JPS61144600A - 有害廃棄物の固化処理方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は石炭灰を主とする熔焼結固化剤による有害廃棄
物の固化処理方法、特に放射性廃棄物の固化処理に関す
るものである。

（従来技術およびその問題点） 近年本邦はもとより世界的に原子力利用技術の進歩と原
子力産業の発達は目覚しく、これに伴い放射性廃棄物即
ち長期に亘って生物に直接放射線障害作用をもたらす核
種を含み、通常廃棄物のような取扱いによる廃棄処理が
許されない放射性廃棄物の発生量も年を追う毎に増加し
ておシ、特に原子力発電所や核燃料再処理工場における
それは著しい。しかし減容化再処理など最終処理技術の
開発の遅れは、例えば原子力発電所の気体液体。

固体廃棄物をそのままの形で保管貯蔵せざるを得す、ま
た海洋投棄などの廃棄処理手段が確立されていない現状
では生物に危険を与えない程度となるまで生物に危険を
与えないような場所において保管せざるを得ないため、
その保管貯蔵量が年々増加するのを避けることができな
い、その結果保管場所の不足や場所の選定に世界的に苦
慮している現状にあり、特に国土の狭隘な本邦において
はその苦慮の程度は大きく、これに加えて作業の安全を
確保しにくい。そこで従来から廃棄物からの放射性核種
の化学的分離、消滅処理などの基礎的な研究と同時に、
廃棄物を極力減容化して保管貯蔵する方法など現実に即
した研究が進められ、現状においては放射性廃棄物を固
化処理する方法が、経時的な安定性や減容化１作業の安
全化更には将来における海洋投棄処理などにすぐれてい
ることが確められた。そこで世界的に放射性廃棄物の物
性形状例えば廃棄物が可燃性であるか不燃性であるか、
気体であるか液体であるか、更には固体であるかなど物
性、形状に適する固化剤および同化処理方法の開発研究
更には固化処理から固化処理物の管理貯蔵や処分までの
一貫した総合的な開発が進められその一部は既に実用化
されている。

例えば放射性廃棄物が液体の場合濃縮固体化し、可燃物
の場合は灰化し、固体の場合には熔融して減容シたもの
を、アスファルト、セメント、ガラス、プラスチ、り、
または最近においてはジン口２り、セラミ、りなどを固
化剤として使用して固化処理する方法が試みられている
。しかしこれらの方法は種々の利点をもつが、その一方
において不利な面をもつ。例えばアスファルト固化方法
はアスファルトが安価であって容易に入手でき、しかも
透水性が極めて小さく耐水性にすぐれている。

しかも例えば溶融アスファルト中に液状廃棄物を注入す
ることにより、これは濃縮されて溶解物は析出固化され
、更にこの析出固化物は熔融アスファルト中と均一に混
和され、これを放冷したとき完全に封じこまれる。従っ
て濃縮と混和が同時に進行するので作業は容易であり、
耐水性も大きいので多量の水に接触しても再溶出が小さ
い利点がある。しかしその一方この方法ではアスファル
トが可燃性で耐火性、耐熱性がなく、しかも経年的な劣
化、老化による減少と脆性、崩壊性の増加が見られる。

従って放射性廃棄物の極長年月に亘る安定固化に難点が
あり、しかも被固化処理物その含量によっては化学反応
が起シ膨瀾膨張などの悪現象を生じて拡散などのおそれ
を生ずる欠点がある。

またセメント固化方法はセメントが安価であって何処で
も容易に入手でき、しかも固化処理作業は放射性廃棄物
と水およびセメントとを混練して常態下において放置す
ることによって凝結固化する。従って固化処理費が安価
であると同時に、不燃性であって耐熱、耐火性が大きい
ばかりか、固化強度も大きいため火災などあっても放射
性物質の拡散を招くおそれが少ないなどの利点がある。

しかしその反面被固化物が酸性の放射性廃棄物や有機質
液体の場合には、セメントの同化反応を妨害するため、
直接固化できる放射性物質はその物性によって限定され
る。従って固化できない放射も前処理によって容積増加
や重量増加になることが多い。またセメント固化物は耐
酸性が小であるばかりか、経年に従って風化による強度
の低下が見られる。しかもセメント固化体は水透過性が
あるため、水と接触した場合水の浸透透過により水溶性
塩類が溶解抽出されるなどの欠点がある。

