WO2018143205A1 - ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システム - Google Patents

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WO2018143205A1
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hydrate
mixture
molded body
geopolymer
curing
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加苗 川内
寛史 岡部
金子　昌章
千晶 並木
佐藤　龍明
中村　秀樹
遼 山本
芙美 高橋
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株式会社東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a geopolymer molded body manufacturing method and a geopolymer molded body manufacturing system.
  • Nuclear waste generated from the operation of nuclear power plants with relatively short half-life and low dose is filled in drums and solidified.
  • solidifying material cement, asphalt, and epoxy resin are generally used.
  • solidification using a geopolymer has been studied.
  • Geopolymers are sometimes used as building materials in addition to radioactive waste solidification materials.
  • Geopolymer is an amorphous inorganic solidified material called aluminosilicate containing aluminum (Al) and silicon (Si) as main components.
  • the geopolymer does not have an inseparable water content such as a hydrate in the geopolymer structure, but requires water during mixing and reaction of the geopolymer raw material.
  • a geopolymer cured in an arbitrary shape is referred to as a geopolymer molded body, and a raw material constituting the geopolymer molded body is referred to as a geopolymer raw material.
  • Geomaterials are often powdered or granular.
  • water is added to the geopolymer raw material, mixed in a slurry state, poured into a mold, polymerized reaction is advanced and cured.
  • the mixture of the geopolymer raw material and water in the form of a slurry is likely to adhere to the stirring blade during mixing, and is likely to clog piping and the like during transfer. Therefore, frequent maintenance of the apparatus is necessary.
  • the number of processes for maintenance is increased, the production efficiency of the geopolymer molded body is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a geopolymer molded body manufacturing method and a geopolymer molded body manufacturing system capable of creating a geopolymer molded body without slurrying the geopolymer raw material. With the goal.
  • a method for producing a geopolymer molded body includes a first substance containing aluminum and silicon, and a hydrate of alkaline hydroxide and an alkaline silicate.
  • a mixing step of mixing an alkaline stimulant hydrate containing at least one of the hydrates of the above, a compression step of compression-molding the mixture into a compression mixture, and a curing step of curing the compression mixture It is characterized by having.
  • the method for producing a geopolymer molded body according to an embodiment of the present invention includes at least one of a first substance containing aluminum and silicon, an alkaline hydroxide, and an alkaline silicate.
  • a mixing step of mixing an alkali stimulant containing either of these and a hydrate containing water of crystallization, a compression step of compression-molding the mixture obtained in the mixing step into a compression mixture, and the compression mixture And a curing process for curing.
  • a system for producing a geopolymer molded body includes at least one of a first substance containing aluminum and silicon, an alkaline hydroxide, and an alkaline silicate.
  • a second substance comprising: a third substance comprising a compound having a hydrate and a third substance comprising at least one of an alkaline hydroxide and an alkaline silicate, wherein the first condition is that aluminum and silicon are contained.
  • a mixture that satisfies all of the second condition that includes any one of the above and the third condition that includes a compound having a hydrate is included in at least the first substance and the second substance.
  • Geopolymer molded body manufacturing conditions of the fifth example (samples # 5 to # 7) related to the geopolymer molded body manufactured by applying the geopolymer molded body manufacturing method according to the present embodiment, and the fifth example Explanatory drawing explaining the intensity
  • Explanatory drawing explaining the geopolymer molding production conditions of the sixth example (samples # 8 to # 10) relating to the geopolymer molding manufactured by applying the geopolymer molding manufacturing method according to the present embodiment (list) table).
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for producing a geopolymer molded body according to this embodiment.
  • S1 to S4 are reference numerals indicating steps, and correspond to reference numerals S1 to S4 described later.
  • the geopolymer molded body manufacturing method of the present embodiment includes a mixing step S1 in which a geopolymer raw material and necessary additives are mixed to obtain a mixture so as to satisfy a mixture condition described later, and a compressed mixture by compressing the mixture
  • the compression process S2 which produces
  • the process S3 which cures a compression mixture
  • the drying process S4 which dries the compression mixture after curing are comprised.
  • the mixing step S1 a mixture that satisfies a mixture condition that includes at least a geopolymer raw material and a compound having a substance (hydrate) containing water molecules (hereinafter referred to as “moisture-providing material”). To prepare.
  • the geopolymer raw material is a material for forming a geopolymer, and contains at least a solidifying material 1 (FIG. 2) and an alkali stimulant 2 (FIG. 2).
  • the geopolymer refers to a polymer (polymer) of an amorphous material mainly composed of aluminum (Al), silicon (Si), or the like.
  • alumina silica a compound containing aluminum (Al) and silicon (Si)
  • alumina silica examples include metakaolin, blast furnace slag, incinerated ash, fly ash (including fly ash), zeolite, mordenite, silica fume, amorphous silicon dioxide, aluminum oxide, and aluminum hydroxide.
  • Fly ash refers to fly ash collected after burning finely pulverized coal and managed as a product.
  • the solidifying material 1 is also referred to as a first substance.
  • alkali stimulant 2 (2a, 2b) for example, an alkali hydroxide or an alkali silicate can be used.
  • alkaline hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, and cesium hydroxide.
  • silicate include lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, and cesium silicate.
  • silicates are not limited to a specific chemical form, and any chemical form of silicate can be used as the alkali stimulant 2. Can be adopted. Moreover, it can employ
  • the moisture providing material 3 for example, alkaline silicate hydrate (silicate hydrate), alkaline aluminate hydrate (aluminate hydrate) or the like is used.
  • a compound containing a hydrate or a compound containing a neutral hydrate such as sodium sulfate decahydrate can be used.
  • the moisture providing material 3 is also referred to as a third substance.
  • the moisture providing material 3 includes a compound containing an alkaline hydrate or a hydrate having a melting point of 100 ° C. or lower (hereinafter referred to as “low melting hydrate”).
  • a compound is preferable, and a compound containing an alkaline low melting point hydrate is more preferable.
  • the moisture providing material 3 has a melting point higher than the temperature of the work place when the mixture 5 is prepared, that is, a material that does not melt when the mixture 5 is prepared. Further preferred.
  • Examples of the compound containing an alkaline hydrate include an alkaline silicate hydrate and an alkaline aluminate hydrate.
  • Examples of the silicate hydrate include sodium silicate hydrate such as lithium silicate hydrate, sodium metasilicate nonahydrate (Na 2 SiO 3 .9H 2 O), and potassium tetrasilicate monohydrate. And potassium silicate hydrate, rubidium silicate hydrate, cesium silicate hydrate and the like.
  • Examples of the aluminate hydrate include potassium aluminate hydrate such as lithium aluminate hydrate, sodium aluminate hydrate, potassium aluminate trihydrate, rubidium aluminate hydrate, and cesium aluminate. There are hydrates.
  • the low-melting hydrates e.g., sodium metasilicate nonahydrate (Na 2 SiO 3 ⁇ 9H 2 O: mp 48 ° C.) and sodium metasilicate pentahydrate (Na 2 SiO 3 ⁇ 5H 2 O: mp 72 ° C.).
  • the mixture satisfying the above-described mixture condition determines whether or not the geopolymer raw material contains a compound having a hydrate, more specifically, the alkali stimulator 2 includes the moisture providing material 3.
  • Agent hereinafter referred to as “crystal water-containing alkali stimulator” 2a or an alkali stimulator not containing a compound having a hydrate (hereinafter referred to as “crystal water-free alkali stimulator”) 2b.
  • the substances that are essential for mixing differ depending on the type.
  • the mixture conditions described above will be described in more detail.
  • the first condition is “including aluminum and silicon”
  • the second condition is “at least one of alkaline hydroxide and alkaline silicate.
  • the mixture condition is satisfied when the three conditions of “including a hydrate” and “including a compound having a hydrate” are satisfied as a third condition.
  • the crystallization water-containing alkali stimulant 2a is selected from the first to third conditions, the second condition and the third condition. Meet. Therefore, if the solidifying material 1 that satisfies the first condition and the crystallization water-containing alkali stimulant 2a are mixed, all the first to third mixture conditions are satisfied. In this case, it is not always necessary to add the moisture providing material 3 that satisfies the third condition separately from the geopolymer raw material. That is, in the mixing step S1, the addition of the moisture providing material 3 different from the crystal water-containing alkali stimulant 2a can be omitted.
  • the crystal water-free alkali stimulant 2b satisfies only the second condition, but does not satisfy the third condition. Therefore, in order to prepare the mixture containing the moisture providing material 3, the third condition is satisfied in addition to the solidifying material 1 that satisfies the first condition and the crystallization water-free alkali stimulant 2b that satisfies the second condition. It is essential to add the moisture providing material 3 separately.
