【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は原子力発電所等の施設から発生する放
射性廃棄物のセメント固化方法に関するものであ
る。
従来の放射性廃棄物のセメントと固化方法には
1液状放射性廃棄物を直接セメントと混合固化す
る方法および2乾燥放射性廃棄物を粒状化した後
にセメントと混合固化する方法がある。しかしな
がら1の方法では対象廃棄物が実質上濃縮廃液に
限られている;セメント固化体の海洋投棄の際に
固化体からの放射性物質の浸出が大でありかつ吸
水による固化体の膨潤が著しい;減容率が大きく
廃棄物よりも固化体の体積の方が大きいなどの欠
点がある。ここでいう減容率とは、次式に示す値
をいい、減容率が良いとはこの値が小さい事であ
る。
減容率=固化体の体積/乾燥前の廃棄物の体積
乾燥前の廃棄物の体積;廃液では水分80%換算
の体積であり使用済イオン交換樹脂及びフイ
ルタースラツジは水分50%換算の体積であ
る。
また2の方法では粒状化できるのは例えば
BWR系原子力発電所の放射性廃棄物では濃縮廃
液のみである;濃縮廃液の主成分である硫酸ナト
リウムは次式のように
Na2SO4+10H2O→Na2SO4・10H2O
(比重2.70) (比重1.46)
反応するのでセメント固化後も硫酸ナトリウム
の水による浸出・膨潤が激しく固化体の脆化を来
すので実用的でないなどの欠点がある。
従つて本発明の目的はこのような従来法におけ
る諸欠点を排除した放射性廃棄物の固化方法を提
供することである。
本発明者等は乾燥廃棄物を特定の結合剤により
粒子の形で固形化し、こうして得られた粒状物を
セメント固化することによつて従来法における諸
欠点のない優れた固化体の得られることを見出し
て本発明を完成した。すなわち、本発明は溶液状
またはスラリー状の放射性廃棄物を乾燥し、ゴム
状弾性高分子体よりなる結合剤と30〜120℃の温
度で混合、混練または〓和し、粒子化し、こうし
て得られた粒状物をセメントと混合して固化する
ことを特徴とする放射性廃棄物の固化方法であ
る。
本発明方法において結合剤として使用するゴム
状弾性高分子体とは通常エラストマーといわれる
高分子物質であつて、使用温度範囲内で物理的な
意味でのゴム状弾性の挙動や化学的性質(架橋反
応が行えること)を有する一群の物質をいうが、
本発明方法においては上記物質のうち特にヤング
率が5〜500Kg/cm2のものを使用することが好ま
しい。ある種のプラスチツクでは非結晶性または
塩素化の割合などによりヤング率が上記範囲内の
値を示すものがあり、例えば通常熱可塑性樹脂と
して取扱われているポリエチレンを塩素化したも
の(塩素化ポリエチレン)は塩素含有量30〜40%
において結晶性のものはプラスチツク状である
が、非結晶性のものはゴム状弾性を有し本発明方
法の結合材として使用することができる。
本発明方法において結合剤に使用することので
きるゴム状弾性高分子体の例としては天然ゴムや
合成ゴムであり、さらに詳しくは例えば次のもの
が挙げられる:天然ゴム、塩酸ゴム等の天然ゴム
誘導体;オレフイン系合成ゴム例えばイソプレ
ン、イソブチレン、ブチルゴム、塩素化ポリエチ
レン、エチレン−プロピレン共重合弾性体など;
ブタジエン系合成ゴム例えばブタジエン、ブタジ
エン−スチレン共重合体、ブタジエン−アクリロ
ニトリル共重合体、メチルブタジエン、クロロプ
レン、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル
共重合体など。この外にウレタンゴム、シリコン
ゴムなども使用できる。これらのゴム状弾性高分
子体は単独かまたは組合せて使用することができ
る。
本発明方法によれば、ゴム状弾性高分子体だけ
でも廃棄物の混入率は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹
脂よりも大きく、そのままでも結合剤として使用
できるが、ジオクチルフタレートは廃棄物をゴム
状弾性高分子体に充填させる場合に併用すると、
得られるペレツトの圧縮強度を低下させることな
く、ゴム状弾性高分子体に乾燥廃棄物を高充填さ
せることができるので、特に添加するのが好まし
い。
なお、液状ゴム例えばニトリルゴム等の可塑
剤、ステアリン酸鉛のような滑剤を添加すること
ができる。特に塩素系合成ゴムの場合には三塩基
性硫酸鉛のような安定剤を添加するのが好まし
い。これらの添加剤は合成ゴムにおける通常の可
塑剤、滑剤および安定剤であり、それらの好まし
い配合割合はゴム状弾性高分子体に対し10〜50重
量%の可塑剤、0.5〜2重量%の滑剤および5〜
20重量%の安定剤である。
本発明方法によれば原子力発電所等の施設から
発生する廃液およびスラリーを完全に固形化処理
することができるが本発明方法の対象廃棄物とし
ては次のものが挙げられる。
(a) 使用済イオン交換樹脂
粒径は約0.5mm/φの粒状のものと、パウデツ
クス(powdex−商品名)と呼ばれる粉状のもの
があり、沸騰水型炉(BWR)で原子炉水浄化
系、復水脱塩系、燃料プール水脱塩、放射性廃液
処理系等で、また加圧水型炉(PWR)ではバイ
パス浄化系(浄化脱塩、脱ホウ素)、燃料ピツト
脱塩、抽出冷却材処理系等でそれぞれ発生する。
(b) 濃縮廃液
化学廃液(樹脂再生廃液等)を蒸発濃縮したも
のを言い、含水率は80%前後であり、Na2SO4
(硫酸ナトリウム、又はぼう硝)が主成分である。
(c) 機器、配管から発生する腐食生成物を含有す
る廃液(クラツドという)
流体と接する機器、配管から発生する。Fe2O3
が主成分。
(d) フイルター・スラツジ
機器ドレン、床ドレン等の過から生じる。
主成分はパルプ状微粉末のフイルター・エイド
(過助剤)である。
(e) 焼却灰
焼却炉から出る。
(f) 洗濯廃液
作業員の汚染した衣服の洗濯時に発生する。
本発明方法において溶液状またはスラリー状の
放射性廃棄物を乾燥し、結合剤を用いて粒状化す
る作業について第1図を参照しながら説明する。
第1図は液状放射性廃棄物を乾燥、粒状化する作
業を説明するための工程図である。
原子力発電所等で発生した放射性廃棄物を含む
溶液またはスラリーは原液供給タンク1へ一担貯
留された後原液供給ポンプ2により乾燥機4へ導
かれる。粒状の使用済イオン交換樹脂はそのまま
では乾燥しにくいので乾燥機の性能を高めるため
に原液供給ポンプと乾燥機との間にインライン粉
砕機3を設置してスラリーの状態で該樹脂粒子を
粉砕することもできる。乾燥機4は濃度5〜20重
量%の廃棄物溶液またはスラリーを水分5重量%
以下にすることのできるものが好ましく、例えば
薄膜乾燥機またはドラム型乾燥機がよい。乾燥機
で乾燥された廃棄物は水分計5により所定の含水
量に達したかどうかが確認される。所定含水量に
まで乾燥されていない高水分含有乾燥廃棄物は返
送タンク6に戻され水で希釈された後返送ポンプ
7により系外に排出され原液供給タンク1へ戻さ
れる。所定含水量に乾燥された廃棄物は一旦貯蔵
タンク15に貯蔵された後定期的に計量器8に移
される。一方ゴム状弾性高分子体と添加剤とを混
合した結合剤も結合剤ホツパー9から計量器に供
給される。乾燥廃棄物および結合剤を所定の重量
割合で計量した後混合機10に自然落下させる。
乾燥廃棄物/結合剤の混合割合(重量比)は廃棄
物の種類によつて異なるが、濃縮廃液および焼却
灰の場合には3/1〜8/1であり、使用済イオン交換
樹脂およびフイルタースラツジでは1.5/1〜4/1
である。混合機で充分混合された乾燥廃棄物と結
合剤よりなる混合物は次に混練造粒機11で造粒
される。このときゴム状弾性高分子体は混練物は
溶融されることなく30〜120℃、好ましくは40〜
100℃、更に好ましくは50〜60℃に加熱されるが、
通常〓和機または混練造粒機11では摩擦熱によ
り混練物が50〜60℃に昇温するので特に外部加熱
することなく混練物の加熱を達成することができ
る。図示の造粒工程ではカツター12により造粒
が行われる。造粒された粒子の形状は貯蔵・運搬
に便利な径0.5〜3.0cm、長さ0.5〜3.0cmの円柱状
のものが好ましい。こうして造粒された粒子は振
動フイーダー13を通つて貯蔵ピツト14に貯蔵
される。貯蔵ピツトとしてドラム缶を使用するこ
ともできる。造粒体を振動フイーダー上で冷却す
るときにはトラフ型トンネル構造の振動フイーダ
