(57)【要約】【課題】放射性廃棄物の焼却灰の固化処理に適用可能で、かつ焼却灰中の重金属の溶出を抑制することができる放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法を提供する。【解決手段】放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法が、可燃性の放射性廃棄物の焼却処理によって生じた焼却灰中の重金属塩化物を、前記重金属塩化物よりも水への溶解性が低い形態に変換する変換工程と、前記重金属塩化物の変換処理がなされた前記焼却灰を、セメント系無機固化材及び水と混練してｐＨ１０〜１１の混練物を得る混練工程と、前記混練物を固化して固化処理物を得る固化工程とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性の放射性廃棄物の焼却処理によって生じた焼却灰中の重金属塩化物を、前記重金属塩化物よりも水への溶解性が低い形態に変換する変換工程と、
前記重金属塩化物の変換処理がなされた前記焼却灰を、セメント系無機固化材及び水と混練してｐＨ１０〜１１の混練物を得る混練工程と、
前記混練物を固化して固化処理物を得る固化工程と、
を具備することを特徴とする放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項２】
前記重金属塩化物が、塩化鉛を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項３】
前記変換工程が、前記焼却灰を水に浸漬して混濁物を得る前処理工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項４】
前記前処理工程において、前記混濁物にアルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を添加することを特徴とする請求項３に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項５】
前記変換工程が、前記前処理工程の後に、前記混濁物のｐＨが１０〜１１となるように二酸化炭素を吹き込んで、重金属炭酸塩を生成させる二酸化炭素吹き込み工程を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項６】
前記重金属塩化物が塩化鉛を含み、
前記変換工程が、前記前処理工程の後に、前記前処理工程において前記焼却灰を浸漬した水に酸を添加した酸性水溶液に、電解用電極を浸漬し電気分解して、陽極上に二酸化鉛を生成させる電気分解工程を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項７】
前記変換工程が、前記前処理工程の後に、前記混濁物に二酸化珪素の粉末を添加して珪酸塩を生成させ、この珪酸塩によって重金属を安定化させる二酸化珪素添加工程を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項８】
前記変換工程が、前記混練工程において混練を行う混練機の容器中でなされることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項９】
前記変換工程が、前記前処理工程で得られた前記混濁物を乾燥して乾燥物を得る乾燥工程と、
前記乾燥物を酸素存在雰囲気中で加熱して、重金属酸化物を生成させる加熱工程と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１０】
前記変換工程が、前記前処理工程で得られた前記混濁物を乾燥して乾燥物を得る乾燥工程と、
前記乾燥物を二酸化炭素存在雰囲気中で加熱して、重金属炭酸塩を生成させる加熱工程と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１１】
前記前処理工程又は前記加熱工程において、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を添加することを特徴とする請求項９又は１０に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１２】
前記変換工程が、前記焼却灰と、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を酸素存在雰囲気中で加熱して、重金属酸化物を生成させる工程を有することを特徴とするを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１３】
前記変換工程が、前記焼却灰と、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を二酸化炭素存在雰囲気中で加熱して、重金属炭酸塩を生成させる工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１４】
前記セメント系無機固化材が、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加して、アルカリ成分であるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯの含有割合を低減したものであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【請求項１５】
