JPS6175299A - 放射性廃棄物のプラスチツク固形化処理方法 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は原子力発電所などから排出される放射性をもっ
た廃棄物をプラスチックを用いて固形化処理方法に関す
る。。

〔従来技術とその問題点〕

原子力発電所などの原子力施設から排出される濃縮廃液
の善妻妾希寺乾燥物や使用済みのイオン交換樹脂など、
放射性をもった粉末状または顆粒状廃棄物の処理方法の
一つとして、これら放射性廃棄物を樹脂中に分散させた
後固形化するプラスチック固形化法があり、そのための
固化材として熱硬化性樹脂とくに不飽和ポリエステル樹
脂が適していることが知られている。プラスチック固形
化処理方法は従来のセメント固形・化処理方法などに比
べて得られる固化体の速硬化性９強度、耐水性などに優
れ、とくに放射性廃棄物の減容化効果が大きいという利
点があるので、固形化処理方法としては好ましいもので
ある。プラスチック固形化処理方法において固化材とし
て不飽和ポリエステル樹脂を用いるときは、重合開始剤
１重合促進剤などを適切に選択し、これらの適当量を添
加混合することにより、常温または高温で硬化させるこ
とが可能となるが、放射性廃棄物の固形化処理では省エ
ネルギー、施設の経済性および作業の安全性などの捩点
から有利な常温（室温）硬化法が通常採用されている。

この常温硬化法は固化材として用いる液状の不飽和ポリ
エステル樹ｕＫ射性廃棄物を混合し、さらに重合開始剤
と重合促進剤を加えて、これらを均一に分散させた後、
この液状混合物をドラム缶などの容器に投入して室温に
放置することにより硬化させて固化体とするものである
が以上の過程を通じて各材料を混合する手順として以下
に述べる３通りの方法がある。

（１）固化材、廃棄物１重合開始剤２重合促進剤の４種
類の材料を全て混合槽に投入して同時に混合したものを
ドラム缶容器に収容して硬化させる。（以下第１の方法
と称する）。

（２）先ず固化材と廃棄物を混合槽で混合してドラム缶
容器へ移した後に重合開始剤と重合促進剤を添加混合し
そのまま硬化させる。（以下第２の方法と称する）。

（３）固化材と廃棄物と、重合開始剤９重合促進剤のう
ちのいずれか一方とを混合槽で混合したものをドラム缶
容器に投入した後に、重合開始剤と重合促進剤のうちの
残りの一方をドラム缶容器で添加混合して硬化させる。

（以下第３の方法と称する）。

これら３通りの混合手順に共通して用いられる混合槽の
外周には通常冷却のためのジャケットなどが取り付けら
れている。その目的は混合槽内における硬化反応を遅ら
せるためであって、必要な混合時間に到達する前に混合
物が硬化しないようにすることと、混合物がドラム缶容
器へ送られた後にも、混合槽の内壁や配管系に付着した
残査が硬化して混合物の流通経路が閉塞されるのを防ぎ
次回の処理に備えるためである。このことは前記第１の
方法では混合槽中で混合物の硬化が起こる可能性が大き
いので特に配慮されなければならない、第２．第３の方
法ではジャケットなどの設置状不飽和ポリエステル樹脂
中に含まれているスチレンモノマーなどが揮発して粘度
上昇による固化の防止に効果的である。以上のように常
温硬化法では途中過程における混合物の硬化を防ぐため
に混合槽に冷却手段を備える一方、重合開始剤や重合促
進剤の種類や添加量も反応を遅くするように勘案して決
定される。

したがってドラム缶容器に投入された固化材。

廃棄物１重合開始剤１重合促進剤からなる液状混合物を
室温に放置して硬化させ不都合なく固化体を得るために
は常温硬化法では長時間を必要とする。またその硬化反
応に要する時間は室温の高低によってかなり異なる。例
えば第２図は重合開始剤にメチルエチルケトンパーオキ
サイドを用い重合促進剤に６％ナフテン酸コバルトを用
いて、それぞれ添加量を変えた場合の不飽和ポリエステ
ル樹脂の温度に対するゲル化時間の関係を示した線図で
ある。第２図における関係直線１（以下配合１とする）
、関係直線２（以下配合２とする）。

関係直線３（以下配合３とする）の重合開始剤と重合促
進剤の添加量はそれぞｆ″ｌ第１表の通りである。

第２図かられかるように硬化時間の目安となるゲル化時
間は重合開始剤と重合促進剤の添加量によって異なるが
、それぞれゲル化時間は例えば加°０と関°０では３〜
４音程度違ってくる。このように不飽和ポリエステル樹
脂の硬化反応は温度による影響が大きく、それに伴い硬
化時間も大きな変動を受け、この関係は廃棄物を固形化
処理するとき以下のごとき問題を起こす。

