JPS61178698A

JPS61178698A - 放射性廃棄物処理用水ガラスの硬化方法

Info

Publication number: JPS61178698A
Application number: JP2058985A
Authority: JP
Inventors: 深沢　哲生; 龍男泉田; 根本　恒夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-05
Filing date: 1985-02-05
Publication date: 1986-08-11
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0713676B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、放射性廃棄物固化用容器の製造および放射性
廃棄物のシール、固化等に好適な水ガラスの硬化方法に
関する。

〔発明の背景〕

現在、原子力発電所等の施設内に貯蔵保管されている放
射性廃棄物は、固化材とともに容器内に詰めて安定に固
化され、環境への放射性物質の拡散を防止するため地中
へ処分されようとしている。

放射性廃棄物を地中処分する場合、ドラム缶よりも耐久
性、耐食性、水密性に優れた無機質の容器を廃棄物同化
用容器として用いることが考えられている。また、高レ
ベル放射性廃棄物の場合、同化体等の周囲を適当なシー
ル材で覆うことによりさらに放射性物質の拡散を低下す
ることが考えられている。これら固化用容器あるいはシ
ール材に要求される性能としては、耐久性、耐食性、水
密性のほかに放射性物質の移行阻止能が高いことおよび
高強度であることが掲げられる。

従来、放射性廃棄物用の容器としては、特公昭５７−３
４５１８号公報に示されるように、鋼繊維補強コンクリ
ートにポリマーを含浸させたものが知られている。この
容器は高強度（圧縮強度：　１．１２００〜２２００　
ｋｇ７ｏｎ２）　、高い放射性物質移行阻止能（第２図
参照）を有する優れた容器であるが１、鋼繊維補強コン
クリートにメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）モノマーを混
入または含浸させ、含浸させた■仏モノマーの重合に８
０℃温水加熱あるいは５ＭｒａｄのＣｏ　−６０γ線照
射する必要があるため、比較的高価なものでありだ。

一方、水ガラスは放射性物質の吸着性能のあることが実
験によって確認されており、放射性廃棄物の固化材とし
て優れていることがわかっていたが、容器に必要な高強
度を得るまでには至っていなかった。

〔発明の目的〕本発明の目的は、高強度で安価な水ガラス硬化体を得る
ための水ガラスの硬化方法を提供すること忙あり、さら
に他の目的は、放射性廃棄物処理に好適な、廃棄物固化
用容器の製造法、廃棄物のシール方法、廃棄物の固化方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、水ガラスを硬化させる際に、硬化剤と
して高炉スラグを用いることである。

本発明は以下の考察および実験によりなされたものであ
る。

放射性物質の容器中の移行を阻止するためには容器中の
ボアを少なくするか、なくすようにして放射性物質の移
行経路をふさぐ方法と、容器中の物質にイオン交換能あ
るいは吸着能をもたせ放射性物質を吸着させる方法とが
ある。無機材料の中でセメント、石こう等は放射性物質
吸着能を持たないため、ゼオライト等の吸着剤を添加す
るか、ポリマー等をボア中に含浸させること釦より放射
性物質の移行を阻止する必要があった。一方、水ガラス
の場合は第１表に示す様に、水ガラスそのものに放射性
物質の中でも特に移行しゃすいＣｍ　−１３７を吸着す
る性質のあることがわかった。第１表において分配係数
は溶液１ゴ当りのＣｓ　−１３７の蓋に対する同化体Ｉ
Ｉｉ当りのｃｓ−１３７の量であり、分配係数値が高い
ほどＣｓ−１３７を吸着しゃすい。

第１表　　Ｃｓ−１３７の分配係数また、セメント、ポリマー含浸コンクリート。

水ガラスを材料忙してそれぞれ容器を作製して中にＣｓ
−１３７を入れ、容器を水に浸漬した際のＣｓ　−１３
７の浸出比を第２図に示す。水ガラス容器はセメント容
器に比較して２桁浸出比が小さく、ＣＩ−／）浸出経路
を処理で塞いだ／　リマー含浸コンクリート容器と同程
度となっている。