可燃性の放射性廃棄物の焼却処理によって生じた焼却灰を加熱処理して、前記焼却灰中の重金属塩化物を揮発させる加熱工程と、
前記加熱処理がなされた焼却灰を、セメント系無機固化材及び水と混練してｐＨ１０〜１１の混練物を得る混練工程と、
前記混練物を固化して固化処理物を得る固化工程と、
を具備することを特徴とする放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する可燃性廃棄物を焼却する際に発生する焼却灰である、放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等の施設で発生する放射性廃棄物は、最終的に地下に埋設するなどして処分される。放射性廃棄物は、このような処分に適した状態にするため、減容および安定化のための各種処理が行われている。これらの廃棄物の中で可燃性廃棄物を、専用の焼却炉で焼却することにより減容し、セメントでこの焼却灰を固めてセメント固化することにより安定化する技術が実用化されている。
【０００３】
一般に、焼却灰のセメント固化によって、焼却灰中の大部分の重金属が不溶化されることが知られている。
しかし、重金属の一部は固定化されずに、セメント固化体から溶出する場合がある。廃棄物からの重金属イオンの溶出は、法の定める規制値以下（例えばＰｂの場合には溶出濃度を０．３ｍｇ／Ｌ以下）にすることが定められているが、セメント固化体からの重金属の溶出濃度が所定の規制値を超えてしまう場合がある。
そのため、重金属イオンの溶出を法の定める規制値以下に抑制することが可能な焼却灰の固化処理技術が求められている。
【０００４】
重金属イオンの溶出を抑制することができる焼却灰の固定化処理技術として、飛灰にセメントと水を加えて混練した後に、硫化カルシウムを加えて混練し、飛灰中の鉛等の重金属を水に不溶性の硫化鉛等の硫化物にする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、キレート剤の添加により飛灰等に含まれる重金属を固定化、不溶化する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１３６０７２号公報
【特許文献２】特開２００５−８９５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、飛灰にセメントと水を加えて混練した後、硫化カルシウムを加えて混練する方法では、処分後に腐食性の強いＳＯＸガスが発生し、放射性廃棄物焼却灰のセメント固化体を収容するドラム缶等が腐食する可能性があり、処分場の健全性に影響を与えるおそれがある。また、硫化物が環境中で分解することにより二硫化炭素を発生して悪臭による被害が生じる可能性もある。飛灰等にキレート剤を添加する方法は、セメント固化体から放射性核種を溶出しやすくしてしまう観点から、放射性廃棄物の処分ではキレート剤を廃棄物中に含有させることが厳しく制限されているので、放射性廃棄物焼却灰中の重金属の固定化剤としてキレート剤を用いることは困難である。
【０００６】
上記に鑑み、本発明は、放射性廃棄物の焼却灰の固化処理に適用可能で、かつ焼却灰中の重金属の溶出を抑制することができる放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法は、可燃性の放射性廃棄物の焼却処理によって生じた焼却灰中の重金属塩化物を、前記重金属塩化物よりも水への溶解性が低い形態に変換する変換工程と、前記重金属塩化物の変換処理がなされた前記焼却灰を、セメント系無機固化材及び水と混練してｐＨ１０〜１１の混練物を得る混練工程と、前記混練物を固化して固化処理物を得る固化工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放射性廃棄物の焼却灰の固化処理に適用可能で、かつ焼却灰中の重金属の溶出を抑制することができる放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法の手順を示すフロー図である。図２は、この実施形態に用いられる放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置の要部構成の一例を模式的に示す図である。放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１は、焼却灰の貯槽２、焼却灰の計量槽３、添加水の貯槽４、添加水の計量槽５、セメント系無機固化材の貯槽６、セメント系無機固化材の計量槽７、アルカリ金属水酸化物の貯槽８、アルカリ金属水酸化物の計量槽９、混練機１０、固化容器１１及び炭酸ガス供給ライン２０を備える。焼却灰の計量槽３と混練機１０の間の焼却灰供給ライン１２には加熱又は乾燥装置１３及び／又は振動装置１４を、そしてセメント系無機固化材の計量槽７と混練機１０の間のセメント系無機固化材供給ライン１５には、振動装置１６をそれぞれ配置することもできる。混練機１０は回転軸１７及び攪拌翼１８を有する。また、混練機１０は、混練機１０の容器の外周を囲むジャケット状に設けられて冷水を通流させる冷却ジャケットなどの冷却手段１９を備える。
