により、強度も優れ、水密性も増し耐透水性の優れた固
化体が得られた。
実施例5 実施列5を第5図により説明する。前記実施例において
は、セメントペーストラ上部から注入しく14) たが、本実施例5においては、ドラム缶1の中央部に、
セメントペースト注入ホース2をセットしておき、次い
で容器に硫酸ナトリウムベレット3を50匂充填する。
実施例1と同様に製作したセメントペースト4を注入口
5を介し1m上部から注入する。この実JM例でも実施
例1と同様の効果が得られた。また、本実施例5では、
注入速度が早くなり、配合水も、セメント100に対し
て39〜45と少なくてすむという利点がある。
次に注入作業と同時に作製した径10φX高さ20hの
圧縮強度供試体の材令7日、28日のそれぞれの強度は
下記の通りであり、実使用に充分耐える強度値を示した
(15) 本実施例においては、ペレット状の放射性廃棄物を、用
いたが、粉状であっても同様の効果が得られる。
また、本実施例に2いて、硫酸ナトリウムを主成分とす
る廃棄物を使用したが、ホウ酸塩を主成分とする廃棄物
を使用しても同様の効果を得ることができる。すなわち
、この場合次の化学反応が起る。
acao−kt20 m ・19HzO+3 (CaH
207・2H20)+8Hz O→3CaO・At20
3・3CaB407・32H20+Ca(OH)2Lト
リンガイド 以上の様にホウ酸塩を主成分とする廃棄物の場合にも硫
酸塩を主成分とする廃棄物の場合と同様の反応が生じる
から、前記実施例と同様の手段によって同様の効果を得
ることができる。
上記本発明の実施例によれば、硫酸塩またはホウ酸塩の
存在下でも、エトリンガイドを生成することなく、セメ
ント固化体のクラック発生を防止する効果があると共に
、強度も向上し、かつ流動性を抑制せず、コストも安価
であるという効果が171 (16) おる。
〔発明の効果〕
本発明方法によれば、放射性廃棄物中に存在する硫酸塩
またはホウ酸塩に対し著しい抵抗性を持ち、セメント固
化体のクラック発生を防止できる健全な同化体が得られ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は3. cao j At+Osの含有率とエト
リンガイド生成の関係を示す線図、第2図は810g含
有率とエトリンガイド生成の関係を示す線図、第3図は
Sin冨混入率と粘度の関係を示す線図、第4図はフラ
イアッシュ混入率と圧潰強度の関係を示す線図、第5図
は本発明の実施例5の概略を示す縦断面図である。 1・・・50 t )”ラム缶、2・・・セメントペー
スト注入ホース、3・・・硫酸ナトリウムベレット、4
・・・セメントペースト、5・・・注入口。 代理人 弁理士 高橋明夫 (18) 第 1 図 3 CtxO−A403含イ#’f(ヅ・)茹 Z 図 5loZ脅有牟(τす $3 図 02θ 4θ 60 (%) SjOz混入率 第 4 図 7ライアンシ1混入俸4(ツC)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、硫酸塩又はホウ酸塩の少なくともいずれかを含む放
    射性j発棄物をアルミン酸三カルシウム(3CaO−A
    t203)が4重量%以下の組成を有するセメントを固
    化剤として用いて固化することを特徴とする放射性廃棄
    物の固化方法。 2、アルミン酸三カルシウムが4重量%以下の組成を有
    する前記七メン)+d化剤に酸化ケイ素((SiCh)
    を加えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項一記載
    の放射性廃棄物の固化方法。 3、アルミ/酸三カルシウムが4重量%以下の組成を有
    するセメントを60〜90%と酸化ケイ素を10〜40
    %とを配合して放射性廃棄物の固化剤として使用するこ
    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
    物の固化方法。 4、アルミ/酸三カルシウムが4重量%以下の組成を有
    するセメントを60〜90%と、人工及び天然ポゾラン
    (フライアッシュ)を10〜40%とを配合して放射性
    廃棄物の固化剤として使用す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方法。
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