室温が低い場合は当然のことながら硬化時間は長くなり
、硬化時間が長くなり過ぎると、廃棄物が沈降するため
に、最終的には固化材と廃棄物とが均一に分散すること
なく硬化する。例えばドラム缶容器中に固化体を形成す
るとき、ドラム缶容器の底部に廃棄物が沈降する現象が
起こり、底部の方が上部より廃棄物に富んだ固化体とな
る。モデル廃棄物として例えば硫酸ソーダ（芒硝）を用
いた場合に固化体底部の比重は１．８以上を示すのに対
し、固化体上部の比重は固化材の比重である１、２にと
どまり、廃棄物が固化体中に均一に分散したものを得る
ことができない。したがって固化体に所定の強度を付与
することもできない。

例えば室内環境温度が７〜１００のとき重合開始剤と重
合促進剤の添加割合を第１表の配合１としたとき加時間
経過しても固化体全体が硬化するに至らず、部分的に硬
化する程度にとどまり、放射性廃棄物の固化体として満
足すべきものが得られず、添加剤の配合割合を第１表の
配合２としたときは、１６時間で硬化し固化体となるが
、この固化体の圧縮強度は１００〜１５０Ｋｇ／ｃｄに
過ぎず、同化体の内部に亀裂の発生が見られ、モデル廃
棄物として用いた硫酸ソーダの沈降が著しいことが観察
された。

また混合物が硬化するのに時間を要し、混合から硬化ｌ
こ至る時間を所定の時間内で終了することができないと
きは、廃棄物の固形化処理方法を完全自動化システムで
実施する場合に、硬化時間や、硬化後の固化体容器を移
動するタイミングなどの時間を適切に設定することが困
難になるなどの問題もある。

一方室温が高い場合は硬化時間は当然短かくなる。硬化
時間が所定の時間より短かくなり過ぎると、同化材が液
体状態で存在している時間も短かくなるために、廃棄物
などを混合するときに生成した気泡が抜けきらず、その
気泡が硬化後の固化体中に残存したままとなり、その結
果固化体は所定の強度を有することができない。

例えば室内環境温度が（９）〜あ°０の場合、前記と同
様にモデル廃棄物として硫酸ソーダを用い、重合開始剤
と重合促進剤の添加割合を第１表の配合１としたときド
ラム缶容器中で約加分経過後急激に硬化反応が起こり、
固化体が形成される。この固化体の圧縮強度は２００〜
４００ｉＦ／ｌであるがプラスチック固形化処理による
固化体としては５０ｏＶｃｄ以上が見込まれることから
圧縮強度が十分とは言えず、しかも固化体内部を観察す
ると大小無数の気泡の存在が認められた。

また硬化時間が短いと前述したように、混合槽の内壁や
配管系に付着した残置物の硬化が起こりやすくなり、特
に前記第１の方法や、第２図直線３の場合などは硬化し
た残置物が次第に厚さを増して配管を塞ぎ、遂には固形
化処理システムの稼動を停止せざるを得なくなるなどの
問題を発生する。

以上のように常温固形化処理方法は、室温の温度範囲に
より硬化時間が変動するために、得られた固化体の重要
な評価基準となる均−性減容性。

圧縮強度、比重、耐水性、耐火性などの各特性値を満足
しないことや、処理過程自体にも支障をきたすなどの問
題を起こす。

これに対して廃棄物や固化材などからなる混合物の硬化
時間を制御するため正こ、ドラム缶容器の外周に加熱、
冷却装置を設けて、室温の高低に拘らずドラム缶容器の
温度を一定に保持できるようにして硬化時間を定めると
いう方法も考えられているが、ドラム缶は内容物の硬化
が完了した後は別の場所に移動させ新しいドラム缶容器
と交換しなければならず、この操作を人手を要すること
なく、完全に自動的に繰り返し行うためには、ドラム缶
容器自体に温度制御装置を設けたのでは、廃棄物の固形
化処理操作をより複雑にするという点で好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は同化材と廃棄物の混合から硬化に至る過程を短時間
のうちに完了させ有害な気泡を内蔵することなく、廃棄
物が均一に分散され、所定の強度や比重をもった固化体
を形成することができ、しかも固形化処理システムの完
全自動化を容易にする放射性廃棄物のプラスチック固形
化処理方法を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明はあらかじめ廃棄物を貯蔵する容器、あらかじめ
固化材を貯蔵する容器、廃棄物と固化材を混合する混合
槽に、それぞれ内部の貯留物を室温の高低に関係なく、
一定の温度に保持すること゛　　ができる加熱冷却装置
を設け、廃棄物と固化材の温度を所定の温度としてこれ
らを混合した後、ドラム缶容器に入れさらに重合開始剤
と重合促進剤を添加することにより、混合物がドラム缶
容器内で硬化する時間の変動を極めて狭い範囲に抑制す
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明が適用されるプラスチック固形化処理装
置における材料の流れを示した概念図であり、前述の第
２の方法に相当するものである。