ーを備えた振動冷却機を使用することができる。
こうして得た乾燥廃棄物粒状体は次にセメント
固化材により固化する(第2図参照)。粒状体2
4と固化材23、水そして必要ならば砂利等との
混合はアウトドラムミキシング方式により先づア
ウトドラムミキサー21でこれらを充分混合した
後、ドラム缶22に充填する。固化材としては例
えばボルトランドセメントのようなセメントが使
用される。得られたセメント固化体中では円柱状
の粒状体24が任意の方向にランダムに充填され
ている。なお、粒状体、セメント固化材、水およ
び必要ならば砂利の好ましい混合割合は次表の通
りである。
The present invention relates to a method for cementing radioactive waste generated from facilities such as nuclear power plants. Conventional methods for cementing and solidifying radioactive waste include 1) a method of directly mixing and solidifying liquid radioactive waste with cement, and 2) a method of granulating dry radioactive waste and then mixing and solidifying it with cement. However, in method 1, the target waste is essentially limited to concentrated waste liquid; when solidified cement is dumped into the ocean, radioactive materials leached from the solidified solidified material and the swelling of the solidified material due to water absorption is significant; There are disadvantages such as the volume reduction rate is large and the volume of the solidified material is larger than that of the waste. The volume reduction rate here refers to the value shown in the following formula, and a good volume reduction rate means that this value is small. Volume reduction rate = Volume of solidified material / Volume of waste before drying Volume of waste before drying; For waste liquid, the volume is equivalent to 80% moisture, and for used ion exchange resin and filter sludge, the volume is equivalent to 50% moisture. It is. In addition, in method 2, the particles that can be granulated are, for example,
Concentrated waste liquid is the only radioactive waste from BWR nuclear power plants; the main component of concentrated waste liquid, sodium sulfate, is expressed as follows: Na 2 SO 4 +10H 2 O→Na 2 SO 4・10H 2 O (specific gravity: 2.70 ) (Specific gravity: 1.46) Because of the reaction, sodium sulfate leaches out and swells with water even after cement solidification, resulting in embrittlement of the solidified material, making it impractical. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for solidifying radioactive waste that eliminates the various drawbacks of the conventional methods. The present inventors have discovered that by solidifying dry waste in the form of particles using a specific binder and solidifying the thus obtained granules with cement, an excellent solidified product free of the drawbacks of conventional methods can be obtained. They discovered this and completed the present invention. That is, in the present invention, radioactive waste in the form of a solution or slurry is dried, mixed with a binder made of a rubber-like elastic polymer at a temperature of 30 to 120°C, kneaded or sintered, and made into particles. This is a method for solidifying radioactive waste, which is characterized by mixing granular materials with cement and solidifying them. The rubber-like elastic polymer used as a binder in the method of the present invention is a polymer substance usually called an elastomer, and it exhibits rubber-like elastic behavior in a physical sense and chemical properties (crosslinking) within the operating temperature range. refers to a group of substances that have the ability to react
In the method of the present invention, it is particularly preferable to use among the above-mentioned materials those having a Young's modulus of 5 to 500 kg/cm 2 . Some types of plastics exhibit Young's modulus values within the above range due to their amorphous nature or chlorination ratio; for example, chlorinated polyethylene (chlorinated polyethylene), which is usually treated as a thermoplastic resin. has a chlorine content of 30-40%
