JPS6151760B2

JPS6151760B2 -

Info

Publication number: JPS6151760B2
Application number: JP54010442A
Authority: JP
Inventors: Jun Kikuchi; Koichi Chino; Fumio Kawamura; Hideo Yusa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1979-02-02
Publication date: 1986-11-10
Also published as: JPS55103498A; US4361505A; SE8000830L; SE442355B

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、放射性廃棄物の処理方法に係り、特
に吸湿性の小さなペレツトを成型するのに好適な
放射性廃棄物の処理方法である。従来、原子力発電所等の放射性物質取扱設備か
ら発生する放射性廃棄物は、その特性に応じて分
類し処理または貯蔵が行なわれている。例えば、
沸騰水型原子力発電所において大量に発生するイ
オン交換樹脂の再生廃液（主成分は硫酸ナトリウ
ム：Na₂SO₄）などの溶液状の放射性液体廃棄物
は、ドラム缶内にセメント固化あるいはアスフア
ルト固化されている。また、使用済のイオン交換
樹脂やフイルタ助剤などではスラリ状のままタン
ク内に貯蔵されている。このため、貯蔵空間の低
減を目的として、上述のスラリ状の放射性液体廃
棄物を遠心薄膜乾燥機等の乾燥機で乾燥粉末化し
た後、ブリケツテイング機等の造粒機を用いてペ
レツト化し、このペレツトを貯蔵することによつ
て原子力発電所から発生する放射性廃棄物量を大
巾な減容が試みられている。この際、生成される
ペレツトは、移送やドラム缶への充填などの取扱
時の破損を防止し、粉体飛散等を防ぐ必要があ
る。我国においては放射性廃棄物の最終処分法が
未確定であるため、ペレツトは長期保管する必要
があり、ペレツトの安定性確保の点からペレツト
の潮解、吸湿等を防止する必要がある。しかしな
がら、従来の処理方法によつて得られるペレツト
は、上述の要求を満たすためには極めて不十分で
ある。これらの欠点を補うため、特公昭53−8880
号公報に示すようなペレツトにスチレンモノマの
ような液体プラスチツク単量体を含浸させ、過酸
化ベンゾールのような重合開始剤を加えて重合さ
せる方法が提案されている。この放射性廃棄物の
処理方法は、ペレツトに液体プラスチツク単量体
および重合開始剤を含浸させる装置が必要になり
システムの複雑化をもたらす。また、連続的にか
つすみやかに個々のペレツトに液体プラスチツク
単量体およば重合開始剤を含浸させることは、困
難である。例えば、ペレツト１個ずつにこれらを
含浸させていたのでは非能率的で含浸持ちのペレ
ツトが増加してしまう。重合の際、ペレツトをあ
るものの上に置いてある場合はそのものにくつつ
いてしまい、また、複数のペレツトが接触してい
ると複数のペレツトがくつついてしまうおそれが
あり、取扱いに注意を要する。本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、吸湿性の小さいペレツトを簡単に生成する
ことにある。本発明の特徴は、放射性取扱設備から発生する
溶液状およびスラリ状の少なくとも一つの放射性
液体廃棄物に、アミノシラン、アルコキシラン、
エポキシシラン及びビニルシランの群から選ばれ
たシランカツプリング剤を添加し、その後、放射
性液体廃棄物を乾燥させて粉体にし、結合剤を含
む粉体ペレツトに成型することにある。放射性液体廃棄物のペレツト化は、液体廃棄物
−乾燥−粉末−造粒−ペレツトの順のプロセスで
進行する。シランカツプリング剤は、その分子中に２個の
異なつた反応基を持つ有機珪素単量体である。２
個の反応基の一つは、無機質（ガラス、金属、硅
砂など）と化学結合する反応基（メトキシ基、エ
トキシ基、シラノール基など）であり、もう一つ
の反応基は、有機質材料（各種合成樹脂）と化学
