JPS623698A - 放射性廃棄物の固化処理方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は原子力発電所等の放射性物質取扱い施設から発
生する中レベルないし低レベルの放射性廃棄物の処理法
にかかわり、特にペレット化処理した放射性廃棄物の固
化処理法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来より、原子力発電所等の放射性物質取扱い施設で発
生する、たとえば放射性廃液や使用済みイオン交換樹脂
等の放射性廃棄物の処理法として環境に対する安全上の
見地より安定な固化体にする方法が広く行われている。

従来公知の固化処理方法としては、セメント固化法、ア
スファルト固化法およびプラスチック固化法が知られて
いる。

これらの固化法においては、たとえば処理対象が、放射
性廃液の場合には濃縮乾燥され主として１ｉ１１Ｅ酸ナ
トリウムからなる粉体とされた後、使用済みイオン交換
樹脂の場合には乾燥処理された後、それぞれセメント、
アスファルトあるいはプラスチックからなる固化剤によ
り固化される。

これらの固化法のうち、セメント固化法は、耐火性に優
れ、機械的強度も大きい固化体が得られ最も一般的であ
ったが、セメントとともに使用する水分が一緒に固化さ
れるため廃棄物固化体の発生量が多量になるという欠点
がある。

またアスファルト固化法は、安価に固化体を形成し得る
が、形成された廃棄物固化体が耐火性に乏しく、かつ機
械的衝撃に弱いという欠点がある。

またさらにプラスチック固化法は、近時有望視されてい
る固化法であって、軽量でかつ機械的性質等に優れた固
化体を形成することが可能である。

このプラスチック固化法では、放射性廃棄物は乾燥処理
の侵粉体化され、多くの場合熱硬化性樹脂で固化される
ため、セメント固化法の場合のように水分も共に固化さ
れることはなく、減容性において大幅に改善される。こ
のプラスチック固化法においては、セメント固化法に比
して放射性廃棄物の発生量を１１５程度にまで減容する
ことが可能である。しかし、使用されるプラスチックの
単量体の多くが常温で揮発性であるため、固化処理過程
で火災発生の危険があること、また固化剤として用いら
れるものが有機材料であるために得られる固化体が耐火
性に乏しいという欠点がある。

ところで、以上の方法により固化処理されて放射性廃棄
物の固化体が得られたとしても、現在のところその多く
は最終処分方法が未だ確立されていない状態にある。ま
た、比較的高い放射能を有する放射性廃棄物を直接固化
する場合には、得られる固化体の表面ＦＡ量率がいずれ
の固化処理方法によっても高くなってしまうため、その
取扱いが容易でないという問題がある。これらの問題に
対処して、放射性廃棄物を中間貯蔵する方法が近年提案
されている。

この方法は、放射性廃棄物を乾燥処理し大幅に減容した
後、これをぺｌノット化処理して安定な中間貯蔵体を製
造し、原子力施設内の貯蔵タンクに一時貯蔵する方法で
ある。この方法によれば、乾燥処即後の粉体放射性廃棄
物に圧縮力を加えペレット化されるので、プラスチック
固化法を上回る高い減容率が得られる。

しかしながら、ベレット化処理された放射性廃棄物は、
最終処分体として充分な物性を有していないために４ペ
レツト状放射性廃棄物は一定期間貯蔵されて放射能が減
衰した後に改めて安定な固化体パッケージとして一体に
固化させる必要がある。

ペレット状放射性廃棄物を固化体パッケージ化する方法
としては、従来より用いられている前述の固化剤による
処理が考えられる。しかし、セメント、アスファルト等
に代表されるこれらの固化剤をペレット状放射性廃棄物
の固化体パッケージ化に用いた場合には、前述の各固化
法の欠点は依然として存し、問題点は何ら解決しない。

さらには、セメントを固化剤として用いた場合には、セ
メントの硬化に多量の水が必要なために、・その水によ
りベレットの劣化が生ずる可能性すらある。

つまり、セメントは水との水和反応による硬化するが、
硬化の完了までには長時間を要するために、その間セメ
ント中に自由水が存在する。この自由水にベレットが浸
され、ベレットは比較的耐水性に欠けるために溶解ある
いは膨潤をおこし、一部は破壊される。したがってペレ
ット状放射性廃棄物のセメントによる安定な固化体パッ
ケージの製造は特に困難である。

