JPS61105500A - 金属カチオンを含有する廃棄物の貯蔵槽の隔離遮蔽方法 - 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】 本発明は金属カチオンを含有する廃棄物の貯留槽の気密
化方法に関する。

本発明は、特に該金属カチオンが環境媒質中に移動する
ことを防止、即ち抑制することを可能とする気密化用の
特殊なグラウトを使用する方法を提供することにある。

本方法において使用するグラウトは、特に水力学的バリ
ヤーを実現することを可能とするものであり、該バリヤ
ーは様々な特性の土壌内で重金属カチオンを維持する性
質を有する。

コ業的廃棄物の保護は、環境媒質の汚染を防止するとい
う観点から、並びに場合によっては貯蔵場所に近接する
人工密集地に対し特に重大な被害を及ぼすことを防止す
るという観点から極めて重要である。

現実に、極めて厳重に調整された方策が必要とされる放
射性廃棄物の貯蔵をみると、工業的廃棄物の貯蔵は、貯
蔵槽と環境媒質との間に防護用遮蔽板を設けるように、
該貯蔵槽の周辺に水力学的バリヤーを形成することによ
り実現している。

しかしながら、この種の遮蔽板は、しばしば鉛および／
または水銀などの有毒な重金属カチオンの移動を阻止す
ることができない。

更に、この種の設備にあっては、この気密化用遮蔽板が
割れた場合に貯蔵槽に向って環境媒質が循環するように
、該遮蔽板内部の水位を自然水位よりも低い値に維持し
ておくことがよいとされている。

また、良好な水位を保証し、気密化用遮蔽板の割れに伴
う大量の漏れを予測するように定常的に貯蔵槽を制御し
なければならない。

放射性廃棄物の貯蔵域においては、欧州特許第００８１
４０３号により、特殊な注入グラウトを使用する方法が
提案された。このグラウトは水１０００重量部につき以
下の成分を含んでいる。

（ｉ）４０〜４００重量部のセメント、（ｉｉ）８０〜
ｔ、　ｏ　ｏ　ｏ重量部の、モンモリロナイト、イライ
トおよびバーミキュライトからなる群から選ばれる少な
くとも１種の粘土質、およ（ｉｉｉ）２５〜１．２００
重量部の入熱または人造のプゾランおよび／またはビー
ゼルグール。

かかる組成のために、該クラウドは放射性イオンに対し
て特に有効なバリヤーを形成するのに必要な°・ｒべて
の要求特性を呈する、二とになる。

しかしながら、同様にその■１成の故に、該グラウトは
鉛および／または水銀などの有毒な重質カチオンの移動
を阻止できない。

本発明における気密化用の特殊なグラウトは、逆にある
種の添加物の添加により、環境の良好な安全性を保証し
つつ工業的廃棄物の貯蔵条件を改善しかつ変化すること
を可能とする。これらの添加物は不溶性もしくは極めて
難溶性の化合物の形成を伴わないが、逆に沈殿すること
によってコンクリートの孔もしくは微小孔を詰まらせ、
その結果コンクリートを緻密化するばかりでなく、その
気密性をも改善する。

これらの添加物を主成分とするグラウトは同時に水不透
過性と金属カチオンを維持るす性質とを併せもつ気密化
遮蔽板を実現することを可能とする。この遮蔽板は岩床
の割れまたは間隙を満たすために注入により土壌を含浸
することにより得られ、これは金属カチオンに対して化
学的に活性である。

これらのグラウト用添加物は金属イオンに対して２つの
様式で作用する。即ち、まず不溶性化合物を形成して貯
蔵槽内のイオンの濃度を減じるのに寄与し、固相中のイ
オンの含有量を増大させ、かつ同様に吸着により不溶性
化合物はグラウトの、ある成分特に大きな比表面積を有
するシリカにより遮蔽板内に侵入するにつれて固定され
る。

