JPS6118898A - 放射性廃棄物固化体及びその製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、乾燥粉体化された放射性廃棄物を、安価でし
かも長期間安定な水硬化、性固化材により固化する放射
性廃棄物の固化方法及びその伺化体に関し、更に詳しく
は、放射性廃棄物をより安定にかつ健全に固定化する技
術に関するものである。

〔発明の背景〕

原子力発電所等より発生する一放射性廃液等の放射性廃
棄物は、安定に貯蔵または処分するために固化材にて固
形化処理し、環境等への放射性物質の拡散を防止する必
要がある。

これらの廃棄物、特に廃液については従来、セメントと
混練してドラム缶に充填し、固化するセメント固化法が
用いられて来た。セメント固化法により得られたセメン
ト固化体は、素材が無機物質であるため長期的な“安定
性に優れている。しかし、廃液の状態でセメントと混練
するため、所定体積に充填できる廃棄物の量は少なく、
２００ｔドラム缶で、約１０〜１２Ｋｇ（乾燥ベース）
の廃棄物しか充填することができず、減容比の点におい
て劣っている。現在、廃棄物は、発電所敷地内に、最終
処分が決まるまで保管しなければならないため、廃棄物
を貯蔵する倉庫の面積が著しく増えて好ましくない。

そこで、最近、放射性廃液を乾燥粉体化した後、水硬化
性同化剤（セメント、ケイ酸アルカリ溶液など）やアス
ファルトあるいはプラスチックなどで固化する方法が開
発されている。この方法によれば廃液を直接固化する場
合に比べ、数倍〜士数倍の減容比が得られる。。

放射性廃液を乾燥粉体化した後固化剤と混練して固化す
る技術は、例えば特開昭５７−１０４８９８号公報に示
されている。

ところで、固化剤としてアスファルトやプラスチックを
用いる固化法では、固化剤が有機材料で固化べ現象が避
けられない。すなわち、最終処分が決定した場合、廃棄
物固化体は原子力発電所の敷地外に約５０年貯蔵される
ことが予想されるため、有機物の固化剤は長期安定性の
点で好ましくない。さらに、アスファルトは可燃物であ
り熱膨張係数も大きく強度も小さい。また、プラスチッ
クは非常に高価な材料である。

そこで、本発明では、放射性廃液を乾燥粉体化した後、
水硬性固化剤で固化する方法を検討した。

水硬性固化剤であるセメントやケイ酸アルカリ溶液は無
機材料であり、安価で長期耐候性に優れている。しかし
、放射性廃液を乾燥粉体化したものを水硬性固化剤で混
練するとそれが発熱して非常に高温となり、このため硬
化反応が著しく加速されることを発見した。硬化反応が
加速されると固化剤の粘度が急上昇するから、固化剤と
廃棄物を十分に混線できず、このため固化できる廃棄物
量が少なくなるばかりでなく、均質な固化体が得られな
いから、放射能浸出率が増大し固化体強度も低下する欠
点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、減容比が大きく、かつクラックの発生
もなく、さらに長期耐候性にも優れ安価に製造できる放
射性廃棄物固化体を得ることにある。

本発明の他の目的は、放射性廃液を乾燥粉体化したもの
を水硬化性固化材で固化するものにおいて、廃棄物と水
硬化性固化材との混線時に発生する発熱を抑制し、固化
材粘度の急上昇を防止するる。

〔発明の概要〕

本発明の第１の特徴は、・放射性廃液の乾燥粉体を固化
材で被覆、固定化して構成される放射性廃棄物固化体に
おいて、前記固化材は水硬化性の無機質固化材であり、
かつ前記固化体中において放射性廃液の乾燥粉体は廃棄
物総重量に対し、その約３５Ｗｔ１以上のものが５水塩
以上の水和物を形成している放射性廃棄物固化体にある
。

本発明の第２の特徴は、放射性廃液の乾燥粉体を固化材
で被覆、固定化して構成される放射性廃棄物固化体にお
いて、前記固化材は水硬化性の無機質固化材であり、か
つ前記固化体中において放射性廃液の乾燥粉体は顆粒状
で存在し、その顆粒化物は内部が乾燥粉体であり、外表
面部は粉体が５水塩以上の水和物を形成している放射性
廃棄物固化体にある。

本発明の第３の特徴は、放射性廃液を乾燥粉体化し、こ
の廃棄物粉体を水和処理セ慣キ仲番曲燦紺した後、水硬
化性の無機性固化材と混練し固化する放射性廃棄物固化
体の製造方法にある。

本発明の第４の特徴は、放射性廃液を乾燥粉体化し、こ
の廃棄物粉体を水に対して不溶化あるいは難溶化処理し
た後、水硬化性の無機質固化材と混練し固化する放射性
廃棄物固化体の製造方法にある。