  • alkaline silicate hydrate and alkaline aluminate hydrate are applicable as alkaline stimulant 2, respectively, and are alkaline silicate hydrate and alkaline aluminan. Acid salt hydrate. That is, the alkaline silicate hydrate and the alkaline aluminate hydrate can be said to be the moisture providing material 3 also serving as the alkali stimulant 2 or the alkali stimulating agent 2 also serving as the moisture providing material 3.
  • the alkaline silicate hydrate and the alkaline aluminate hydrate are not simply the water providing material 3 but the alkali stimulating agent 2 (crystal water-containing alkali stimulating agent that also serves as the water providing material 3). 2a).
  • a pulverizable solid can be added to the geopolymer raw material.
  • the pulverizable solid is, for example, a radionuclide adsorbent used for water purification.
  • various wastes made of pulverizable solids can be mixed with the geopolymer raw material.
  • Various substances such as pulverizable solids added to the geopolymer raw material are referred to as a solidified substance 4 or a fourth substance.
  • the geopolymer raw material containing the crystal water-containing alkali stimulant 2a obtained in the mixing step S1, or the geopolymer raw material and the water providing material 3 containing the crystal water-free alkali stimulator 2b, the solidified material 4 and the like The mixture prepared by mixing is referred to as Mixture 5.
  • the geopolymer raw material containing the crystal water-containing alkali stimulant 2a, or the geopolymer raw material and water providing material 3 containing the crystal water-free alkali stimulator 2b, and the solidified material 4 A mixture prepared by mixing the above and the like is referred to as a mixture 5.
  • the compression step S2 will be described.
  • the mixture 5 is molded and compressed.
  • the mixture 5 compressed and molded in the compression step S2 is referred to as a compression mixture 6.
  • the compression mixture 6 in which the mixture 5 containing the solidifying material 1 and the alkali stimulant 2 is pressure-molded is more reactive than the case where the pressure-molding is not performed because the solidified material 1 and the alkali stimulant 2 are in close contact with each other. It is possible to create a state where it is easy to proceed.
  • the pressure applied to the mixture 5 in the compression step S2 is set to a pressure of about 1 megapascal [MPa] or more from the viewpoint of increasing the density to stabilize the form and generating the compressed mixture 6.
  • the upper limit value of pressure is an upper limit value in a technically possible range.
  • Curing step S3 is a step of curing the compression mixture 6 to advance the polymerization reaction.
  • the polymerization reaction proceeds by reacting the alkali stimulant 2 and the solidifying material 1 with the moisture in the compressed mixture 6 as a reaction field.
  • the moisture in the compressed mixture 6 is the moisture (moisture) in the atmosphere absorbed by the compressed mixture 6, the moisture originally contained in the mixture 5, and the hydrate contained in the mixture 5. It is the water
  • the crystal water in the hydrate dissociates due to heat above a certain level and changes to moisture, but it is considered that the crystal water tends to dissociate due to the influence of ambient moisture and pressure.
  • the crystallization water in the mixture 5 is easily changed to moisture by the compression step S2 in addition to the temperature and humidity conditions during curing, and promotes the polymerization reaction.
  • the crystallization water of the hydrate present in the compression mixture 6 is promoted and the reaction field is increased. Can be formed to promote the polymerization reaction.
  • the compression mixture 6 in which the polymerization reaction has proceeded is referred to as a post-curing molded body 8.
  • the drying step S4 will be described.
  • the moisture in the molded body 8 after curing is evaporated.
  • the post-curing molded body 8 is naturally dried without any artificial manipulation. However, by adjusting the environment around the post-curing molded body 8 such as the temperature of the atmosphere around the post-curing molded body 8, it can be dried. Can be promoted.
  • the post-curing molded body 8 that has been sufficiently polymerized and satisfies any water content is referred to as a geopolymer molded body 7.
  • the curing process S3 and the drying process S4 may not be strictly distinguished. After the polymerization reaction in the compression mixture 6 proceeds in the curing step S3, the evaporation of moisture proceeds without changing the surrounding conditions in particular, and the geopolymer molded body 7 can be considered.
  • the drying step S4 can be omitted.
  • the drying step S4 can also be omitted when remaining water does not matter.
  • the compression mixture 6 which passed through compression process S2 has not progressed geopolymerization, it may have sufficient intensity
  • geopolymerization is progressing during carrying out and installation, and it is considered that the curing step S3 is performed. That is, in the process of molding the geopolymer molded body 7, the compression mixture 6 that has undergone the mixing step S1 and the compression step S2 naturally goes through the curing step S3, without artificially providing the curing step S3. The geopolymer molded body 7 is obtained.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a geopolymer molded body manufacturing system 10 which is an example of a geopolymer molded body manufacturing system according to the present embodiment.
  • the geopolymer molded body manufacturing system 10 includes, for example, a mixture preparation unit 11, a pressurization unit 12, a curing unit 13, and a drying unit 14.
  • the mixture preparation means 11 adds the solidified material 1 and the crystal water-containing alkaline stimulant 2a and, if necessary, the solidified material 4 and mixes them together. Mix 5 is prepared.
  • the crystal water-free alkali stimulant 2b is used as the alkali stimulant 2
  • the solidifying material 1, the crystal water-free alkali stimulant 2b, the moisture providing material 3, and the solidified material 4 as necessary are added. Mix 5 and prepare mixture 5.
  • the pressurizing unit 12 has a function of generating a compression mixture 6 that is a molded body obtained by compression molding the mixture 5.
  • a mold 121 that contains the mixture 5 and a pressure set in the mold 121.
  • a pressurizing part 122 for applying the pressure.
  • the curing means 13 has a function of accelerating the polymerization reaction by curing the compression mixture 6.
  • the curing chamber 131 that provides a space for curing the compression mixture 6 and the atmosphere of the curing chamber 131 are adjusted.
  • an air conditioning unit 132 that provides a space for curing the compression mixture 6 and the atmosphere of the curing chamber 131 are adjusted.
  • the air conditioning unit 132 adjusts the atmosphere in the curing room 131 so that water molecules of the hydrate existing in the compressed mixture 6 are melted, so that it is suitable for promoting the polymerization reaction of the compressed mixture 6. Adjust to the desired environment. When the water molecules of the hydrate existing in the compression mixture 6 are melted, moisture is provided in the compression mixture 6 to form a reaction field for the geopolymer reaction. In the formed reaction field, the polymerization reaction of the compressed mixture 6 proceeds.
  • the size of the curing room 131 only needs to be large enough to cure at least one compression mixture 6.
  • the air conditioning unit 132 has, for example, a temperature control function for controlling the temperature of the atmosphere in the curing room 131, and adjusts the temperature in the curing room 131 to maintain the temperature within a predetermined range.
  • the air conditioning unit 132 is configured to be capable of raising the temperature at least up to the melting point of the hydrate to be used, that is, the melting point of the crystallization water-containing alkali stimulant 2a or the moisture providing material 3.
  • the drying means 14 has a function of accelerating the evaporation of moisture from the compressed mixture 6 in which the polymerization reaction has progressed, that is, the post-curing molded body 8.
  • the drying means 14 promotes the evaporation of moisture inherent in the post-curing molded body 8 ( A drying chamber 141 that provides a space to be dried, and an air conditioning unit 142 that adjusts the internal atmosphere of the drying chamber 141.
  • the air conditioning unit 142 adjusts the atmosphere of the drying chamber 141 to a more preferable environment so that the evaporation of moisture existing in the molded body 8 after curing is promoted.
  • the size of the drying chamber 141 only needs to have a size (space) that can cure at least one compression mixture 6.
  • the air-conditioning unit 142 has a function of adjusting the atmospheric conditions such as the temperature of the drying chamber 141 and the relative humidity so that it becomes a preferable environment for promoting the evaporation of moisture from the molded body 8 after curing.
  • the curing means 13 and the drying means 14 mentioned above are examples provided with the air-conditioning part 132 and the air-conditioning part 142, respectively, if curing and drying are fully performed in air
  • the curing means 13 can be responsible not only for the curing step S3 for proceeding the polymerization reaction, but also for the drying step S4 for evaporating water remaining in the geopolymer after the polymerization reaction.
  • the temperature and humidity can be adjusted to promote the evaporation of water remaining in the geopolymer.
  • the drying means 14 can be omitted.
  • the curing means 13 and the drying means 14 can be omitted in the case of carrying out as a building material or a waste body. Even if the curing means 13 and the drying means 14 are not provided, the polymerization reaction and drying of the compressed mixture 6 proceed naturally.
  • a compound containing a hydrate is used as moisture for forming a reaction field for the geopolymer reaction.
  • the geopolymer reaction can proceed without adding water to produce the geopolymer molded body 7 (post-cured molded body 8).