第１表および第２図に示すような水ガラス固化体の特性
に着目して、水ガラス硬化体を容器又はシーリング材と
して用いることを発明者らは考えたが、それに必要なも
う一つの性能である高強度を得るためにはさらに適切な
硬化剤と硬化条件とを選定する必要があった。

よってまず、Ｉシトランドセメント中の主要成分であり
、適当な活性化エネルギをもつ水硬性物質であるＣａ３
５１０ｇを硬化剤として用いることを考えた。しかしな
がら、これでは１３０℃以上の飽和水蒸気条件下で硬化
させると２００ｋｔｙ／ｃｙｔ；’以上の高強度を発現
するものの、条件を１３０℃以下に緩和することができ
なかった。これは、Ｃａ３Ｓｉ０５が水に対しては適切
な（水利の）活性化エネルギをもつが、アルカリ溶液で
ある水ガラスに対しては最適な活性化エネルギをもたな
いととに起因するものと考えられる。そこで、水に対し
ては潜在水硬性しか有さないが、アルカリ溶液に対して
は水硬性を有する高炉スラグに着目し、これを水ガラス
の硬化剤として用いることを考えた。ここで用いる高炉
スラグは、製鉄所で銑鉄をつくる際に副産する高炉スラ
グを水または空気で急冷し、さらに微粉砕したものであ
り、主成分がＣａＯｏｓ　１０２　、Ａｔ２０３　ｅＭ
ｇｏである。

第３図、第４図は、そこに添記した各種物質を硬化剤と
して用いたときの水ガラス硬化体の圧縮強度の実験結果
を示す。硬化剤として高炉スラグのみを用いても、高炉
スラグとポルトランドセメントの混合物を用いても、は
とんど同じ結果となった。高炉スラグを硬化剤として用
いること忙より、５００　’Ｑ／ｃｍ２以上の高強度を
発現し、しかも硬化温度を４０°〜６０℃まで緩和（低
下）できることがわかった。また、水ガラスに対して同
重量の高炉スラグを用いることにより１０００　ｋ１１
５１２％の高強度の得られることもわかった。これは、
高炉スラグ中に存在するＡｚ２ｏ３が水ガラス中に溶出
して水ガラスを硬化させ、高強度を発現するものと考え
られる。

以上の考察および実験結果により、高炉スラグまたは高
炉スラグ中ポルトランドセメント混合物を水ガラスの硬
化剤として用い、水ガラスに対して重量比０．６以上、
望ましくは０．７以上加え、硬化温度４０℃以上、望ま
しくは５０℃以上の飽和水蒸気条件下で硬化させること
により高強度、放射性物質浸出防止性能の優れた水ガラ
ス硬化体を得ることができる。

上記の如き本明に係る水ガラスの硬化方法により放射性
廃棄物固化用容器を製造するｋは、水ガラスに、硬化剤
として高炉スラグまたは高炉スラグ中ポルトランドセメ
ントを添加して、容器の形状に硬化させればよいし、放
射性廃棄物をシールするには、水ガラスに、硬化剤とし
て高炉スラグまたは高炉スラグ中ポルトランドセメント
を添加して、放射性廃棄物の周囲を覆い硬化させればよ
い。また、放射性廃棄物を固化するには、水ガラスに、
硬化剤として高炉スラグまたは高炉スラグ＋？ルトラン
ドセメントを添加して、放射性廃棄物ペレットまたは粉
末と共に容器内で固化させればよい。

〔発明の実施例〕

実施例１以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図は
ＪＩＳ　１号相当（５ｉ０２／Ｎａ２０＝２．１　）の
約５０ｗｔ％の水ガラス溶液１と高炉スラグ（粒径４４
μｍ以下の粒子が９５９６以上）粉末２から、水ガラス
硬化体として内容積２００１の円筒形容器（肉厚８ｍ１
ふたは含まない）を作る手順を示したものである。