〔発明の実施例〕

原子力発電所等から発・生する放射性廃棄物、特に放射
性廃液については、その発生量は、原子力発電所１基当
り１０００〜２０００ｍ３／月と多量に発生し、濃縮処
理後でも原子力発電所１基当り１５〜３Ｑｍ”７月の廃
液が発生する。このため、廃液は何らかの形で固形化処
理を施すことが必要である。例えば、廃液を乾燥粉体化
して水分を完全に除去し、廃液中に含まれている溶解物
や不溶物のみを取り出す技術は特公昭５４−３０７４号
公報などで知られている。　　　　　　　　　　）なお
、乾燥粉体化された廃棄物を造粒機で圧縮成形してベレ
ット化し、固化する技術も知られているが、このような
方法は造粒機が必要であり１、安価に実施できる方法で
はない。

最近、放射性廃棄物固化体を原子力発電所等の敷地外で
集中貯蔵することが提案されているが、敷地外貯蔵の場
合には、Ｃｏ”の半減期５年を勘案して、５０年程度の
貯蔵期間が必要である。すなわち、放射性廃棄物の固化
体は５０年以上にわたって安定に放射性物質を内包する
必要がある。

５０年以上の長期間にわたり安定性が実延されている材
料は限られており、その代表的なものとしてコンクリー
トやケイ酸アルカリ組成物がある。

これらの材料は、プラスチック固化に使用されるプラス
チックに比べ価格は、１／８〜１／１０と安価であり、
経済性においても優れている。

以上のことから、放射性廃棄物（廃液）を粉体化処理し
て減容比を向上させ、この粉体をコンクリ−＋４たけケ
イ酸アルカリ組成物と混練して固化させる方法が長期耐
候性、経済性および減容性の観点から有利である。

しかし、セメントやケイ酸アルカリ組成物は無機材料で
あり優れた耐候性を有しているものの、水を媒（水とし
て硬化するという水硬化性の材料であるため、゛乾燥粉
体化した廃棄物と混練した場合に、乾燥粉体化した廃棄
物は、固化材である水硬　。

化性材料の水分により水和反応を起こし、廃棄物粉体は
、固化材との混練ないしは硬化プロセスにおいて水和物
へと変化していく。ＢＷＲ［騰水型）原子力発電所から
発生する放射性廃液の主成分は、硫酸ナトリウム（Ｎ　
ａ３８０４　）　テｈ　り、ＰＷＲ（加圧水ｍ）原子力
発電所より発生する放射性廃液の主成分は、ホウ酸すｌ
−’Ｊウム（Ｎａｚ＆０７）である。

ＢＶＩ廃液粉体を、水硬化性固化材する場合下記反応（
水和反応）を起こす。

Ｎａ２８０４　＋　１’ＯＨｚ　ｏ−＋Ｎａ２８０４−
１０Ｈ２０６（１）この反応は発熱反応であるが、発熱
量は微量である５しかし無水塩から１０水塩になること
により体積膨張を起こし、約３〜５倍に、キの体積が増
加する。水硬化性固化材を使用する場合には、この水和
反応をさけることは、困難であり、この水和反応による
硫酸ナトリウムの膨張によって固化体にクランクが入り
、健全に固化することができない。固化体にクラックが
発生することは、放射性物質の系外への漏れの原因とな
る。

第２図に、Ｎａ２５Ｏａの添加量と、固化体表面に発生
したクラックの全長の関係を示す。この図から、固化体
の弾性の範囲で吸収できる膨張は、Ｎ　ａ２Ｓ　Ｏ４の
添加割合で２０ｗｔ％までであり、２００ｔドラム缶に
充填可能な廃棄物量は、約８０Ｋｇであるうしかし、こ
の状態では固化体内部に残留応力を有しており、長期間
にわたり健全性を有していければならない放射性廃棄物
固化体の条件からは適切でない。

ま、た、廃棄物の充填量も十分ではない。

そこで本発明では安定な状態の固化体を得るために、内
包されるＮａｚ　ＳＯ２をあらかじめ十分水和させるこ
と、あるいは固、化体が硬化を完了した後では内包され
るＮａ２５Ｏａの水和反応が生じない様に、十分に耐水
性を有する固化材で固化し安定な状態ないしは、不溶性
の塩の状態にすることを考えた。

一方ＰＷ凡原子力発電所より発生する放射性廃液の乾燥
粉体を、水硬化性固化材で固化する場合下記反応（°水
和反応）を起こす。

Ｎａ２　Ｂ４Ｏ７＋　５　”Ｈ２０→Ｎａ２Ｂ４０７　
・５）ＬＩ　Ｏ−（２）Ｎａ２　ＳＯ４０７”　５Ｈ２
ｏ＋５Ｉ（２０→Ｎ　ａｔ　Ｂ４０７　・１０Ｈ２０・
・・（３） この（２）（３）の水和反応は発熱反応であり、（２）
式の反応にて約２６．６　ｋ　ｃ　ａ　ｔ／　ｍ９ｔ、
　（３）式の反応にて約５．８　ｋ　ｃ　ａ　ｔ／ｍｏ
　ｔの発熱がある。この場合にも、水硬化性固化材を使
用する場合には、（２）（３）の水和反応をさけること
は、不可避であり、ケイ酸アルカリ組成物を固化材とし
て使用する場合には、この反応熱によりケイ酸アルカリ
組成物の硬化速度が加速されその粘性が急速に上昇する
ため、廃棄物と固化材の混線作業が短時間で不可能にな
る。