【００１１】
本実施形態に係る放射性廃棄物の固化処理方法について図１及び図２を参照して説明する。本明細書中において放射性廃棄物焼却灰（以下、単に「焼却灰」と称する）は、原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する可燃性の廃棄物を焼却して得られる焼却灰である。本明細書中において、焼却灰には、焼却飛灰も含まれ、焼却飛灰のみ、焼却飛灰を除く焼却灰、又は焼却飛灰と焼却灰の混合物のいずれであってもよく、放射性を有しない可燃性廃棄物の焼却灰を含んでいてもよい。焼却灰には、例えば、鉛、亜鉛、カドミウム等の重金属が含まれており、通常、重金属の大部分が塩化物や酸化物の形態で存在している。なお、焼却灰は、後述する前処理工程（Ｓ１）や、二酸化炭素吹き込み工程（Ｓ３）における処理が容易なため、粉状又は粒状のものが好ましい。
【００１２】
焼却灰は、まず、前処理工程（Ｓ１）において、所定量の添加水とともに混練機１０に投入され、冷却しつつ攪拌され、混濁液が得られる。前処理工程における冷却は、混練機１０の周囲に配置される、例えば冷却ジャケットなどの冷却手段１９により、一定温度に保持することにより行われる。この保持される温度は通常５〜３５℃程度であり、２０〜３５℃が好ましい。また、攪拌時間は、概ね１５分以上である。この前処理工程において、焼却灰に含まれる、吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分、主に酸化カルシウム（ＣａＯ））は、反応式（１）で示す反応をして、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が生成する。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋反応熱    ……（１）
これにより、溶解による発熱が小さい水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）にすると共に、発生する反応熱に起因する、セメント系無機固化材との混練後の悪影響（例えばセメント系無機固化材との混練において、発熱により固化材ペースト（混練物）が急激に粘性を失い、焼却灰の良好な固定化が妨げられる）を防止できる。
【００１３】
焼却灰中の塩化鉛（ＰｂＣｌ２）等の重金属塩化物は、水に対する溶解度が高い（例えば、ＰｂＣｌ２では１．０８ｇ／１００ｇ水）ため、添加水中に溶解し、反応式（１）で生成した水酸化カルシウムと反応式（２）で示す反応をして、重金属水酸化物を生成する。なお、式（２）では、重金属が鉛の場合を例に示している。
ＰｂＣｌ２＋２Ｃａ（ＯＨ）２→Ｐｂ（ＯＨ）２＋２ＣａＣｌ２    ……（２）
【００１４】
また、焼却灰中のＰｂＯ等は、少量でもセメントの水和を阻害し、セメントの凝結時間を著しく遅延することが知られている。これは、ＰｂＯ等がセメントの水和によって遊離するＣａ（ＯＨ）２と複塩を生成し、この複塩がセメント粒子の表面を覆うので水和の進行が阻害されるためと考えられている。
しかしながら、本実施の形態では、混練工程（Ｓ４）に先立って前処理工程において焼却灰をアルカリ（例えば、Ｃａ（ＯＨ）２）で処理している。そのため、このような複塩が予め析出し、混練工程におけるセメントの水和過程で複塩がセメント粒子の表面を覆うことを防止できるので、水和の阻害によるセメント硬化の遅延を抑制することが可能である。
【００１５】
前処理工程（Ｓ１）において用いられる添加水は、放射性を有しない水であってもよいし、原子力発電所などの放射性物質取扱施設から発生する放射性廃液、例えば原子力発電所から生じる使用済み燃料を再処理する際の低レベル放射性廃液（例えば硝酸ナトリウムを含有する放射性廃液）であってもよい。添加水として放射性廃液を使用する場合、放射性廃液中の放射性物質もセメント固化によって固定化することができる。放射性廃液と放射性を有しない水の両者を添加する場合、添加水に含まれる放射性廃液の配合量は、放射性廃液の放射性レベル等に応じて適宜決めることができる。
【００１６】
また、添加水の一部を、焼却灰の供給ライン１２の洗浄に用い（Ｓ２）、その洗浄後の添加水を混練機１０に投入して攪拌（Ｓ１ａ）してもよい。この場合、焼却灰の供給ライン１２の洗浄に使用される添加水の割合は、前処理工程において使用される添加水の量を１００重量部として、例えば２０〜３５重量部程度にすることができる。
このように、添加水の一部又は洗浄水を、焼却灰の供給ラインの洗浄に用いることにより、焼却灰の供給ライン１２へのアクセスが可能になり、焼却灰の供給ライン１２の焼却灰の堆積による閉塞を防止できる。
【００１７】
また、放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１の連続運転を行なう場合には、添加水による洗浄により焼却灰供給ライン１２が濡れていると、これに焼却灰が付着して閉塞する要因となる。このため、焼却灰供給ライン１２に、例えばヒーターなどの加熱又は乾燥手段１３を設け、焼却灰の供給ライン１２を加熱又は乾燥させる（Ｓ１１）ことで、連続運転が可能となる。