［発明の目的］ 本発明は、かかる従来の放射性廃棄物の固化処理方法の
欠点を解消しようとするものであり、固体放射性廃棄物
、特に減容性に優れたペレット状放射性廃棄物中間貯蔵
体を、耐熱性に優れ、かつ長期間に亘る貯蔵に対し化学
的にも機械的にも安定な固化体パッケージとして一体に
固化させる方法を提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち本発明の放射性廃棄物の固化処理方法は、原子
力施設で発生した液体放射性廃棄物に、（イ）アルカリ
金属および／またはアルカリ土類金属の酸化物および／
または無機塩と、（ロ）水溶性リン酸塩と からなる無機充填固化剤を水とともに添加し、前記放射
性廃棄物を一体に固化させることを特徴とする。

本発明の方法によれば、原子力発電所等の施設から発生
する液体あるいはスラリー状放射性廃棄物を完全に固化
処理することができる 本発明の方法に対象となりうる廃棄物としては、たとえ
ば以下のものがあげられる。

■使用済イオン交換樹脂 粒径が約０．５ｍｍφの粒状のものと、バウデツクス（
ＰＯＷＤＥＸ・・・商品名）と呼ばれる粉末状のものと
があり、沸騰水型炉（ＢＷＲ）においては、原子炉水浄
化系、復水脱塩系、燃料プール脱塩系、放射性廃液処理
系等で発生し、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）、燃料ビット脱塩系、
抽出冷却材処理系等で発生する。

■濃縮廃液 化学廃液（樹脂再生廃液等）を蒸発濃縮した硫酸ナトリ
ウムを主成分とする含水率が８０％前後のものであり、
５１！ｌ酸ナトリウムが主成分である。

■クラッド 機器、配管から発生する腐蝕生成物を含有する廃液であ
り、鉄の酸化物や水酸化物を主成分とするものである。

■フィルター・スラッジ 機器ドレン、床ドレン等の濾過物で主成分はバルブ状微
粉末のフィルター・エイド（ｉｌｌｌｌ側）である。

■焼却灰 焼却炉から出る。

■洗濯廃液 作業員の汚染した衣服の洗濯時に発生する。

本発明においては、以上にあげたような液体あるいはス
ラリー状の放射性廃液は、まず常法にしたがい、乾燥さ
れ、粉体化される。粉体化された放射性廃棄物は、この
ままでは取扱いが極めて困難であるので、粉体微粒子の
飛散を極力抑制するためペレット化処理が行なわれる。

ペレット化の方法としては、ブリケラティングマシンを
用いた処理法のように圧縮力により粉体をベレット成型
する方法、あるいはゴム状弾性体をバインダーとして少
量用い、この粒着力と圧縮力によりベレット成形する方
法等の任意の方法を採用することができる。

このようにして［ｉされたベレットは放射性廃棄物貯蔵
容器に充填される。

本発明においては、ここで、このベレットに、（イ）ア
ルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の酸化物お
よび／または無機塩と、（ロ）水溶性リン酸塩とをあら
かじめ適当量の水と混練した無機充填固化剤を添加して
均一に混合する。

廃棄物ベレットと混合された無機充填固化剤は、常温で
速やかに硬化し、約１日後には充分な強度をもった放射
性廃棄物の固化体パッケージが１９られる。

上記したｗ、機充填固化剤の（イ）アルカリ金属および
／またはアルカリ土類金属の酸化物および／または焦Ｒ
塩成分としては、天然産あるいは合成いずれかの硬焼マ
グネサイト（炭酸マグネシウムを主成分とする鉱物）、
硬焼ドロマイト（炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウ
ムを主成分とする鉱物）、硬焼アルカリ金属またはアル
カリ土類金属のアルミン酸塩および硬焼マグネシア（酸
化マグネシウム）が単独または２種以上の組合Ｖが用い
られる。

また、（ロ）水溶性リン酸塩成分としては、リン酸アン
モニウムのような塩基性リン酸塩、重リン酸マグネシウ
ム、重リン酸アルミニウム等の酸性リン酸塩ナトリウム
の単独または２種以上の組合ばか用いられる。

