JPS6351519B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホウ素を含有する放射性廃液の減容
固化処理方法の改良に関する。

原子力設備、とくにPWR型軽水炉発電プラン
トから排出されるホウ素を含有する放射性廃液
を、セメント固化法により固化処理しようとする
場合、近年はできるだけ高度の減容を行なうこと
が要請されるので、廃液を蒸発濃縮して、なるべ
く多くの固形分をセメントペーストに混入しなけ
ればならない。

ところが、この減容固化には、つぎの二つの問
題がある。すなわち、ホウ素は主としてホウ酸ま
たはその塩の形で廃液中に溶解していて、 Γ蒸発濃縮の過程でその晶析が起り、濃縮操作ト
ラブルの原因となる。

Γセメントに対するホウ酸イオンの量が増大する
と、セメントの水和反応が阻害されて、良好な
固化体が得られない。

一方、放射性廃液の固化処理において、溶存物
質を不溶化させ、安定懸濁液をつくつてそれを濃
縮し、セメント固化を行なうことが提案された
（特開昭54−145900号）。液中にホウ酸が含有され
ている場合、石灰またはバリタでこれを不溶化す
ることが開示されている。しかし、このような方
法だけでは、たとえば石灰の添加により生成する
不溶性のホウ酸塩は微細な繊維状物として析出
し、液は揺変性の強いものとなり、撹拌下によう
やくペースト状を保ち、撹拌を停止するとゲル状
に変化してしまい、すこぶる取扱い難いことが経
験される。

本発明者らは、上記のホウ酸とカルシウムとの
不溶性の塩を含む液をもつと取扱いやすいものと
し、高度の蒸発濃縮を容易にすることによつて、
ホウ素を含有する放射性廃液の高減容セメント固
化を可能にすることを企てて研究し、本発明に至
つた。

本発明の処理方法の基本的態様は、ホウ素を含
有する放射性廃液を減容固化処理する方法におい
て、第１図に示すように、PHを中性ないしアルカ
リ性に調整した廃液に対して、可溶性のカルシウ
ム化合物を廃液中のホウ素に対するカルシウムの
モル比Ca／Ｂが少なくとも0.2となるように添加
し、40〜70％の温度で撹拌してホウ素を含有する
不溶性のカルシウム塩を生成させ、ついでその液
を生成温度以下の温度に保つて生成物を熟成させ
たのち蒸発濃縮して固形分濃度の高い濃縮液と
し、この濃縮液にセメントを混和し固化処理する
ことを特徴とする。

不溶性のホウ酸カルシウム塩は、CaO・
3B₂O₃・XH₂O、CaO・2B₂O₃・XH₂O、2CaO・
3B₂O₃・XH₂OおよびCaO・B₂O₃・XH₂Oなど多
種知られており、反応系中のCa／Ｂの比に応じ
て、これらの生成割合は異なる。

系のPHが酸性領域にあると、これらの塩の生成
速度はきわめて遅く実用的でないから、その場合
はカルシウム化合物の添加に先立つて、液のPHを
７以上の中性ないしアルカリ性にすべきである。
この目的には、適量のカセイソーダなどを加えれ
ばよい。しかし、固化処理の対象となる濃縮廃液
は、通常濃縮工程でPH調整されてPH７以上になつ
ており、この場合にはPH調整工程は省略できる。

PH調整後の廃液に加えるカルシウム化合物は、
ホウ酸イオンと反応して不溶性の塩をつくるに足
りる溶解度をもつものなら何でもよく、水酸化カ
ルシウム、酸化カルシウム、硝酸カルシウム、ポ
ルトランドセメントクリンカーなどがその代表的
なものであるが、添加による廃液中の固形分の増
加をできるだけ少なくしたいから、水酸化物や酸
化物の使用が好ましい。これらカルシウム化合物
は１種だけでなく、２種以上併用できることはい
うまでもない。添加は、粉末、スラリー、水溶液
のいずれの形態で行なつてもよいが、酸化カルシ
ウムは水との接触による急激な発熱を避けるよう
配慮して用いるべきである。一方、濃縮工程にお
ける蒸発負荷をなるべく増大させないよう、水は
使用しないか、または少量の使用に止めたい。こ
の観点から、廃液の一部または凝縮水の一部を使
用して、酸化カルシウムの消化を行なつたり、水
酸化カルシウムのミルクまたはスラリーを用意す
ることが推奨される。