結合する反応基（ビニール基、エポキシ基、メタ
アクリル基、アミノ基など）である。すなわち、
シランカツプリング剤は、有機質材料と無機質材
料とを化学的に結合する性質を有し一般にこの特
性を利用して、シランカツプリング剤は、カラス
繊維への処理、合成樹脂への直接混合による強化
プラスチツクの性能向上、塗料、接着剤の改良、
無機質フイラーの表面改質、プライマーとしての
接着向上、などに広く応用されている。本発明は上記プロセスにおいて上記シランカツ
プリング剤が、放射性液体廃棄物（溶液状もしく
はスラリ状）に溶解し、乾燥及び造粒工程で結合
効果を発揮することに着目した。第１図に結合剤の作用機構を模式的に示す。例
として、硫酸ナトリウム（Na₂So₄）廃液にシラン
カツプリング剤を添加した場合について詳細に説
明する。Ａはシランカツプリング剤を廃液に添加
した工程を示しており、シランカツプリング剤は
ケイ素に水酸基（OH基）Ｅと有機系の官能基Ｒ
の両反応基を有する。廃液に溶解しているシラン
カツプリング剤の水酸基Ｅと、Na₂SO₄粉体Ｆ表
面に付着している水酸基Ｅとが乾燥過程Ｂで脱水
縮合反応をおこして、シランカツプリング剤が
Na₂So₄粉体Ｆを化学結合する。さらに、その粉
体Ｆが造粒過程Ｃで圧縮されることによりシラン
カツプリング剤の官能基Ｒどうしが凝集して架橋
構造を形成する。このような構造を有するペレツ
トは、ペレツト表面が緻密になるため耐吸湿性に
も優れ、さらに強度的に優れていることを実験的
に確認した。本発明の好適な一実施例を第２図を用いて以下
に詳細に説明する。本実施例では処理廃液として
原子力発電所から発生する再生廃液でNa₂SO₄が
溶解しているNa₂SO₄廃液、添加する結合剤とし
てはNH₂（CH₂）₂NH（CH₂）₂Si（OCH₃）₃の構造
を有するシランカツプリング剤を用い、乾燥粉末
化装置としては遠心薄膜乾燥機を、又造粒機とし
てはブリケツテイングマシンを用いる。Na₂SO₄
廃液は、放射性の廃液であることは言うまでもな
い。第２図において、１は廃液貯蔵タンク、２は
Na₂SO₄廃液の濃縮廃液、３はバルブ、４は定量
ポンプ、５は濃度測定器、６は流量コントローラ
ー、７はシランカツプリング剤、８は貯蔵タン
ク、９はバルブ、１０は混合槽、１１は撹拌器、
１２は遠心薄膜乾燥機、１３は粉末、１４は造粒
機、１５はペレツトである。以下、本実施例の処理方法を、順を追つて具体
的に説明する。原子力発電所で発生するNa₂SO₄
を主成分とする濃縮廃液２（Na₂SO₄廃液を濃縮
器で濃縮したもの）は、廃液貯蔵タンク１に貯蔵
されている。濃縮廃液２は、ポンプ４を駆動する
ことによつてバルブ３およびポンプ４を介して混
合槽１０内に供給される。貯蔵タンク８内のシラ
ンカツプリング剤７は、バルブ９を介して混合槽
１０内に供給される。濃度測定器５で廃液貯蔵タ
ンク１内のNa₂SO₄の濃度を測定し、流量コント
ローラー６に濃度信号を伝える。混合槽１０内に
供給する濃縮廃液２の流量信号、例えばポンプ４
の回転数を流量コントローラー６に伝える。流量
コントローラー６は、これらの濃度信号および流
量信号に基づいて、バルブ９の開度を調節し、混
合槽１０内に供給するシランカツプリング剤７の
量を所定値に調節する。シランカツプリング剤７
を添加して生成されたペレツト内のシランカツプ
リング剤７の含有量とペレツトの破損率の関係を
第５図に示す。これは、シランカツプリング剤７
を含むペレツトを、３ｍの高さから落した時のペ
レツトの破損率を示す。ペレツト内のシランカツ
プリング剤７の含有量が２重量％以上になるとペ
レツトはほとんど破損しなくなる。シランカツプ
リング剤７が多くなるとそれだけ廃棄物量が増大
するので、シランカツプリング剤７の添加量は少
ないほうが望しく、その添加量は２重量％がよ
い。Na₂SO₄の濃度および混合槽１０内に供給さ
れる濃縮廃液２の流量に応じて流量コントローラ
ー６は、バルブ９を開き、ペレツト内にシランカ
ツプリング剤７が２重量％含まれるように、混合
槽１０内にシランカツプリング剤７が供給され
る。濃縮廃液２とシランカツプリング剤７は、混