２００に９の水ガラス溶液１と１６０ｋＳＦの高炉スラ
グ２を混合装ｆ５の中に入れ、モータ４で駆動される攪
拌器６により混合する。均質に混合した後、型枠７の中
へ充填しズ加振装置１５により十分脱泡する。次に型枠
ごと高炉スラグと水ガラスの混合物９の密閉式の加熱装
置８の中へ移し、ヒータ１１により加熱装置内の底部の
水ｌＯを加熱する。

加熱製置内の温度は温度計１２でヒーター電源１３を調
節して約５時間７０℃の一定に保つ（飽和蒸気圧約０．
７　ｋｌｉ／ｃｍ２）。その後装置内温度を室温まで戻
したら、水ガラス硬化体１４を取り出し型枠７をはずす
。

以上のようｋして第２図ないし第４図に示すような性能
を有する水ガラス硬化体の容器１６を得ることができる
。また、高炉スラグ、水ガラスともに安価な素材である
ため、できた容器も非常に安価なものである。

上記実施例では容器のふたは含まなかったが、１８ｋｇ
の同−水ガラス溶液と１４．５ｋｇの同一高炉スラグな
材料とし、ふた用の型枠を用いて上記実施例と同じ手順
を踏むことにより、上記容器のふたも作成できる。第５
図（、）　（ｂ）　（ｃ）は異るふた用の型枠１９、第
６図（−）　（ｂ）　（、）はそれらに対応するふた２
゜付き容器１４を例示したものである。

実施例２上記実施例では水ガラス溶液からスタートしたが、粉末
状の水ガラスからスタートしても同様の容器を作成でき
る。この場合の容器の炸裂プロセスを第７図に示す。１
００に９の水ガラス粉末１８と１００ｋｇの水１７と１
６０ゆの高炉スラグ２とを混合装置５の中に入れ混合す
る。入れる順序は任意である。すなわち、水ガラス粉末
と水とを最初に入れて混合し、その後高炉スラグを加メ
て混合してもよいし、全部同時に入れて混合してもよい
。均質に混合したら型枠７に流し入れ、加熱装置８の中
で硬化させる。硬化温度は１００℃の一定温度に保つ（
３時間）。この時の飽和水蒸気圧は１　ｋｇ７ｃｍ２で
ある。ふたも第５図に示すような型枠１９を用いて同様
に作製する。このようにして、実施例１と同様な安価か
つ高強度で放射能浸出抑制に優れた容器を得ることがで
きる。

実施例３実施例１および実施例２においては円筒形の容器を作製
したが、同様に直方体あるいは立方体形の容器およびそ
のふたも作製できる。この場合に必要なのは直方体ある
いは立方体形の型枠、そのふたの型枠であり、後はまっ
た〈実施例１あるいは実施例２と同じプロセスでよい。

この容器も第２図から第４図に示す性能を有する。この
形の容器は廃棄物同化体貯蔵時あるいは処分時にスペー
スを節減できるという点で円筒形容器より有利である。

実施１例４以上の実施例では容器について示してきたが、本発明を
シーリング材に適用する場合について第８図を用いて説
明する。

シーリングする必要のある放射性廃棄物固化体２４より
一回り大きい型枠２３を用意して、水ガラス溶液１と高
炉スラグ２を１：１の重量割合で混合し、所定ｉｔ（厚
さ１０〜３０ｃ１ｎ程度になるように）型枠２３の底部
に充填（１４）する。これを加熱装置８の中に入れ、５
０℃の一定温度に８時間保つ（飽和蒸気圧的０．４　ｋ
ｇ７ｃｍ２）。その後、型枠２３ごと取り出し、別途作
成した放射性廃棄物固化体２４を型枠２３のほぼ中央に
位置するように底部水ガラス硬化体１４の上に乗せ、新
たに水ガラス溶液と高炉スラグを１：１の重量割合で混
合し１静かに固化体周囲化充填する。充填後再び型枠２
３ごとこ名を加熱装置の中に入れ、５０℃の一定温度に
８時間以上保つ（飽和蒸気圧的０．４ｋｌＰ／ｃｍ　）
。次にこれを加熱装置より取り出し、型枠を取りはずす
。この様にして、放射性廃棄物固化体２４の周囲を第２
図から第４図に示すような性能を有する安価な水ガラス
硬化体１４で覆うことができる。この水ガラス硬化体被
覆固化体２５はこのまま地中処分することができる。