  • the mixture 5 is prepared without adding water, the mixture 5 does not become a slurry compared to the conventional geopolymer molded body manufacturing method and geopolymer molded body manufacturing system, and the mixture 5 adheres to the stirring blade during mixing. Or troubles such as clogging of pipes during transportation, and inspection work considering such troubles can be reduced. Therefore, the time required for troubleshooting and inspection work that has occurred in the conventional geopolymer molded body manufacturing method or the like is reduced, and the production efficiency of the geopolymer molded body 7 (post-cured molded body 8) can be increased.
  • the crystal water-containing alkali stimulant 2a which is a hydrate-containing compound, as the alkali stimulant 2
  • the number of substances necessary for the preparation of the mixture 5 is reduced. Can be reduced.
  • the water containing water can be uniformly dispersed in the compressed mixture 6 by using the alkali stimulant 2a containing crystal water as the alkali stimulant 2, the existing hydrate is melted to initiate the geopolymer reaction.
  • a homogeneous geopolymer molded body 7 (post-cured molded body 8) can be obtained.
  • Metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m [ ⁇ m]) was used as the solidifying material 1, and sodium metasilicate nonahydrate, which is a crystallization water-containing alkaline stimulant 2a that also serves as the water providing material 3 as the alkaline stimulant 2. . Specifically, 40.0 g of metakaolin and 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the compressed mixture 6 demolded from the mold 121 was placed in a curing room 131 (FIG. 2) and cured for 23 days under the condition of an air temperature of 25 ° C.
  • the uniaxial compressive strength of the post-curing molded body 8 that is the compressed mixture 6 after curing, that is, the geopolymer molded body 7 was measured.
  • the drying process is omitted.
  • Metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m) was used as the solidifying material 1, and sodium metasilicate nonahydrate, which is a crystallization water-containing alkali stimulating agent 2a that also serves as the water providing material 3 as the alkali stimulating agent 2. Specifically, 40.0 g of metakaolin and 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the compressed mixture 6 demolded from the mold 121 was placed in the curing room 131 (FIG. 2) and cured for 7 days under the condition of an air temperature of 60 ° C.
  • the uniaxial compressive strength of the post-curing molded body 8 which is the compression mixture 6 after curing was measured.
  • the mass of the molded body 8 after curing was measured.
  • the mass of the geopolymer molded body 7 obtained by further putting the geopolymer molded body 7 into the drying chamber 141 (FIG. 2) and drying for 24 hours at a temperature of 200 ° C. was measured.
  • the moisture content (moisture content: mass percent) of the molded body 8 after curing was calculated from the masses of the molded body 8 and the geopolymer molded body 7. As a result of the calculation, the moisture content of the molded body 8 after curing was 3.2 mass percent.
  • Metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m) as the solidifying material 1 and sodium metasilicate nonahydrate and potassium aluminate trihydrate, which are crystallized water-containing alkaline stimulants 2a that also serve as the water providing material 3 as the alkaline stimulants 2 It was used. Specifically, 40.0 g of metakaolin, 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate, and 16.5 g of potassium aluminate trihydrate were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the compressed mixture 6 demolded from the mold 121 was placed in the curing room 131 (FIG. 2) and cured for 7 days under the condition of an air temperature of 60 ° C.
  • the uniaxial compression strength of the geopolymer molded body 7 obtained after curing was measured.
  • the drying process is omitted.
  • An example of the solidified material 4 is metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m) as the solidifying material 1, sodium metasilicate nonahydrate which is the crystallization water-containing alkaline stimulating agent 2 a that also serves as the water providing material 3 as the alkaline stimulant 2.
  • Chabazite which is a simulated product of used radionuclide adsorbent (radioactive waste), was used. Specifically, 40.0 g of metakaolin, 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate, and 80 g of chabazite powder were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the compressed mixture 6 demolded from the mold 121 was placed in the curing room 131 (FIG. 2) and cured for 7 days under the condition of an air temperature of 60 ° C.
  • the uniaxial compression strength of the geopolymer molded body 7 obtained after curing was measured.
  • the drying process is omitted.
  • Metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m) was used as the solidifying material 1, and sodium metasilicate nonahydrate, which is a crystallization water-containing alkali stimulating agent 2a that also serves as the water providing material 3 as the alkali stimulating agent 2. Specifically, 40.0 g of metakaolin and 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the mixture 5 demolded from the first to fourth molds 121 was a molded body capable of stably maintaining the shape, and the compression mixture 6 could be obtained.
  • first to fourth compression mixtures 6 demolded from the first to fourth molds 121 are placed in the curing chamber 131 (FIG. 2), and the temperature is 60 ° C. And cured for 7 days.
  • the uniaxial compressive strength of the first to fourth geopolymer molded bodies 7 obtained by curing the first to fourth compression mixtures 6 under the above curing conditions was measured.
  • the drying process is omitted.
  • Metakaolin (average particle size 1.3 ⁇ m) was used as the solidifying material 1, and sodium metasilicate nonahydrate, which is a crystallization water-containing alkali stimulating agent 2a that also serves as the water providing material 3 as the alkali stimulating agent 2. Specifically, 40.0 g of metakaolin and 32.0 g of sodium metasilicate nonahydrate were added to prepare a mixture 5 (mixed powder).
  • the mixtures 5 demolded from the respective molds 121 were all molded bodies capable of stably maintaining the shape, and the compression mixture 6 could be obtained.
  • the three compression mixtures 6 obtained here correspond to the fourth compression mixture 6 in the fifth embodiment described above, and in the description to be described later, This is referred to as a compression mixture 6.
  • each compression mixture 6 obtained by demolding from each mold 121 are placed in the curing room 131 (FIG. 2), and each of the curing periods is changed under a temperature environment of 60 ° C. I was cured.
  • the curing period of each compression mixture 6 is 5 minutes for the fifth compression mixture 6, 10 minutes for the sixth compression mixture 6, and 30 minutes for the seventh compression mixture 6.
  • the X-ray diffraction spectrum by the powder X-ray diffraction method was measured for the fifth to seventh compression mixtures 6 after the above curing periods had elapsed. In this embodiment, the drying process is omitted.
  • 3 to 5 show the geopolymer molded body manufacturing conditions of the first to fifth examples of the geopolymer molded body manufacturing method according to the present embodiment and the geopolymer molded body 7 according to the first to fifth examples. It is explanatory drawing explaining the intensity test result.
  • Samples # 1 to # 4 shown in FIG. 3 are geopolymer molded bodies 7 obtained in the first to fourth examples, respectively.
  • Samples # 5 to # 7 shown in FIG. 4 are the first to third geopolymer molded bodies 7 obtained in the fifth example, respectively.
  • the manufacturing conditions of the 4th geopolymer molded object 7 in a 5th Example are the same as the geopolymer molded object manufacturing conditions in a 2nd Example, Comprising: The geo of sample # 2 described in FIG. Since the polymer molding production conditions and the strength test results overlap, the description is omitted in FIG.
  • Samples # 8 to # 10 shown in FIG. 5 are molded bodies obtained by curing the fifth to seventh compression mixtures 6, respectively.
  • sample # 1 the measurement results of the uniaxial compressive strength of the geopolymer molded body 7 are shown. Is 12.6 MPa, and the uniaxial compressive strength of solidified radioactive waste (hereinafter referred to as “cement solidified body”) required when solidifying radioactive waste with cement is used.
  • cement solidified body the uniaxial compressive strength of solidified radioactive waste
  • sample # 2 (second example), the measurement result of the uniaxial compressive strength of the geopolymer molded body 7 is 34.9 MPa, which is sufficient for the uniaxial compressive strength of 1.47 MPa required for the cement solidified body.
  • a geopolymer molded body 7 having compressive strength could be obtained.
  • the curing temperature is 60 ° C., which is higher than the melting point of sodium metasilicate nonahydrate, so that the curing period (7 days) is shorter than that of the first embodiment (23 days curing period). ), A geopolymer molded body 7 having higher uniaxial compressive strength could be obtained.
  • the measurement result of the uniaxial compressive strength of the geopolymer molded body 7 is 38.0 MPa, which is sufficient for the uniaxial compressive strength 1.47 MPa required for the cement solid body.
  • a geopolymer molded body 7 having compressive strength could be obtained.
  • a geopolymer molded body having higher uniaxial compressive strength under the same curing conditions as in the second example by adding potassium aluminate trihydrate to the second example. 7 could be obtained.
  • the measurement result of the uniaxial compressive strength of the geopolymer molded body 7 is 2.4 MPa, and even when chabazite is further added as the solidified material 4, it is required for the cement solidified body. Thus, it was possible to obtain a geopolymer molded body 7 having a sufficient uniaxial compressive strength with respect to the uniaxial compressive strength of 1.47 MPa.
