(57)【要約】【課題】  硫酸ナトリウムを含む放射能濃度の比較的高い放射性廃液を固化し、固化体を水に浸漬した際の液のpHが12以下で硫酸イオン濃度がモルタル平衡濃度以下となる固化体をインドラム方式で作成できる放射性廃液の固化処理方法を提供する。【解決手段】  硫酸ナトリウムを含む放射性廃液１に硫酸ナトリウムの量と等量モル以上となるように水酸化バリウム５を加え、生じた硫酸バリウムとアルカリ水溶液の混合物に酸化ケイ素化合物６と減水剤７を加えて混練し水ガラスを生成させ、生成した水ガラスと硫酸バリウムの混合物に硬化剤８を加えて混練し固化処理する。総水分／(酸化ケイ素化合物６と硬化剤８との総量)を水／紛体比と定義し、水／紛体比と減水剤７量とを調整すると、インドラム方式で固化処理できる粘度となる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラム缶に所定量注入した硫酸ナトリウムを含む放射性廃液に廃液中の硫酸ナトリウムの量と等量モル以上となるように水酸化バリウムを加え、生じた硫酸バリウムとアルカリ水溶液の混合物に酸化ケイ素系化合物と減水剤を加えて混練し水ガラスを生成させ、生成した水ガラスと硫酸バリウムの混合物に硬化剤を加えて混練し固化体とする放射性廃液の固化処理方法において、
水／紛体比と減水剤量とを調整し混練時の粘度を低下させることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
混練機の洗浄廃液を次回のバッチの混練水として利用することを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
酸化ケイ素化合物がシリカフュームであることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
硬化剤が高炉スラグであることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項５】
硫酸ナトリウムを含む放射性廃液の固化処理装置において、
硫酸ナトリウムを含む放射性廃液を供給するタンクと、水酸化バリウムを供給するタンクと、酸化ケイ素化合物を供給するタンクと、硬化剤を供給するタンクと、減水剤を供給するタンクと、放射性廃液と水酸化バリウムなどの添加物とをドラム缶内で混練する混練機とからなる放射性廃液の固化処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の放射性廃液の固化処理装置において、
ドラム缶内で混練機を洗浄する洗浄機を備えたことを特徴とする放射性廃液の固化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所または原子力関連施設で発生し硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物を固化処理方法に係り、特に、インドラム方式で固化処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所から発生する硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液のうち、現行の政令濃度上限値を超える放射能レベルの廃棄物は、一般的な地下利用に余裕を持った深度への埋設処分が検討されている。
【０００３】
処分法としては、固化体の周囲に透水性の小さいベントナイト粘土と物質の拡散性の小さいモルタルを組み合わせた人工バリア施設への埋設が有望視されている。
【０００４】
人工バリア施設が長期に渡り、放射性廃棄物の隔離性能を維持するには、ベントナイト粘土やモルタルの性能に影響を及ぼさないような固化体を作成することが必要となる。
【０００５】
具体的には、ベントナイト粘土については、高アルカリ条件では溶解性が高くなってしまうため、固化体を水に浸漬した際の液のpHを12以下に抑制することが望ましい。
【０００６】
モルタルについては、固化体を水に曝した際に液に浸出する硫酸イオン濃度が高いと、モルタル成分中のアルミン酸カルシウム(3CaO・Al2O3)および水酸化カルシウム(Ca(OH)2)と硫酸ナトリウムとが反応し、化学式(１)に示すエトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)を生成するので、
3CaO・Al2O3＋3Ca(OH)2＋3Na2SO4＋32H2O
→3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O＋6NaOH…(１)
体積が膨張し、モルタルの健全性が損なわれる可能性がある。
【０００７】
このため、モルタル単独を水に浸漬した場合の硫酸の平衡濃度(約2×10-3mol／L)以下となるように、固化体中の硫酸イオン濃度を抑制することが望ましい。
【０００８】
化学式(２)に示すように、硫酸ナトリウムを含む放射性廃液に水酸化バリウム等のアルカリ土類金属水酸化物を加え、硫酸イオンを難溶性の硫酸バリウム沈殿にした後、放出されるナトリウムには、酸化ケイ素化合物を添加し、水ガラス(Na2O・nSiO2)を生成させ、
Na2SO4＋Ba(OH)2＋nSiO2