合槽１０内で撹拌器１１によつて混合される。シ
ランカツプリング剤７を含む濃縮廃液２は、ポン
プ１６によつて第３図に示す処理液入口３５を通
して遠心薄膜乾燥機１２内に供給される。遠心薄膜乾燥機１２の構造を、第３図および第
４図に基づいて詳細に説明する。遠心薄膜乾燥機
１２は、胴体２７内に回転翼２８が取付けられる
回転軸３０を設けたものである。回転軸３０は、
上部軸受３３と下部軸受３４によつて支持され
る。胴体２７の上部に、蒸気出口３６および処理
液入口３５が設けられる。胴体２７の下部には、
粉体取出口３８が設けられる下部コーン３７が設
けられる。胴体２７内の上部に、ミストセパレー
タ４３および分配器４２が配置され、蒸気室４４
が形成される。ジヤケツト９が胴体２７の周囲に
取付けられ、ジヤケツト２７には熱媒体入口４０
および熱媒体出口４１が設けられる。回転翼２８
は、回転軸３０にサポートアーム３１で固定され
るサポートリング３２に、ピン４５を介して取付
けられる。濃縮廃液２は、処理液入口３５より胴体２７内
に供給され、分配器（デイストリピユータ）４２
により円周方向に均一に分配され、重力により胴
体２７の内面を流下していく。回転軸３０が、回
転されている。流下した濃縮廃液２は、回転軸３
０に取りつけられている回転翼２８を矢印４６の
方向に回転させることにより胴体２７の内面に遠
心力によつて押付けられる。一方、熱媒体入口４
０から胴体２７とジヤケツト３９との間に形成さ
れる環状空間に、７気圧の蒸気が供給される。蒸
気は、熱媒体出口４１より流出する。ジヤケツト
３９で取囲まれる胴体２７の壁面は、加熱され
る。この壁面が、伝熱面２９である。伝熱面２９
に沿つて濃縮廃液２が流下するに伴ない水分が蒸
発する。この蒸気は、蒸気室４４を経て蒸気出口
３６より流出する。濃縮廃液２のNa₂SO₄は、濃
縮廃液２の蒸発に伴つて析出し、回転翼２８の回
転によつて粉体化される。遠心薄膜乾燥機１２内
で、特にその下部でNa₂SO₄の粉体とシランカツ
プリング剤７が、第１図のＢに示すような縮合反
応を起こして化学的に結合する。シランカツプリ
ング剤７と結合したNa₂SO₄の粉体１３は、粉体
取出口３８より遠心薄膜乾燥機１２外へ取出さ
れ、ホツパ１７を経由して造粒機１４に送られ
る。Na₂SO₄の粉体１３は、造粒機１４でペレツ
ト１５に圧縮成型される。この造粒操作によつ
て、Na₂SO₄の粉体１３は、第１図のＣに示すよ
うに架橋構造を形成する。ペレツト１５内のシラ
ンカツプリング剤７の量は２重量％である。ペレ
ツト１５は、ペレツト移送装置１８によつて、特
願昭53−88657号明細書に記載されているように
二重構造の貯槽内に送られ、そこで貯蔵される。
ペレツト１５は、所定期間、貯蔵された後、貯槽
内から取出されドラム缶内に充填され、アスフア
ルトで固化される。本実施例に基づいて成型したペレツト１５の特
性を、第６図、第７図および第８図に示す。これ
らの図において、特性Ｌは結合剤を含んでいない
ペレツトの特性、特性Ｍは結合剤としてシランカ
ツプリング剤を添加することによつて得られたペ
レツトの特性および特性Ｎは後述するように結合
剤としてシランカツプリング剤およびコロイド状
シリカを添加することによつて得られたペレツト
の特性を示している。ペレツト内の結合剤の含有
量は、２重量％である。第６図から順に説明す
る。第６図は、各々のペレツトを各相対湿度の雰囲
気中で400時間保持した時のペレツトの含水率の
変化を示したものである。特性Ｌと特性Ｍとの比
較から明らかなように本実施例に基づくシランカ
ツプリング剤を添加することによつて得られたペ
レツトは、結合剤を含まないペレツトよりも相対
湿度100％の雰囲気においても含水率が著しく低
下する。本実施例に基づくペレツトの吸湿性は著
しく低く、潮解を防止することが可能となる。ま
た、特願昭53−88657号明細書に記載されている
貯槽に長期間保存する場合、そのペレツトの管理
条件をいくらか緩和することができる。第７図は、落下距離とペレツトの落下破損率の
関係を示すものである。本実施例のごとくシラン
カツプリング剤を添加することによつて得られた