さらに、前記水溶性リン酸塩にポリリン酸塩を併用する
ことにより、得られる固化体パッケージに固体廃棄物と
してより高い機械的強度を付与することか可能である。

ポリリン酸塩は、一般式Ｍｆｉ、、Ｐ、０３゜。、（式
中Ｍは陽イオン）で表され、２個またはそれ以上のリン
酸単位を含有する連墳長をもった水溶性の組合したリン
酸塩化合物を含有するものである。このようなポリリン
酸塩としては、たとえば、トリポリリン酸ンーダ（Ｎａ
　５Ｐ３０１０　）　、ビロリン酸四ナトリウム（Ｎａ
　＜　Ｐｚ○７）、およびそれらの混合物があげられる
。

また、本発明の無機充填固化剤を廃棄物ベレットに添加
、混合する際の流動性を向上させるために、固化剤の機
能を阻害しない範囲内の量のナフタリンスルホン酸、ホ
ルマリン縮合物、メラミンホルマリン重合体スルホン酸
塩、グルコン酸塩等が使用可能である。

なお本発明においては、必要に応じて上記無機充填固化
剤に対して不活性である物質を骨材あるいは充填剤とし
て、添加することができる。このような骨材あるいは充
填材としては、たとえばシリカ、石灰岩、花コウ岩、長
石等をあげることができる。

本発明の無機充填固化剤の配合量は、通常以下の範囲が
適している。

（イ）酸化物または炭酸塩またはアルミン酸塩１００重
層部 （ロ）水溶性リン酸塩　　　　　３０〜２００重騒部ポ
リリン酸塩　　　　　　１〜１００重量部本発明におい
ては、無機充填固化剤の反応を促進ざ才るために水が加
えられる。この水の使用機は、通常無機充填固化剤１０
０重」部に対して５〜１００重最部が適当である。

本発明の無機充填固化剤は、セメントと同様に水との反
応により常温で硬化するものであるが、セメントに比し
て水の必要澁がはるかに少黴であり、セメントを固化剤
に用いた場合のように充填物中の水によりベレットが壊
されることはない。

［発明の実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例のベレット製造工程を示す図
である。

原子力発電所等で発生した液体またはスラリー状の放射
性廃棄物１は、原液供給タンク２へ一旦貯留された後、
原液供給ポンプ３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１ａはそのままでは乾燥し
にくいので、乾燥機４の性能を高めるために、原液供給
ポンプ３と乾燥機４との間に、インライン粉砕機５を設
置してスラリー状態で使用済イオン交換樹脂粒子を粉砕
してもよい。乾燥機４は濃度５〜２０重量％の液体ある
いはスラリー状の放射性廃棄物を５重量％以下にするこ
とのできるものが好ましく、たとえば薄膜乾燥機または
ドラム型乾燥機が使用可能である。

乾燥機４で乾燥された乾燥放射性廃棄物１ｂは、水分計
６により、所定の含水量に達したことを確認される。所
定の含水量になるまで乾燥されていない高水分含有乾燥
放射性廃棄物１Ｃは、返送タンク７にもどされ水で希釈
された後、返送ポンプ８により原液供給タンク２へもど
される。

所定の含水量に達するまで乾燥された乾燥放射性廃棄物
は、一旦貯蔵タンク９に貯蔵された後、定期的に計量器
放射性廃棄物に移される。

一方、熱硬化性樹脂またはゴム状弾性高分子体からなる
結合剤組成物１１も、結合剤ホッパー１２から計量器１
０に供給される。

乾燥放射性廃棄物１ｂおよび結合剤組成物１１は、それ
ぞれ所定の重量割合で計量された後、混合機１３に自然
落下される。

乾燥放射性廃棄物１ｂ／結合剤組成物１１の混合割合（
重量比）は、廃棄物の種類によって異なっている。結合
剤組成物１１としてゴム状弾性高分子体を使用した場合
、上記の混合比は、濃縮廃液および焼却灰においては３
／１〜８／１であり、使用済イオン交換樹脂およびフィ
ルタースラッジでは、１．５／１〜４／１である。また
結合剤組成物として熱硬化性樹脂を使用した場合、上記
の混合比は乾燥廃棄物の種類によらず、０．５／１〜２
／１である。

