JPS6186692A - Method of solidifying spent radioactive ion exchange resin - Google Patents

Method of solidifying spent radioactive ion exchange resin

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JPS6186692A
JPS6186692A JP20823484A JP20823484A JPS6186692A JP S6186692 A JPS6186692 A JP S6186692A JP 20823484 A JP20823484 A JP 20823484A JP 20823484 A JP20823484 A JP 20823484A JP S6186692 A JPS6186692 A JP S6186692A
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JP
Japan
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solidifying
ion exchange
exchange resin
radioactive ion
cement
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Application number
JP20823484A
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Japanese (ja)
Inventor
務 馬場
龍男 泉田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPS6186692A publication Critical patent/JPS6186692A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子力発電所等から発生する使用済放射性イオ
ン交換樹脂の固化処理方法に係り、特にケイ酸ナトリウ
ム水溶液を固化剤として用いた場合に好適な使用済放射
性イオン交換樹脂の固化方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for solidifying spent radioactive ion exchange resin generated from nuclear power plants, etc., and is particularly suitable when an aqueous sodium silicate solution is used as a solidifying agent. The present invention relates to a method for solidifying used radioactive ion exchange resin.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

原子力発電所等から発生する放射性廃棄物を最終的に処
理処分する形態の一つに陸地保管、陸地処分があり、そ
のためには放射性廃棄物を固化処理して放射性廃棄物固
化体を作成する必要がある。
Land storage and land disposal are one form of final treatment and disposal of radioactive waste generated from nuclear power plants, etc., and for this purpose it is necessary to solidify the radioactive waste to create solidified radioactive waste. There is.

従来、放射性廃棄物を固化処理するための固化充填剤と
してセメントが用いられて来たが、最近これにかわる固
化充填剤としてケイ酸アルカリ水溶液が開発され(特開
昭57−197500)ている。
Conventionally, cement has been used as a solidifying filler for solidifying radioactive waste, but recently an aqueous alkali silicate solution has been developed as an alternative solidifying filler (Japanese Unexamined Patent Publication No. 197500/1983).

開発されたケイ酸アルカリ水溶液を充填剤、無機リン酸
塩化合物(PzOs  S iOz )を硬化剤、セメ
ントを吸水剤として、それらの混合物からなる固化材が
用いられている。これらケイ酸アルカリ、無機リン酸塩
化合物、セメントを固化材として用いる場合は、強度、
耐熱性、耐久性の改良と、固化体からの塩析出を防止す
る目的で、硬化剤の割合が3重量%以上かつ50重量%
以下で、吸水剤の割合が3重量係以上かつ35重量−以
下を用いた方法が考えられている。しかしながら前記例
のような固化材を用いても、使用済放射性イオン交換樹
脂を固化する場合には、不均一な固化が起こシネ適当で
ある。また、前記例の固化材を用いて使用済放射性イオ
ン交換樹脂を固化した場合、一番きびしい基準である海
洋投棄の際の固化体の一軸圧縮強度の基準値である1 
50 Kg/crdを確保するためには、使用済放射性
イオン交換樹脂を10I(7/ドラム以下しか充填でき
ない。そこで減容比が小さいことが問題になっていた。
A solidifying material made of a mixture of the developed aqueous alkali silicate solution as a filler, an inorganic phosphate compound (PzOs SiOz) as a hardening agent, and cement as a water absorbing agent is used. When using these alkali silicates, inorganic phosphate compounds, and cement as solidifying materials, strength,
For the purpose of improving heat resistance and durability and preventing salt precipitation from the solidified body, the proportion of the curing agent is 3% by weight or more and 50% by weight.
In the following, a method is considered in which the proportion of the water-absorbing agent is 3% by weight or more and 35% by weight or less. However, even if a solidifying material such as the one described above is used, when solidifying a used radioactive ion exchange resin, non-uniform solidification occurs, which is not suitable for cine. In addition, when used radioactive ion exchange resin is solidified using the solidifying material in the above example, the standard value of the unconfined compressive strength of the solidified material when dumped into the ocean, which is the most stringent standard, is 1.
In order to secure 50 Kg/crd, only 10 I (7/dram or less) of used radioactive ion exchange resin can be filled. Therefore, the small volume reduction ratio has become a problem.