カルシウム化合物の添加量は、廃液中に含有さ
れているホウ素成分に対して、Ca／Ｂのモル比
にして、少なくとも0.2となるようにえらぶべき
である。放射性廃液中のホウ素濃度として代表的
な2.1％（重量）のホウ素を含有する液に、種々
のCa／Ｂの比でカルシウムを添加したとき（反
応温度60℃）、液相中に溶存するホウ素濃度をし
らべた結果は第３図に示すとおりであつて、上記
0.2の下限を下回るカルシウム量では、ホウ酸の
不溶化が十分に行なわれない。また、Ca／Ｂの
比が高いほど、不溶性塩の生成速度は高まる。上
限はとくに設ける必要はないが、第３図にみると
おり、効果はCa／Ｂ＝0.6〜0.7あたりで飽和し、
多量の添加は意味がないし、処理すべき廃液中の
固形分含有量を増加させることは好ましくないか
ら、Ca／Ｂ＝0.5ないし0.7までに止めるのが得策
である。

不溶性塩の生成反応は、おおよそ70℃までは温
度が高い方が速やかに進み、40℃またはそれ以上
が実用的である。70℃以上の温度では、かえつて
反応が次第に遅くなることが観察された。これ
は、おそらくカルシウムイオンの溶解度が小さく
なるためと思われる。一方、反応の結果生じるペ
ースト状物は、温度が高いと硬くなつて、操作上
不利になる。通常の装置で許容できる限度は70℃
程度であり、好ましいのは60℃以下である。この
工程は、撹拌下で行なう必要がある。

本発明の主たる特徴は、上記の不溶性塩生成反
応の条件の選択と、それに続く熟成工程の採用に
ある。熟成は、上記のようにして得たペースト状
物を、冷却して数時間保持することにより実施す
る。温度は、上記不溶性塩の析出のための反応温
度より低くなければならない。

一般に、熟成による結晶の成長は、ある程度の
高温、少なくともその結晶を析出させた温度より
は高温で行なう方が有利である場合が多いが、本
発明者らの見出した、高温での反応と低温での熟
成の組み合わせが好ましいという事実は、上記の
よくある場合とは相反する結果となつている。こ
の工程においては、ゆるやかな撹拌を行なうこと
が好ましいが、不可欠ではない。

熟成により、ペースト状物はスラリー状に変化
し、不溶性塩は上述のように沈降性となつて、水
を分離しやすくなる。この変化は、顕微鏡観察に
よつて裏付けられた。すなわち、析出したばかり
の、熟成前の不溶性塩は微細繊維状物であるが、
これが、熟成後は柱状または板状の大きな結晶に
成長する。

上記の熟成工程をへて得たスラリーは、ペース
ト状物とちがつて易送性であり、蒸発濃縮が容易
である。濃縮により固形分濃度が高まつた液は、
再びペースト状になる。

蒸発濃縮は任意の装置を用いて実施でき、連続
式、回分式のいずれによつてもよいが、スラリー
の供給は連続的、濃縮ペーストの排出は回分式
の、半回分式が好都合である。濃縮度のコントロ
ールは、蒸発水を凝縮して得られる凝縮水量を検
知して行なうとよい。

濃縮の度合は、所望する減容度と、濃縮ペース
トの取扱いやすさ、後続のセメント固化工程にお
ける混練性や硬化体の物性などとの調和にもとづ
いて決定することになる。処理すべき廃液の体積
に対する固化体の体積を1/2以下とし、混練性は
確保して良好な固化体を得るためには、濃縮工程
を終つたペーストの固形分濃度を、30〜80重量％
の範囲内とするのが適当である。