混合機１３で充分混合された乾燥放射性廃棄物１３と結
合剤組成物１１とからなる混合物１４は、次に混練造粒
機１５で造粒される。このとき、結合剤としてゴム状弾
性高分子体を使用した場合、混合物１４は、３０〜１２
０℃、好ましくは４０〜１００℃、さらに好ましくは５
０〜６０℃で溶融されることなく加熱される。しかし通
常の場合混合！１１３または混練造粒機１５においては
、摩擦熱により混合物１４が５０〜６０℃に昇温するの
で、特に外部加熱することなく混合物の加熱を達成する
ことができる。−万態硬化性樹脂を使用した場合には、
通常混合物１４は１８０〜２００℃に加熱される。図示
の造粒工程では押出機１５で紐状に押出されカッター１
６により造粒が行なわれる。造粒された粒子の形状は、
貯蔵、運搬に便利な直径０．５〜３．Ｏｌ、長さ０．５
〜３．０ＣＩ１１の円柱状のものが好ましい。

こうして造粒されたベレット状放射性廃棄物１７は振動
フィーダー１８を通って貯蔵容器１９に貯蔵される。貯
蔵容器としてはドラム缶を使用することもできる。ベレ
ット状放射性廃棄物１７を振動フィーダー１８上で冷却
する場合には、振動フィーダーを供えたトラフ型トンネ
ル構造の振動冷却機が使用可能である。

このようにして造粒されて貯蔵容器１９に充填されたベ
レット状放射性廃棄物１７は、第２図に示す本発明の工
程で固化体パッケージ２０として一体に固化される。

本発明に用いる無機充填固化剤２１は、無機充填固化剤
供給ホッパー２２から無機充填固化剤供給Ｉａ２３を経
てインライン混合１２４へ送られ、水タンク２５から水
供給ポンプ２６を経てインライン混合機２４へ送りこま
れる適量の水とともに、ここで混練される。

水と混線された無機充填固化剤は、ベレット状放射性廃
棄物１７を収容する貯蔵容器１９内のベレット間の空隙
に流しこまれ、ベレット状放射性廃棄物１７と一体化さ
れて固化体パッケージ２０を形成する。

なお、単に無機充填固化剤を注入しただけでは無機充填
固化剤中に気泡が残留するので、これを取除く為に振動
機２８を用いて固化体パッケージ２０を振動させること
が望ましい。

以下に、上述したプロセスで製造された固化体の物性試
験結果を示す。

物性試験は、Ｊ　ＪＳＲ５２放射性廃棄物セメントの物
理試験方法に準じて行った。

すなわち各組成物を強さ試験用練り混ぜ機で混合した後
、直径５０　ｕ　％高さ　１００ｎの型枠に３層に分け
て詰め各層を突き棒で２５回突いて圧密した。

２４時間後に脱型し温度２０℃湿度７０％の環境で気中
７日間養生した後圧縮強度を測定した。

水中安定性は、上記圧縮強度供試体を水中に２８時間浸
漬侵、供試体の膨潤、破壊の有無を判定した。

また、熱安定性は、上記圧縮強度の試験に用いた供試体
を８００℃の電気炉内で６時間放置し、崩壊の有無を判
定した 固化充填剤の組成を第１表に、得られた固化体の特性を
第２表に示す。なお、第１表中の数字は、固体放射性廃
棄物ベレット１００重量部当たりの重量部である。以上
の物理試験の結果、海洋投棄や陸上保管に際しても十分
な強度をもち、水中での劣化や高温による崩壊もなく、
十分な安定性を有しＣいる。