またプラスチックは前記したアスファルトやセメントと
異なり耐酸、耐アルカリの両性と耐水性にすぐれる利点
があり、しかも被固化物である放射性廃棄物が核燃料の
再処理の際排出される高レベルのＴＢＰ（トリブチル燐
酸）廃棄物の場合には、これが固化材である塩化ビニー
ルの可塑剤となるため、塩化ビニール中によく混和し、
安定な放射性廃棄物の固体化が形成される。また固化処
理作業が容易であるばかりでなく保管貯蔵や処理中の取
扱い作業も簡単であるため、最も実用的研究が進んでい
る。しかしその一方プラスチ、りはアスファルトやセメ
ントなどに比して価額的に割高であるのみでなく可燃性
であるため、火災時において放射性物質の拡散を招くお
それが犬きく、シかも燃焼時に高熱と毒性ガスを発生す
る欠点がある。

また更に最も研究が進んでいるガラス固化法は、前記の
固化方法に比べて被固化放射性廃棄物の減容効果が大き
いことから、従来対象としていた高レベルの廃棄物に加
えて低レベル廃棄物にも適用が広げられつつある。しか
もガラスは不燃性のため防火対策への配慮が少なくてす
むほか、耐薬品性が大きく物理的作用に強く、水中での
貯蔵保管処分に当って比重調整が容易にできる。その結
果保管処分の作業性の向上と経費の節減に役立つ利点が
ある。

しかしその反面ガラスの固化に当って１２０θ〜１３０
０℃以上の高温を必要とし、その実現のため電熱利用の
ほかプラズマ、高周波などの特殊の加熱方法による設備
が必要とされる。また更に放射性廃棄物の種類と物性に
適したガラス素材を選ぶ必要があるため、処理コストが
高くなる欠点があり、従来の方法には解決されなければ
ならない幾多の欠点がある。従ってこれらの欠点の排除
を目指して新たな固化剤の開発研究がなされている現状
にあり、例えばシン口、り、セラミ、クス、ガラスセラ
ミックスなどの使用が試みられているが、その成果は将
来的なものである。

そこで例えば放射性廃棄物の加熱により灰化などして減
容化したのち、炉により熔焼結する固化処理方法が研究
されているが、この方法では高温の処理設備を必要とす
るため処理コストが高くなり、しかもこの方法では灰化
できるものに限定され、灰の粒間分布も広いため固化処
理を難しくし、固化物の物性を低下するなどの難点があ
る。

本発明は上記した従来方法の各一種の欠点を除去した固
化処理方法の提供を目的としてなされたものである。

〔゛発明の構成〕

（問題点を解決するための手段および効果）本発明は本
発明者等の長年に亘る石炭灰の有効利用の開発研究にも
とづいてなされたものである。

即ち石炭火力発電所や石炭ガス化装置など特に石炭火力
発電所において多量に副生されるが、その一部がセメン
ト材などに使用されるに過ぎないため、廃棄場所の確保
や廃棄に伴う近隣公害などに苦慮している石炭灰の有効
利用に関する開発研究およびその経験にもとづく実験研
究の結果、放射性廃棄物は石炭灰と熔焼結することによ
って容易に非晶質の安定な固化体を形成し、長年月に亘
って拡散などのおそれが少なく封入できる物性をもつこ
とを見出した結果にもとづくものである。