ペレツトは、結合剤を含まないペレツトにくらべ
て落下破損率は著しく低下する。例えば、15ｍの
落下距離では、後者が100％破損するのに対して
前者は約25％しか破損しなくなる。第８図は、ペレツトのFe₂O₃含有率と10ｍ落下
時の破損率との関係を示すものである。特性Ｌお
よびＭは、ともにFe₂O₃の含有率が増加するにと
もなつてペレツトの破損率が増加する傾向にあ
る。しかし、本実施例に基づくペレツトは、従来
の結合剤を含まないペレツトにくらべて、Fe₂O₃
の含有率の増大による破損率の上昇傾向は著しく
小さく、破損率そのものが著しく小さい。結合剤の添加は、ペレツト体積を増加すること
につながり、前述したように放射性廃棄物の減容
の観点から好しいことではない。しかし、本実施
例のように２重量％の結合剤を添加した場合、表
１に示すように、密度が増加するものの体積はほ
とんど増加せず、減容比にはほとんど影響を与え
ない。

【表】前述の実施例では、バインダーとして、アミノ
基を有するシランカツプリング剤Ｎ−β（アミノ
エチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
を用いたが、この他のシランカツプリング剤とし
は、ビニルトリクロルシラン（CH₂＝
CHSiCl₃）、ビニルトリス（β−メトキシエトキ
シ）シラン（CH₂＝CHSiCOC₂H₄OCH₃）₃、γ−
メルカプトプロピルトリメトキシシラン
（HSC₃H₆Si（OCH₃）₃）などがある。これらで
も、同様の効果を生じる。しかし、γ−メタアク
リロキシプロピルトリメトキシシラン

【式】などの水に不溶解性のシランカツプリング剤の場合には、界面
活性剤を用いて水に分解させてやる必要がある。
界面活性剤を添加すれば、それだけ放射性液体廃
棄物の減容が小さくなる。前述の実施例では、Na₂SO₄廃液を対象とした
が、粒状イオン交換樹脂、粉末状樹脂、セルロー
ス粉末等のスラリ状放射性液体廃棄物に対しても
効果がある。特に、シランカツプリング剤の官能
基Ｒは、一般にプラスチツク等の樹脂と反応性に
富むため、特にその効果が顕著になる。効果の一
例として、第９図にイオン交換樹脂の影響を示
す。これは、使用済の粒状イオン交換樹脂を
Na₂SO₄廃液に混入した場合の例である。粒状イ
オン交換樹脂も、遠心薄膜乾燥機によつて粉体化
される。特性Ｍはシランカツプリング剤がペレツ
ト中に２重量％含まれているペレツトの特性であ
る。この結果、本実施例でも、ペレツトの破損率
を大幅に低減できることがわかる。また、ペレツ
トの吸湿性も著しく低い。本実施例では結合剤の最適添加量として第５図
に示すように２重量％を選定したが、これは、一
般に固形分物性により異なるもので、無機系物質
を多量に含む程、多量に結合剤を添加する必要が
ある。更に、より強固なペレツトを形成させるに
は当然のことながらより多く添加すればよいが、
廃棄物質が増加する欠点を生じる。本実施例ではBWR発電所からのNa₂SO₄廃液へ
の適用を説明したが、PWR発電所からのホウ酸
ソウダ廃液、核燃料再処理工場からの硝酸ソウダ
廃液の処理への適用も可能である。これらの放射
性物質取扱設備から発生する使用済の粒状イオン
交換樹脂、さらに、粉末状樹脂およびセルロース
粉末のフイルタ助剤の処理にも適用できる。第１０図に、本発明の他の実施例における結合
剤の作用機構を模式的に示す。例としてNa₂SO₄廃液に結合剤としてシランカ
ツプリング剤とコロイダルシリカを添加した場合
について説明する。Na₂SO₄廃液に溶解している
シランカツプリング剤の水酸基Ｅと、Na₂SO₄粉
体Ｆ表面に配位したコロイダルシリカの水酸基Ｅ
とが乾燥過程Ｂにおいて脱水縮合反応をおこし、
粉体Ｆと化学結合する。さらに造粒過程Ｃにおい
て圧縮されることによりシランカツプリング剤の
官能基Ｒ同士が凝集して架橋構造を形成し粉体粒
子同士を結合させるためペレツトの強度が前述の
実施例のようにシランカツプリング剤のみを用い
た場合よりも著しく向上する。また、吸湿性もさ
らに小さくなる。第１０図に基づく具体例を説明する。結合剤と
しては、シランカツプリング剤であるNH₂