更に、上記のように、形成された不溶性化合物はコンク
リートの孔もしくは微小孔を詰まらせることにより気密
性を増大する。

本発明は土壌内の廃棄物貯蔵槽の気密化方法を提供する
ことにあり、該方法は少なくとも１つのバリヤーまたは
気密他用遮蔽板を形成することにより該貯蔵槽を孤立さ
せ、重金属イオンを保持することからなり、これは土壌
の空隙もしくは貯蔵槽を取巻く土壌の一部の岩床の割れ
にグラウトを注入することにより達成され、該グラウト
は水ｔ、ｏｏｏｉｉ量部当たり以下の成分を含む。

（ｉ）６０〜５００重量部ノセメント、（ｉｉ）２５〜
５００重量部の粘土質、（ｉｉｉ）０〜８００重量部の
天然または人ニジリカ製品。

更に混合状態で存在する、重金属カチオン保持用の成分 （ａ）２〜６０重量部の炭酸ナトリウム、および（ｂ）
０．５〜２０重量部のアルカリ金属ピロ燐酸塩および／
またはアルカリ金属の洒石酸塩をも含有する。

グラウト内に一方では炭酸ナトリウムを、他方でアルカ
リ金属ピロ燐酸塩および／またはアルカリ金属の洒石酸
塩を含有させたことにより、重金属カチオンとの反応が
生じ、水不溶性のもしくは極めて難溶性の塩が形成され
る。

好ましい一態様によれば、アルカリ金属ピロ燐酸塩はピ
ロ燐酸ナトリウムであり、好ましいアルカリ金属洒石酸
塩は酒石酸カリウムである。

本発明の方法において使用するグラウトがピロ燐酸ナト
リウムと酒石酸カリウムとの混合物を含む場合、該混合
物は３〜１５重量部の範囲内で含まれ、比即ちピロ燐酸
塩／洒石酸塩は一般に３：ｌ〜１５：１の範囲内にあり
、好ましくは５：１〜ｌＯ：１の範囲内にある。

本発明によるグラウトは、特に有害なある種の金属カチ
オン、特に鉛（Ｐｂ”）および水銀（Ｈｇ”およびＨｇ
”）を維持するために極めて有効である。

不溶性塩の形成は一方では金属カチオンと炭酸ナトリウ
ムとの反応および他方では金属カチオンとピロ燐酸ナト
リウムおよび／または酒石酸カリウムとの反応に基くも
のである。

特に鉛についていえば、不溶性塩の形成は以下のような
反応式に従って炭酸ナトリウムとピロ燐酸ナトリウムと
により同時に行われる。

ｐｂｚ′″（ａｑ）＋ＮａｚＣＯｓ（ａｑ）　−ＰｂＣ
０＝＋２Ｎａ”　（ａｑ）３Ｐｂ”　（ａｑ）＋２Ｎａ
ｚＣＯｓ（ａｑ）＋２（ＯＲ）→２ＰｂＣＯ，Ｉ。

Ｐｂ（ＯＨ）ｚ　＋　４Ｎａ”　（ａｑ）３Ｐｂ”　　
（ａｑ）　　＋　ＮａＪｚＰｔＯワ、　　ＨｚＯ（ａｑ
）　　−ＰｂｚＰｚＯｙ＋　２Ｎａ”　　（ａｑ）＋　
２（Ｈ３０）２Ｐｂ”″　（ａＱ）＋　　ＮａｔＨｔＰ
ｔＯｔ、ＨｚＯ（ａｑ）　→　ＰｂｚＰｚＯｙ。

１１ｚＯ＋　２Ｎａ”　　（ａｑ）　　＋　２（Ｈ＊０
）形成される化合物は天然白鉛鉱（ＰｂＣＯ３）であり
、その２０℃における溶解度は水１００ｇに対して１．
１　ｘ　１０−’ｇ　（約１ｐｐｎ＋）である。ハイド
ロセルサイト（２ＰｂＣＯ２・Ｐｂ（Ｏｌｌ）ｚ　）は
水不溶性であり、ピロ燐酸鉛（ＰｂｚＰｚＯ？およびＰ
　ｈ　ｔ　Ｐ□０７・Ｈ！０）は同様に水不溶性である
。

