(57)【要約】【課題】放射性廃棄物の焼却灰をセメントで固化する方法において、ゼオライトを用いた場合と同等の溶出抑制効果が得られ、長期溶出においても良好な結果が得られるようにする。【解決手段】放射性廃棄物の焼却灰に、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物（粒径：１００ナノ〜１，０００ナノ）とセメントと水を混合して硬化させる。具体的には、放射性廃棄物の焼却灰に、天然鉱物由来の粉末物を添加し、セメントを加えて空練りして混合した後、さらに水を全量又は複数回に分けて加えて練り混ぜ、その後、型枠内に打ち込んで硬化させる。なお、天然鉱物由来の粉末物として、ベントナイトを主成分とした天然鉱物由来の微粒状粉末を用いる。例えば、放射性廃棄物の焼却灰に、天然鉱物由来の粉末物を焼却灰の質量の１０％以上をセメントに置き換えて添加することで放射性セシウムの溶出率を２０％以下に抑制する。【選択図】図２
2014228406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃棄物の焼却灰に、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物とセメントと水を混合して硬化させることを特徴とする放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法。
【請求項２】
放射性廃棄物の焼却灰に、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物を添加し、セメントを加えて空練りして混合した後、さらに水を全量又は複数回に分けて加えて練り混ぜ、その後、型枠内に打ち込んで硬化させることを特徴とする放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法。
【請求項３】
前記陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物として、ベントナイトを主成分とした微粒状粉末で、SiO2が69〜76質量%、Al2O3が15〜17質量%含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法。
【請求項４】
前記放射性廃棄物の焼却灰に、前記陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物を前記焼却灰の質量の１０％以上をセメントに置き換えて添加することで放射性セシウムの溶出率を２０％以下に抑制することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法により得られることを特徴とするセメント固化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウム等の放射性物質を含む可燃性ゴミ等の放射性廃棄物を焼却する際に発生する放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法と、その製造方法により得られるセメント固化体に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所での事故に伴って環境中に放出された放射性セシウムに汚染された廃棄物（可燃性ゴミ等）を焼却処理した結果、放射性セシウムが濃縮されて高い濃度の放射性セシウムを含んだ焼却灰（主灰、飛灰）が各地の焼却施設で発生している。
これらの汚染された焼却灰は、放射性セシウムの濃度に応じて国が定めた方法で処分されるが、基本的な処分方法は「最終処分場への埋立処分」である。
ここで、国の基準で焼却灰を埋立処分する時の焼却灰の形態は、
１．灰をセメントで固化する方法（高濃度の場合）
２．灰をそのままの状態で容器に入れる方法（低濃度の場合）
などが示されている。
【０００３】
しかし、焼却灰の内、特に「飛灰」は主灰に比べて放射性セシウム濃度が高く、飛灰自体または飛灰をセメントで固化した場合でも、水との接触によって容易に放射性セシウムが溶出して外部に流出する（出願人の試験で確認）。
このため、最終処分場に処分された飛灰が、何らかの不具合（例：遮水構造の損傷など）によって地上もしくは地下から侵入してきた雨水や地下水などと接触した場合、放射性セシウムが溶出して環境に甚大な被害を及ぼす可能性がある。
そこで、飛灰中に含まれる放射性セシウムが容易に溶出しない有効な方法が求められる。
【０００４】
従来、放射性セシウムを含んだ焼却灰を埋立により最終処分する場合、焼却灰は放射性セシウム濃度に応じてその処分形態が異なる。
例えば、放射性セシウム濃度が８，０００〜１０万Ｂｑ／ｋｇの場合、１ｍ3当たり１５０ｋｇ以上のセメントを灰に混合し、一軸圧縮強度が０．９８ＭＰａ以上の強度を有する焼却灰の固化物とする方法や、濃度が８，０００Ｂｑ／ｋｇ以下では灰をそのままの状態でフレコンパックに入れて埋立てる方法となっている。
【０００５】
しかし、出願人の実験結果では、飛灰自体からの放射性セシウムの溶出率は約８０％と高く、飛灰をセメントで固化した場合でも溶出率は約５０％で、大半が溶出する結果であった。
また、主灰自体からの溶出率も約１０％あることが試験で確認された。
つまり、現状での処分方法では、不測の事態で水に接触した時、放射性セシウムの溶出を防ぐことはできず、放射性セシウムの溶出を抑制する材料や別の処分形態が必要となる。
【０００６】