The crystalline one is plastic-like, but the amorphous one has rubber-like elasticity and can be used as a binder in the method of the present invention. Examples of rubbery elastomeric polymers that can be used as binders in the method of the invention are natural rubbers and synthetic rubbers, more specifically the following: natural rubbers, hydrochloric acid rubbers, etc. Derivatives: Olefin-based synthetic rubbers such as isoprene, isobutylene, butyl rubber, chlorinated polyethylene, ethylene-propylene copolymer elastomer, etc.;
Butadiene-based synthetic rubbers, such as butadiene, butadiene-styrene copolymer, butadiene-acrylonitrile copolymer, methylbutadiene, chloroprene, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, and the like. In addition to this, urethane rubber, silicone rubber, etc. can also be used. These rubber-like elastic polymers can be used alone or in combination. According to the method of the present invention, the rubber-like elastic polymer alone has a higher contamination rate of waste than thermoplastic resins and thermosetting resins, and can be used as a binder as it is, but dioctyl phthalate can convert waste into a rubbery form. When used together when filling an elastic polymer,
It is particularly preferable to add it because it allows the rubber-like elastic polymer to be highly filled with dry waste without reducing the compressive strength of the resulting pellets. In addition, a plasticizer such as liquid rubber, such as nitrile rubber, and a lubricant such as lead stearate can be added. Particularly in the case of chlorinated synthetic rubber, it is preferable to add a stabilizer such as tribasic lead sulfate. These additives are common plasticizers, lubricants, and stabilizers in synthetic rubber, and their preferred blending ratio is 10 to 50% by weight of plasticizer and 0.5 to 2% by weight of lubricant to the rubbery elastic polymer. and 5~
20% by weight stabilizer. According to the method of the present invention, it is possible to completely solidify waste liquids and slurries generated from facilities such as nuclear power plants, and the following wastes are subject to the method of the present invention. (a) Spent ion exchange resin There are two types: one with a particle size of approximately 0.5 mm/φ and the other with a powder called Powdex (product name), which is used to purify reactor water in a boiling water reactor (BWR). systems, condensate desalination systems, fuel pool water desalination systems, radioactive waste liquid treatment systems, etc., and in pressurized water reactors (PWRs), bypass purification systems (purification desalination, deboronization), fuel pit desalination, extraction coolant treatment, etc. Each occurs in various systems. (b) Concentrated waste liquid Refers to chemical waste liquid (resin recycling waste liquid, etc.) that has been evaporated and concentrated.The water content is around 80%, and it contains Na 2 SO 4
(sodium sulfate or sulfate) is the main component. (c) Waste liquid containing corrosion products generated from equipment and piping (referred to as crud) Generated from equipment and piping that come into contact with fluids. Fe2O3 _
is the main component. (d) Filter sludge Occurs from equipment drains, floor drains, etc. The main ingredient is a pulp-like fine powder filter aid. (e) Incineration ash Emitted from the incinerator. (f) Laundry waste liquid is generated when workers wash contaminated clothing. The process of drying radioactive waste in the form of a solution or slurry and granulating it using a binder in the method of the present invention will be explained with reference to FIG.
