JPH0450698A - 放射性廃棄物処理用固化材 - Google Patents

放射性廃棄物処理用固化材

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JPH0450698A
JPH0450698A JP15168690A JP15168690A JPH0450698A JP H0450698 A JPH0450698 A JP H0450698A JP 15168690 A JP15168690 A JP 15168690A JP 15168690 A JP15168690 A JP 15168690A JP H0450698 A JPH0450698 A JP H0450698A
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cement
calcium
calcium hydroxide
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radioactive waste
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JP15168690A
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Kanjiro Ishizaki
石崎 寛治郎
Naoaki Koyanagi
小柳 直昭
Haruyuki Sakamoto
浩幸 坂本
Ikuo Uchida
内田 郁夫
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Taiheiyo Cement Corp
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Chichibu Cement Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、放射性廃棄物を地中埋設あるいは海洋投棄等
の処理に適した最終形態の固化体とする為、あるいは放
射性廃棄物が充填された処理容器が集積されている該処
理容器間の隙間に充填する為の放射性廃棄物処理用固化
材に関するものである。
【発明の背景】
原子力発電所等の各種の原子力施設から排出される各種
の放射性廃棄物の量は壜大の一途をたどっている。 これら放射性廃棄物のうち、中、低レベルの放、耐性廃
棄物はドラム缶等の放射性廃棄物処理容器に入れられ、
そして固化処理が行なわれ゛、密閉化して地中埋設ある
いは海洋投棄に適した最終形態のものにしている。 そして、上記した固化処理の為に現在提供されているも
のとしてはセメントから構成されるセメントペーストが
ある。 すなわち、放射性廃棄物を収納させた放射性廃棄物処理
容器内の上方からバイブを介してセメントペーストを注
入充填し、充填後固化させ、これを所定の場所に運搬さ
れている。 ところで−この固化の為のセメントとしてはポルトラン
ドセメントが用いられるのが通常であった。 しかしながら、通常のポルトランドセメントを用いて放
射性廃棄物の処理を行っていると、このポルトランドセ
メントによる固化体に損傷の認められることがあった。 [発明の開示] 本発明者は、前記固化体の損傷の原因を追及して行った
結果、この固化体の損傷は放射性廃棄物中あるいは処分
雰囲気下に硫酸塩が存在°゛シており、この硫酸塩が同
化体中に存在している水酸化カルシウムと下記のように
反応して Ca(OH)2 + Na25O< + H2O−>C
aSO4−2H,0+ NaOH石こうを生成し、この
石こうはセメント固化体中の3Ca041zOsや4C
a04120243HzOと下言己のように反応して Ca5O+4H20+4CaO−Al2O3−13H2
0→3CaO・Δ1203’3casO,’31〜32
HzOエトリンカ°イト3CaO・Al 203 ・3
CaSO2・31〜32H20を生成し、このエトリン
ガイト生成の際に大きな膨張圧が起き、この膨張圧によ
って放射性廃棄物固化体に損傷<m張性のひび割れから
剥離)が起きるのであることを究明した。 このような研究の成果を基にして本発明は達成されたも
のであり、その目的は、ひび割れや剥離といった損傷が
起きに<<、耐久性に富んだ安全性に高い放射性廃棄物
処理用固化材を提供することである。 上北本発明の目的は、セメントが用いられた放射性廃棄
物処理用固化材であって、前記のセメント固化体中には
水酸化カルシウムが実質上ないものであることを特徴と
する放射性廃棄物処理用固化材によって達成される。 ところで、本発明におけるセメント固化体中に水酸化カ