セメント固化の工程、すなわち上記の濃縮ペー
ストとセメント（および必要ならば補充の水）と
の混練および貯蔵容器への充填は、既知の技術に
従つて実施することができる。セメントは、ポル
トランドセメント、混合ポルトランドセメント、
アルミナセメントなど、無機質水硬性セメントの
いずれも使用できる。

本発明のいまひとつの態様は、上記した基本的
態様における熟成工程をへた液の一部を、廃液に
カルシウム化合物を添加して不溶性塩を析出させ
る工程に戻して循環利用するものである。

すなわち、本発明の放射性廃液の処理方法の好
ましい態様は、第２図に示すように、ホウ素を含
有する放射性廃液を減容固化処理する方法におい
て、PHを中性ないしアルカリ性に調整した廃液に
対して、可溶性のカルシウム化合物を廃液中のホ
ウ素に対するカルシウムのモル比Ca／Ｂが少な
くとも0.2となるように添加し、40〜70℃の温度
で撹拌してホウ素を含有する不溶性のカルシウム
塩を生成させ、その液を生成温度以下の温度に保
つて生成物を熟成させたのち、熟成した生成物を
含む液の一部を前記の廃液に添加して循環使用す
るとともに、残りの液を蒸発濃縮して固形分濃度
の高い濃縮液とし、この濃縮液にセメントを混和
し固化処理することを特徴とする。

これにより、後記する実施例にみるとおり、不
溶性塩の析出反応に要する時間が大幅に短縮さ
れ、循環を行なわないときの半分またはそれ以下
にすることができる。

循環させる液が強アルカリ性であれば、その添
加により廃液のPHの調整が行なわれ、カセイソー
ダなどの添加を不要にするか、または少なくとも
必要量を減らすことができ、結果として固化処理
すべき廃棄物量の増加を防ぐことができて有利で
ある。この観点からは、カルシウム化合物として
水酸化物または酸化物を使用することが好まし
い。

熟成後の液の一部を循環使用する意義は、上述
の廃液初期PHの上昇による不溶性塩析出の促進に
加えて、成長した結晶の添加による種晶効果もあ
ると考えられる。

循環使用すべき量は、多いほど反応所要時間短
縮の効果が大きいが、一方で、同じ処理量に対し
て要する装置容量を大きくしなければならなくな
つて不利であるから、その調和をはかつて決定す
ればよい。一般には、効果が顕著になる10％以上
であつて、飽和に近づく30％までの間からえらぶ
のが得策であろう。

本発明の処理方法に従えば、ホウ素含有成分を
カルシウム化合物で不溶化して形成したペースト
が取扱い容易なスラリーとなるから、高濃縮が可
能であつて、高い減容度が得られる。ホウ素成分
はほとんどが不溶化されるので、セメントの凝
結、硬化に悪影響を与えることがなく、良好な固
化体が得られる。使用する薬剤は安価で入手しや
すいものであり、装置にも格別の配慮を要しない
から、有利に実施できる。

実施例 １ ホウ素（H₃BO₃）の水溶液にカセイソーダを
加え、Ｂ濃度2.1％（重量、以下同じ）、Na濃度
1.2％のホウ素含有模擬廃液を用意した。（以下、
これを「廃液」とよぶ、）廃液のPHは20℃で7.5で
あつた。

この廃液に、水酸化カルシウムの粉末を、
Ca／Ｂ＝0.33（モル比）となるように加え、撹拌
しながら60℃に保持した。

液は次第にペースト状に変化し、生成した沈で
ん物を顕微鏡観察したところ、針状ないし繊維状
であつて、相互にからみ合つた凝集体を形成して
いた。

ついで液を40℃以下に冷却し、この温度に保持
して熟成し、スラリー状の液を得た。析出物は良
好な沈降性を示し、沈降体積は小さかつた。顕微
鏡観察すると、さきの針状または繊維状のものが
消失し、大きな板状または柱状の、ほぼ完全に結
晶といえるものに変つていた。液相中のＢ濃度は
0.3％となつていた。この液の固形分濃度は15％
（70℃乾燥時）で、易送性の高い取扱いやすいス
ラリーであつた。