実施例５ここでは地中において放射性廃棄物同化体をシーリング
材でｍ５実施例を第９図によって示す。

地中の放射性廃棄物処分場２６にドラム缶詰め等の廃棄
物固化体を静置する前に、処分場２６の底部に水ガラス
溶液１と高炉スラグ２とを１：０．８の重量比で混合し
て流し入れ、そのまま放置する。

２５℃（飽和蒸気圧的ｏ、ｚｋｇ／ｃｆｎ）約１０時間
で硬化するので、１０時間以上経過後、放射性廃棄物（
ドラム缶詰又は固化体）２４を処分場壁面より少し離し
て静置して積み、その後再び水ガラスと高炉スラグの混
合物を廃棄物２４周囲に充填し硬化させる。この様にし
て廃棄物の周囲を水ガラス硬化体でシーリングすること
ができ、地下水等の接触、浸入があっても、放射能浸出
抑制性の優れた強度の大きいシーリング材で防御し得る
。このことにより地中処分の安全性は大幅に向上できる
。

以上の実施例では容器またはシーリング材としての適用
例を示したが、本発明によれば水ガラス硬化体で放射性
廃棄物同化体を作ることもできる。

以下、そのような実施例を説明する。

実施例にれは放射性廃棄物ペレット等の粒形状の放射性廃棄物を
固化する場合である。第１０図の如く、ドラム缶２７に
まず廃棄物ペレット２８を充填しておいてから、水ガラ
ス溶液１と高炉スラグ２を１：０．７の重量比で混合し
て充填する。水ガラスと高炉スラグの混合物はペレット
間隙を埋めるよ５＆Ｃ必要とあらば加振器１５等で充填
時にドラム缶を加振する。次にこれをドラム缶どと水１
０が底部にはっである加熱装置８の中に入れ、７０℃の
一定温度忙５時間保つ（飽和蒸気圧的０．７ｋｇ／！２
）。

５時間経過後これを取り出してドラム缶のふたをすれば
ペレット間隙が水ガラス硬化体で充填された廃棄物同化
体２９が得られる。

本実施例では容器としてドラム缶を使用したが、実施例
１から３において作製した本発明による容器を用いても
同様の固化体が得られる。この場合固化体の強度、放射
能浸出抑制性などの性能は向上する。

実施例７本発明は粉末状の放射性廃棄物を固化する場合にも適用
できる。作製プロセスを第１１図により説明する。

放射性廃棄物粉末３０を水ガラス溶液１と高炉スラグ２
とともに混合装置５の中に入れ均質になるまで攪拌混合
する。これをｒラム缶２７に充填後、加熱装置８の中で
５０℃一定温度条件下で硬化させる（飽和蒸気圧約０．
４　ＩＣＰ／ｍ２）。このようにして均質な放射性廃棄
物同化体３２を得ることができる。

上記実施例では混合装置５の中で水ガラス溶液。

高炉スラグおよび放射性廃棄物粉末を攪拌混合したが、
混合装置５の汚染を回避するためＫは、容器内２７にこ
れら三物質を入れて攪拌機により混合してもよい。また
容器２７としてドラム缶の代わりに実施例工ないし３で
作製した容器、を用いてもよい。