  • the geopolymer molded body 7 As the geopolymer molded body manufacturing conditions and strength test results shown in FIG. 4 (samples # 5 to # 7), in samples # 5 to # 7 (fifth example), the geopolymer molded body 7
  • the measurement results of the uniaxial compressive strength are 13.5 MPa, 18.0 MPa and 22.1 MPa, respectively, which is sufficient for the uniaxial compressive strength of 1.47 MPa required for the cement solid body under any molding pressure conditions. It was possible to obtain a geopolymer molded body 7 having a uniaxial compressive strength.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram (graph) showing the uniaxial compressive strength of the geopolymer molded body 7 (samples # 5, # 6, # 7, and # 2) obtained with respect to the molding pressure.
  • the point groups (points P1 to P4) shown in FIG. 6 indicate the uniaxial compressive strengths of the sample # 5, the sample # 6, the sample # 7, and the sample # 2, respectively.
  • the uniaxial compressive strengths of Samples # 5 to # 7 and # 2 are 13.5 MPa, 18.0 MPa, 22.1 MPa, and 34.9 MPa, respectively.
  • the body 7 is obtained.
  • the geopolymer molded body 7 having sufficient uniaxial compressive strength with respect to the uniaxial compressive strength 1.47 MPa required for the cement solidified body is used.
  • a molding pressure of at least 1.0 MPa is sufficient.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the measurement result (X-ray diffraction pattern) of the mixture 5 (powder) prepared in the second example by the X-ray diffraction method
  • FIG. 8 is finally obtained in the second example. It is explanatory drawing which shows the measurement result (X-ray diffraction pattern) by the X-ray-diffraction method of the ground material which grind
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the measurement result (X-ray diffraction pattern) of the pulverized product obtained by pulverizing the molded body (sample # 8 and sample # 9) finally obtained in the sixth example by the X-ray diffraction method.
  • FIG. 9A is a diagram showing the measurement result of the pulverized product obtained by pulverizing the sample # 8
  • FIG. 9B is a diagram showing the measurement result of the pulverized product obtained by pulverizing the sample # 9.
  • FIG. 10 is an explanatory view showing the measurement result (X-ray diffraction pattern) of the pulverized product obtained by pulverizing the molded body (sample # 10) finally obtained in the sixth example by the X-ray diffraction method.
  • the sodium metasilicate nonahydrate (as a crystalline compound in the mixture 5) is observed in the X-ray diffraction spectrum of the mixture 5 (powder) satisfying the mixture condition. It was confirmed that a peak of (Na 2 SiO 3 .9H 2 O) appeared. That is, in the mixture 5 satisfying the mixture condition, the polymer reaction has not yet progressed, and it has been confirmed that the mixture 5, that is, the solidified material 1 and the crystal water-containing alkali stimulator 2 a are simply mixed.
  • the X-ray diffraction spectrum of the finally obtained molded body shows sodium metasilicate as a crystalline compound.
  • the peak of nonahydrate (Na 2 SiO 3 .9H 2 O) could not be confirmed, and it was confirmed that the peak that could be confirmed in the mixture 5 disappeared. That is, in the molded product finally obtained in the second example, sodium metasilicate nonahydrate (Na 2 SiO 3 .9H 2 O) as a crystalline compound is amorphized, and the polymer reaction Is in a state of progress. That is, it can be seen that the geopolymer molded body 7 was formed.
  • FIGS. 7 and 8 are the analysis results of the mixture 5 and the geopolymer molded body 7 (sample # 2) according to the second example. It was confirmed that the same analysis results were obtained for the examples (samples # 1 and # 3 to # 7) of 5 and 5.
  • a geopolymer molded body manufacturing method and geopolymer molded body manufacturing system are applied, a geopolymer molded body can be created without slurrying the geopolymer raw material or the like. Therefore, maintenance due to adhesion to a manufacturing system or the like is reduced, and a geopolymer molded body can be manufactured while preventing a decrease in manufacturing efficiency.
  • moisture can be supplied uniformly, and a geopolymer reaction can be promoted to produce a uniform geopolymer molded body. it can.
  • a mixture for forming a reaction field is prepared by mixing a solidifying material and a crystallization water-containing alkali stimulator without adding a moisture providing material separately. Can do. Therefore, a geopolymer molded body can be produced with less material.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be implemented in various forms other than the above-described example in the implementation stage.
  • the present invention can be variously omitted, added, replaced, and changed without departing from the gist of the invention.
  • These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
  • SYMBOLS 1 Solidifying material, 2 ... Alkali stimulant, 2a ... Alkaline stimulant containing crystallization water, 2b ... Alkaline stimulant containing no crystallization water, 3 ... Water providing material, 4 ... Solidified material, 5 ... Mixture, 6 ... Compression mixing 7 ... Geopolymer molded body, 8 ... Molded body after curing, 10 ... Geopolymer molded body manufacturing system, 11 ... Mixture preparation means, 12 ... Pressurizing means, 13 ... Curing means, 14 ... Drying means, 121 ... Mold Frame 122, pressurizing unit, 13 curing unit, 131 curing room, 132 air conditioning unit, 14 drying unit, 141 drying chamber, 142 air conditioning unit