このため混線できる廃棄物の量は少なくなるから、ドラ
ム缶への充填量が低下し減容比に悪くなる。

水硬化性固化材で、ホウ酸す）　ＩＪウム粉体を固化し
た場合には発熱するが、その時の廃棄物混練ペースト（
ホウ酸ナトリウム粉（水と固化材との混練物）の温度は
、廃棄物の充填量に比例する。

その関係を第３図に示す。ホウ酸す）　ＩＪウムは、水
和反応時に約３２．４ｋｃａｔ／ｍｏｔの発熱をするた
め、約３０Ｗｔ１以上の廃棄物を充填した場合には、廃
棄物混線ペーストの温度が、１００Ｃをこえてしまい、
硬化媒体である水の沸騰をおこして内容物の飛散や、固
化体内部への気泡の残存等により建全な固化体が得られ
ず、また放射線管理区域内での作業上、この様な沸騰現
象は、輝度制御等が難しく実用に供し難い状態である。

また、固化材としてケイ酸アルカリ組成物を使用する場
合、水和熱により硬化反応が加速されるから十分な混練
時間を確保することも困難である。第４図は固化材とし
てケイ酸アルカリ組成物を用いた場合における廃棄物充
填量に対する硬化時間の比を示したものである。廃棄物
充填量が２−Ｏｗ　ｔ　１以上にあると硬化時間は１０
分程度となり十分な作業時間を確保することができない
、放射性廃棄物の固化は遠隔操作で作業されるが、遠隔
操作による固化作業を短時間で行なうことは困難セある
。そζで、本発明では廃棄物粉体を事前に水和物とする
事により、固化プロセスでの水和反応を抑制することを
考えた。すなわち、廃棄物がホウ酸ナトリウムの場合に
は、水和熱の大部分が無水塩から５水塩へ移る際に発生
するためあらかじめ５水塩の割合を増やしておくことに
より発熱量を抑えることを考えた。第５図は、廃棄物総
重量に対する５水塩重量の含有割合に対する廃棄物ペー
ストの温度を示したものである。５水塩の割合が増える
と廃棄物と固化材の混線による発熱量が低下するからペ
ーストの温度も下る。特に、５水塩の含有割合が３５ｗ
ｔ％以上になるとペースト温度の大巾な降下が見られる
。第５図において、５水塩の割合と廃棄物ペースト温度
とが直線的に変化しないのは、無水塩５水塩の水和反応
が、温度によりその反応速度が加速されるなどの特性を
有しているためと考えられる。第５図から５水塩の害ｉ
合を５０ｗｔ％程度以上にすれば、ホウ酸ナトリウムを
安定に固化することができる。

無水のケイ酸ナトリウムを５水塩以上の水和物にするた
めには、それを高湿環境に保持したり、外部から強制的
に直接加湿する方法がある。水分の存在下では１．Ｎａ
ｚ　８０４は水和反応を起して結晶水を有する化合物（
Ｎ　ａ２　Ｓ　０４　・１０Ｈ２０）に変化し、更罠含
水することにより結晶構造が消滅してこれらの変化はそ
の平衡蒸気圧と雰囲気の水蒸気圧（水蒸気分圧）との差
に依存する。

第１２図に無水Ｎａ２８０４及びＮａ２ｓＯ４の水和物
Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２０の平衡蒸気圧曲線を示す。雰
囲気の水蒸気圧が無水Ｎａ２８０４の平衡蒸気圧曲線よ
り低い場合（第１２図でＣの部分）は無水Ｎａｚ　８０
４のまま存在する。雰囲気の蒸気圧が、Ｎａ２８０４・
１０Ｈ２０の平衡蒸気圧曲線より高い場合（第１２図で
Ａの部分）は、無水Ｎａｚ　Ｓｏ＜はＮａ２　ＳＯ４・
１０Ｈ２０となり更に進んで潮解を起こす。雰囲気の蒸
気圧が無水Ｎａ２８０４の平衡蒸気圧より高く、水和物
Ｎａ２ｓＯｊ・１０Ｉ（２０の平衡蒸気圧より低い場合
（第１２図でＢの部分）は、水和物Ｎａ２８０４・１０
Ｈ２０の状態で存在する。

第１３図は゛無水Ｎａ２　Ｂ４０ｙおよび水和物Ｎａ２
　Ｂ４０ｙ・１０Ｈ２０の平衡蒸気圧曲線であり、この
場合にも上記と同じことが言える。高湿環境に保持して
水和させる方法は長時間を要するので工業的には必ずし
も好適とはいえない。直接加湿する方法の方が有効であ
る。まだ、外部から加えた水分が効率的に５水塩の生成
に寄与する加湿法が良く、付着水として保持されたので
１．加湿の目的が達成されない。

第６図に、加湿材として水及び水ガラス（ケイ酸アルカ
リ組成物の一種）を無水ホウ酸ナトリウムに加えた場合
の５水塩の生成割合を示す。

この図から、水ガラスの方が水を添加する場合より５水
塩の生成割合が大きくなるのがわかる。

加湿材として水を添加した場合には１０水塩の生成割合
が多くなることから、水を使用した場合には、無水塩か
ら１０水塩まで局部的に水和してしり割合が多くなるだ
めである。これに対し、水ガラス（ケイ酸アルカリ組成
物）は、粘性及び表面張力等の関係から多数の粉体粒子
に付着するという特性があり、これにより広範に水和反
応を進める特性を有している。□他の水溶性の溶液でも
水和作用の効果では期待できる。