→BaSO4(難溶性沈殿)＋Na2O・nSiO2      ……(２)
さらに水ガラスの硬化剤を添加し、固化処理する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００９】
ただし、この方法では硫酸イオン濃度については抑制できるが、固化体を水に浸漬した際の液のpHについては検討していない。
【００１０】
一方、セメント系の水硬性固化材を用いる固化処理では、固化材，廃棄物，添加水等を均一に混練する必要がある。このとき、粘度が高い混合ペーストの均一性を高めるため、専用の混練機を用いて混合ペーストを作成し、これを固化容器に注入して固化する方法、すなわちアウトドラム方式が一般的である。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６１-１８２５９９号公報(第４〜５頁  図２，図５)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
アウトドラム方式の場合、混練機の混練槽や混練翼およびバルブやペーストの払い出し配管部に付着したセメントペーストの固着を防止するため、１バッチごとまたは１日の運転終了後に、混練機内部を洗浄する必要がある。従来の混練機の一般的な洗浄方法では、水で洗浄した洗浄廃液はそのまま二次廃棄物として処理していた。
【００１３】
これに対し、廃棄物，水，固化材を固化用容器すなわちドラム缶に直接注入し、このドラム缶の中で撹拌機により混練するインドラム方式がある。インドラム方式は、アウトドラム方式に比べて、洗浄廃液の発生量が少なくなる利点がある。しかし、装置形状が制限されるため、高粘度のペーストの混練には適していない。
【００１４】
このように、放射性廃液の固化処理は、システム構成が簡素になることから、インドラム方式で混練することが望ましい。しかし、インドラム方式で混練するには、ペーストの粘度を低くする必要がある。
【００１５】
本発明の課題は、硫酸ナトリウムを含む放射能濃度の比較的高い放射性廃液を固化し、固化体を水に浸漬した際の液のpHが12以下で、硫酸イオン濃度がモルタル平衡濃度以下となる固化体をインドラム方式で混練できる放射性廃液の固化処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、ドラム缶に所定量注入した硫酸ナトリウムを含む放射性廃液に廃液中の硫酸ナトリウムの量と等量モル以上となるように水酸化バリウムを加え、生じた硫酸バリウムとアルカリ水溶液の混合物に酸化ケイ素系化合物と減水剤を加えて混練し水ガラスを生成させ、生成した水ガラスと硫酸バリウムの混合物に硬化剤を加えて混練し固化体とする放射性廃液の固化処理方法において、水／紛体比と減水剤の量とを調整し混練時の粘度を低下させる放射性廃液の固化処理方法を提案する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、混練時の粘度を低下させることができるので、硫酸ナトリウムを含む放射能濃度の比較的高い放射性廃液を固化し、固化体のpHが12以下で、硫酸イオン濃度がモルタル平衡濃度以下となる固化体をインドラム方式で混練できる放射性廃液の固化処理方法が得られる。
【００１８】
また、アウトドラム方式に比べて、装置構成が簡素化され、処理時間も短縮されるので、コストを削減できる。
【００１９】
さらに、混練装置などを洗浄した廃液を次回のバッチの混練水として添加するので、二次廃棄物を発生させない効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、図１〜図４を参照して、本発明による放射性廃液の固化処理方法および放射性廃液の固化処理装置の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、水／紛体比と廃液ペーストの粘度との関係を示す図である。この例では減水剤として、ナフタリンスルホン酸ホルマリン高縮合物塩を使用している。
【００２２】
ある一定の減水剤を投入したとき、水／紛体比が大きくなるようにすれば、粘度は低下することがわかる。また、ある一定の水／紛体比のときには、減水剤の添加量を多くすれば、粘度は低下することがわかる。すなわち、水／紛体比と減水剤量とを調整し混練時の粘度を低下させることができる。ここで、水／紛体比とは、廃液中の水分，減水剤を水溶液として添加するときの水分および添加水の総容量(L)と、酸化ケイ素化合物および硬化剤の総量(kg)との比である。
【００２３】
インドラム方式で混練可能なペースト粘度は、装置の混練翼の回転速度や翼形状などで決まるため、一概に規定できないが、今回使用した装置では10Pa・s以下である。このインドラム装置を使用する際には、減水剤添加量を0.6kgとした場合は、水／紛体比を1.0以上とする必要がある。同様に、減水剤添加量を1.8kgとした場合は、水／紛体比を0.8以上とする必要がある。さらに、減水剤添加量を増せば、必要な水／紛体比を低い値にすることもできる。具体的には、減水剤添加量を4.5kgとした場合は、水／紛体比は0.65以上であればよい。
【００２４】
図２は、廃液ペーストが10Pa・sとなるときの水／紛体比と減水剤との関係を示す図である。
【００２５】