【００１８】
焼却灰と添加水の配合割合（重量比）は、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）のような、吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分）をどの程度含有するかなどを考慮して、焼却灰の種類に応じて適宜決めることができる。なお、本実施の形態では、前処理工程を、混練機１０の容器内で行っているが、他の容器内で前処理工程を行い、得られた混濁液を混練機１０の容器内に移送してもよい。
【００１９】
焼却灰中の酸化カルシウムが不足する場合には、反応式（１）によって生成する水酸化カルシウムが不足するので、反応式（２）に示す重金属塩化物の重金属水酸化物への変換を十分に行うことができない。この場合には、前処理工程において、アルカリ金属水酸化物（例えば水酸化ナトリウム）を別途添加する（Ｓ５）。
【００２０】
焼却灰中の酸化カルシウムが不足する場合の一例としては、焼却灰中に、鉛などの重金属化合物が多量に含まれる場合が挙げられる。鉛などの重金属化合物が多量に含まれる場合としては、例えば、いわゆる中レベルの放射性廃棄物の焼却灰を挙げることができる。中レベルの放射性廃棄物の焼却灰は、重金属化合物が多量に含まれる遮蔽グローブ等が焼却対象物に含まれるため、鉛などの重金属化合物が多量に含まれる場合があるためである。
また、重金属化合物は、焼却灰のうち、焼却飛灰中に多く含まれるので、焼却飛灰を含有する焼却灰や焼却飛灰のみも、重金属化合物が多量に含まれる例として挙げることができる。
【００２１】
このように、焼却灰中の酸化カルシウムが不足する場合には、重金属化合物に対して所定の当量以上のアルカリ金属水酸化物（例えば水酸化ナトリウム）を添加し（Ｓ５）、攪拌することにより、重金属の水酸化物への変換を十分に行うことができる。アルカリ金属水酸化物の添加量は、重金属塩化物に対して１．５倍当量以上であることが好ましい。アルカリ金属水酸化物の添加量が１．５倍当量未満である場合には、十分な効果が得られないおそれがある。
なお、アルカリ金属水酸化物に代えて、アルカリ土類金属水酸化物（例えば水酸化カルシウム）を添加してもよい。
【００２２】
アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物の添加方法は、固形のまま又は水溶液の形態で添加することができる。アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物は、セメント系無機固化材と混練する前に、混濁液中に添加することが好ましい。
【００２３】
次に、二酸化炭素吹き込み工程（Ｓ３）において、前処理工程で得られた混濁液に、炭酸ガス供給ライン２０から炭酸ガス（二酸化炭素）を吹き込むと、重金属の水酸化物は、反応式（３）で示す反応をして、重金属の炭酸塩が沈殿生成する。なお、式（３）では、重金属が鉛の場合を例に示している。
Ｐｂ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＰｂＣＯ３（沈殿）＋Ｈ２Ｏ    ……（３）
【００２４】
炭酸ガスは、混濁液のｐＨが１０以上１１以下に保たれるように吹き込むことが好ましい。混濁液のｐＨが１１を超えると、鉛化合物の溶解性はｐＨ１２程度以上で高くなるので、鉛化合物が混濁液中に溶解するおそれがある。混濁液のｐＨが１０未満であると、中性領域から溶解が促進される酸性領域へｐＨが急激に変化するのでｐＨの制御が難しくなる。混濁液のｐＨを１０〜１１に制御するには、例えば、混濁液のｐＨをｐＨ計により監視して、炭酸ガスの吹き込みにより、ｐＨが１０程度に低下した時点で吹き込みを停止すればよい。
なお、吹き込み用の炭酸ガスとしては、純粋なものを用いてもよいし、例えば焼却炉等の燃焼排ガス中の炭酸ガスを用いてもよい。
【００２５】
重金属の塩基性炭酸塩は、重金属塩化物と比較して大幅に水への溶解性が低い。鉛化合物を例に示すと、ＰｂＣｌ２の溶解度は１．０８（ｇ／１００ｇ水、２５℃）であるのに対して、ＰｂＣＯ３の溶解度は１．１×１０−４（ｇ／１００ｇ水、２０℃）であり、重金属塩化物を重金属炭酸塩に変換することにより水への溶解性が１００００倍程度低下する。
一般に、セメント固化によって、セメント中の成分であるエトリンガイトは、水の存在下で焼却灰中の重金属と反応し、焼却灰中の大部分の重金属を不溶化することが知られている。しかし、通常、焼却灰中の重金属の大部分は、塩化物や酸化物として存在し、塩化物は水に対する溶解性が高いので、一部が固定化されずにセメント固化体中の水分に存在し、セメント固化体から重金属が溶出するという問題があった。
しかしながら、本実施形態によれば、変換工程（前処理工程及び二酸化炭素吹き込み工程）によって溶解性の高い重金属塩化物を溶解性の低い重金属炭酸塩に変換することにより重金属を安定化でき、後述するセメント固化体からの重金属溶出を効果的に抑制することが可能である。
なお、焼却灰中に含まれる重金属酸化物は、重金属塩化物と比較して１００倍以上溶解しにくいため、重金属塩化物のような安定化処理は不要である。
【００２６】