この様に廃棄物に水ないしは水ガラス等の加湿材を添加
することにより、廃棄物を事前に水和反応させることが
でき、これにより廃棄物を固化材で固化するときに、水
和反応によって生じる反応熱を抑制することができ、し
たがって廃棄物混線ペーストの温度上昇を抑え、硬化反
応の加速を抑制できる。廃棄物粉体に水や水ガラスを添
加する方法としては、水や水ガラスなどをスプレーなど
Ｋよりまぶす方法が好適である。

また水和反応は、廃棄物粉体の粒径、つまυ単位重量当
りの表面積に依存する傾向がある。通常、遠心薄膜乾燥
機から生成される粉体の平均粒径は約１０〜２０μであ
る。ところで、バインダーとして水ガラスないしは水溶
性の流動性容赦を用いて前記粉体を顆粒化すればバイン
ダー効果により粉体を２００μ〜２０００μの粒径に造
粒することができ、同時に水和処理も行なうことができ
る、水溶性のバインダーを用いて粉体の顆粒化処理をし
ておけば、その後水硬化性固化材で固化する際に、水和
熱の発生を軽減できる。すなわぢ、粒径が内きくなるこ
とによって水和反応速度の緩和が計れ、しかも、水溶性
バインダーによりあらかじめ水和処理されているから、
発熱量は大巾に低減する。

第７図は廃棄物粉体の各粒径（平均粒径）のものにおい
て、それらを廃棄物ペースト（固化材；水ガラス）とし
た場合における温度特性を示す図である。粉体の平均粒
径が大きい方が廃棄物ペーストの温度上昇を低く抑える
ことがで、きる。固化材にる固化時における水和反応は
、廃棄物が固化材中の自由水を取込んで水和することに
より生じるので、固化材中に自由水が存在する時間すな
わち硬化時間を、調整することによっても、固化時の水
和反応を抑制することが可能であ履。具体的には、重性
条件等により固化材の固化時間を短くし水和反応が廃棄
物の一部でしか生じない様にすることにより、廃棄物の
粒子の表層のみで水和を停止させることができる。この
場合には第８図に示す通り、廃棄物の粒子の表層のみが
水和反応をおこすし、内部は、無水物（未水和領域）と
して残存する。

この様に、廃棄物を事前にバインダーを用いて顆粒化す
ることは、粒径を大きくできしかも水和前処理効果にエ
リ、水硬化性固化材との混線および硬化時における発熱
量を低減することができる。

その低減効果は、バインダーの添加量が多く生成顆粒化
物の粒径が犬き°い程犬きくできた。しかし、バインダ
ーの添加割合を増大させると、顆粒処理後の廃棄物量が
増加し、単位体櫃中に同化できる廃棄物の絶対量が減少
することになる。バインダーを加えて顆粒化することの
目的は、健全な固化体を生成すること、および単位体積
当りの廃棄物充填量を増大させることであるから、バイ
ンダーの添加量は減容比も考慮して決める。第９図はバ
インダーとして、水ガラス（ケイ酸アルカリ組成物）を
、固化材としても水ガラス（ケイ酸アルカリ組成物）を
使用した場合におけるバインダー添加割合と廃棄物充填
量比の関係を示した図である。

この図より、バインダーの添加割合としては８〜１２チ
が好適であることがわかる。なお固化材としてセメント
を使用した場合も同様の傾向が得られる。

沸騰水型原子力発電所から発生する濃縮廃液の主成分で
ある硫酸ソーダは、水硬化性固化剤で固化する際に、吸
水してＮａ２８０４１０Ｈ２０なる水和物を形成する特
徴を持つ。また、セメントの水和反応時にできる消石灰
と反応して石コウを作る。

石コウは、セメントの急結を防止するが、エトリンジヤ
イト（ａＣａＯ会Ａ７！／ｌ０ｓ−ａｃａｓｏ４・３２
Ｈ２０）の生成も促進するため、固化体の膨張や破壊の
原因となる。

また、加圧水型原子力発電所から発生する濃縮廃液の主
成分であるホウ酸ソーダがセメントベース中の存在する
と、セメントの水和反応によって生成スるカルシウムシ
リケートの水和物（３ＣａＱ−２ＳｉＯ２１１３Ｉ（２
０）やカルシウムアルミ坏−トの水和物（３’Ｃａ　０
−Ａ７２０ｇ　・６Ｈ２０）の形成を阻害し固化体の強
度を劣化させる。

これらの問題が、廃棄物が可溶性の塩でちることに起因
するものであることに着目し、廃棄物の組成自体を不溶
性とすることにより、化学的手法及び物理的手法の両面
から上述の問題を検討した。