図の曲線より上側の範囲となるように減水剤添加量と水／粉体比を選択すると、今回使用したインドラム装置で放射性廃液を処理できる。
【００２６】
より好ましくは、曲線上の減水剤添加量と水／粉体比を選択するのがよい。水／紛体比が高すぎると強度が低下したり、作製した固化体を水に浸漬した際の液のpHが上昇してしまうためである。
【００２７】
図３は、本発明による放射性廃液の固化処理装置の系統構成を示す図であり、図４は、本発明による放射性廃液の固化処理装置における処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００２８】
本実施例は、使用済イオン交換樹脂の溶離・再生に伴って発生する放射性廃液を固化処理する方法である。
【００２９】
処理手順の概略を説明すると、硫酸ナトリウムを含む放射性廃液に硫酸ナトリウムの量と等量モル以上となるように水酸化バリウムを加え、生じた硫酸バリウムとアルカリ水溶液の混合物に酸化ケイ素化合物を加えて水ガラスを生成させ、生成した水ガラスと硫酸バリウムの混合物に硬化剤を加え、固化処理する。
【００３０】
より具体的には、図３において、放射性廃液は、硫酸ナトリウムを主成分とし、放射性廃液タンク１に貯蔵されている。本実施例で処理する放射性廃液中の硫酸ナトリウムの濃度は25wt%である。放射性廃液80Lを200Lドラム缶２に移送する。
【００３１】
ドラム缶２には、予め前のバッチの洗浄廃液20Lが注入されている。廃液の比重は1.25kg／Lであるから、廃液80Lに含まれる硫酸ナトリウムの量は、数式(３)により、220molと求められる。
廃液量(80L)×比重(1.25kg／L)
×硫酸ナトリウム濃度(25wt%)
÷硫酸ナトリウム分子量(142g／mol)＝176mol……(３)
その後、廃液を入れたドラム缶２を搬送装置３によって、ドラム缶昇降装置４まで運び、上部に移動させた後、まず、薬剤タンク５から水酸化バリウムを１０水塩の形態で添加する。
【００３２】
水酸化バリウムは、数式(３)で求めた硫酸ナトリウムの量の1.1倍等量モルである194molをBa(OH)2・8H2Oの形態で61.2kg添加した。なお、添加する水酸化バリウムの形態は、Ba(OH)2・8H2Oに限定されるものではなく、無水水酸化バリウムでもよいし、塩化バリウムなど水酸化物でないバリウムの塩でもよい。また、水酸化バリウムの添加とともに混練装置９がドラム缶内で廃液と水酸化バリウムとを十分に混練した。
【００３３】
混練が終了した後、引き続き、助剤タンク６から、減水剤粉末を4.5kg添加した。このため、水／粉体比は0.65以上とする必要があるが、本実施例では、水／粉体比を0.65とした。したがって、酸化ケイ素化合物と硬化剤である高炉スラグの重量は、数式(４)から、
廃液と洗浄廃液中の水の総量(100L)÷水／粉体比(0.65L/kg)＝154kg……(４)
154kgである。
【００３４】
本実施例では、酸化ケイ素化合物と硬化剤である高炉スラグは等量とした。このため、助剤タンク７から、酸化ケイ素化合物であるシリカヒューム(SiO2)を77kg添加した。同様に、硬化剤タンク８から、硬化剤として高炉スラグを77kg添加した。
【００３５】
その後、混練装置９により十分に撹拌した後、ドラム缶２を下降させ、搬送装置３により搬出する。この後、十分に養生すると、固化体となる。
【００３６】
ドラム缶２を搬出後、次のバッチのドラム缶２２を搬送装置３によりドラム缶昇降装置４まで運び、上部に移動させた後、洗浄機１０により混練装置９を洗浄する。発生した洗浄廃液20Lは、ドラム缶２２に収納され、次のバッチの混練水として利用される。したがって、二次廃棄物の発生が抑制される。
【００３７】
発明者らは、上記配合条件においてビーカーサイズの試験をした。１か月間養生をした後に、２週間浸漬したところ、pHは12以下であり、硫酸イオン濃度はモルタル平衡濃度(約2×10-3mol／L)以下であった。その結果、課題を満足する固化体を作成できることを確認した。
【００３８】
本発明によれば、アウトドラム方式に比べて、装置構成が簡素化され、処理時間も短縮されるので、コストを削減できる。また、混練装置などを洗浄した廃液を次回のバッチの混練水として添加するので、二次廃棄物を発生させない効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】水／紛体比と廃液ペーストの粘度との関係を示す図である。
【図２】廃液ペーストが10Pa・sとなるときの水／紛体比と減水剤との関係を示す図である。
【図３】本発明による放射性廃液の固化処理装置の系統構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  放射性廃液タンク
２  ドラム缶
３  搬送装置
４  ドラム缶昇降装置
５  薬剤タンク(水酸化バリウム)
６  助剤タンク(減水剤)
７  助剤タンク(シリカヒューム)
８  硬化剤タンク(高炉スラグ)
９  混練装置
１０  洗浄機
２２  次のバッチのドラム缶
【図１】
2008102087.tif 000003
【図２】
2008102087.tif 000004
【図３】
2008102087.tif 000005