一方従来から研究されているものの一つにプラスチック
で扁棄物を固化する方法があるが、使用済放射性イオン
交換(封脂の固化に用いた場合、セメント固化あるいは
セメント・ケイ酸アルカリ水溶液固化材を用いての固化
に比べてコストが50倍になるという点で不利であった
On the other hand, one of the methods that has been researched in the past is a method of solidifying debris with plastic, but when used for solidifying waste radioactive ion exchange (sealing), cement solidification or cement/alkali silicate aqueous solution solidification It was disadvantageous in that the cost was 50 times higher than that of solidification using.

いずれの方法を用いても、使用済放射性イオン交換樹脂
を大量にしかも低コストで固化するということを満足さ
せるに至らなかった。
No matter which method is used, it has not been possible to solidify a used radioactive ion exchange resin in large quantities and at low cost.

[発明の目的〕 本発明の目的は、使用済放射性イオン交換樹脂をセメン
ト・ケイ酸アルカリ水溶液を固化材とし、高充填率でか
つ均一な固化体の作成方法を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a method for producing a uniform solidified body with a high filling rate by using a cement/alkali silicate aqueous solution as a solidifying agent for a used radioactive ion exchange resin.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

固化処理をしようとしている使用済放射性イオン交換樹
脂は、陽イオン交換基として、樹脂中にスルホン酸基(
R5(hH)を有している。イオン交換能力は理論的に
は全てのスルホン酸基の水素原子が陽イオン(例えばN
a+あるいはに+など)に置きかわった時点で失われる
。しかしながら、実際の使用条件下では完全に使いきら
れてしまうことなく、使用済放射性イオン交換樹脂とし
てサイト内貯蔵タンクに保管されている。一方、固化剤
として用いるケイ酸アルカリ水溶液は下記の反応式に従
って固化する。
The used radioactive ion exchange resin to be solidified has sulfonic acid groups (as cation exchange groups) in the resin.
It has R5(hH). Ion exchange ability is theoretically determined by the hydrogen atoms of all sulfonic acid groups being cations (e.g. N
It is lost when it is replaced by a+ or ni+, etc.). However, under actual usage conditions, it is not completely used up and is stored in an on-site storage tank as a used radioactive ion exchange resin. On the other hand, the aqueous alkali silicate solution used as a solidifying agent is solidified according to the following reaction formula.

N a2Q (s iOz )ll+H20d 2N 
aOH+ n S i(h  ・・・(1)ここで酸(
プロトン酸)が存在すると下記の反応が起こり急速に固
化する。
N a2Q (s iOz )ll+H20d 2N
aOH+ n S i (h...(1) where acid (
In the presence of protonic acid), the following reaction occurs and solidification occurs rapidly.

実際にタンク内貯蔵されている使用済放射性イオン交換
樹脂のpHは3前後でありかなりスルホン酸基(R−8
03kTJが残っている。このまま固化処理を行なうと
前記(2)の反応が起こり、使用済放射性イオン交換樹
脂の近傍で急激な硬化が進行する。そのために結果とし
て不均一な固化体が生成して来る。そこで、残っている
スルホン酸基の水素原子をあらかじめ陽イオンで置換し
ておくことによりプロトン酸としてのH+の発生を押え
ることを考え念。
The pH of used radioactive ion exchange resin actually stored in tanks is around 3, and there are a considerable number of sulfonic acid groups (R-8
03kTJ remains. If the solidification treatment is continued as it is, the reaction (2) above will occur, and rapid hardening will proceed in the vicinity of the used radioactive ion exchange resin. As a result, a non-uniform solidified body is produced. Therefore, we considered suppressing the generation of H+ as a protonic acid by replacing the hydrogen atoms of the remaining sulfonic acid groups with cations in advance.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の実施例全第1図によって説明する。原子
力施設より出てくる使用済放射性イオン交換樹脂を1の
経路より樹脂スラリータンク3に導入する。2のNaO
H水溶液タンクよりN aOH水溶液を樹脂スラリータ
ンク内に導入し、使用済放射性イオン交換樹脂のスルホ
ン酸基を中和する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be explained below with reference to FIG. Spent radioactive ion exchange resin coming out of a nuclear facility is introduced into a resin slurry tank 3 through route 1. 2 NaO
An NaOH aqueous solution is introduced into the resin slurry tank from the H aqueous solution tank to neutralize the sulfonic acid groups of the used radioactive ion exchange resin.