Abstract

ジオポリマー成型体製造方法は、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、及びアルカリ性の水酸化物の水和物およびアルカリ性のケイ酸塩の水和物うち少なくとも何れか一方を含むアルカリ刺激剤の水和物を混合する混合工程（Ｓ１）と、混合工程（Ｓ１）で得られた混合物を圧縮成型し圧縮混合体とする圧縮工程（Ｓ２）と、圧縮混合体を養生する養生工程（Ｓ３）とを有する。

Description

ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システム
　本発明は、ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムに関する。
　原子力発電所の運転に伴い発生する、比較的半減期が短く線量が低い放射性廃棄物は、ドラム缶に充填し固化されている。固化材としては、一般的にセメント、アスファルト、エポキシ樹脂が用いられるが、最近ではジオポリマーを用いて固化することが検討されている。ジオポリマーは放射性廃棄物の固化材以外に建材等として用いられることがある。
　ジオポリマーは、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）などを主成分とするアルミノケイ酸塩と呼ばれる非晶質の無機固化材である。ジオポリマーはジオポリマー構造中に水和物のような不可分に含まれる水分がないが、ジオポリマー原料の混合時および反応時に水を必要とする。以下、任意の形状に硬化させたジオポリマーをジオポリマー成型体、ジオポリマー成型体を構成する原料をジオポリマー原料と呼称する。
特許第５８０７７８５号公報 特許第５６６１４９２号公報
　ジオポリマーの原料は、多くの場合は粉状や粒状である。一般にジオポリマーを作成する際、ジオポリマー原料に水を添加しスラリー状にして混合させ、型に流し込み、ポリマー化反応を進め、硬化させる。スラリー状となったジオポリマー原料と水の混合物は、混合時に攪拌翼に付着しやすく、また、移送時に配管等に詰まりやすい。そのため、頻繁に装置のメンテナンスが必要であった。また、メンテナンスに割く工程が多くなるため、ジオポリマー成型体の製造効率が低下する。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ジオポリマー原料をスラリー化させることなくジオポリマー成型体を作成可能なジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法は、上述した課題を解決するため、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、及び、アルカリ性の水酸化物の水和物およびアルカリ性のケイ酸塩の水和物のうち少なくともいずれか一方を含むアルカリ刺激剤の水和物を混合する混合工程と、前記混合物を圧縮成型し圧縮混合体とする圧縮工程と、前記圧縮混合体を養生する養生工程と、を有することを特徴とする。
　また、本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法は、上述した課題を解決するため、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくともいずれか一方を含むアルカリ刺激剤、及び、結晶水を有する水和物を混合する混合工程と、前記混合工程で得られた混合物を圧縮成型し圧縮混合体とする圧縮工程と、前記圧縮混合体を養生する養生工程と、を有することを特徴とする。
　本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムは、上述した課題を解決するため、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくともいずれか一方を含む第２の物質および水和物を持つ化合物を含む第３の物質から、アルミニウムおよびケイ素を含むことを条件とする第１の条件、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくともいずれか一方を含むことを条件とする第２の条件および水和物を持つ化合物を含むことを条件とする第３の条件を全て満たす混合物を、少なくとも前記第１の物質および前記第２の物質を用いて調製する混合物調製手段と、前記混合物を収容する型枠を備え前記型枠内に設定した圧力を加える加圧手段と、前記加圧手段によって圧縮成型された前記混合物を保持し、前記混合物周囲の気体条件を調節する空調手段を有する養生手段と、を具備することを特徴とする。
　本発明の実施形態によれば、製造効率の低下を防ぎながらジオポリマー成型体を製造可能なジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを提供することができる。
本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法のフローチャート。 本実施形態に係るジオポリマー成型体システムの構成例を示す概略図。 本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法を適用して製造したジオポリマー成型体に係る第１～４の実施例（試料＃１～＃４）のジオポリマー成型体製造条件、並びに第１～４の実施例に係るジオポリマー成型体の強度試験結果を説明する説明図（一覧表）。 本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法を適用して製造したジオポリマー成型体に係る第５の実施例（試料＃５～＃７）のジオポリマー成型体製造条件、並びに第５の実施例に係るジオポリマー成型体の強度試験結果を説明する説明図（一覧表）。 本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法を適用して製造したジオポリマー成型体に係る第６の実施例（試料＃８～＃１０）のジオポリマー成型体製造条件を説明する説明図（一覧表）。 成型圧力に対して得られるジオポリマー成型体（試料＃５，＃６，＃８，＃２）の一軸圧縮強度を示した説明図（グラフ）。 第２の実施例で調製した混合物（紛体）のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図。 第２の実施例で最終的に得られた成型体（試料＃２）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図。 第６の実施例において、最終的に得られた成型体（試料＃８，＃９）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図であり、（Ａ）が試料＃８を粉砕した粉砕物の計測結果を示す図、（Ｂ）が試料＃９を粉砕した粉砕物の計測結果を示す図。 第６の実施例において、最終的に得られた成型体（試料＃１０）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図。
　以下、本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを添付図面に基づいて説明する。
　図１は、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法のフローチャートである。なお、図中のＳ１～Ｓ４は工程を示す符号であり、後述する符号Ｓ１～Ｓ４と対応している。
　本実施形態のジオポリマー成型体製造方法は、後述する混合物条件を満たすように、ジオポリマー原料と必要な添加物とを混合して混合物を得る混合工程Ｓ１と、混合物を圧縮して圧縮混合体を生成する圧縮工程Ｓ２と、圧縮混合体を養生する工程Ｓ３と、養生後の圧縮混合体を乾燥させる乾燥工程Ｓ４を具備する。
　以下、混合工程Ｓ１について説明する。混合工程Ｓ１では、少なくともジオポリマー原料を含み、かつ水分子を含む物質（水和物）を持つ化合物（以下、「水分提供材」とする。）を含むことを条件とする混合物条件を満たす混合物を調製する。
　ここで、ジオポリマー原料とは、ジオポリマーを形成する材料であり、少なくとも固化材１（図２）およびアルカリ刺激剤２（図２）を含有する。また、ジオポリマーとは、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）などを主成分とする非晶質材料の重合体（ポリマー）をいう。
　固化材１としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）を含む化合物（以下、「アルミナシリカ」とする。）を用いることができる。アルミナシリカとしては、例えば、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰（フライアッシュを含む）、ゼオライト、モルデナイト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどがある。なお、フライアッシュとは、微粉砕した石炭を燃焼した後に捕集された飛灰であって、製品として管理されるものをいう。以下、固化材１を第１の物質とも呼称する。
　アルカリ刺激剤２（２ａ，２ｂ）としては、例えば、アルカリ性の水酸化物やアルカリ性のケイ酸塩を用いることができる。アルカリ性の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムなどがある。また、ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウムなどがある。
　なお、ケイ酸塩には、オルト、メタなど様々な化学形態のものが存在するが、特定の化学形態に限定されることなく何れの化学形態のケイ酸塩であってもアルカリ刺激剤２として採用することができる。また、アルカリ性の水酸化物やアルカリ性のケイ酸塩に、さらにアルミン酸塩を添加したアルカリ刺激剤２として採用することができる。以下、アルカリ刺激剤２を第２の物質とも呼称する。
　水分提供材３（図２）としては、例えば、アルカリ性のケイ酸塩の水和物（ケイ酸塩水和物）、アルカリ性のアルミン酸塩の水和物（アルミン酸塩水和物）等のアルカリ性の水和物を含む化合物や硫酸ナトリウム十水和物等の中性の水和物を含む化合物を用いることができる。以下、水分提供材３を第３の物質とも呼称する。
　水分提供材３は、ポリマー化反応の観点からすれば、アルカリ性の水和物を含む化合物または融点が１００℃以下となる水和物（以下、「低融点水和物」とする。）を含む化合物が好ましく、アルカリ性の低融点水和物を含む化合物がより好ましい。また、水分提供材３は、アルカリ性の低融点水和物を含む化合物のうち、融点が混合物５を調製する際の作業場の温度よりも高いこと、すなわち混合物５を調製する際に融解しないものがさらに好ましい。
　アルカリ性の水和物を含む化合物としては、例えば、アルカリ性のケイ酸塩水和物およびアルカリ性のアルミン酸塩水和物がある。ケイ酸塩水和物としては、例えば、ケイ酸リチウム水和物、メタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）等のケイ酸ナトリウム水和物、四ケイ酸カリウム一水和物等のケイ酸カリウム水和物、ケイ酸ルビジウム水和物、ケイ酸セシウム水和物等がある。アルミン酸塩水和物としては、例えば、アルミン酸リチウム水和物、アルミン酸ナトリウム水和物、アルミン酸カリウム三水和物等のアルミン酸カリウム水和物、アルミン酸ルビジウム水和物、アルミン酸セシウム水和物等がある。
　低融点水和物としては、例えば、メタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ：融点４８℃）やメタケイ酸ナトリウム五水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・５Ｈ２Ｏ：融点７２℃）等がある。
　混合工程Ｓ１において、上述した混合物条件を満たす混合物は、ジオポリマー原料が水和物を持つ化合物を含んでいるか否か、より具体的には、アルカリ刺激剤２が水分提供材３を含むアルカリ刺激剤（以下、「結晶水含有アルカリ刺激剤」とする。）２ａであるか、水和物を持つ化合物を含まないアルカリ刺激剤（以下、「結晶水不含アルカリ刺激剤」とする。）２ｂかによって混合に必須となる物質が異なる。
　上述した混合物条件について、より詳細に説明すれば、第１の条件として「アルミニウムおよびケイ素を含むこと」、第２の条件として「アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含むこと」および第３の条件として「水和物を持つ化合物を含むこと」の三つの条件を満たす場合に混合物条件を満たす。