すなわち、化学的な手法は、濃縮廃液に不溶性塩を形成
しつる物質を添加することにより、可溶性塩を不溶化さ
せる方法であり、物理的な手法としては、濃縮廃液を乾
燥粉末化した後、０．５ｍ状の顆粒とし、マイクロカプ
セルを形成させ不溶性とする方法である。これら方法を
用いるととＫより、ホウ酸処理系では、急速硬化や発熱
の心配がないため、セメント／廃棄物の比が大きくとれ
、減容比が増加する。また、ホウ酸が溶出しにくくなる
ためカルシウムシリケートの水和物やカルシウムアルミ
ネートの水和物の形成がスムースに進むため、健全な固
化体が作成可能となる。さらに、硫酸処理系では、Ｎａ
２８０４が１０水塩になる反応及び、エトリンジヤイト
の生成反応が抑制されるだめ、固化体の膨張や破壊が抑
えられるので、浸出特性の良す固化（水とすることが可
能となる。

従来技術では、水硬化性固化材を用いた固化体の健全性
を向上させる方法として、固化方法、あるいは固化剤組
成の面から改良を加える手段を選択していた。

しかし発明者らは、濃縮廃液をナトリウム塩ではなく、
ナトリウム塩よりも溶解度の低い難溶性塩の形で発生さ
せればよいのではないかと考え、既存の蒸発乾燥装置等
の濃縮廃液処理系の前処理系統として、ナトリウム塩の
難溶化プロセスを持つ処理方法を考案した。

この難溶性塩は、ナトリウム塩よりも水に対して溶解度
の低いものであれば、全て効果がある。

ここで発明者らは、アルカリ土類の硫酸塩及び金属キレ
ート塩が一般に難溶性であることから、前者から硫酸カ
ルシウム、硫酸ストロンチウム、及び硫酸バリウムを、
また後者から・はシュウ酸ユバルトアンモニウム硫酸塩
及びヘキサアンモニウムクロム硫酸塩を選びその溶解度
を調べた。

これらの結果を第１表に示す。

この表は２０Ｃでの値である。これにより、全ての物質
が硫酸ナトリウム塩ムも溶解度が低いこと、中でも硫酸
バリウムが最も効果があることが分かった。しかし、コ
スト的には硫酸カルシウムが最も安価であり、実用性が
高いと考え以下の実施例では硫酸カルシウムを用いるこ
ととした。

実施例１ 第１図は、本発明の第１実施例を示すもので、加圧水型
原子炉から発生する濃縮廃液を、乾燥粉体化した後顆粒
化処理し無機固化材により固化するシステムの系統図を
示すものである。実験では濃縮廃液として実廃液を模擬
した組成のもの、すなわちＨｓＢＯをＮａＯＨで溶解さ
せたＮ　ａｚ　Ｂ４０溶液を使用した。まず、模擬廃液
調整タンク１にて、Ｎ　ａＯＨ／　Ｈｓ　ＢＯｓの比が
０．３２になるように両試薬を加え、ヒーター３で６０
ｃに保ち、攪拌機２で常時攪拌しながら模擬廃液を作成
し°た。

次に、模擬廃液を６０Ｃに保ちながら蒸発乾燥機（遠心
薄膜乾燥機）６に供給し、乾燥粉体化した。蒸発乾燥機
６により発生した蒸気はフンデンザー４により凝縮させ
、凝縮水として回収し、凝縮水タンク５に貯蔵した後、
別処理系にて処理した。まだ、コンデンサー４を通過し
た排ガスは、フィルター１６を介して大気中に放出した
。

次に、蒸発乾燥機６により生成した乾燥粉体を顆粒化装
置１４に供給した。本装置１４は、固化材をタンク１１
よりスプレー状にて供給しながら粉体を攪拌機１３によ
り約１０分間攪拌混練することにより、顆粒化する装置
で４００μｍ〜１０００μｍの粒子径を有する顆粒化物
（個数分布で８０チ以上）を製造可能なものである。

一方、水溶性の粉体状固化材（ケイ酸アルカリ組成物）
は、固化材タンク７に供給され、一時貯留された後、固
化材タンク７からロータリーフィーダー８により固化材
計量タンク９に供給される。

本タンク９では、ロードセルによって固化材の受入量を
管理している。まだ、固化用の添加水は、給水系から添
加水計量タンク１０へ供給され、ここで秤量される。秤
量されたケイ酸アルカリ組成物及び添加水は、固化材混
練タンク１１に導入され、ここで攪拌機１２により混練
された後、模擬廃液の乾燥顆粒化物が貯留されている顆
粒化装置１４中に供給される。本顆粒化装置１４は、粉
体を顆粒化する機能の他に、該顆粒化された廃棄物と固
化材ペーストとを混練するアウトドラム方式における混
練槽として機能も有している。

顆粒化する場合には、固化材をスプレー状にて顆粒化装
置１４へ供給し、攪拌機１３にて約４０〜５ｏｒｙｓ回
転速度で攪拌し顆粒化処理を行なった。

顆粒化処理粉体温度が４０Ｃになるまで放冷しだ後タン
ク１１より固化材ペーストを顆粒化装置へ注入混練し、
最終的に廃棄物を４０ｗｔ％　（乾、燥重量ベース）含
有する固化材と廃棄物の混線ペーストを作り、２００ｔ
ドラム缶工５中へ注入し固化した。