即ち火力発電所においては石炭灰と総称されるフライア
ッシュ、ＥＰ灰のほか、シンダーアッシュ。

タリンカーなどの名称で分類された石炭灰力；排出され
るが、通常の石炭灰は第１表に示すような硅酸アルミニ
ウム、鉄カルシウム、マグネシュウムなどの主成分と他
の微量成分とからなり、地殻構成成分の殆どを含有して
いる。また石炭灰例えば微粉炭の結晶構造は第２表のよ
うに殆どが非晶質であり、一部が結晶質である。　　− 第１表 第２表 また石炭灰は酸化還元の両軍囲気中で熔融し、１４００
〜１５００℃以上の熔融点をもつものが多いが、石炭灰
に硼酸、硼酸塩、金属酸化物、ガラス類その他を混合熔
融すると、熔融点が１ｏｏｏ　ｔ：前後にまで低下する
。また比重は２前後である。従って熔焼結後の放冷固化
物は全部が非晶質となり、しかも多成分の複合ガラス質
即ち従来方法のように曹達ガラス、硅酸ガラスなど単一
体のガラス質でなく、種々のガラスの混合複合体である
。その結果従来方法のように放射性廃棄物の化学的物性
によってガラスの質を選定することなく、安定な物性を
もち、しかも耐火性などの物理的性質にすぐれた固化体
が得られる。しかも比重唸前記したようにガラスと同様
２前後であるので、固化物は水中において浮上がること
がなく将来において海中投棄が実施されてもその要求に
応えうる固化体を提供できる。

また更に石炭灰は微粉と粗粉に分類されて回収され、微
粉の粒度は２０〜１００ｍμの範囲であシ、しかもよく
乾燥している。従って放射性廃棄物が液状物の場合これ
を吸収するように混合し、有形物の場合にはその空隙な
どの細部にまでよく侵入しながら包みこむように混合し
、しかも振動を付与することにより混合が著しく進むこ
とを示している。また微粉であることから粒子間の空隙
をよく充填し、脱気がよく行われた状態のもとに放射性
廃棄物の混合吸収または包みこみが行われることを示し
ている。

従って以上の事実は石炭灰即ち多量に排出されて利用価
値が殆どなく、価額的にも無に等しい石炭灰そのものが
、従来の固化剤の欠点を一掃した極めて有用な同化剤で
あることを示しており、しかも１０００℃程度の実施の
容易な低温度によシ石炭灰と非晶質を形成する性質を有
するものであれば、放射性廃棄物として多く廃棄される
殆どのもの、即ちナトリウム、燐酸、硼・酸その他のア
ルカリ。

酸の廃棄物、ガラス質、塩類はもとより可燃性であるか
不燃性であるか、液状であるか固体であるかなどを問わ
ず、封止できる安定な物性をもつ固化体を低コストで形
成でき、将来更に増大する廃棄物の固化処理に大きく貢
献できることを示している。

本発明の特徴とするところは次の点にある。即ち上記の
如きすぐれた特性をもつ石炭灰中に、核燃料再処理施設
からの高レベルの液体や粉砕した固体などの廃棄物や、
原子力発電所からの高レベルではない可燃性および不燃
性の粉砕した一般廃棄物、水溶液、スラリー、イオン交
換樹脂、有機液体、汚染された粉砕した交換廃棄部品を
混入し攪拌して　よく包みこむ。そしてこれを１０００
℃前後の温度のもとに熔焼結処理を行うことによシ、同
時に放射性廃棄物の灰化熔融或いは濃縮して減容しなか
ら固化処理することを特徴とし、これにより石炭灰を有
効利用して脱酸、灰化などの前処理を一切必要とするこ
となく、実施の容易な低温度により低コストで物性が安
定し、しかも浮力に対する比重調整が容易な固化体中に
封じこめることができるようにしたものである。なお上
記から本発明による固化物は硼硅酸塩ガラス質、燐酸塩
ガラス質、Ｗ達ガラス質などの各単独ガラス質ではなく
、多ガラス質の混合複合質であるととに大きな特徴を有
する。しかし石炭灰の物性は石炭の産地種類、燃焼方法
などにより差があり、放射性廃棄物も発生場所１晃生時
忙よって大差があるため、石炭灰と放射性廃棄物を混合
して熔焼結処理しただけでは安定な固化体を得られない
場合があシ、安定固化体を得るため釦は同化体中の酸性
成分、アルカリ性成分１両性成分の含有比を調整して良
好な非晶質の形成を図らなければならない。

このためＫは酸性物として硼酸、燐酸、硫酸など、アル
カリ性物としてナトリウム、カルシウム、マグネシウム
、その他、また酸アルカリ両性成分としてアルミニウム
その他を混合する。また単ガラ物 ス質形成またはこれに近い場合は他のガラス質をΔ 混合して多ガラス質混合複合固化体の形成を図る必要が
ある。