水銀（Ｈｇ”　）の場合についてみると、不溶性化合物
の形成は、炭酸ナトリウムと酒石酸カリウムの存在下で
、以下のような反応式に従う反応によって行われる。

２Ｈｇ’　（ａｑ）　＋　ＮａｇＣＯ＋（ａｑ）　→Ｈ
ｇｚＣＯ：＋　＋　２Ｎａ”　（ａｑ）２Ｈｇ’　（ａ
ｑ）　＋　Ｋ、らＨ４０６，１／２　ｆｌｚＯ（ａＱ）
→ＨｇｔＣａ１１＊Ｏｂ　＋　　２に’　（ａｑ）＋　
１／２１１２０炭酸第一水銀（ＨｇｚＣＯｉ）は水１０
０ｇに対して４．５　ｘ　ｌ　Ｏ−ｂｇ　（約０．０５
ｐｐｎ＋　）の溶解度を示し、酒石酸水銀は水不溶性で
ある。

水銀（Ｈｇ”　）についていえば、以下のような反応式
に従って、炭酸ナトリウムが介入することにより不溶性
塩が形成される。

３Ｈｇ”　＋　２ＮａｚＣＯｓ（ａＱ）　−”　　■ｇ
ｃｏ、　Ｉ　２ＨｇＯ＋６Ｎａ”　（ａｑ）　＋　２Ｃ
Ｏｇ 生成する炭酸水！１％　（ＨｇＣＯｉ・２ＨｇＯ）は水
不溶性である。

グラウト組成物中に存在する炭酸ナトリウムは不溶性化
合物の形成にとって全く好ましく、同様にシリカ質生成
物の活性化剤としての機能をも果す。

本発明によれば、グラウト内に存在するシリカ質生成物
は分散状態にあり、即ち単位重量当たりの極めて大きな
表面積を有し、好ましくは３．０００ｃｍ２／ｇ以上の
比表面積を有する。

使用するシリカ質生成物の大きな比表面積は、気密化遮
蔽体内に侵入するにつれて形成される不溶性生成物の吸
収を極めて容易なもの゛とする。

使用するシリカ質生成物は、場合によっては純シリカ、
好ましくは特殊な珪酸塩、フライアッシュなどで構成さ
れるプゾランなどの、少なくとも８０〜９０重量％のＳ
ｉＯ２を含有する生成物であってもよい。

水の存在下で、プゾラン型のシリカは水酸化カルシウム
を固定して、水力学的特性を有する安定な化合物を形成
することを可能とする。かくして、遊離石灰はセメント
の珪酸二カルシウムおよび三カルシウムの水和の際に、
グラウト内に存在するシリカおよびフライアッシュのア
ルミナと弱く結合して、不溶性の珪酸カルシウムおよび
アルミン酸カルシウムを形成する。これは結晶組織の安
定性を増大させるのに有効であり、また水力学特性を改
善するのに有利であり、弾性を保持することを可能とす
る。

その上、プゾランなどのシリカの添加により、アルカリ
化合物の遊離によるグラウトの固化の際に発生し易い収
縮現象を防止する。即ち、該アルカリ化合物は前記プゾ
ランにより吸収される。

使用するセメントは本質的に珪酸二カルシウムおよび三
カルシウム、アルミン酸三カルシウム、第二鉄相および
石こうより構成される。このセメントとしては種々のも
の、例えばポルトランドセメント並びに例えばある量の
高炉スラグあるいはフライアッシュを含有するセメント
、商品名ＣＬＫ（少なくとも８０％のスラグを含有する
セメントおよびＣＰＪ（７０〜８０％のタリンカーを含
有するセメントとして市販されているセメントなどを使
用することができる。

セメントの量は６０〜６５０重量部の範囲内で変えるこ
とができ、これは金属カチオンの維持特性を有する気密
他用遮蔽体に付与しようとする機械抵抗の関数として変
化する。