次に乾燥機4に導入し乾燥する。乾燥機から出て来るN
22による置換済使用済放射性イオン交換樹脂は N 
a *による置換が不完全であることと、乾燥機内でス
ルホン酸基が遊離することによりPH4前後を示す。こ
のままセメント・ケイ酸アルカリ水溶液固化材中に充填
するとプロトン酸としてH9が作用し、使用済放射性イ
オン交換樹脂の近傍だけが急激に硬化することが原因と
なり、均一固化の妨げとなる。
Next, it is introduced into the dryer 4 and dried. N coming out of the dryer
The used radioactive ion exchange resin substituted by 22 is N
The pH is around 4 due to incomplete substitution with a* and the release of sulfonic acid groups in the dryer. If it is filled in the cement/alkali silicate aqueous solution solidifying material as it is, H9 will act as a protonic acid, causing rapid hardening only in the vicinity of the used radioactive ion exchange resin, which will prevent uniform solidification.

一方固化材の方は次のように調整する。セメントタンク
6からとNaOH水溶液タンク2とから所定量混合機(
タンク槽)7にそれぞれ導入し混合する続いて固化剤タ
ンク5から固化剤を混合機7へ導入する。混合機7では
固化した後の固化体重量を基準とじ−C、アルカリ含量
が1重量%以上かつ5重量−以下になるようにNaOH
水溶液量を調節する。混合機7で使用済放射性イオン交
換樹脂と固化材とを均一に混合した後、200tの廃棄
物貯蔵用ドラム缶に移し固化、養生を行なう。
On the other hand, adjust the solidifying material as follows. A predetermined amount of mixer (
Then, the solidifying agent is introduced from the solidifying agent tank 5 into the mixer 7. In the mixer 7, the solidified weight after solidification is used as a standard.
Adjust the amount of aqueous solution. After the used radioactive ion exchange resin and the solidifying material are uniformly mixed in the mixer 7, they are transferred to a 200-ton waste storage drum for solidification and curing.

また、これら一連の工程においては、3の混合機、4の
乾燥機のいずれかを省いても同程度の強度を持った固化
体を得ることは可能である。
In addition, in these series of steps, it is possible to obtain a solidified product having the same strength even if either the mixer 3 or the dryer 4 is omitted.

次に、本発明の裏付けとなった実験データについて第2
図、第3図に基づいて説明する。
Next, we will discuss the experimental data that supported the present invention in the second section.
This will be explained based on FIGS.