このスラリーを、常圧下100℃に加熱して水分
を蒸発させ、固形分濃度60％まで濃縮した。使用
した蒸発濃縮装置は内部に回転体を有し、外壁と
回転体内部とに加熱媒体を通す構造のものであつ
て、これにスラリーを一定量ずつ連続供給した。
濃縮により生じたペースト中の固形分濃度は、凝
縮した蒸発水の量から求めた。

この濃縮ペースト100部（重量）にポルトラン
ドセメント50部を加え、10分間混練した。混練は
全く容易で、流動性の高いモルタルが得られた。

このモルタルを貯蔵容器に注入し、静置したと
ころ、１日で硬化した。硬化体の比重を重量法に
より測定して、1.8の値を得た。

なお、上記の容器注入に際してモルタルの一部
を型枠に注入して、強度試験用のサンプルをつく
つた。28日後の圧縮強度230Kg／cm²が得られ、十
分に硬化していることがわかつた。

比較のため、前記した熟成前のペーストを70℃
の温度に保つたまま撹拌し続けたが、液の外観お
よび生成物の形状に変化はなく、水との分離性も
改善されなかつた。これにポルトランドセメント
を加えて混練を試みたところ、混合物は硬くて混
練困難であり、良好な硬化体をつくることができ
なかつた。

実施例 ２ 実施例１で用いたものと同じ組成の模擬廃液
に、Ca／Ｂ＝0.2（モル比）となるように石灰スラ
リーを添加した。この石灰スラリーは、炭酸カル
シウムを1500℃に仮焼して得た酸化カルシウムを
消化して、固形分濃度30％（重量）にしたもので
ある。

石灰スラリーを加えた廃液を60℃の温度に保ち
ながら、撹拌を続けた。液がペースト状に変化し
たのち、30℃に冷却して、その温度で熟成し、ス
ラリー状の液を得た。析出物は沈降性になつてい
た。

このスラリーを実施例１と同様にして濃縮し、
固形分濃度50％の濃縮ペーストを得た。

濃縮ペースト100部を円筒状の容器にとり、Ｃ
種高炉セメント70部を加えてから撹拌機を挿入
し、５分間撹拌して混練した。ついでテーブル振
動機にのせ、３分間振動を加えた。

室温に放置して硬化させ、１日後にブロツク状
硬化体を得た。硬化体の比重は、1.7であつた。
この場合も試験片をつくり、28日後の圧縮強度を
測定して200Kg／cm²の値を得た。

実施例 ３ 実施例１と同じ組成の模擬廃液に、Ca／Ｂ＝
0.5となるように水酸化カルシウムを添加し、液
を撹拌しながら、40℃の一定温度に保ち、液相中
のホウ素濃度が0.4％となるまで反応させた。

ついで液を30℃に冷却し、液がペースト状から
スラリー状に変化するまで、その温度に保ち、沈
降性析出物を得た。

このスラリーを実施例１と同様にして濃縮し、
固形分濃度63％の濃縮ペーストにした。

濃縮ペーストをジヤケツト付きのミキサーに排
出し、40℃まで冷却した。

ついで濃縮ペースト100部に対しポルトランド
セメント57部を加え、混練した。流動性のよいモ
ルタルが得られ、容易に貯蔵容器に注入できた。

モルタルを室温に放置して、硬化体を得た。こ
の硬化体の28日後の圧縮強度は、260Kg／cm²に達
していた。

実施例 ４ 同じ模擬廃液の一部に、実施例１と同じように
水酸化カルシウムを添加し、熟成処理をへてスラ
リーを得た。

次に、上記の廃液の残りにこのスラリーを加
え、かつ水酸化カルシウムを、Ca／Ｂ＝0.5（モル
比）となるように添加し、撹拌下に60℃で不溶性
塩の析出を行ない、続いて40℃以下に冷却して熟
成を行なつた。スラリーの廃液への添加量、すな
わち循環比率（％）を変え、不溶性塩の析出に要
する時間を測定した。