使用する粘土はベントナイト、カオリン、モンモリロナ
イト、アタルパジャイト、イライトまたはバーミキュラ
イトからなる群から選ばれる天然の粘土である。

これらのコロイド的性質により、セメントの懸濁安定性
が保証される。

本発明の方法の気密化用グラウトは土壌の特性に対して
グラウトのレオロジー因子を付与するという観点から、
同様にいくつかの添加物を含むことができる。かくして
、本発明のグラウトは例えば塩化カルシウムなどの硬化
促進剤あるいはリグノ亜硫酸ナトリウムなどの硬化遅延
剤を、最良のレオロジー特性を達成すべく粘土−剛性フ
ァクターを改善するために添加することができる。

これら種々の添加物の攬は、本発明によれば一般に水１
．０００重量部につき５〜５０重量部の範囲内である。

粘土およびセメントの用は、グラウトを注入すべき土壌
の特性に応じて決められる。

実際のところ、グラウトの固化中に、応力−変形関係を
調べてみると、カーブの異る屈曲部に対応する以下のよ
うな３つの領域が現れる。

ａ）　弾性領域における変形、 ｂ）　可塑領域での変形、および Ｃ）　クリープ領域。

全体として横方向に作用する応力に対して良好な耐割れ
性を保証するためには、グラウトは可塑変形領域内で使
用する必要があり、これによって割れを生ずることなし
に変形させることが可能となる。かくして、グラウトで
構成される遮蔽体は地震などの天然または人工の振動現
象に対する補足的な耐性を示すようになる。

本発明によれば、同様にグラウトの十分な安定性を確保
するために、その様々な成分の含有量を富用節すること
ができる。

事実、土壌中の廃棄、物貯蔵設備において使用すべく、
地盤の割れ目にグラウトを注入する際、グラウトを十分
に割れ口内に侵入させて、例えば貯蔵設備に高い耐久性
を保証する厚さ１０ｍのバリヤを得るためには、グラウ
トは十分に高い安定性を有するものでなければならない
。

土壌中へのグラウトの注入は、一般に５〜２０バールの
圧力下にて公知の注入装置によって実施する。グラウト
の粘度は処理すべき土壌の性質に応じて変えられる。ま
た、土壌の間隙または割れ目を充填するためには圧力が
掛けられる。

以下の第１表〜第３表に、本発明の方法において使用す
るのに適した種々の型のグラウトを総めた。

第１表において、グラウトＮｏｓ　１〜４は、特に自己
硬化型の泥土状態にある土地を掘って気密他用遮蔽体を
実現するのに適しており、グラウトＮｏｓ　１および２
はｐｂ”イオンを確実に保持し、グラウトＮｏｓ　３お
よび４は１１ｇ゛およびＨｇ　Ｚ　＋イオンを確実に保
持する。

これらのグラウトにおいては、好ましくはセメントとし
て商品名ＣＬＫ４５の下に市販されているものを使用し
、粘土としてはモンモリロナイトを、またシリカ質生成
物としてグラウトＮｏｓ　２および４ではヒユームドシ
リカを、更にグラウトＮｏｓ　１および３ではフライア
ッシュを使用する。

グラウトＮｏｓ　ｌ〜４には、また処理すべき土壌の特
性に応じて選ばれる流動化剤および／または硬化遅延剤
を添加することができる。

第２表において、グラウトＮｏｓ　５〜１２は、特に割
れ目を有する岩盤で構成される土壌を処理するのに適し
ており、グラウトＮｏｓ　５〜８はｐｂゝイオンを保持
する特性を有し、グラウトＮｏｓ　９〜１２はＨｇ’お
よび１ｇｇ＋イオンを保持する性質を有している。

グラウトＮｏｓ、　７．８．１１および１２ではセメン
トＣＬＫを使用し、またグラウトＮｏｓ、５．６．９お
よび１０ではセメントＣＰＡを使用している。

グラウトＮｏｓ、５．７．９および１１用のシリカ質生
成物としてはフライアッシュが使用され、またグラウト
Ｎｏｓ、　６．８．１０および１２ではヒユームドシリ
カが使用されている。