第2図は海洋投棄の際に要求される一軸圧縮強度150
 K9/ 、:ttif−基準とした時、廃棄物処理に
用いられている200tド2ム缶にどの程度使用済放射
性イオン交換樹脂粉末が充填可能でめるかを、縦軸に一
軸圧縮強度(Kg/Cd)、横軸に廃樹脂粉末充填量(
200,/、換算、K9 )をと9得られた実、験結果
をグラフにしたものでちる。セメントだけで固化した場
合は1019未満の使用済放射性イオン交換樹脂しか処
理できない。ポルトランドセメントとケイ酸塩水ガラス
を用いた場合には40Kgまで処理量を増加できる。更
に本発明であるポルトランドセメントとケイ酸塩水ガラ
スに1重量慢以上、5重量−以下のアルカリを添加した
固化剤を用いると85に9まで使用剤放射性イオン交換
樹脂を処理することが可能となり、処理能力の大幅増加
が得られる。海洋投棄の一軸圧縮強度基準値である15
0に9/C111に20飴の余裕をもたせ、180 K
y/dと基準値を上げた場合、本発明の効果は更に大き
くなり、従来最適とされているポルトランドセメントと
ケイ酸塩水ガラスを用いる固化に比べ約4倍の使用済放
射性イオン交換樹脂処理能力をもつ。
Figure 2 shows the unconfined compressive strength of 150 required for ocean dumping.
K9/: When using the ttif standard, the uniaxial compressive strength ( Kg/Cd), and the horizontal axis shows the amount of waste resin powder (
200,/, conversion, K9) and 9 is a graph of the obtained experimental results. When solidified with cement alone, only used radioactive ion exchange resins less than 1019 can be processed. When using Portland cement and silicate water glass, the throughput can be increased to 40 kg. Furthermore, by using the solidifying agent of the present invention in which an alkali of 1 to 5 by weight is added to Portland cement and silicate water glass, it becomes possible to treat the radioactive ion exchange resin used up to 9 to 85. A significant increase in processing power is obtained. 15, which is the standard value for unconfined compressive strength for ocean dumping.
0 to 9/C111 with a margin of 20 candy, 180 K
When the standard value of y/d is increased, the effect of the present invention becomes even greater, and the processing capacity of used radioactive ion exchange resin is approximately 4 times that of solidification using Portland cement and silicate water glass, which has been considered optimal until now. have.