その結果を第４図に示す。循環比率を高めるこ
とにより、所要反応時間を、循環を行なわない場
合の最高35％までに短縮することができた。

熟成後の廃液は沈降性のよいスラリーであつて
蒸発濃縮に好適であり、濃縮ペーストはセメント
固化により、実施例１〜３と同様な好結果を与え
た。

実施例 ５ 実施例４と同様にして、熟成された析出物を含
む液を用意し、同じ廃液に循環比率28％となるよ
うに添加し、またCa／Ｂ＝0.5（モル比）となる量
の水酸化カルシウムを加え、撹拌下に、40℃にお
いて不溶性塩の析出を行ない、30℃において熟成
を実施した。このとき、析出物を得る反応に要し
た時間は、循環を行なわないときの41％であつ
た。

この熟成後の液を蒸発濃縮し、固形分濃度を60
％に高めた。この濃縮ペースト100部に対してポ
ルトランドセメント50部を加えて混練し、常温で
養生して硬化体を得た。28日後の圧縮強度は220
Kg／cm²であり、硬化体比重は1.8であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の放射性廃液の処理方法の基
本的態様を示すブロツクダイアグラムであり、第
２図は、本発明の処理方法の別の態様を示す、第
１図と同様なブロツクダイアグラムである。第３
図は、本発明の放射性廃液の処理方法で選択した
反応条件の臨界性を示す図であつて、不溶性塩の
生成工程において、ホウ素分に対するカルシウム
の添加割合（Ca／Ｂモル比）の増大により液中
溶存ホウ素濃度が低下する度合を示すグラフであ
る。第４図は、本発明の処理方法の好ましい態様
において、熟成後の液の循環比率と、反応所要時
間との関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホウ素を含有する放射性廃液を減容固化処理
   する方法において、PHを中性ないしアルカリ性に
   調整した廃液に対して、可溶性のカルシウム化合
   物を廃液中のホウ素に対するカルシウムのモル比
   Ca／Ｂが少なくとも0.2となるように添加し、40
   〜70℃の温度で撹拌してホウ素を含有する不溶性
   のカルシウム塩を生成させ、ついでその液を生成
   温度以下の温度に保つて生成物を熟成させたのち
   蒸発濃縮して固形分濃度の高い濃縮液とし、この
   濃縮液にセメントを混和し固化処理することを特
   徴とする放射性廃液の処理方法。 ２ 可溶性のカルシウム化合物として、水酸化カ
   ルシウム、酸化カルシウムおよび硝酸カルシウム
   のいずれか１種、２種または３種を使用する特許
   請求の範囲第１項の処理方法。 ３ 蒸発濃縮をスラリーの固形分濃度が30〜80重
   量％となるように行なう特許請求の範囲第１項の
   処理方法。 ４ ホウ素を含有する放射性廃液を減容固化処理
   する方法において、PHを中性ないしアルカリ性に
   調整した廃液に対して、可溶性のカルシウム化合
   物を廃液中のホウ素に対するカルシウムのモル比
   Ca／Ｂが少なくとも0.2となるように添加し、40
   〜70℃の温度で撹拌してホウ素を含有する不溶性
   のカルシウム塩を生成させ、その液を生成温度以
   下の温度に保つて生成物を熟成させたのち、熟成
   した生成物を含む液の一部を前記の廃液に添加し
   て循環使用するとともに、残りの液を蒸発濃縮し
   て固形分濃度の高い濃縮液とし、この濃縮液にセ
   メントを混和し固化処理することを特徴とする放
   射性廃液の処理方法。 ５ 可溶性のカルシウム化合物として、水酸化カ
   ルシウムおよび酸化カルシウムのいずれか１種ま
   たは２種を使用し、廃液のPHの調整を熟成した液
   の一部の添加により行なう特許請求の範囲第４項
   の処理方法。 ６ 熟成した液を廃液に添加して循環使用する割
   合を、10〜30％の範囲からえらぶ特許請求の範囲
   第４項の処理方法。 ７ 蒸発濃縮をスラリーの固形分濃度が30〜80重
   量％となるように行なう特許請求の範囲第４項の
   処理方法。