また、水和材として水を使用する場合には、水和水供給
ライン１７より、スプレー状にて顆粒化装置１４へ水を
供給しながら攪拌機１３にて、約６０〜１５０卿の回転
速度で攪拌し水和処理することも可能である。

本実施例において、顆粒化されたホウ酸ンーダの模擬廃
棄物とケイ酸アルカリ組成物とを混合する過程を観察し
だところ、ホウ酸ソーダ粉末をそのまま固化材で固化す
る時に見られるような異常発熱による突沸現象は見られ
なかった。また混線。

中の温度を測定したところ８０Ｃ程度に抑えられていた
。固化体中の廃棄物含有率も４　Ｑｗｔ　％にでき、ホ
ウ酸ソーダ粉末をそのまま固化した時の含有率（１５ｗ
ｔ％）の約３倍程充填率を向上できた。

また本実施例により製造された固化体の構造を゛走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察したところ、突沸現
象を伴なって製造された固化体にみられる呈うな大きな
ボアは見られず、乾燥顆粒化物がケイ酸アルカリ組成物
マトリクス中に整然と固化されていた。このことエリ、
固化体の健全性（浸出特性、圧潰強度等）についても、
向上していることが裏付けられた。

第１３図に固化体の組織構造を示す。廃棄物粒子は、固
化体内に均一に分散されており、さらに廃棄物粒子の表
面部（固化材との接合部）には、固化材中の水分により
水和した領域があり、面積比で約６０チが水和物となっ
ている。

実施例２ 実施何重では、模擬廃液の乾燥粉末化装置として蒸発乾
燥機（遠心薄膜乾燥機）を用いたが、か坑装置を用いて
も同様の効果が得られる。

第１０図は°、加圧水型原子炉から発生する濃縮廃液を
か焼し、生成した粉体を顆粒化し水溶性の無機固化材に
より固化するシステムの系統図でおる。模擬廃液は、実
施例１と同様にして、模擬廃液調整タンク１にて作成し
た。

次に、模擬廃液を６０ｉＣに保ちながらか坑装置１８に
供給し、燃焼させ粉体化した。か坑装置としては、流動
床炉を用いた。燃焼用空気は熱風炉１９にて約４００１
：に予熱した後、流動床内へ送られ、模擬廃液の乾燥、
燃焼に用いる。゛流動化物としては砂を用いまた炉内温
度は８００′Ｃに制御した。燃焼後の残渣及び少量の末
燃焼乾燥粉体は、サイクロン２０に導かれ、ここで回収
される。か焼装置１８から発生した蒸気及び排ガスは、
実施例１と同様にして処理した。これ以外の装置及び手
順については、実施例１と同様の操作を行なった。この
結果、充填率が４０ｗｔ％の固化体を異常発熱による突
沸現象を起こすことなく作成することができ、実施例１
と同様の効果を得ることができた、また、固化体の構造
についても、同様の効果が得られた。

本実施例においては、か焼装置として流動床炉を使用し
たが、固定床を用いても同様の効果が得られる。なお、
第１０図において、第１図と同一符号を付した部分は同
−若しくは相当する部分である。

実施例３ 第１４図は、本実施例において、加圧水型原子炉から発
生する濃縮廃液に添加剤を添加した後、乾燥粉末化し、
固化処理するシステムの系統図である。濃縮廃液は、実
廃液を模擬した組成とし、Ｈｓ　ＢＯｓをＮａＯＨで溶
解させたＮａｇ　Ｂ４０７溶液とした。また、この模擬
廃液は、放射性核種として、＋１１７０．（核分裂生成
物・の代衣核種）を１０μｍ含むものとした。また、添
加剤タンク２１には、添加物として水酸化カルシウム溶
液（０：　１　ｗ　ｔ％）を用意しヒーターにて４０Ｃ
に保ち、常時攪拌した。次に濃縮廃液を調整計量タンク
１０に所定量（５０Ｋｇ／バッチ）移送し、その後、添
加剤タンク２１から、水酸化カル／ラム水溶液を濃縮廃
液中に存在するホウ酸と等モルのカルシウムを含９量だ
け供給し、調整計量タンク内で、４０Ｃで約１時間攪拌
した。

次に、水酸化カルシウム溶液と反応して、カルシウム塩
となった模擬廃液を、蒸発機１１に供給し、乾燥粉体化
した。蒸発機１１により発生した蒸気は、コンデンサー
４により凝縮させ、凝縮水として回収し、凝縮水タンク
５に貯蔵したのち、別処理系にて処理された。また、コ
ンデンサーを通過した排ガスは、フィルター１６を介し
て大気中に放出した。

次に、蒸発機６により生成した乾燥粉体を混線機１４に
供給するまでの間に、水分を吸収し、含水率が上昇する
のを防ぐために、蒸発機６．と混線機１４の間に乾燥機
２２を設置した。乾燥機は、内部に乾燥粉体を貯蔵しつ
つ、一定量を混線機に供給できるような構造とした。