第３表において、グラウトＮｏｓ、　１３〜１８は、特
に土壌内に存在する大きな間隙を充填するのに適してお
り、これらはｐｂ゛　イオンおよびＨｇ”並びに１１ｇ
２″″イオンを同時に確実に保持できる。

これらグラウトにおいて、セメントとしてはスラグを８
０％含有する生成物に相当する商品名ＣＬＫ４５として
市販されているものを使用し、粘土とてはモンモリロナ
イトを、またシリカ質生成物としてはグラウトＮｏｓ、
　１３および１６ではフライアッシュを、グラウトＮｏ
ｓ、　１５および１８ではヒユームドシリカを、更にグ
ラウトＮｏｓ、　１４および［７ではフライアッシュ（
９０％）とヒユームド。シリカ（１０％）との混合物を
使用した。

理解されるように、第３表に示したグラウトＮｏｓ、　
１３〜１８は、第１表および第２表に示したグラウトよ
りも著しく高い乾物含量を有している。

そのために、大きな間隙を充填するのに適したものとな
っている。しかしながら、特に第１表に示した乾物含量
の低いグラウトは逆に微小間隙を充填するのに適してい
る。

種々のテストにより、種々のを毒な重金属、特に鉛およ
び水銀などのカチオンを保持する上で、本発明により得
られた遮蔽体の奏する大きな有効性を示すことができた
が、本発明はこれらのカチオンによって同等制限される
ものではない。

本発明の方法では、更にプラスチックコンクリート７ま
たは高強度コンクリ−Ｉ・を得るために、小石、砂など
の骨材を含有するグラウトを用いることがＩり能である
。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）水１，０００重量部当たり６０〜５００重量部の
   セメント、２５〜５００重量部の粘土および０〜８００
   重量部の天然または人工のシリカ質生成物を含有するグ
   ラウトを、土壌内の廃棄物貯蔵槽を取巻く土壌もしくは
   その一部をなす岩床の割れもしくは間隙に充填もしくは
   注入することにより得られる少なくとも１つの気密性バ
   リヤまたは遮蔽体によって該貯蔵槽を隔離し、重金属カ
   チオンを保持することを含む該貯蔵槽の気密化方法にお
   いて、 注入すべき上記グラウトが、更に重金属カチオンを保持
   するために、２〜６０重量部の炭酸ナトリウムと、０．
   ５〜２０重量部のアルカリ金属のピロ燐酸塩および／ま
   たはアルカリ金属の洒石酸塩を混合物として含有するこ
   とを特徴とする上記気密化方法。
2. （２）上記アルカリ金属ピロ燐酸塩がピロ燐酸ナトリウ
   ムであり、上記アルカリ金属の洒石酸塩が酒石酸カリウ
   ムであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の方法。
3. （３）上記グラウトが３〜１５重量部のピロ燐酸ナトリ
   ウムと酒石酸カリウムとの混合物を含み、かつ比ピロ燐
   酸塩／洒石酸塩が３：１〜１５：１の範囲内にあること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）
   項記載の方法。
4. （４）上記グラウトが少なくとも８０〜９０重量％のＳ
   ｉＯ＿２を含有するシリカ質生成物を含有することを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）〜（３）項のいずれか
   １項に記載の方法。
5. （５）上記シリカ質生成物が天然または人工のプゾラン
   、フライアッシュおよび／またはヒュームドシリカであ
   る特許請求の範囲第（４）項記載の方法。
6. （６）上記シリカ質生成物が３，０００ｃｍ＾２／ｇ以
   上の比表面積を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第（４）項または第（５）項記載の方法。
7. （７）上記グラウト内に存在する粘土がベントナイト、
   カオリン、モンモリロナイト、アタルパジャイト、イラ
   イトおよびバーミキュライトからなる群から選ばれるも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）〜（
   ６）項のいずれか１項に記載の方法。
8. （８）上記グラウトが水１，０００部当たり５〜５０重
   量部の硬化促進剤または硬化遅延剤などの添加物をも含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第（１）〜（７
   ）項のいずれか１項に記載の方法。