次に、混練工程（Ｓ４）において、この混濁液に、セメント系無機固化材を添加して混練して、混練物を得る。混練は、混練物のｐＨが１０以上１１以下という条件下で行うことが好ましい。混練物のｐＨが１１を超えると、通常、セメント固化体中の間隙水等の水分のｐＨも１１を超えてしまう。鉛化合物の溶解性はｐＨ１２程度以上で高くなるので、混練物のｐＨが１１を超えると、鉛化合物がセメント固化体中から溶出するおそれがある。混練物のｐＨが１０未満であると、セメント固化体の放射性核種（例えばコバルト−６０等）保持性が低下するおそれがある。
【００２７】
セメント系無機固化材としては、例えば、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものや、低アルカリセメント等を用いることができる。これらのセメント系無機固化材は、セメント系無機固化材中のアルカリ成分であるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ（これらは、それぞれ水に溶解して水酸化物となりアルカリ性を示す）の含有量が少ないため、混練物やセメント固化体中の水分のｐＨを１０以上１１以下にすることができる。
なお、セメント系無機固化材には、必要に応じて砂や砂利などの骨材を加えることもできる。
【００２８】
セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものは、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を添加することによりアルカリ成分Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯを希釈して、セメント系無機固化材中のアルカリ成分の含有割合を低下させている。
セメント系固化材料としては、例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、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、フライアッシュセメント等の各種混合セメント、アルミナセメント等の特殊セメント等の各種セメントを挙げることができる。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料としては、例えば、高炉スラグ、シリカフューム、フライアッシュ等を挙げることができる。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料の添加量は、セメント系固化材料の種類にもよるが、通常、セメント系固化材料１００重量部に対して１０〜４０重量部が好ましい。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料の添加量が１０重量部未満であると、アルカリ成分の含有割合の低下が不十分で、混練物のｐＨを１１以下にすることができないおそれがある。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料の添加量が４０重量部を超えると、固化体ペースト（混練物）の注入性が低下したり、強度発現性が不十分となるおそれがある。
【００２９】
低アルカリセメントは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量が本来少ないセメントである。なお、セメント系無機固化材に低アルカリセメントを用いてもアルカリ成分の含有量が比較的多いため混練物のｐＨを１１以下にできない場合には、低アルカリセメントにＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加し、さらにアルカリ成分の含有割合を低減させて使用することができる。
【００３０】
普通ポルトランドセメント等の一般的なセメントを用いて焼却灰を固化した場合、通常、混練物のｐＨは１２以上であり、セメント固化体中の間隙水等の水分のｐＨも、通常１２以上である。鉛化合物はｐＨが１２程度以上で溶解性が高まるため、普通ポルトランドセメント等の一般的に用いられるセメントを用いて焼却灰を固化した場合には、鉛の一部が固定化されずにセメント固化体中から溶出してしまう。そのため、従来、重金属の中でも鉛は、セメント固化体からの溶出が最も問題となっていた。
しかしながら、本実施形態では、セメント系無機固化材としてアルカリ成分の含有割合の小さいものを用いているので、混練物やセメント固化体中の水分のｐＨを１０〜１１にすることができ、セメント固化体からの鉛の溶出を効果的に抑制することが可能である。
【００３１】
また、セメント系無機固化材に対して、無機流動化剤を添加することができる。無機流動化剤としては、縮合リン酸カルシウム、炭酸化合物（例えば炭酸ナトリウム）などを挙げることができる。これらの中でも、縮合リン酸ナトリウムと炭酸ナトリウムの重量比で１：１の混合物がより流動性が改善されるため好ましい。無機流動化剤の添加量は、セメント系無機固化材１００重量部に対して１〜２重量部程度が好ましい。無機流動化剤を加えることにより、混練物の粘度が低下し、流動性を改善できるので、焼却灰をさらに大量に固化することも可能となる。
【００３２】