なお、特許文献１において、放射性物質を含有した焼却灰及び土壌が、大気中に飛散したり雨に流されたりし難くなり、土中に埋められても放射性物質の溶出を遅らせ、また焼却灰及び土壌の状態から容積を低減(減容化)でき、かつ機械的な崩壊を遅らせることができ、長期にわたり形状が安定的に維持され得る圧縮成型体の製造方法が提案される。
これは、ベントナイトを含む水膨潤性粘土、ゼオライト及び固化材を混合してプレミックスを調製し、放射性物質含有焼却灰と混合し、圧縮成型する技術である。
【０００７】
また、特許文献２において、再利用品の放射性セシウム濃度が１００Ｂｑ／ｋｇ以上となる焼却灰のセメント固化体、又は、再利用品の放射性セシウム濃度が１００Ｂｑ／ｋｇ以下の焼却灰（飛灰、炉底灰）を固化したセメント固化体が、破断しても、セシウムイオンが検出されない固化体の製造方法が提案される。
これは、ゼオライト、フェロシアン化塩、マンガン化合物、ケイチタン酸塩から選ばれた１以上の吸着剤のセシウムに対する固液分配係数を測定し、処理焼却灰と水量を勘案した吸着剤の最低必要量と、焼却灰と、水とを混合して撹拌し、次いで、固化に使用するセメントの一部を水分とともに撹拌処理して、廃棄物焼却灰中の両性金属の少なくとも一部をイオン化し、又は両性金属水酸化物とした後、残余のセメントを投入して混練りして、成形して固化させる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−７９８１０号公報
【特許文献２】特許第５０４７４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、放射性廃棄物の焼却灰をセメントで固化する方法において、ゼオライトを用いた場合と同等の溶出抑制効果が得られ、長期溶出においても良好な結果が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
放射性廃棄物の焼却灰に、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物（粒径：１００ナノ〜１，０００ナノ）とセメントと水を混合して硬化させる、放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法を特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、
放射性廃棄物の焼却灰に、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物（粒径：１００ナノ〜１，０００ナノ）を添加し、セメントを加えて空練りして混合した後、さらに水を全量又は複数回に分けて加えて練り混ぜ、その後、型枠内に打ち込んで硬化させる、放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法を特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、
請求項１または２に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法であって、
前記陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物として、ベントナイトを主成分とした微粒状粉末で、SiO2が69〜76質量%、Al2O3が15〜17質量%含有していることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、
請求項１から３のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法であって、
前記放射性廃棄物の焼却灰に、前記陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物を前記焼却灰の質量の１０％以上をセメントに置き換えて添加することで放射性セシウムの溶出率を２０％以下に抑制することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか一項に記載の放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体製造方法により得られるセメント固化体を特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ゼオライトを用いた場合と同等の溶出抑制効果を得ることができ、長期溶出においても良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用したベントナイトを主成分とした天然鉱物由来微粉末の一実施形態の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の天然鉱物由来微粉末による放射性物質の抱え込み作用を示す説明図である。
【図３】溶出試験の概念図である。
【図４】各種試料からの放射性セシウム溶出試験結果を示すグラフである。
【図５】放射性セシウムの長期溶出試験を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（実施形態）
埋立処分する飛灰に対して、放射性セシウムの吸着性に優れた天然鉱物由来の粉末物を所定量添加し、セメント及び水と一緒に練り混ぜて混合し、その後、型枠内に打ち込んで一定の材齢で硬化させることで、万が一、水と接触した場合でも放射性セシウムの溶出を大幅に抑制できる焼却灰の処分形態を開発した。
