JPS62278499A

JPS62278499A - 放射性廃棄物の水ガラス固化体の製造方法

Info

Publication number: JPS62278499A
Application number: JP12242586A
Authority: JP
Inventors: 龍男泉田; 務馬場; 河村　文雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1987-12-03
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0820557B2

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】 λ　発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は放射性廃棄物の水ガラス固化体に％）〜特（硫
酸塩の結晶水化による体積膨張を防止するのに好適な水
ガラス固化体とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

放射性廃棄物を減容し固形化することは、発電所内施設
の保管スペースを確保する上で重要であるばかシでなく
、最終処分法の１つである陸地処分上不可欠である。陸
地処分に対しては、不燃でかつ岩石との整合性の良い無
機固化材による固化が望まれている。無機固化材として
最も一般的なものはセメントであるが、セメントはホウ
酸塩、廃樹脂等の廃棄物の存在下では、高強度な固化体
を形成し得ないという問題がある。

これらを解決する手法として、特開昭５８−１５５３９
８号に記載のように、水ガラスを固化生材とし、これに
硬化剤を添加して固化する手法が提案されている。これ
によれば、廃棄物との相互作用が少なく、かつ高強度な
固化体の作製が可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の従来技術では固化主材が水ガラスである
ため固化体内に水分が残留し、この水分が廃棄物である
無機塩類と結晶水を形成し、これＫよシ膨張圧が発生し
、固化体の長期的劣化要因となるという問題点があった
。この問題点、すなわち、無機塩類の結晶水形成はセメ
ントもしくは水ガラス尋の水硬性固化材を用いるかぎ）
は従来不可避であった。

結晶水を形成する無機塩類の代表的なものは、硫酸ナト
リウムでｌ）以下の如く１０水塩化し、体積は約５倍に
膨張する。

Ｎａ、　Ｓ０４　＋　１０Ｈ＠　Ｏ→Ｎａ、　５０４−
１０Ｈ＠　０上記硫酸す）　ＩＪウムはＢＷＲ発電所か
ら発生する放射性濃縮廃液の主成分であシ、この濃縮廃
液を減容化して得られる固化体では上記問題が顕著とな
り、場合によっては固化体の崩壊を招く。また廃棄物と
して硫酸ナトリウムを含まない固化体であっても、硫酸
イオンが外部から浸入し、その結果として硫酸ナトリウ
ムを生成する場合がある。

水ガラス固化体はケイ酸ナトリウムが主成分のため固化
体内部にナトリウムイオンが存在し、これに地下水等に
含まれている硫酸イオンが浸入すると、下式の如く硫酸
ナトリウムを生成し、さらに１０水塩化し膨張する。

＋　　　　　　　２− ２　Ｎａ　　＋　８０４　　−＋　　Ｎａ、８０４水ガ
ラス固化体を地中処分した場合、地下水もしくは雨水の
浸透水と接触する機会が十分想定され、この地下水もし
くは雨水に硫酸イオンが含まれていると、上記によシ固
化体が劣化する。

本発明の目的は、上記問題の主因、すなわち硫酸ナトリ
ウムの如き無機塩類の結晶水形成による膨張を防止する
ことＫよシ水ガラス固化体の長期耐久性を向上させるこ
とＫある。

〔間°照点を解決するための手段〕

上記目的は、放射性廃棄物の水ガラス固化体の内部のｐ
Ｈを１１以上に維持することＫよって達成される。

水ガラス固化体の内部のｐＨを１１以上に維持するには
、固化体作製時Ｋ、あらかじめアルカリ性物質、すなわ
ち、アルカリ金属の水酸化物もしくはアルカリ金属の酸
化物を添加しておくか、または、主原料の水ガラスとし
てあらかじめ高アルカリ性のもの（これは水ガラス中の
ナトリウムの存在量を過剰にすることで得られる）を用
いる。

〔作用〕

第３図に示すごとく硫酸ナトリウムの結晶水形成は雰囲
気水のｐＦｌをアルカリ性にすることで防止できる。第
３図は、無水の硫酸ナトリウムを小量の水と混合してス
ラリーを作成し、このスラリーを２０℃に静置したとき
の未溶解分の硫酸す）　ＩＪウムの結晶構造を測定して
得たグラフである。硫酸ナトリウムを少量の水と混合し
た場合は、過剰な硫酸ナトリウムは沈澱し、これが徐々
に１０水塩化していく。固化体内部でも同様の機構で１
０水塩化していく。第３図から理解されるように水のｐ
Ｈが７の中性水では、４日でほぼ５０チが１０水塩化す
るが、ｐ）ｌがアルカリ性に移行するＫつれて１０水塩
化の割合が減少し、ｐＨ１１では全（１０水塩化しない
。これらの結果より、固化体を常ＫｐＨｌ　１以上に維
持することで１０水塩化を防止できることがわかる。