　結晶水含有アルカリ刺激剤２ａを含むジオポリマー原料が混合される場合、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａは、上記第１～３の条件のうち、第２の条件および第３の条件の二つの条件を満たす。そのため、第１の条件を満たす固化材１と結晶水含有アルカリ刺激剤２ａとを混合すれば、第１～第３の混合物条件を全て満たす。この場合、必ずしもジオポリマー原料とは別に第３の条件を満たす水分提供材３をさらに加える必要はない。すなわち、混合工程Ｓ１において、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａとは別の水分提供材３の添加を省略することができる。
　一方、結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂを含むジオポリマー原料が混合される場合、結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂは、第２の条件のみを満たす一方、第３の条件を満たさない。そのため、水分提供材３を含む混合物を調製するためには、第１の条件を満たす固化材１および第２の条件を満たす結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂに加えて、第３の条件を満たす水分提供材３を別途加えることが必須となる。
　上述した水分提供材３のうち、アルカリ性のケイ酸塩水和物およびアルカリ性のアルミン酸塩水和物は、それぞれ、アルカリ刺激剤２として適用可能な、アルカリ性のケイ酸塩の水和物およびアルカリ性のアルミン酸塩の水和物である。すなわち、アルカリ性のケイ酸塩水和物およびアルカリ性のアルミン酸塩水和物は、アルカリ刺激剤２を兼ねる水分提供材３、または水分提供材３を兼ねるアルカリ刺激剤２といえる。
　従って、本実施形態においては、アルカリ性のケイ酸塩水和物およびアルカリ性のアルミン酸塩水和物を、単なる水分提供材３ではなく、水分提供材３を兼ねるアルカリ刺激剤２（結晶水含有アルカリ刺激剤２ａ）として適用することができる。
　また、混合工程Ｓ１では、粉砕可能な固体をジオポリマー原料に添加することができる。粉砕可能な固体とは、例えば、水浄化の際に用いられた放射性核種吸着剤であるものとする。その他、粉砕可能な固体などからなる様々な廃棄物もジオポリマー原料に混合させることができる。ジオポリマー原料に添加する粉砕可能な固体などからなる様々な物質を、被固化物４または第４の物質と呼称する。
　以下、混合工程Ｓ１で得られる、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａを含むジオポリマー原料と、または結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂを含むジオポリマー原料および水分提供材３と、被固化物４等とを混合して調製した混合物を混合物５と呼称する。なお、被固化物４を混合しない場合、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａを含むジオポリマー原料と、または結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂを含むジオポリマー原料および水分提供材３と、被固化物４等とを混合して調製した混合物を混合物５と呼称する。
　次に、圧縮工程Ｓ２について説明する。圧縮工程Ｓ２では、混合物５を成型し圧縮する工程である。圧縮工程Ｓ２で圧縮および成型された混合物５を圧縮混合体６と呼称する。固化材１およびアルカリ刺激剤２を含む混合物５が加圧成型された圧縮混合体６は、固化材１とアルカリ刺激剤２とが密着するので、加圧成型を行わない場合と比べてより反応が進み易い状態を作ることができる。
　圧縮工程Ｓ２で混合物５に印加される圧力は、形態を安定させるために高密化させて圧縮混合体６を生成する観点から、約１メガパスカル［ＭＰａ］以上の圧力に設定される。圧力の上限値は、技術的に可能な範囲の上限値である。
　次に、養生工程Ｓ３について説明する。養生工程Ｓ３は圧縮混合体６を養生してポリマー化反応を進行させる工程である。ポリマー化反応は、圧縮混合体６中の水分が反応場となってアルカリ刺激剤２と固化材１が反応することで、進行する。圧縮混合体６中の水分は、圧縮混合体６に吸収された雰囲気中の湿分（水分）や、もともと混合物５中に含まれていた湿分、混合物５中に含有されていた水和物に由来する水分である。
　水和物中の結晶水は、ある一定以上の熱によって乖離し水分に変わることが知られているが、周囲の湿分や圧力の影響で乖離しやすくなることが考えられる。本実施形態では、養生中の温度や湿度条件に加え、圧縮工程Ｓ２によって混合物５中の結晶水が水分に変わりやすくなり、ポリマー化反応を促進すると考えられる。
　なお、養生工程Ｓ３では圧縮混合体６周囲の雰囲気の温度等、圧縮混合体６周囲の環境を調整することで、圧縮混合体６に内在する水和物の結晶水の乖離が促進され反応場が形成され、ポリマー化反応を促進させることができる。ポリマー化反応が進んだ圧縮混合体６を養生後成型体８と呼称する。
　次に、乾燥工程Ｓ４について説明する。乾燥工程Ｓ４では養生後成型体８中の水分を蒸発させる工程である。人為的に手を加えなくても、養生後成型体８の乾燥は自然に進むが、養生後成型体８周囲の雰囲気の温度等、養生後成型体８周囲の環境を調整することで、乾燥を促進させることができる。ポリマー化が十分に進み、任意の含水率を満たした養生後成型体８をジオポリマー成型体７と呼称する。
　なお、養生工程Ｓ３と乾燥工程Ｓ４は厳密に区別されない場合もある。養生工程Ｓ３で圧縮混合体６内のポリマー化反応が進んだ後、特に周囲の条件を変えることなく、水分の蒸発が進み、ジオポリマー成型体７となることも考えられる。
　また、混合工程Ｓ１ではジオポリマー原料とは別に水を加えていないため、従来のジオポリマー成型体製造方法で得られるジオポリマー原料と水との混合物に対して混合物５の水分量はかなり低く、圧縮混合体６および養生後成型体８中の水分量も低くなる。従って、養生工程Ｓ３で養生後成型体８に残存する水分が十分に低い場合、すなわち養生工程Ｓ３で内部の水分が十分に蒸発している場合には乾燥工程Ｓ４を省略することができる。水の残存が問題にならない場合にも、乾燥工程Ｓ４を省略することができる。
　また、圧縮工程Ｓ２を経た圧縮混合体６は、ジオポリマー化が進んでいないものの、用途によっては十分な強度を有している場合がある。そのため、圧縮混合体６の段階で、例えば、建材や廃棄物固化体として搬出される場合がある。しかし、搬出中や設置中にジオポリマー化は進んでおり、養生工程Ｓ３は行われているものと考えられる。すなわち、ジオポリマー成型体７を成型する過程で、人為的に養生工程Ｓ３を設けなくても、混合工程Ｓ１および圧縮工程Ｓ２を経た圧縮混合体６は、自然に養生工程Ｓ３を経ることとなり、ジオポリマー成型体７となる。
　続いて、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムについて、一例（図２）を示して説明する。
　図２は、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムの一例であるジオポリマー成型体製造システム１０の構成例を示す概略図である。
　ジオポリマー成型体製造システム１０は、例えば、混合物調製手段１１と、加圧手段１２と、養生手段１３と、乾燥手段１４とを具備する。
　混合物調製手段１１は、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａをアルカリ刺激剤２として用いる場合、固化材１および結晶水含有アルカリ刺激剤２ａと、必要に応じて被固化物４を加えて混ぜ合わせることで混合物５を調製する。一方、結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂをアルカリ刺激剤２として用いる場合、固化材１および結晶水不含アルカリ刺激剤２ｂと、水分提供材３と、必要に応じて被固化物４等を加えて混ぜ合わせることで混合物５を調製する。
　加圧手段１２は、混合物５を圧縮成型した成型体である圧縮混合体６を生成する機能を有し、例えば、混合物５を収容する型枠１２１と、型枠１２１の内部に設定される圧力を加える加圧部１２２とを備える。
　圧縮混合体６を生成する際に混合物５に加える圧力は、大きい程、廃棄物を処理する場合には物量を圧縮できる点では有利といえる一方、混合物５に加える圧力の上限値を高めることは、設備コストなどが増大する点に留意する必要がある。
　養生手段１３は、圧縮混合体６を養生してポリマー化反応を促進させる機能を有し、例えば、圧縮混合体６を養生する空間を提供する養生室１３１と、養生室１３１の雰囲気を調節する空調部１３２とを備える。
　養生手段１３では、空調部１３２が養生室１３１内の雰囲気を圧縮混合体６に内在する水和物の水分子が融解するように調節することで、圧縮混合体６のポリマー化反応促進に適した環境に調節する。圧縮混合体６に内在する水和物の水分子が融解すると、圧縮混合体６内に水分が提供され、ジオポリマー反応の反応場が形成される。形成された反応場では、圧縮混合体６のポリマー化反応が進行する。
　養生室１３１の大きさは、少なくとも１個の圧縮混合体６を養生可能な大きさを有していればよい。
　空調部１３２は、例えば、養生室１３１の雰囲気の気温を制御する調温機能を有しており、養生室１３１内の温度を調節し、所定範囲内の温度を維持する。また、空調部１３２は、少なくとも、使用する水和物の融点、すなわち結晶水含有アルカリ刺激剤２ａまたは水分提供材３の融点までは昇温可能に構成される。
　乾燥手段１４は、ポリマー化反応が進んだ圧縮混合体６、すなわち養生後成型体８から水分の蒸発を促進させる機能を有し、例えば、養生後成型体８に内在する水分の蒸発を促進（乾燥）させる空間を提供する乾燥室１４１と、乾燥室１４１の内部雰囲気を調節する空調部１４２とを備える。
　乾燥手段１４では、養生後成型体８に内在する水分の蒸発が促進されるよう、空調部１４２が乾燥室１４１の雰囲気をより好ましい環境に調節する。
　乾燥室１４１の大きさは、少なくとも１個の圧縮混合体６を養生可能な大きさ（空間）を有していればよい。
　空調部１４２は、養生後成型体８から水分の蒸発を促進させるのに好ましい環境となるように、例えば、乾燥室１４１の雰囲気の温度や相対湿度等の雰囲気条件を調節する機能を有する。
　なお、上述した養生手段１３および乾燥手段１４は、それぞれ、空調部１３２および空調部１４２を備える例であるが、養生および乾燥が大気中で十分に行われるのであれば、空調部１３２や空調部１４２を省略することもできる。
　また、養生手段１３はポリマー化反応を進める養生工程Ｓ３だけでなく、ポリマー化反応後にジオポリマー中に残った水分を蒸発させる、乾燥工程Ｓ４を担うことができる。養生手段１３で養生を進めジオポリマーが形成された後、温度や湿度を調整しジオポリマー中に残った水分の蒸発を促進させることができる。この場合、乾燥手段１４を省略することが可能である。
　また、加圧手段１２を経た圧縮混合体６の状態で、建材や廃棄体として搬出する場合には、養生手段１３および乾燥手段１４を省略することも可能である。養生手段１３および乾燥手段１４を具備していない場合であっても、圧縮混合体６のポリマー化反応および乾燥は自然に進む。
　このように、ジオポリマー成型体製造方法（ステップＳ１～ステップＳ４）およびジオポリマー成型体製造システム１０では、ジオポリマー反応の反応場を形成するための水分として、水和物を含む化合物を用いることにより、水を加えなくてもジオポリマー反応を進行させてジオポリマー成型体７（養生後成型体８）を製造することができる。
　また、水を加えずに混合物５を調製するので、従来のジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムに対して、混合物５がスラリー化せず、混合物５が混合時に攪拌翼に付着したり、移送時に配管等に詰まったりといったトラブル発生やこれらのトラブル発生を考慮した点検作業を低減できる。従って、従来のジオポリマー成型体製造方法等において発生していたトラブルシューティングや点検作業に要する時間が低減され、ジオポリマー成型体７（養生後成型体８）の製造効率を高めることができる。
　また、アルカリ刺激剤２として、水和物を含む化合物である結晶水含有アルカリ刺激剤２ａを用いることにより、水の添加が不要になるだけでなく、混合物５の調製に必要な物質の数を低減することができる。さらに、結晶水含有アルカリ刺激剤２ａをアルカリ刺激剤２として用いることにより、圧縮混合体６に水分を均一に分散させることができるので、内在する水和物を融解してジオポリマー反応を開始させ、均質なジオポリマー成型体７（養生後成型体８）を得ることができる。