ルシウムが実質上ないようなセメントとしては、例えば
、3CaO・3^1203・Ca5O(、CaO・Al
2O3,12CaO’7^1203などCaO/A12
0s(モル比)が3より小さいカルシウムサルホアルミ
ネート化合物あるいはカルシウムアルミネート化合物を
主成分とするクリンカーあるいはセメントをカルシウム
サルホアルミネート化合物あるいはカルシウムアルミネ
ート化合物換算で3〜20重量%となせる第1の原料と
、ポルトランドセメント、混合セメント等のけい酸3石
灰<3 CaO−3i02)あるいはケイ酸2石灰(2
CaO−3i02)を主成分どするクリンカーあるいは
セメントをカルシウムシリケート化合物換算で3〜20
重量%となせる第2の原料と、無水石こう、2水石こう
等の石こうをCa5O,換算で6〜40重量%となせる
第3の原料と、高炉水滓スラグ20〜88重量%となせ
る第4の原料と′、クエン酸ナトリウム、リンゴ酸など
のオキシカルボン酸類を0.1〜1.5重量%となせる
第5の原料とを混合して(3^1+Ch+1.5SiO
z)/ (CaO−SO,)モル比が1以上となるよう
にしたものがある。 尚、水酸化カルシウムが実質上ないようなとは、例えば
X線回折の装置(理学電機株式会社製ローターフレック
スシリーズ)でCa(OH)2のピークが認められない
程度のものであれば良い。 そして、このような組成のセメントが放射性廃棄物処理
の固化材として用いられた場合に、この固化体にひび割
れや剥離といった損傷が起きにくく、耐久性に富んだ安
全性の葛い放射性廃棄物固化体となるのは、カルシウム
サルホアルミネート化合物3CaO・3^1203・C
a5O,を主成分とするカルシウムサルホアルミネート
クリンカー、ポルトランドセメント、及び高炉水滓スラ
グを使用する例について、水和反応の観点から説明する
と、次の通りである。 カルシウムサルホアルミネート化合物は、次式に示すよ
うに、水和時に水酸化カルシウム、石こうと反応してエ
トリンガイドを形成する。 3Ca0・3八120.−CaSO,+8CaS04+
6Ca(叶)2.90H20→3 (3CaO・Al2
O:l・3CaS04・32H20)この反応の為に、
無水石こうあるいは2水石こうが消費される。 一方、水酸化カルシウムとして、ポルトランドセメント
の水和反応によって生ずる水酸化カルシウムが供給され
る。 一般的な刺激剤であるポルトランドセメントは水酸化カ
ルシウムを生成してセメントのpHを高め、スラグのシ
リカ、アルミナを溶出し、それらと反応してカルシウム
シリケート水和物(C!to  5iOz−820系)
、カルシウムアルミネート水和物(CaO−^LOs 
 820系)、さらに石こうと反応してカルシウムサル
ホアルミネート水和物(CaO−^120s  Ca5
04− H2O系)などの生成を促す。 ところが、本発明にあっては、ボルトランドセメントか
ら生成する水酸化カルシウムがカルシウムサルポアルミ
ネートクリンカーの水和に消費される為、一般のスラグ
系セメントに比較してポルトランドセメントの量が3〜
20%と多い。 そして、固化体にひび割れや剥離といった損傷が起きに
<<、耐久性に富んだ放射性廃棄物同化体となる為には
、スラグの刺激剤であるポルトランドセメントから生ず
る水酸化カルシウムを、もう一つの刺激剤であるカルシ
ウムサルホアルミネートクリン力−がすべて消費してし
まって、系内に水酸化カルシウムが存在しなくなること
が重要となる。 つまり、ポルトランドセメント中のケイ酸3石灰(3C
aO=SiOz)及びケイ酸2石灰<2CaO・5if
)z)が水和して生成する水酸化カルシウムが、カルシ
ウムサルホアルミネート(3CaO−3八1200  
Ca5O−)、石こう(CaS04)と反応して、エト
リンガイドを生成する組成にすれば良い。 尚、カルシウムサルホアルミネートクリン力−の水和反
応は、ポルトランドセメントの水和反応に比較して早い
。そこで、オキシカルボン酸類を添加して、カルシウム
サルホアルミネー1−クリンカーの水和反応を遅らせ、
両者の水和時期をほぼ一致させ、ポルトランドセメント
から生ずる水酸化カルシウムがスラグを刺激した後、そ
の余剰分がカルシウムサルホアルミネートクリン力−の
水和に消費されるよう設計することが好ましい。 この目的のオキシカルボン酸類として、クエン酸ナトリ
ウム、リンゴ酸、酒石酸、酒石酸ナトリウムなどが挙げ
られる。 セメントの水和過程で生成する水酸化カルシウムは、最
終的にC−S −Hgel(30aO・2SiO7−3
1(20相当)及びエトリンガイド(3CaO・八12
03・3CaSOn・32ti20)として固定されな
ければならない。 C−S−HgelのCaO/5i02(モル比)=1.