一方、粉体状固化剤（ケイ酸アルカリ組成物）は、固化
剤タンク７に供給され、一時貯寅された後、固化剤タン
ク７からロータリーフィーダー８により同化剤計量タン
ク９に供給された。タンク９では、ロードセルによって
その受入量を管理した。また、固化用添加水は、給水系
から添加水計量タンク１０へ供給され、秤量された。秤
量されたケイ酸アルカリ組成物及び添加水は、固化剤混
練タンク１１に導かれ、混線後模擬廃液の乾燥粉体が供
給されている混線機１４中に供給された。

この乾燥粉（水と、ケイ酸アルカリ組成物とを各々５０
ｗｔ％となるようにミキサーに供給し、混練後、２００
を容器１４中へ注入し固化した。

本実施例により製造された固化体を切断し固化体内部を
観察した所、ホウ酸ソーダの溶出によるボア等も見られ
ず、健全な固化体であることが確認された。また、同化
中も、ホウ酸ソーダ粉体固化時に見られるような発熱も
起こらなかった。ホウ酸ソーダ粉体の固化では、前述し
た通り１１発熱等の問題があるため、最大でも３０ｗｔ
％しか混入できないため減容比が、悪かったが、本実施
例。

により少なくとも５０ｗｔ％までの注入は可能となり減
容比が大幅に向上することがわかった。

本実施例により製造された固化体の浸出特性と圧潰強度
の経時変化を観察しだところ、いずれも十分な値が得ら
れていることを確認した。

第１５図は、相対浸出率の経時変化を示す図で　　　　
−あり、第１７図は、相対圧潰強度の経時変化を示すも
のである。

いずれも、ホウ酸ナトリウムのま重置化処理し゛た場合
を１としたときの相対値で示しである。本図より、ホウ
酸ナトリウムをホウ酸カルシウムとした後に固化処理す
ることにより、浸出特性は２桁程度向上し圧潰強゛度に
ついても、１〜１，５倍程度強度が増加していることを
確認した。

実施例４ 第１７図に示すように、廃液タンク１内に貯溜されたＮ
ａｚ　Ｂ４０７を主成分とする放射性廃液を遠心ン４膜
乾燥機２で粉体化し、その後、空調装置４により雰囲気
が温度２０Ｃ及び湿度６０チ〜９５係に一定に保たれた
粉体ホノノく一３内に１時間保持した。次いで、粉体ホ
ツノく一３内の粉体的２１０　Ｋ９、固化拐ホッパー５
内のセメント７０Ｋｇ、水タンク６内の水７　Ｑ　ｆ（
，９を混練槽７で混練後、２００ｔドラム缶８へ注入し
た。

本実施例では、急速硬化に起因する混練槽７での固ｈテ
トラブルもなく、硬化後の発熱もみられず、得られた固
化体は破損なく健全であった。

本実施例によれば、ホッパー３内の雰囲気の空調のみで
健全な固化体を提供できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、減容比が大きく、かつクラックの発生
もなく、さらに長期耐候性にも優れ安価に製造できる放
射性廃棄物固化体を得ることができる。

すなわち、原子力発電所等より発生する廃棄物の主要成
分は、Ｎａ２８０４．　Ｎａ２　Ｂ４０７であるが、こ
のため、事前に、これらの塩を水和物ないしは、不溶性
塩に処理した後、固化することにより健全な固化体を得
ることができる。