　次に、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法および本製造方法を適用して製造した成型体の各実施例（第１の実施例から第６の実施例）について説明する。なお、第１～第５の実施例においては、乾燥工程を省略している場合も含めて最終的に得られた成型体をジオポリマー成型体７として説明する。
（第１の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３マイクロメートル［μｍ］）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物を使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇとを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して、直径３０ミリメートル（３０ｍｍφ）の型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力２０．０ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。
　続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温２５℃の条件で２３日間養生を行った。
　続いて、養生後の圧縮混合体６である養生後成型体８、すなわちジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例では、乾燥工程を省略している。
（第２の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３μｍ）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物を使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇとを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して、３０ｍｍφの型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力２０．０ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。
　続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温６０℃の条件で７日間養生を行った。
　続いて、養生後の圧縮混合体６である養生後成型体８について、一軸圧縮強度を計測した。また、養生後成型体８に含まれる水分量を推定する観点から、養生後成型体８の質量を計測した。
　続いて、ジオポリマー成型体７をさらに乾燥室１４１（図２）に入れ、気温２００℃の条件で２４時間乾燥を行って得られたジオポリマー成型体７について質量を計測し、計測した養生後成型体８およびジオポリマー成型体７の質量から養生後成型体８の水分量（含水率：質量パーセント）を計算した。計算の結果、養生後成型体８の含水率は、３．２質量パーセントであった。
（第３の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３μｍ）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物およびアルミン酸カリウム三水和物を使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇとアルミン酸カリウム三水和物１６．５ｇとを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して、３０ｍｍφの型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力１０．０ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。
　続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温６０℃の条件で７日間養生を行った。
　続いて、養生後に得られたジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例では、乾燥工程を省略している。
（第４の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３μｍ）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物を、被固化物４の一例として使用済みの放射性核種吸着剤（放射性廃棄物）の模擬物であるチャバザイトを使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇと、チャバザイト粉末８０ｇを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して、３０ｍｍφの型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力３．０ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。
　続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温６０℃の条件で７日間養生を行った。
　続いて、養生後に得られたジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例では、乾燥工程を省略している。
（第５の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３μｍ）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物を使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇとを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、３０ｍｍφの型枠１２１（図２）を４個用意し、用意した各型枠（第１の型枠～第４の型枠）１２１に得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して充填した。その後、第１の型枠１２１に充填された混合物５に対しては１．０ＭＰａの成型圧力で、第２の型枠１２１に充填された混合物５に対しては５．０ＭＰａの成型圧力で、第３の型枠１２１に充填された混合物５に対しては１０．０ＭＰａの成型圧力で、第４の型枠１２１に充填された混合物５に対しては２０．０ＭＰａの成型圧力で、それぞれ１０分間の圧縮成型を行い、各型枠１２１から混合物５を脱型した。
　第１～第４の型枠１２１から脱型した混合物５は、いずれも形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。
　続いて、第１～第４の型枠１２１から脱型した４個の圧縮混合体（第１～第４の圧縮混合体）６を養生室１３１（図２）に入れ、気温６０℃の条件で７日間養生を行った。
　続いて、第１～第４の圧縮混合体６を、それぞれ、上記養生条件で養生して得られた第１～第４のジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例では、乾燥工程を省略している。
（第６の実施例）
　固化材１としてメタカオリン（平均粒径１．３μｍ）を、アルカリ刺激剤２として水分提供材３を兼ねる結晶水含有アルカリ刺激剤２ａであるメタケイ酸ナトリウム九水和物を使用した。具体的には、メタカオリン４０．０ｇとメタケイ酸ナトリウム九水和物３２．０ｇとを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。
　続いて、３０ｍｍφの型枠１２１（図２）を３個用意し、用意した各型枠１２１に得られた混合物５としての混合粉体２０．０ｇを分取して充填した。その後、各型枠１２１に充填された混合物５に対して、いずれも成型圧力２０．０ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。
　各型枠１２１から脱型した混合物５は、いずれも形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。なお、ここで得られる３個の圧縮混合体６は、上述した第５の実施例における第４の圧縮混合体６に相当するものであり、後述する説明においては、それぞれ、第５～第７の圧縮混合体６と呼称する。
　続いて、各型枠１２１から脱型して得られた３個の圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、いずれも気温６０℃の温度環境の下で、養生期間をそれぞれ変えて養生を行った。各圧縮混合体６の養生期間は、第５の圧縮混合体６が５分間、第６の圧縮混合体６が１０分間、第７の圧縮混合体６が３０分間である。
　上記各養生期間を経過後の第５～第７の圧縮混合体６について、粉末Ｘ線回折法によるＸ線回折スペクトルを計測した。なお、本実施例では、乾燥工程を省略している。
（一軸圧縮強度の分析結果）
　次に、第１の実施例から第５の実施例に係るジオポリマー成型体７（試料＃１～＃１０）の一軸圧縮強度の計測結果を説明する。
　図３～図５は、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法の第１～第５の実施例のジオポリマー成型体製造条件および第１～第５の実施例に係るジオポリマー成型体７の強度試験結果を説明する説明図である。
　図３に記載される試料＃１～＃４は、それぞれ、第１～第４の実施例で得られたジオポリマー成型体７である。
　図４に記載される試料＃５～＃７は、それぞれ、第５の実施例で得られた第１～第３のジオポリマー成型体７である。なお、第５の実施例における第４のジオポリマー成型体７の製造条件は、第２の実施例におけるジオポリマー成型体製造条件と同じであって、図３に記載される試料＃２のジオポリマー成型体製造条件および強度試験結果が重複するため、図４では記載を省略している。
　図５に記載される試料＃８～＃１０は、それぞれ、第５～第７の圧縮混合体６を養生して得られた成型体である。
　図３（試料＃１～＃４）に記載されるジオポリマー成型体製造条件および強度試験結果に関して、試料＃１（第１の実施例）では、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果が１２．６ＭＰａであり、セメントを用いて放射性廃棄物を固型化する場合に要求される固型化された放射性廃棄物（以下、「セメント固化体」とする。）の一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得ることができた。
　試料＃２（第２の実施例）では、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果が３４．９ＭＰａであり、セメント固化体に要求される一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得ることができた。
　また、第２の実施例では、養生温度をメタケイ酸ナトリウム九水和物の融点よりも高い６０℃とすることで、第１の実施例（養生期間２３日間）よりも短い養生期間（７日間）で一軸圧縮強度がさらに高いジオポリマー成型体７を得ることができた。
　試料＃３（第３の実施例）では、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果が３８．０ＭＰａであり、セメント固化体に要求される一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得ることができた。
　また、第３の実施例では、第２の実施例に対してさらにアルミン酸カリウム三水和物を加えることで、第２の実施例と同じ養生条件で一軸圧縮強度がより高いジオポリマー成型体７を得ることができた。
　試料＃４（第４の実施例）では、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果が２．４ＭＰａであり、被固化物４としてチャバザイトをさらに加えた場合においても、セメント固化体に要求される一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得ることができた。
　続いて、図４（試料＃５～＃７）に記載されるジオポリマー成型体製造条件および強度試験結果に関して、試料＃５～＃７（第５の実施例）では、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果が、それぞれ、１３．５ＭＰａ、１８．０ＭＰａ、２２．１ＭＰａであり、いずれの成型圧力条件下においても、セメント固化体に要求される一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得ることができた。