FIG. 1 is a process diagram for explaining the work of drying and granulating liquid radioactive waste. A solution or slurry containing radioactive waste generated at a nuclear power plant or the like is stored in a stock solution supply tank 1 and then guided to a dryer 4 by a stock solution supply pump 2 . Granular used ion exchange resin is difficult to dry as it is, so in order to improve the performance of the dryer, an in-line crusher 3 is installed between the stock solution supply pump and the dryer to crush the resin particles in a slurry state. You can also do that. Dryer 4 converts the waste solution or slurry with a concentration of 5 to 20% by weight into a moisture content of 5% by weight.
It is preferable to use the following methods, such as a thin film dryer or a drum type dryer. A moisture meter 5 checks whether the waste dried in the dryer has reached a predetermined moisture content. High moisture content dry waste that has not been dried to a predetermined moisture content is returned to the return tank 6 and diluted with water, then discharged from the system by the return pump 7 and returned to the stock solution supply tank 1. The waste dried to a predetermined moisture content is once stored in a storage tank 15 and then periodically transferred to a scale 8. On the other hand, a binder containing a rubber-like elastic polymer and an additive is also supplied from the binder hopper 9 to the meter. The dry waste and binder are weighed in predetermined weight proportions and allowed to fall naturally into the mixer 10.
The mixing ratio (weight ratio) of dry waste/binder varies depending on the type of waste, but it is 3/1 to 8/1 for concentrated waste liquid and incineration ash, and for used ion exchange resin and filters. 1.5/1 to 4/1 in Suratji
It is. The mixture of dry waste and binder thoroughly mixed in the mixer is then granulated in a kneading and granulating machine 11. At this time, the rubber-like elastic polymer is kneaded at a temperature of 30 to 120°C, preferably 40 to 120°C, without being melted.
heated to 100°C, more preferably 50 to 60°C,
Usually, in the mixing machine or kneading/granulating machine 11, the temperature of the kneaded material is raised to 50 to 60 DEG C. by frictional heat, so that heating of the kneaded material can be achieved without particular external heating. In the illustrated granulation process, the cutter 12 performs granulation. The shape of the granulated particles is preferably cylindrical, with a diameter of 0.5 to 3.0 cm and a length of 0.5 to 3.0 cm, which is convenient for storage and transportation. The particles thus granulated are stored in a storage pit 14 through a vibrating feeder 13. Drums can also be used as storage pits. When cooling the granules on a vibrating feeder, a vibratory cooler equipped with a vibratory feeder having a trough-type tunnel structure can be used. The dried waste granules thus obtained are then solidified using a cement solidifying agent (see Figure 2). Granules 2
4, solidifying material 23, water, and if necessary, gravel etc. are mixed by an out-drum mixing method.After these are thoroughly mixed in an out-drum mixer 21, they are filled into a drum can 22. As the solidifying material, for example, cement such as Boltland cement is used. In the obtained cement solidified body, cylindrical granules 24 are randomly packed in an arbitrary direction. The preferred mixing proportions of the granules, cement solidifying agent, water and, if necessary, gravel are shown in the table below.
【表】
よる粒状体
[Table] Granular material