以上本発明について説明したが、熔焼結時の燃料の節約
と作業性の向上を図るため、可燃性廃棄物の燃焼熱を利
用するのが有効であり、この方法は廃棄物を灰化したり
することなく直接混入して熔焼結する本発明によって始
めて可能な方法であると云える。例えば可燃性廃棄物と
粉砕或いは圧潰された不燃性廃棄物を石炭灰に混合した
ものを熔焼結炉の最下層に設け、この上に可燃性廃棄物
と石炭灰とを交互に積層して設けて加熱しながら、上部
または適宜箇所から積層物に放射性廃液を注入する。こ
のようにすれば可燃性廃棄物の灰化による減容と廃液の
濃縮を図りながらまた燃料の節約を図りなから固化処理
でき、また石炭灰や被固化処理物の自動充填装置などを
用いれば工業的な処理が可能になる。

また前記したように石炭灰は微粉であるので被固化物の
細部にまでよく充填されるが、更に空隙率最小の固化体
を形成するため、振動衝撃を与えて隙間を少なくしたシ
、振盪、圧縮を与えて気泡を少なくするのがよい。

が大になりつつある重金属などの生物に有害な物質例え
ばニッケル、クロム、鉛などを含む有害廃棄物の固化処
理にも適用できる。次に本発明の実施例について説明す
る。

（実施例１） 約１００℃で連続的に加熱されている石炭灰１匂に１２
％硼酸放射性廃液８．４Ｋｆを連続注入して混合乾燥し
たものをキャニスタ−に入れ、気泡の発生の放出を図り
ながら約１０００℃で熔焼結して固化体を形成する。

（実施例２） 石炭灰ＩＫｆに放射性イオン交換樹脂廃棄物１．５−９
硼酸０．２　Ｋｆを混合して徐々に昇温加熱し、イオン
交換樹脂を炭化、酸化の過程を経るようＫして減容し、
ついで熔焼結して徐冷固化した。

（実施例３） 石炭灰ＩＫｆにアルカリ性物である炭酸ナトリウム０．
２−を均一混合し、裁断した放射性可燃廃棄物２）ｓ、
ニーを交互四層して熔焼結して固化される。

（実施例４） 石炭灰１ｈＫ炭酸ナトリウム０．２−を混合し、これに
更に放射性金属酸化廃棄物０．３〜．放射性金属廃棄物
０．Ｉ　Ｋｆと硼硅酸ガラス０．３−を混合して熔焼結
固化した。

（実施例５） 石炭灰０．５〜と硼硅酸ガラス粉廃棄物０．５にダの混
和物に、高レベルの金属酸化物廃棄物０．６　Ｋ９を均
一混合し、最小空隙率の熔焼結固化体が得られるように
混合充填９発泡防止の振盪、ガス抜き圧縮操作を行いな
がら熔焼結した。

（実施例６） 石炭灰０．５〜焼却灰０．５ＫＦ、スラグ０．３　Ｋ９
．硼酸０．８にｆ、放射性スラッジ０．２Ｑを均一混合
の可能な粒子で混合し、２００℃前後で完全乾燥したも
のを加熱し、徐々に昇温しながら圧縮、ガス抜き操作を
行い、これにより最小空隙率化を図って熔焼結処理する
。

特許出願人　　財団法人電力中央研究所外２名

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭灰と有害廃棄物を混合しこれを熔焼結するこ
   とを特徴とする有害廃棄物の固化処理方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、酸性物を混入す
   ることを特徴とする有害廃棄物の固化処理方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、アルカリ性物を
   混入することを特徴とする有害廃棄物の固化処理方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項においてガラス質を混入す
   ることを特徴とする有害廃棄物の固化処理方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項から第４項において可燃性
   廃棄物、石炭灰、有害廃棄物などを交互に積層し熔焼結
   することを特徴とする有害廃棄物の固化処理方法。
6. （６）特許請求の範囲第１項から第５項において被熔焼
   物に最密充填、脱気のための振とう、ガス抜き圧縮など
   を行い最小空隙率の固化体をうるようにしたことを特徴
   とする有害廃棄物の固化処理方法。