ところで、一般に水ガラス固化体は、主原料の水ガラス
（ケイ酸ナトリウム水溶液）とリン酸珪素などの酸性の
硬化剤とが反応して同化体が形成される。主原料の水ガ
ラス自体は強アルカリ性（ｐＨ１２〜１３）であるが、
酸性の硬化剤との反応により中性に移行しなから固化体
となシ、最終的にはｐＨ５〜８の中性に至る。そのため
廃棄物として硫酸ナトリウムを含む場合は、同化初期で
は硫酸ナトリウムは１０水塩化せず無水の１まであるが
、最終的に中性な固化体となってから１０水塩化が始ま
るっこの場合、充分表強度を持つ固化体が形成された後
くい内部で１０水塩化による膨張が始まるため、固化体
に与える影響は大きく、固化体内での亀裂発生を促し、
さらに進んで崩壊に至る場合もあるｄしかるに本発明ではアルカリ成分が固化体内に過剰に存
在するようＫしたので、水ガラス固化体は最終的に中性
にならずアルカリ性に維持されるため、上記の硫酸す）
　ＩＪウムを代表とする無機塩類の結晶水形成を防止で
き、固化体の耐久性を向上できる。また、本発明によれ
ば、固化体内に無機塩類の廃棄物を含まない場合でも、
固化体外部からの硫酸イオンの浸入により生成した無機
塩の結晶水形成を防止でき、陸地処分時の長期耐久性を
向上できる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を図面により説明する。第２
図は本実施例のプロセスを示す。

第２図において、放射性濃縮廃液（硫酸ナトリウム２０
ｗｔ％を含有）１はタンク８１から乾燥粉末器１０に供
給され、ここで放射性濃縮廃液が乾燥した粉末に変換さ
れる。乾燥粉末は、固化材ペースト５と混練するために
混練槽９ｔＫ供給される。

一方、固化生材の水ガラス２、硬化剤（例えばＰ、０．
ＳｉＯ，）　３およびアルカリ金属の水酸化物（本実施
例では水酸化す）　ＩＪウム）４はそれぞれタンク８＊
ｅ８１および８４からパルプ１４＊ｔ１４ｇおよび１４
４を介して混練槽９．に供給され、攪拌羽根１３１によ
って約５分間混練し、固化材ペースト５を作成する。固
化材ペースト５はパルプ１４σを介して混合槽９１に供
給され、前記の乾燥粉末と攪拌羽根１３．によって５分
間混練し、混合ペースト６を作成する。混合ペースト６
はパルプ１４１を介して固化容器１１に充填し、固化体
１１を作成する０廃棄物の減容性の観点からは、乾燥粉
末の混合割合が大きいほど好ましいが、固化体の強度の
点から乾燥粉末の割合は４０〜６０　ｗｔ％が望ましい
。

本実施例においても乾燥粉末の割合をｓ　ｏ　ｗｔｓと
した。

固化生材である水ガラスはナトリウムとケイ素が等モル
量で調整されたものを使用し、これと混練する硬化剤に
ついても、水ガラス中のナトリウムもしくはケイ素と等
モル量となるように混練槽９、に供給する。水ガラス中
の水分量は少ないほど望ましいが、混線性の観点から４
０〜７０　ｗｔ％が望ましく、本実施例では５５ｗｔ％
とじた。硫酸ナトリウムの１０水塩化釦よる膨張を防止
するために添加するアルカリ金属の水酸化物の添加量は
、固化体あたｌ）　８ｗｔｔｓ以下にするのが望ましい
０第１図に、このようＫして作成した固化体の強度と、
水酸化ナトリウムの添加量との相関を示した。水酸化ナ
トリウムの添加貴く依存して固化体の強度は徐々に減少
し、該添加量が６〜Ｂｗｔチの範囲では急激に減少する
。これは、この領域ではｐＨが高いため水ガラスの硬化
反応が阻害されて来るためである。固化体の処分を考え
た場合、固化体の積み重ねおよび移動時の衝撃等を考慮
すれば固化体強度は最底５０４／−以上は必要と考えら
れるので、第１図によれば水酸化ナトリウムの添加量は
８ｗｔ％以下が望ましい。また、実験によれば水酸化す
）　ＩＪウムの添加量が１ｗｔｔｓで既に固化体内のＰ
Ｈは１１以上となっておシ、固化体内に含まれる硫酸す
）　ＩＪウムは１０水塩にならずに全て無水塩の形で存
在し、固化体の膨張は一切認められなかった。