なお、主灰も放射性セシウム濃度が高い場合があり、わずかな溶出でも大きな被害となるため、ここでの対象は飛灰と主灰の両方とする。
【００１８】
放射性セシウムの吸着性に優れた材料として、ベントナイトを主成分とした天然鉱物由来微粉末を使用する。本材料は、原料を特殊な粉砕・精製技術でナノ粒子（粒径１００ナノ〜１，０００ナノ）に加工した層状結晶構造の微粉末である。
具体的には、飛灰に天然鉱物由来粉末物を飛灰質量に対して１０％以上添加し、セメントを加えて空練りした後、さらに水を加えて練り混ぜ、その後、型枠内に打ち込んで硬化させる。
なお、天然鉱物由来微粉末をあらかじめ水に溶解させて使用する場合や、全ての材料を一気に混合して製造する方法もある。
【００１９】
【表１】
2014228406.tif 000003
【００２０】
表１はセメント固化体の基本配合例を示す。
天然鉱物由来微粉末はセメントの内割置換で使用する。
つまり、表１の場合、飛灰質量の１０％（９７．２ｋｇ）以上をセメントに対して置き換えるため、単位セメント量は３８８．８ｋｇ／ｍ3以下となる。セメント固化体中の飛灰の質量比は５１％で、現在国が例示している配合での値５４％と同等である。
なお、セメントの種類は特に限定せず、普通ポルトランドセメントや低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、低アルカリ形セメントなどを使用できる。なお、焼却灰中のアルミ成分が多い場合は、セメントのアルカリ分と反応して異常膨張をおこすことがあるため、その場合は低アルカリ形セメントを使用する。
【００２１】
図１はベントナイトを主成分とした天然鉱物由来微粉末として粘土鉱物であるモンモリロナイトを特殊な粉砕・精製技術でナノレベルに加工した微粒状粉末を示している。
主な化学成分はケイ素で、他にアルミを多く含む。
図示のように、形状は薄層状微粒子で、１枚の厚さ約１〜２ｎｍ（約０．００１〜０．００２μｍ）、縦横約２００ｎｍ（約０．２μｍ）である。
【００２２】
図２は図１の天然鉱物由来微粉末による放射性物質の抱え込み作用を示す説明図である。
図示のように、陽イオンの吸着性に優れた天然鉱物由来の微粒状粉末の薄い層と層の間は磁石のような力で引き付けられており、ここに水を抱え込んで膨潤する。セシウムなどの物質は、しっかりとここで抱え込まれる。
【００２３】
【表２】
2014228406.tif 000004
【００２４】
表２は蛍光Ｘ線分析による天然鉱物由来微粉末の化学成分範囲を示す。
【００２５】
（溶出試験）
図３は溶出試験の概念図である。
図示のように、タンク内において、試料に１０倍量の純水を加えて、攪拌装置による攪拌翼の毎分２００回転で標準６時間撹拌混合する。
その後、混合液を遠心分離し、上澄み液をろ過して濃度分析する。
【００２６】
図４は各種試料からの放射性セシウム溶出試験結果を示すグラフである。
ここで、試料Ａ：飛灰（原灰）、資料Ｂ：飛灰をセメントで固化した物、資料Ｃ：飛灰に天然ゼオライト微粉末（平均粒径１０μ）を添加してセメントで固化した物、資料Ｄ：飛灰に天然鉱物由来微粉末を添加してセメントで固化した物である。
【００２７】
このように、溶出試験の結果、資料Ｄのとおり、天然鉱物由来微粉末を飛灰質量に対して１０％以上添加してセメント固化することで、放射性セシウムの溶出率は約１０％となり、天然ゼオライト微粉末を用いた場合（資料Ｃ参照）と比較して、半分の添加量で同等の溶出抑制効果を得られた。なお、セメント固化物の一軸圧縮強度は０．９８ＭＰａ以上を有していた。
【００２８】
図５は放射性セシウムの長期溶出試験を示すグラフである。
このように、放射性セシウムの長期溶出挙動を評価するため、天然鉱物由来微粉末を１０％添加したセメント固化物に対して、溶出試験での溶出時間を通常の６時間から延長して、１日、３日、７日、１４日として水との接触を積極的に行った溶出試験を実施した。試験の結果、溶出率は溶出時間１日で概ね平衡状態の約１７％となり、水との接触時間の長期化が溶出量を増加させる結果となったが、放射性セシウムの固定化性能は８０％を超える良好な結果であった。
なお、飛灰の放射性セシウム含有量が4,320Bq/kgの時、溶媒中に溶出した放射性セシウム濃度は100Bq/L以下でクリアランスレベルを満足しており、また国の暫定排水基準（134Cs濃度(Bq/L)/60＋137Cs濃度(Bq/L)/90≦1.0）を下回っており、公共水域に排水されても問題のない濃度レベルであった。
【００２９】
以上、実施形態の放射性セシウムを含んだ焼却灰（飛灰）のセメント固化体製造方法によれば、ベントナイトを主成分とした天然鉱物由来の微粒状粉末を用いることで、ゼオライトを用いた場合と同等の溶出抑制効果を得ることができ、長期溶出においても良好な結果を得ることができる。
【００３０】
（変形例）
以上の実施形態においては、放射性セシウムを含んだ焼却灰の飛灰を対象としたが、本発明はこれに限定されるものはなく、焼却灰の主灰であってもよく、さらに、放射性セシウムに限らず、他の放射性物質を含んだ焼却灰を対象としてもよい。
また、その他、具体的な配合例や化学成分等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図１】
2014228406.tif 000005
【図２】
2014228406.tif 000006
【図３】
2014228406.tif 000007
【図４】
2014228406.tif 000008
【図５】
2014228406.tif 000009