以上、実施例１から７においては水ガラスの硬化剤とし
て高炉スラグのみを用ψたが、高炉スラグとポルトラン
ドセメントの混合物（混合比は任′意割合）を用いても
同様の効果を奏する。また、市販の高炉スラグな含むセ
メント（例えば高炉セメント、耐硫酸塩セメント）を用
いてもやはり同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば放射性廃棄物
固化用容器として、安価な、かつ強度および放射性物質
の浸出抑制性能の優れたものを作製、提供できる１また
、シーリング材、廃棄物固化材としても同様の性能を有
するものを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水ガラス溶液と高炉スラグから円筒形の容器を
作製する本発明実施例のプロセスを示す図、第２図はそ
こに示す各材料により作製した容器の中に放射性物質（
Ｃｓ−１３７）を入れ、その後容器を水に浸漬した場合
の浸出したＣｓ−１３７量と容器に入れた元々のＣｓ−
１３７の量との比と浸−漬後の経過時間との関係を示す
図で、第３図および第４図はそこに示す各硬化剤を用い
た水ガラス硬化体の圧縮強度と硬化温度および硬化剤／
水ガラス比との関係を夫々示す図、第５図（ａ）（ｂ）
　（、）は円筒容器のふた作成用型枠の断面図、第６図
（ａ）　（ｂ）　（、）はふた付き円筒容器の例を示す
図、第７図は粉状水ガラスを用いて容器を作製する本発
明実施例のプロセスを示す図、第８図および第９図は夫
々放射性廃棄物を地中充填前又は地中でシーリング材で
覆う本発明実施例のプロセスを示した図、第１０図およ
び第１１図は夫々放射性廃棄物ベレット又は粉末を固化
して固化体とする場合の本発明実施例のプロセス・フロ
ーを示した図である。〈符号の説明〉１・・・５０ｖｔ％水ガラス溶液、　　２・・・高炉ス
ラグ、３・・・パルプ、　　　　　　４・・・モーター
、５・・・混合装置、　　　　６・・・攪拌器、７・・
・容器の型枠、　　　８・・・加熱装置、９・・・水ガ
ラスと高炉スラグの混合物、ＩＯ・・・水、１１・・・
ヒーター、１２・・・温度計、１３・・・ヒーター用電源、１４・
・・水ガラス硬化体、１５・・・加振器、１６・・・水
ガラス硬化体容器、１７・・・水、１８・・・水ガラス
粉末、１９・・・ふた用型枠、２０−・・ふた付容器の
断面図、　２１・・・ふた付容器の上面因、２２・・・
角型容器、２３・・・型枠、２４・・・放射性廃棄物固
化体、２５・・・シーリング材（水ガラス硬化体）で覆われた
放射性廃棄物同化体、２６・・・放射性廃棄物の処分場、２７・・・ドラム缶、２８・・・放射性廃棄物ペレット
、２９・・・ドラム缶詰め放射性廃棄物ペレット固化体
、３０・・・放射性廃棄物粉末、３１・・・放射性廃棄物粉末と水ガラスと高炉スラグの
混合物、３２・・・ドラム缶詰め放射性廃棄物均質固化
体。第１図亮２図力更化温良（６Ｃ）徳化８１／水ガラス（！量比）（α’）　　　　　　　Ｃｂ）　　　　　　　（ｃ）第
６図（”）　　　　　（６）　　　　　　＜ｃ）第７図第８図第９図第１０図尾１１図

Claims

【特許請求の範囲】１、水ガラスに、硬化剤として高炉スラグまたは高炉ス
ラグとポルトランドセメントとの混合物を添加して硬化
させることを特徴とする水ガラスの硬化方法。２、水ガラスに、硬化剤として高炉スラグまたは高炉ス
ラグとポルトランドセメントとの混合物を添加して、容
器の形状に硬化させることを特徴とする水ガラス硬化体
製容器の製造法。３、水ガラスに、硬化剤として高炉スラグまたは高炉ス
ラグとポルトランドセメントとの混合物を添加して、放
射性廃棄物の周囲を覆い硬化させることを特徴とする放
射性廃棄物のシール方法。４、水ガラスに、硬化剤として高炉スラグまたは高炉ス
ラグとポルトランドセメントとの混合物を添加して、放
射性廃棄物ペレットまたは粉末と共に容器内で固化させ
ることを特徴とする放射性廃棄物の固化方法。