第3図に本発明においてアルカリ添加量を1重量俤以上
かつ5亀量チ以下に決めるに至った実験結果を示す。縦
軸に一軸圧縮強度(Kr/i)横軸にアルカリ(アルカ
リは一価の陽イオンをもつアルカリ水溶液であれば良い
。)添加重量比(wt%)f、[わし得られた実験結果
をグラフに表わしたものである。固化体は養生期間が増
加するに従って強度が増加するが、アルカリを1重量−
以上かつ5重IJ%以下添加して硬化させることによっ
て得られた固化体は、海洋投棄時の一軸圧縮強度基準値
である1 50Ky/crdの値を充分にクリヤーして
いる。
FIG. 3 shows the results of an experiment in which the amount of alkali added in the present invention was determined to be 1 weight or more and 5 weight or less. The vertical axis shows the unconfined compressive strength (Kr/i), the horizontal axis shows the alkali (any alkali aqueous solution containing monovalent cations is fine), the addition weight ratio (wt%) f, [the experimental results obtained] It is expressed in a graph. The strength of the solidified material increases as the curing period increases, but when 1 weight of alkali is
The solidified material obtained by curing with the addition of 100% or less and 5% or less of IJ fully satisfies the unconfined compressive strength standard value of 150 Ky/crd when dumped at sea.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、使用済放射性イオン交換樹脂を、セメ
ント・ケイ酸アルカリ水溶液を固化材として用いて、高
充填率でかつ均一な固化体を作成することが可能となる
According to the present invention, it is possible to create a uniform solidified body of a used radioactive ion exchange resin with a high filling rate using cement/alkali silicate aqueous solution as a solidifying agent.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を用いて使用済放射性イオン交換樹脂を
固化体にするまでの実施例の1つを示した図、第2図は
本発明の背景となった実験のデータを縦軸に一軸圧縮強
度(Kp / crtl )横軸に使用済放射性イオン
交換樹脂充填量を表わし整理した線図、第3図は本発明
の背景となった実験のデータを縦軸に一軸圧縮強度(K
y/crIi)横軸にアルカリ添加量(重量%)を表わ
し整理した線図である。 1・・・原子力施設から出される使用済放射性イオン交
換樹脂の流入経路、2・・・アルカ+) (N aOH
)水溶液タンク、3・・・使用済放射性イオン交換樹脂
スラリータンク、4・・・乾燥機、5・・・固化剤タン
ク、6・・・セメント用タンク、7・・・混合機(タン
ク槽)、8・・・zoot放射性廃棄物用ドラム缶、9
・・・セメントだけで固化した場合のグラフ、10・・
・セメントとケイ酸アルカリ水溶液を用いて固化した場
合のグラフ、11・・・セメントとケイ酸アルカリ水溶
液に1重量%以上かつ5重量%以下のアルカリを添加し
て固化した場合のグラフ、12・・・海洋投棄の際の基
準値、13・・・養生18日以上の実験データ、14・
・・養生3日の実験データ。
Figure 1 is a diagram showing one example of solidifying a used radioactive ion exchange resin using the present invention, and Figure 2 shows data from experiments that formed the background of the present invention on the vertical axis. Unconfined compressive strength (Kp/crtl) The horizontal axis represents the filled amount of used radioactive ion exchange resin.
y/crIi) is an organized diagram showing the amount of alkali added (wt%) on the horizontal axis. 1... Inflow route of spent radioactive ion exchange resin discharged from nuclear facilities, 2... Alka+) (N aOH
) Aqueous solution tank, 3... Used radioactive ion exchange resin slurry tank, 4... Dryer, 5... Solidifying agent tank, 6... Cement tank, 7... Mixer (tank tank) , 8...zoot drum for radioactive waste, 9
...Graph for solidifying with cement alone, 10...
・Graph when solidifying using cement and aqueous alkali silicate solution, 11... Graph when solidifying by adding 1% by weight or more and 5% by weight or less of alkali to cement and aqueous alkali silicate solution, 12・...Standard values for ocean dumping, 13...Experimental data after curing for 18 days or more, 14.
...Experimental data after 3 days of curing.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、使用済放射性イオン交換樹脂を固化する方法におい
て、使用済放射性イオン交換樹脂をアルカリ溶液で処理
した後、アルカリ過剰水溶液とセメント、ケイ酸アルカ
リ水溶液を固化剤として用いて固化することを特徴とす
る使用済放射性イオン交換樹脂の固化方法。 2、前記固化材中のアルカリの含有量が1重量%以上か
つ5重量%以下であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の使用済放射性イオン交換樹脂の固化方法。 3、前記固化方法において、使用済放射性イオン交換樹
脂をアルカリ溶液で処理することなく、アルカリ過剰水
溶液とセメント、ケイ酸アルカリ水溶液を固化剤として
用いて固化することを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の使用済放射性イオン交換樹脂の固化方法。
[Claims] 1. In a method of solidifying a used radioactive ion exchange resin, after treating the used radioactive ion exchange resin with an alkaline solution, an excess alkali aqueous solution, cement, and an alkali silicate aqueous solution are used as a solidifying agent. A method for solidifying a used radioactive ion exchange resin, characterized by solidifying it. 2. The method for solidifying a used radioactive ion exchange resin according to claim 1, wherein the content of alkali in the solidifying material is 1% by weight or more and 5% by weight or less. 3. In the solidification method, the used radioactive ion exchange resin is not treated with an alkaline solution, but is solidified using an excess alkaline aqueous solution, cement, and an alkali silicate aqueous solution as solidifying agents. A method for solidifying a used radioactive ion exchange resin according to item 1.
JP20823484A 1984-10-05 1984-10-05 Method of solidifying spent radioactive ion exchange resin Pending JPS6186692A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904416A (en) * 1987-05-21 1990-02-27 Kyushu Electric Power Co., Ltd. Cement solidification treatment of spent ion exchange resins
FR2652193A1 (en) * 1989-08-11 1991-03-22 Grace Co Conn W R Method for immobilisation and volume reduction of low-level radioactive waste in the processing of thorium and uranium
JP2005337897A (en) * 2004-05-27 2005-12-08 Toshiba Corp Solidification method and solidification device for radioactive waste
JP2007143546A (en) * 2005-10-26 2007-06-14 Microbial Chem Res Found Method for separating/removing sulfonic acid group, and method for treating ion-exchanging resin

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