第１図においてホッパ１に粉末または顆粒状の放射性廃
棄物２が貯蔵され、タンク３には液状不飽和ポリエステ
ル樹脂の固化材３が貯蔵されており、廃棄物２と同化材
４が混合槽５に供給され、撹拌器６により十分撹拌混合
される。この際本発明ではとくにホッパ１．タンク３お
よび混合槽５の外周にそれぞれ水冷パイプなどの冷却手
段７とヒータなどの加熱手段８を備えており、これら各
容器の内容物を一定の温度に保つことができるようにし
である。次いで、混合槽５で撹拌混合された廃棄物２と
固化材４とからなる混合物９はドラム缶容器１０に落下
投入されるが、ドラム缶容器１０には同時にタンク１１
に貯蔵された重合開始剤１２とタンク１３に貯蔵された
重合促進剤１４とが投入され最終的にドラム缶容器１０
の中で廃棄物２のプラスチック固化体１５が硬化して形
成される。

以上の過程を具体的には次のような実験により実施した
。まず室温が７〜１０°０のときは、加熱手段８を用い
て廃棄物２を貯蔵しているホッパ１゜固化材４を貯蔵し
ているタンク３および混合槽５がそれぞれ頒°０となる
ようにし、廃棄物２には、放射性廃棄物の代りにモデル
廃棄物として粉末の硫酸ソーダを５０ｔｔ部と、固化材
４は不飽和ポリエステル樹脂（資）に対して低収縮剤加
の割合に配合したもの団重量部とをそれぞれ図示してな
い計量器を用いて計量した後混合槽５に入れ撹拌器６に
より約加分間十分混合する。次いで得られた混合物９を
ドラム缶容器１０に落下投入するとともに、重合開始剤
１２としてメチルエチルケトンパーオキサイドと、重合
促進剤１４として６％ナフテン酸コバルトの適量を供給
添加して、図示してない撹拌器により混合した後、室温
（７〜１０’Ｏ）に放置することによりドラム缶容器１
０の内容物を硬化させてプラスチック固化体１５が得ら
れる。このとき重合開始剤１２と重合促進剤１４との添
加比率を第１表の配合１としたとき約（資）分で硬化が
開始され、添加比率を第１表の配合２とした場合は約（
イ）分径に硬化が開始されてそれぞれ固化体１５を形成
することができた。この二つの固化体から試験片を切り
出し、圧縮強度と比重を測定した結果、いずれも圧縮強
度は７００〜７５０４／ｌの値が得られ、比重は１．６
５〜１．７５の範囲に分布しており、モデル廃棄物とし
て用いた硫酸ソーダの分散が均一に良好な状態となって
いることを示している。これらの値は前述した室温７〜
１０゛Ｃのときに、廃棄物や固化材をそのまま温度調節
することなく行なった場合に比べて硬化時間、固化体の
圧縮強度、比重ともに格段の改善が見られ、またドラム
缶容器に直接加熱手段を設けて２０’０として硬化させ
た固化体と同等なものが得られることは確かである。こ
のことは本発明により得られた固化体を切断して内部の
状態を観察したが、その結果、有害な気泡や亀裂などは
全くみられず、モデル廃棄物として用いた硫酸ソーダの
沈降などが生じていないことからも確認されている。

一方室温が（資）〜あ°０のときは冷却手段７を用いて
ホッパ１．タンク３および混合何５がそれぞれ２０　’
Ｏとなるように設定し、その後は前記と同様にモデル廃
棄物として硫酸ソーダを用い、その他固化材４の組成、
混合条件なども前記と同様にして室温（３０〜３５’Ｏ
）に放置して固化体１５を作製した。

この際重合開始剤１２と重合促進剤１４の添加比率を第
１表の配合１としたときドラム缶容器ｌＯ内の混合物は
約ω分で硬化を開始した。得られた固化体１５から試験
片を採取し圧縮強度と比重を求めたが、圧縮強度は７０
０〜７５０　ｒｆ／ｄ　、比重は１．６５〜１．７５で
あり、前記室温７〜１０°０の場合と同じ値が得られた
。また切断面の観察から、気泡、亀裂などはみられず、
モデル廃棄物の硫酸ソーダの沈降による固化体西部の不
均一性を認めることはできなかった。