　続いて、成型圧力と得られるジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度との関係について考察する。
　図６は、成型圧力に対して得られるジオポリマー成型体７（試料＃５，＃６，＃７，＃２）の一軸圧縮強度を示した説明図（グラフ）である。
　図６に示される点群（点Ｐ１～Ｐ４）は、それぞれ、試料＃５、試料＃６、試料＃７および試料＃２の一軸圧縮強度を示している。試料＃５～＃７および＃２の一軸圧縮強度は、それぞれ、１３．５ＭＰａ、１８．０ＭＰａ、２２．１ＭＰａおよび３４．９ＭＰａであり、成型圧力が大きくなる程、より強い圧縮強度のジオポリマー成型体７が得られている。
　なお、上記４個の試料のうち、最も一軸圧縮強度が低い試料＃５でも、セメント固化体に要求される一軸圧縮強度１．４７ＭＰａに対して十分な一軸圧縮強度を有するジオポリマー成型体７を得られていることから、ジオポリマー成型体７をセメント固化体の代替品とする場合、成型圧力は少なくとも１．０ＭＰａあれば十分であると考えられる。
（粉末Ｘ線回折法による分析結果）
　次に、第１の実施例から第６の実施例に係る成型体の分析結果としてＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を説明する。
　図７は第２の実施例で調製した混合物５（紛体）のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図であり、図８は第２の実施例で最終的に得られた成型体（試料＃２）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図である。
　図９は、第６の実施例で最終的に得られた成型体（試料＃８および試料＃９）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図であり、図９（Ａ）は試料＃８を粉砕した粉砕物の計測結果を示す図、図９（Ｂ）が試料＃９を粉砕した粉砕物の計測結果を示す図である。
　図１０は第６の実施例で最終的に得られた成型体（試料＃１０）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図である。
　図７に示される粉末Ｘ線回折法による分析結果によれば、混合物条件を満たす混合物５（紛体）のＸ線回折スペクトルに、混合物５に結晶性化合物として存在するメタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）のピークが現れていることが確認できた。つまり、混合物条件を満たす混合物５では、ポリマー反応はまだ進行しておらず、混合物５、すなわち固化材１および結晶水含有アルカリ刺激剤２ａが単に混在した状態であることが確認できた。
　一方、図８に示される粉末Ｘ線回折法による分析結果によれば、最終的に得られた成型体（ジオポリマー成型体７）のＸ線回折スペクトルには、結晶性化合物としてのメタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）のピークを確認できず、混合物５では確認できたピークが消失していることが確認できた。つまり、第２の実施例で最終的に得られた成型体では、結晶性化合物としてのメタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）が非晶質化しており、ポリマー反応が進行した状態である。すなわち、ジオポリマー成型体７が形成されたことがわかる。
　より詳細に説明すれば、ジオポリマー成型体７の前駆体である圧縮混合体６内では水分が均質に供給され、ポリマー反応が均一に進行したことが分かる。また、圧縮混合体周囲の湿分やジオポリマー原料中の湿分のみでは、圧縮混合体全体のポリマー反応には不十分であるから、ジオポリマー原料中の水和物の結晶水がポリマー反応に寄与していると考えられる。
　なお、図７および図８に示した結果は、第２の実施例に係る混合物５およびジオポリマー成型体７（試料＃２）の分析結果であるが、本出願人は第１、３、４および５の実施例（試料＃１および＃３～＃７）についても、同様の分析結果が得られることを確認している。
　続いて、養生期間に関して、図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図１０によれば、図９（Ａ）に示される試料＃８の粉砕物のＸ線回折スペクトルおよび図１０に示される試料＃９の粉砕物のＸ線回折スペクトルについては、図７に示される結果と同様に、混合物５に結晶性化合物として存在するメタケイ酸ナトリウム九水和物（Ｎａ２ＳｉＯ３・９Ｈ２Ｏ）のピークが残存しており、ポリマー反応は完全に進行していないことが確認できた。つまり、１０分間以下の養生期間ではポリマー反応を終了させるのには不十分であることを確認できた。
　一方、図１１に示される試料＃１０の粉砕物のＸ線回折スペクトルについては、図８に示される結果と同様に、混合物５に結晶性化合物として存在するメタケイ酸ナトリウム九水和物のピークを確認できず、消失していることが確認できた。つまり、３０分間の養生期間ではポリマー反応が進行してポリマー化することを確認できた。
　以上、上述したジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを適用すれば、ジオポリマー原料等をスラリー化させることなくジオポリマー成型体を作成することができる。そのため、製造システム等への付着によるメンテナンスが低減し、製造効率の低下を防ぎつつ、ジオポリマー成型体を製造することができる。
　また、水分を提供する材料として、水ではなく水和物を持つ化合物を用いることで均質に水分を供給することができ、ジオポリマー反応を進行させ、均一なジオポリマー成型体を製造することができる。
　さらに、ジオポリマー成型体に放射性廃棄物が含まれる場合、放射線分解された水から発生する水素による爆発を防ぐため、ジオポリマー成型体に内在する水分を蒸発させなければならない。上述したジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムによれば、水を加えずに水和物を持つ化合物を加えることで、反応場を形成するための水分量をごく少量に抑えるため、乾燥工程にかかる時間を短縮でき、場合によっては乾燥工程を省略することも可能である。従って、従来よりも水分除去処理に要するエネルギーや時間を抑えることができる。
　また、結晶水含有アルカリ刺激剤を用いることで、反応場を形成するための混合物を、水分提供材を別途添加することなく、固化材と結晶水含有アルカリ刺激剤とを混合して調製することができる。従って、より少ない材料でジオポリマー成型体を製造することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…固化材、２…アルカリ刺激剤、２ａ…結晶水含有アルカリ刺激剤、２ｂ…結晶水不含アルカリ刺激剤、３…水分提供材、４…被固化物、５…混合物、６…圧縮混合体、７…ジオポリマー成型体、８…養生後成型体、１０…ジオポリマー成型体製造システム、１１…混合物調製手段、１２…加圧手段、１３…養生手段、１４…乾燥手段、１２１…型枠、１２２…加圧部、１３…養生手段、１３１…養生室、１３２…空調部、１４…乾燥手段、１４１…乾燥室、１４２…空調部。

Claims (15)

  1. アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、及び、アルカリ性の水酸化物の水和物およびアルカリ性のケイ酸塩の水和物のうち少なくともいずれか一方を含むアルカリ刺激剤の水和物を混合する混合工程と、
    　前記混合工程で得られた混合物を圧縮成型し圧縮混合体とする圧縮工程と、
    　前記圧縮混合体を養生する養生工程と、
    を有することを特徴とするジオポリマー成型体製造方法。
  2. 前記アルカリ刺激剤の水和物は、アルカリ性のケイ酸塩の水和物である請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  3. 前記圧縮工程において、使用済みの放射性核種吸着剤をさらに添加して前記圧縮混合体とする請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  4. 前記養生工程は、養生時の温度が、前記混合物に含まれる水和物の融点以上の温度である請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  5. 前記養生工程は、前記圧縮混合体を養生する期間が少なくとも３０分である請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  6. 前記養生工程の後に前記圧縮混合物を乾燥する乾燥工程を有する請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  7. 前記第１の物質は、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰、ゼオライト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムのうち少なくともいずれか１つを含む請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  8. 前記混合物に含まれる水和物は、前記アルカリ性のケイ酸塩の水和物を含む水和物であって、ケイ酸リチウム水和物、ケイ酸ナトリウム水和物、ケイ酸カリウム水和物、ケイ酸ルビジウム水和物およびケイ酸セシウム水和物から選択される少なくともいずれか一つを含む請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  9. 前記混合物に含まれる水和物は、アルカリ性のアルミン酸水和物を含む水和物であって、アルミン酸リチウム水和物、アルミン酸ナトリウム水和物、アルミン酸カリウム水和物、アルミン酸ルビジウム水和物およびアルミン酸セシウム水和物から選択される少なくとも一つを含む請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  10. 前記混合物に含まれる水和物は、融点が０℃以上１００℃以下の低融点水和物である請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  11. 前記混合物を圧縮する圧力は、少なくとも１ＭＰａである請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  12. アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくともいずれか一方を含むアルカリ刺激剤、及び、結晶水を有する水和物を混合する混合工程と、
    　前記混合工程で得られた混合物を圧縮成型し圧縮混合体とする圧縮工程と、
    　前記圧縮混合体を養生する養生工程と、
    を有することを特徴とするジオポリマー成型体製造方法。
  13. 前記アルカリ刺激剤は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウムおよびケイ酸セシウムのうち少なくともいずれか１つを含む請求項１２に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  14. 前記結晶水を有する水和物は、アルカリ性のケイ酸塩水和物、アルカリ性のアルミン酸水和物および中性又は酸性の水和物から選択される少なくともいずれか一つを含む請求項１２に記載のジオポリマー成型体製造方法。
  15. アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含む第２の物質および水和物を持つ化合物を含む第３の物質から、アルミニウムおよびケイ素を含むことを条件とする第１の条件、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含むことを条件とする第２の条件および水和物を持つ化合物を含むことを条件とする第３の条件を全て満たす混合物を、少なくとも前記第１の物質および前記第２の物質を用いて調製する混合物調製手段と、
    　前記混合物を収容する型枠を備え前記型枠内に設定した圧力を加える加圧手段と、
    　前記加圧手段によって圧縮成型された前記混合物を保持し、前記混合物周囲の気体条件を調節する空調手段を有する養生手段と、を具備することを特徴とするジオポリマー成型体製造システム。
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