5、エトリンガイドのCab/Δ1゜03(モル比)=
3であり、又、セメントの石灰分の一部は石こうを形成
するものであるから、(3Δ1203+ 1.5SiC
h>/ (CaO5(h)≧1の場合に、化学i論的に
系内に遊離の水酸化カルシウムが存在しなくなる。 従って、初期から長期にわたって固化体にひび割れや剥
離といった損傷が起きにくく、耐久性に富んだ放射性廃
棄物固化体となる為には゛、セメントの(3八1203
+1.5SiOz)/(CaO−5O,)のモlし比が
1以上であるセメントを使用すれば良いことになる。 そして、このようなセメント固化体中に水酸化カルシウ
ムが実質上ないようなセメントが用いられた場合、この
放射性廃棄物固化体の表面硬度は大きく、例えばスラグ
系セメントの欠点と言われる表面の脆弱化現象がなく1
.そしてカルシウムサルポアルミネートクリンカー及び
ポルトランドセメントそれ自身が水硬性を発揮し、又、
初期からスラグが水和活性を示す為、セメントは早強性
を呈し、又、長期強度の伸びも大きく、さらには無収縮
性で、乾燥収縮が小さく、耐久性に富み、放射性廃棄物
の処理体として安全なものである。 尚、ポルトランドセメントとしては、普通中庸熱ポルト
ランドセメントを使用できるが、潜在水硬性を有するス
ラグを刺激する効果は、ケイ酸3石灰(3CaO・5i
O2)量が多く、反応性の高い早強、超早強ポルトラン
ドセメントの方が効果が大きい。 又、ケイ酸3石灰(3CaO・5iOz)が主要化合物
である白色ポルトランドセメントも使用でき、このほか
高炉セメント、フライアッシュセメントなどの混合セメ
ントも使用できる。 又、カルシウムサルホアルミネートのほかに、CaO’
 Al2O3,120a0 ・7ΔI2O3などのカル
シウムアルミネート化合物あるいはそれらを主成分とす
るアルミナセメントを使用することもできる。 カルシウムアルミネート化合物(mcao・nA]20
.)又はカルシウムサルホアルミネート化合物(mci
On^1200 ・caso−)は、Cab/^120
.< 3 (モル比)である場合に、水和反応において
水酸化カルシウムを消費するので、Cab/^1203
が3(モル比)より小さいことが好ましい。 又、この本発明のセメントに例えば気泡剤や発泡剤を併
用し、気泡セメントペーストとして放射性廃棄物の処理
に用いるようにしても良い。 例えば、土木学会基準PCグラウト試験方法(J5CE
−1986>のJAフロートよる流下時間が15〜90
秒であるよう気泡剤や発泡剤を添加したセメントペース
トを放射性廃棄物の処理に用いるようにしても良い。
【実施例】
カルシウムサルホアルミネートクリン力−として、3C
a0・3^120. ’Ca50460%、遊離石灰1
6%、遊離の石こう1%及びケイ酸2石灰21%を含有
するクリンカーを10重量%と、3CaO・S;026
0%、2CaO・SiO□24%、3CaO・^hO,
12%を含有する普通ポルトランドセメントクリンカ−
を20重量%と、無水石こうが主成分の硬石こうを15
重量%と、高炉水滓スラグ55重量%とを混合し、ブレ
ーン値4000cm2/gに粉砕してから、クエン酸ナ
トリウム0.3重量%を混合してセメントを得た。 このセメントの(3八1203+ 1.5SiO□)/
 (CaOSO,l)は1.3(モル比)であった。 そして、バイブ、ワイヤー、アングル、バルブ、モータ
ー等の各種の金属類(雑固体)を、充填率(容積比)1
3%で内部に収納したll11′の容器内に、上記のよ
うにして得られたセメント(固化材)を充填し、固化さ
せた。
【特性】
上記実施例で用いた固化体中に水酸化カルシウムが実質
上ないセメントを放射性廃棄物処理用固化材として用い
た場合と、比較の為に放射性廃棄物処理用固化材として
普通ポルトランドセメント(比較例1)及び高炉0種セ
メント(比較例2)を用いた場合との耐久性のテストを
行ったので、その結果を表1、表2、表3−1及び表3
−2に示す。 表  1 表3−1 表  3−2 表  2 これによれば、本発明になるものは、耐久性に富んでお
り、従って処理された放射性廃棄物固化体の安全性が高
いことが判る。 特許出願人  秩父セメント株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セメントが用いられた放射性廃棄物処理用固化材であっ
    て、前記のセメント固化体中には水酸化カルシウムが実
    質上ないものであることを特徴とする放射性廃棄物処理
    用固化材。
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JPH0249197A (ja) * 1988-05-02 1990-02-19 Hitachi Ltd 放射性廃棄物のセメント固化方法及び固化体

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