ここでは、添加するアルカリ金属の水酸化物として水酸
化す）　ＩＪウムを用いる例を示したが、水酸化カリウ
ム、水酸化セシウム、水酸化リチウムを用いてもよい。

また、アルカリ金属の酸化物を添加しても効果は同じで
ある。

次に第２実施例として、アルカリ金属の水酸化物もしく
はアルカリ金属の酸化物を添加せずに、事前に水ガラス
をアルカリ過剰にしてお〈実施例について説明する。水
ガラスはケイ酸ナトリウム（Ｎａ、Ｏ−（ｓ　ｔｏ、）
、）の水溶液であり、これはケイ酸（Ｈ，ＳｉＯ，）と
水酸化ナトリウＡ　（ＮａＯＨ）を反応させることＫよ
って容易に合成でき、任意の８１／Ｎａモル比のものを
合成できる。このケイ酸ナトリウム中の８１およびＮａ
は水溶液中の水の成分である水酸基が配位した状態で存
在し、その形態は表ＩＫ示すごと（Ｓｉ、／Ｎａモル比
によって変動する。

表１　水ガラス中の水和物の形態すなわち、上記３種の混在したものである。しかし硬化
剤と反応して固化体を形成するのは８１（ＯＫ）ｍＮａ
のみであり、他ｔＤ　Ｎ　ａ　ＯＨ，Ｓ　ｉ　（ＯＨ）
ａは固化には寄与しない。そのため硫酸ナトリウム等の
無機塩類の結晶水形成を考慮しなければ、最適な水ガラ
スはＳ　ｉ　ｌＮ　ａ比が１のものである。一方、Ｓ１
ハａ比が１未満の水ガラスでは過剰なＮａがＮａＯＨと
して存在し、これは直接固化には寄与しないため前記第
１実施例の如く過剰なＮａＯＨを添加した場合と同一の
効果を示す。例えばＳ　ｉ　ｌＮ　ａ比が０．７５の水
ガラスを使用すると、アルカリ金属の水酸化物もしくは
アルカリ金属の酸化物を別途添加しなくとも、水酸化す
）　ＩＪウムを４　ｗｔ％添加した場合と同一の効果と
なった。またＳｉ／Ｎａが０．５の水ガラスの場合では
、ＮａＯＨを３　ｗｔ％添加した場合と同一であった。

このことから、Ｓｉ／Ｔ’Ｊａモル比が０．５以上〜１
未満の水ガラスを用いるのが望ましい０以上の第１または第２実施例で示したように１アルカリ
金属の水酸化物またはアルカリ金属の酸化物を添加する
か、または、Ｓ　ｉ　ｌＮ　ａモル比０．５以上〜１未
満の水ガラスで固化した固化体は、その固化体内のｐＨ
が１１以上であり、硫酸ナトリウムの１０水塩化による
膨張のない耐久性に優れた固化体となった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固化体内に存在する硫酸ナトリウム等
の無機塩類もしくは硫酸イオンの浸入によシ生成する無
機塩類の結晶水形成による体積膨張の防止効果がある。

この結果、強固な固化容器の省略および処分施設の施工
が簡略となシ、固化体および処分施設のコスト低減がは
かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固化体強度と水酸化ナトリウム添加量との関係
を示す図、第２図は本発明の実施例のプロセスを示す図
、第３図はｐＨと硫酸ナトリウムの１０水塩化の割合と
の関係を示す図である。ｌ・・・濃縮廃液　　　　　２・・・水ガラス３・・・
硬化剤　　　　　　４・・・水酸化す）　ＩＪウム５・
・・固化材ペースト　　６・・・混合ペースト７・・・
固化体　　　　　　８１〜８番・・・タンク９、．９．
・・・混練槽　　　　１０・・・乾燥粉末機１１・・・
固化容器。 −か　１陽コ谷　浩太部　　・し□ 第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、固化体内部のｐＨが１１以上であることを特徴とす
る、放射性廃棄物の水ガラス固化体。２、ナトリウムとケイ素とが等モル量であるように調整
した水ガラスを固化材として用い、アルカリ金属の水酸
化物またはアルカリ金属の酸化物を８ｗｔ％以下の添加
量で添加して、該固化材で放射性廃棄物を固化すること
を特徴とする、放射性廃棄物の水ガラス固化体の製造方
法。３、Ｓｉ／Ｎａモル比が０．５以上〜１未満である水ガ
ラスを固化材として用いて放射性廃棄物を固化すること
を特徴とする、放射性廃棄物の水ガラス固化体の製造方
法。