（CH₂）₂NH（CH₂）₃Si（OH）₃とコロイド状シリカ
であるSiO_(2-x)（ONa）_x/2（OH）_x/2を、１〜
10の混合比にまぜたものを用いた。この結合剤
は、前述した実施例と同様に、第２図に示す貯蔵
タンク８から混合槽１０内に供給され、濃縮廃液
２と混合される。その後の処理は、前述した実施
例と同じである。本実施例によつて得られたペレ
ツトの特性は、第６図および第７図の特性Ｎに示
される。これらの図から明らかなように、結合剤
としてシランカツプリング剤とコロイド状シリカ
を用いた場合は、シランカツプリング剤のみを用
いた場合に比べて、ペレツトの吸湿性が小さくな
り、強度は著しく増加する。結合剤としてシランカツプリング剤およびコロ
イド状シリカ、さらに第３成分としてアルキルシ
ラノールである有機シリコン系のメチルシリコネ
ート（CH₃Si（ONa）₃）を用いた。メチルシリコ
ネート、0.1〜１の割合でシランカツプリング剤
とコロイド状シリカの混合物内に混入される。こ
れらの結合剤は、第２図の混合槽１０内に供給さ
れ、濃縮廃液２と混合される。以下の操作は、前
述の実施例と同じである。本実施例によつて得ら
れたペレツトの特性を第１１図に示す。この結果
は、ペレツトを相対湿度100％の雰囲気中で400時
間保持した時のものである。第１１図から分かる
ようにメチルシリコネートを加えることによりペ
レツトの吸湿性が著しく低下している。これはメ
チルシリコネートの撥水性により高湿度下での吸
湿を低減しているためと考えられる。本発明によれば、ペレツトの吸湿性が著しく低
下し、ペレツト貯蔵中の安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるシランカツプリング剤
の作用機構を示す模式図、第２図は本発明の好適
な一実施例を適用する放射性液体廃棄物の処理装
置の系統図、第３図は遠心薄膜乾燥機の縦断面
図、第４図は第３図の−断面図、第５図は結
合剤の添加量とペレツトの落下破損率の関係を示
す特性図、第６図は相対湿度とペレツトの含水率
との関係を示す特性図、第７図は落下距離とペレ
ツトの落下破損率との関係を示す特性図、第８図
はペレツトのFe₂O₃含有率とペレツトの破損率と
の関係を示す特性図、第９図はペレツト中の粒状
イオン交換樹脂の粉体含有率とペレツトの破損率
との関係を示す特性図、第１０図は本発明の他の
実施例でのシランカツプリング剤とコロイド状シ
リカの作用機構を示す模式図、第１１図はメチル
シリコネートの添加量とペレツトの含水率との関
係を示す特性図である。１……廃液貯蔵タンク、２……濃縮廃液、７…
…結合剤、８……貯蔵タンク、１０……混合槽、
１２……遠心薄膜乾燥機、１４……造粒機、１５
……ペレツト。

Claims

【特許請求の範囲】１放射性物質設備から発生する溶液状およびス
ラリ状の少なくとも一つの放射性液体廃棄物に、
アミノシラン、アルコキシラン、エポキシシラン
およびビニルシランの群から選ばれたシランカツ
プリング剤を添加し、その後、前記放射性液体廃
棄物を乾燥させて紛体にし、前記結合剤を含む前
記紛体をペレツトに成型する放射性廃棄物の処理
方法。２放射性物質設備から発生する溶液状およびス
ラリ状の少なくとも一つの放射性液体廃棄物に、
アミノシラン、アルコキシラン、エポキシシラン
およびビニルシランの群から選ばれたシランカツ
プリング剤と、コロイド状シリカを添加し、その
後、前記放射性液体廃棄物を乾燥させて紛体に
し、前記シランカツプリング剤およびコロイド状
シリカを含む前記紛体をペレツトに成型する放射
性廃棄物の処理方法。３放射性物質設備から発生する溶液状およびス
ラリ状の少なくとも一つの放射性液体廃棄物に、
アミノシラン、アルコキシラン、エポキシシラン
およびビニルシランの群から選ばれたシランカツ
プリング剤と、コロイド状シリカおよびアルキル
シラノールを添加し、その後、前記放射性液体廃
棄物を乾燥させて紛体にし、前記シランカツプリ
ング剤、コロイド状シリカおよびアルキルシラノ
ールを含む前記紛体をペレツトに成型する放射性
廃棄物の処理方法。