また、水硬性固化材との混線時に発生する発熱を抑制す
ることにより、固化付粘度の急上昇を防止することがで
き、減容比および作業性に優れかつ安価に実施可能な放
射性膳棄物の同化方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を説明する系統図、第２図
は、Ｎａ２ＳＯ４添加量と固化体表面に発生したクラッ
クの長さの関係を示す線図、第３図は廃棄物充填量と固
化材の温度の関係を示す線図、第４図は廃棄物充填量と
固化材の硬化時間の関係を示す線図、第５図はホウ酸ナ
トリウム中の５水塩の割合と固化材の温度の関係を示す
線図、第６図は加湿材の添加量と５水塩の生成量の関係
を示す線図、第７図は廃棄物の粒径と固化材温度の時間
変化について示す線図、第８図は各粒役における′固形
化廃棄物の形態を示す断面図、第９図はノくインダーと
して水ガラスを用いた場合の廃棄物充填量とバインダー
添加割合の関係を示す線図、第１０図は本発明の第２実
施例を示す系統図、第１１図はＮａ２８０４の無水塩と
１０水塩の平衡蒸気圧を示す線図、第１２図はＮａ２　
Ｂ４０７の無水塩と１０水塩の平衡蒸気圧を示す線図、
第１３図は固化体の組織を示す断面図、第１４図は本発
明の第３実施例を示す系統図、第１５図は固化体の浸出
比の関係を示す線図、第１６図は固化体の相対圧潰強度
を示す線図、第１７図は本発明の第４実施例を示す系統
図である。 １・・・廃液供給タンク、２・・・攪拌機、３・・・ヒ
ーター、４・・・コンデンサー、５・・・凝縮水タンク
、６・・・蒸発乾燥機、７・・・固化材タンク、８・・
・ロータリフィーダー、９・・・固化材計量タンク、１
０・・・添加水計量タンク、１１・・・固化材混練タン
ク、１２・・・攪拌機、１３・・・攪拌機、１４・・・
顆粒化装置、１５・・・ドラム缶、１６・・・フィルタ
ー、１７・・・水和水供給ライン、１８・・・仮焼装置
、１９・・・熱風炉、２０・・・サイクロン、２１・・
・添加剤タンク、２２・・・乾燥機、２３・・・雰囲気
調整装置、２４・・・粉体ホッパー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射性廃液の乾燥粉体を固化材で被覆、固定化して
   構成される放射性廃棄物固化体において、前記固化材は
   水硬化性の無機質固化材であり、かつ前記固化体中にお
   いて放射性廃液の乾燥粉体は廃棄物総重量に対し、その
   約３５ｗｔ％以上のものが５水塩以上の水和物を形成し
   ていることを特徴とする放射性廃棄物固化体。 ２、放射性廃液の乾燥粉体を固化材で被覆、固定化して
   構成される放射性廃棄物固化体において、前記固化材は
   水硬化性の無機質固化材であり、かつ前記固化体中にお
   いて放射性廃液の乾燥粉体は顆粒状で存在し、その顆粒
   化物は内部が乾燥粉体であり、外表面部は粉体が５水塩
   以上の水和物を形成していることを特徴とする放射性廃
   棄物固化体。 ３、放射性廃液を乾燥粉体化し、この廃棄物粉体を水和
   処理した後、水硬化性 の無機質固化材と混練し固化することを特徴とする放射
   性廃棄物固化体の製造方法。 ４、特許請求の範囲第３項において、廃棄物粉体の水和
   処理は、廃棄物体に水硬化性の無機質固化材等にて、水
   和処理ないしは、表面コーティングを行なうことを特徴
   とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、水硬化性の無機質
   固化材は、ケイ酸アルカリ組成物であることを特徴とす
   る放射性廃棄物固化体の製造方法。 ６、特許請求の範囲第４項において、水硬化性の無機質
   固化材は水ガラスであることを特徴とする放射性廃棄物
   固化体の製造方法。 ７、特許請求の範囲第３項において、廃棄物粉体の水和
   処理は、廃棄物総重量に対し５水塩以上の水和物を形成
   している廃棄物の重量の割合が３５ｗｔ％以上であるこ
   とを特徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 ８、特許請求の範囲第３項において、廃棄物粉体の水和
   処理は、該粉体を高湿環境に保持して行なうことを特徴
   とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 ９、特許請求の範囲第３項において、廃棄物粉体の水和
   処理は、廃棄物粉体にバインダーを加えた後攪拌混練し
   て、平均粒子径が２００〜２０００μｍの顆粒化物とす
   ることにより行なうことを特徴とする放射性廃棄物固化
   体の製造方法。 １０、特許請求の範囲第９項において、顆粒化物の平均
   粒径が４００〜１０００μｍとなるように顆粒化するこ
   とを特徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 １１、特許請求の範囲第９項において、廃棄物粉体を顆
   粒化するためのバインダーはケイ酸アルカリ組成物であ
   り、顆粒化された廃棄物を固化するための水硬化性の無
   機質固化材もケイ酸アルカリ組成物であることを特徴と
   する放射性廃棄物固化体の製造方法。 １２、特許請求の範囲第９項〜第１１項のいずれかにお
   いて、顆粒化するために廃棄物粒体に添加するバインダ
   ーの量は、廃棄物粉体に対し８〜１２％であることを特
   徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 １３、特許請求の範囲第３項において、乾燥粉体化され
   る放射性廃液の主成分は、その粉体が水和反応（水と反
   応して結晶水を形成する反応）を起こす物質であること
   を特徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 １４、特許請求の範囲第１３項において、乾燥粉体化さ
   れる放射性廃液の主成分は、加圧水型原子力発電所から
   発生するホウ酸ナトリウム（Ｎａ＿２Ｂ＿４Ｏ＿７）で
   あることを特徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 １５、特許請求の範囲第１３項において、乾燥粉体化さ
   れる放射性廃液の主成分は、沸騰水型原子力発電所から
   発生する硫酸ナトリウム（Ｎａ＿２ＳＯ＿４）であるこ
   とを特徴とする放射性廃棄物固化体の製造方法。 １６、特許請求の範囲第８項において、廃棄物粉体の水
   和処理を、雰囲気の蒸気圧が、放射性廃棄物の無水塩の
   平衡蒸気圧以上で、かつ放射性廃棄物の５水塩以上の平
   衡蒸気圧以下になるように保持して行なうことを特徴と
   する放射性廃棄物固化体の製造方法。 １７、放射性廃液を乾燥粉体化し、この廃棄物粉体を水
   に対して不溶化あるいは難溶化処理した後、水硬化性の
   無機質固化材と混練し固化することを特徴とする放射性
   廃棄物固化体の製造方法。 １８、特許請求の範囲第１項において、放射性廃棄物と
   固化材により構成された放射性廃棄物固化体中の放射性
   廃棄物の割合は前記固化体１ｍ＾３当り６００Ｋｇであ
   ることを特徴とする放射性廃棄物固化体。