（以下余白） 第２表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、固体放射性廃棄
物を水分の包含層の少ないアルカリ金属および／または
アルカリ土類金属の酸化物および／または塩と水溶性リ
ン酸塩とからなる無機質の充填固化剤により固化させる
ので、耐熱性、耐水性に優れ、かつ長期間に亘る貯蔵に
対し化学的にも機械的にも安定な固化体パッケージを製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のペレット製造方法を示す工
程図、第２図は本発明の一実施例の固化体パッケージの
製造方法を示す工程図である。 １・・・・・・・・・液体またはスラリー状放射性廃棄
物１ａ・・・・・・粒状使用済イオン交換樹脂１ｂ・・
・・・・乾燥放射性廃棄物 １Ｃ・・・・・・高水分含有乾燥放射性廃棄物２・・・
・・・・・・原液供給タンク ３・・・・・・・・・原液供給ポンプ ４・・・・・・・・・乾燥機 ５・・・・・・・・・インライン粉砕機６・・・・・・
・・・水分計 ７・・・・・・・・・返送タンク ８・・・・・・・・・返送ポンプ ９・・・・・・・・・貯蔵タンク １０・・・・・・・・・計量器 １１・・・・・・・・・結合剤組成物 １２・・・・・・・・・結合剤ホッパ〜１３・・・・・
・・・・混合機 １４・・・・・・・・・混合物 １５・・・・・・・・・混練造粒機 １６・・・・・・・・・カッター １７・・・・・・・・・ベレット状放射性廃東物１８・
・・・・・・・・撮動フィーダー１９・・・・・・・・
・貯蔵容器 ２０・・・・・・・・・固化体パッケージ２１・・・・
・・・・・無機充填固化剤２２・・・・・・・・・無機
充３Ｉ４固化剤供給ホンパー２３・・・・・・・・・無
機充填固化剤供給機２４・・・・・・・・・インライン
混合機２５・・・・・・・・・水タンク ２６・・・・・・・・・水供給ポンプ ２７・・・・・・・・・水 ２８・・・・・・・・・撮ａ機

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）原子力施設で発生した固体放射性廃棄物に、 （イ）アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の
   酸化物および／または無機塩と、（ロ）水溶性リン酸塩 とからなる無機充填固化剤を水とともに添加し、前記放
   射性廃棄物を一体に固化させることを特徴とする放射性
   廃棄物の固化処理方法。 （２）アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の
   無機塩が炭酸塩またはアルミン酸塩であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の放射性廃棄物の固化処
   理方法。 （３）アルカリ金属の酸化物および／または無機塩が硬
   焼マグネサイトであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の放射性廃棄物の固化処理方法
   。 （４）水溶性リン酸塩がリン酸アンモニウムであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れか１項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。 （５）水溶性リン酸塩が重リン酸マグネシウムである特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載の
   放射性廃棄物の固化処理方法。 （６）無機充填固化剤の配合量は、 （イ）のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属
   の酸化物および／または無機塩の１００重量部に対して
   、 （ロ）の水溶性リン酸塩が３０〜２００重量部であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれか１項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。 （７）あらかじめペレット化された状態の放射性廃棄物
   に無機充填固化剤が添加される特許請求の範囲第１項な
   いし第６項のいずれか１項記載の放射性廃棄物の固化処
   理方法。 （８）原子力施設で発生した固体放射性廃棄物に、 （イ）アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の
   酸化物および／または無機塩の１００重量部と、 （ロ）水溶性リン酸塩の３０〜２００重量部と、 （ハ）ポリリン酸塩の１〜１００重量部と からなる無機充填固化剤と、 （ニ）この無機充填固化剤１００重量部に対して、水の
   ５〜１００重量部とを添加し、 前記放射性廃棄物を固化させることを特徴とする放射性
   廃棄物の固化処理方法。 （９）アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の
   無機塩が炭酸塩またはアルミン酸塩であることを特徴と
   する特許請求の範囲第８項記載の放射性廃棄物の固化処
   理方法。 （１０）アルカリ金属の酸化物および／または無機塩が
   硬焼マグネサイトであることを特徴とする特許請求の範
   囲第８項または第９項記載の放射性廃棄物の固化処理方
   法。 （１１）水溶性リン酸塩がリン酸アンモニウムであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第１０項の
   いずれか１項記載の放射性廃棄物の固化処理方法。 （１３）水溶性リン酸塩が重リン酸マグネシウムである
   特許請求の範囲第８項ないし第１１項のいずれか１項記
   載の放射性廃棄物の固化処理方法。 （１４）あらかじめペレット化された状態の放射性廃棄
   物に無機充填固化剤が添加される特許請求の範囲第８項
   ないし第１３項のいずれか１項記載の放射性廃棄物の固
   化処理方法。