以上のように本発明では処理される室内温度の高低に応
じて冷却手段または加熱手段を用いて、廃棄物ホッパ、
固化材タンクおよび混合槽を、混合物が固化するとき適
切な反応時間が得られるよう一定温度に保った後、混合
物をドラム缶容器に投入して固化体をつくるものであり
、ドラム缶容器での硬化反応にはと（に温度制御をせず
、放置したままとしているが、ドラム缶容器はかなり大
きな容積をもっているので内容物の温度は室温の萬低に
よって急速に変化することなく、大部分は混合槽で決め
られた温度を保持し、室温の影響を受けるのは極く表面
の僅かな限られた部分に過ぎないから、例えば混合槽を
加゛Ｃに設定したときの混合物の硬化時間はドラム缶容
器に投入後も全体的にはほとんど変ることなく、ドラム
缶容器自体の温度を例えば２０　’Ｉ’）に制御したと
きとほぼ同様の硬化時間で混合物を硬化させることがで
きる。

なお本発明の方法を用いるに当り、前述の固形化処理方
法の手順のうち、第１の方法のように４種類の材料を同
時に混合槽に投入するよりも、少やすいという点で有利
である。また実施例で述べたように固化剤に例えば熱可
塑性ポリマーなどの低収縮剤を添加しておくのは不飽和
ポリエステル樹脂が液状から固体となる硬化過程で大き
な硬化収縮率を有するために、固化体にクラックやドラ
ム缶容器との隙間を生ずるのを防ぐためであり、同時に
あらかじめ硬化時間を予測するための障害を緩和するこ
とにもなる。

〔発明の効果〕

以上実施例で説明したように、不飽和ポリエステル樹脂
の常温硬化法を用いて放射性廃棄物のプラスチック固化
体をつくるに当って、本発明の方法によれば、廃棄物の
貯蔵ホッパー、固化剤貯蔵タンクおよび混合槽に加熱冷
却の手段を設け、これら容器の内容物を室温が高いとき
は冷却手段を用い、室温が低いときは加熱手段を用いて
一定の温度とし、ドラム缶容器に混合槽から投入される
混合物が適切な硬化時間となるような温度に保持されて
いるため、最終的に固化体が得られるドラム缶容器で混
合物の温度調節を行なうことなく、硬化温度をほぼ定め
た温度に保つことが可能であるから、固化体を形成する
に必要な硬化時間を所望の時間に設定して固形化処理を
行うことができ、その結果固化体は内部に気泡、亀裂、
廃棄物の沈降などの欠陥が発生せず、均一性、圧縮強度
、比重など固化体に要求される評価基準を十分に満足′
　　したものが得られる。

さらに硬化時間を適切に定められることは、この処理系
統における残査物の硬化増厚を阻止して材料の流れを順
調にし、混合物の硬化時間を決めるための＠度制御は混
合槽までの過程であり、ドラム缶容器は混合物投入後、
移動させて放置するのみであって、特別な附属装置を必
要としないために、移動や交換が容易であるから、この
種の処理システムで必要とする操作の完全自動化に対し
ても寄与する所が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される装置の概念図、第２図は重
合開始剤と重合開始剤の割合と温度に対する固化材のゲ
ル化時間の関係を示す線図である。 １・・・ホッパー、２・・・廃棄物、３．１１．１３・
・・タンク、４・・・固化材、５・・・混合槽、７・・
・冷却手段、８・・・加熱手段、９・・・混合物、１０
・・・ドラム缶容器、１２・・・重合開始剤、１４・・
・重合促進剤、１５・・・固化体。 温　度　（０Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）放射性廃棄物、不飽和ポリエステル樹脂、重合開始
   剤および重合促進剤からなる液状混合物をドラム缶容器
   内に注入放置して固形化する方法において、放射性廃棄
   物を貯蔵するホッパー、不飽和ポリエステル樹脂を貯蔵
   するタンク、および放射性廃棄物と不飽和ポリエステル
   樹脂を混合する混合槽とにそれぞれ設けられた加熱もし
   くは冷却手段を用いて、放射性廃棄物、不飽和ポリエス
   テル樹脂、および放射性廃棄物と不飽和ポリエステル樹
   脂との混合物を所望の温度とした後、該混合物をドラム
   缶容器に投入するとともに重合開始剤および重合促進剤
   を添加混合することを特徴とする放射性廃棄物のプラス
   チック固形化処理方法。