焼却灰、添加水及びセメント系無機固化材の配合比率は、使用される焼却灰の種類、セメント系無機固化材の種類等に応じて適宜決めることができる。また、上記の前処理工程から混練工程まで（Ｓ１）〜（Ｓ４）は、外周部に冷却機能を有する冷却ジャケット１９を設置した混練機１０を用いることで、同一の混練機で行なうことができる。
【００３３】
なお、このような前処理工程及び混練工程を、連続して運転を行なう場合には、焼却灰の供給ライン１２の閉塞防止のため、焼却灰の供給ライン１２に、例えばノッカーなどの振動装置１４を設け、焼却灰の供給ライン１２を振動させる（Ｓ１２）ことで、連続した固化運転が可能になる。また、同様に、セメント系無機固化材の供給ライン１５の閉塞防止のため、セメント系無機固化材の供給ライン１５に、振動装置１６を設け、セメント系無機固化材の供給ライン１５を振動させる（Ｓ１３）ことで、連続した固化運転が可能になる。
【００３４】
このようにして得られた混練物を混練機１０の排出口からドラム缶等の固化容器１１に流し込み、この固化容器１１内でそのまま固化体とすれば（Ｓ６）、そのままの形で固化処理物のユニットとして扱うことができる。養生方法は、特に限定されるものではなく、蓋をした状態で静置養生してもよいし、加熱養生により混練物の硬化を促進させてもよい。固化体（固化処理物）を収納した固化容器１１は、埋設処理施設において、埋設処分される（Ｓ７）。
【００３５】
次に、放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１について、図２を参照してさらに説明する。放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１の混練機１０は、排出口を有する底部の、該排出口側を下向きに傾斜させた構造を有する。このように、排出口側を下向きに傾斜させた構造とすることで、混練物の排出性が大幅に向上する。また、その洗浄も容易に行うことができる。また、混練機１０は、その外周部に、例えば冷却ジャケットなどの冷却手段１９を備え、前処理工程及び／又は混練工程において、混練機１０内の温度を一定に保つことができる。そのため、例えば焼却灰中の吸水により発熱する成分（吸水加熱性成分）の吸水による反応熱を吸収できるので、セメント系無機固化材との混練後の悪影響（例えばセメント系無機固化材との混練において、発熱により急激に粘性を失うこと）を抑制でき、良好に固定化できる。
【００３６】
このように放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１は、放射性を有する焼却灰等にアクセスすることなく、連続した固定化の運転が可能となる。そのため、低レベルの放射性を有する焼却灰みならず、中レベルの放射性を有する焼却灰についても好適に適用することが可能である。
【００３７】
以上のように、本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、腐食性の強いガスの発生がなく、キレート剤のような放射性廃棄物の処分に使用が制限されているものを添加していないので、放射性廃棄物焼却灰の固化処理に好適に適用できる。
【００３８】
また、本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、焼却灰中に含まれる、水に対する溶解性の高い重金属塩化物を溶解性の低い重金属炭酸塩に変換することにより重金属を安定化できるので、セメント固化体からの重金属溶出を効果的に抑制することが可能である。
また、本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、アルカリ成分の含有割合が低いセメント系無機固化材を用いているので、混練物やセメント固化体中の水分のｐＨを１０〜１１にすることができる。これにより、重金属の中でもセメント固化体からの溶出が従来最も問題となっていた鉛（鉛化合物の溶解性はｐＨ１２程度以上で高まる）の溶出を効果的に抑制することが可能である。
したがって、本実施形態によれば、セメント固化体からの重金属イオンの溶出を、法の定める規制値以下にすることが可能である。
【００３９】
また、本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、混練工程に先立って前処理工程において焼却灰をアルカリで処理しているので、混練工程においてセメント粒子の表面を覆いセメントの水和を妨げる複塩を予め析出させている。これにより、混練工程において、複塩がセメント粒子の表面を覆うことを防止でき、水和の阻害によるセメント硬化の遅延を抑制することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、焼却灰、添加水、セメント系固化材以外に添加するものは、気体である炭酸ガスと、焼却灰中の酸化カルシウムが不足するため重金属塩化物を重金属水酸化物に十分に変換できない場合に、必要に応じて添加するアルカリのみである。そのため、本実施形態によれば、セメント固化体の発生量の増加を防止、あるいは抑制することが可能である。
【００４１】
（変形例１）
以上の第１の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法では、二酸化炭素吹き込み工程（Ｓ３）において、前処理工程で得られた混濁液に、炭酸ガスを吹き込むことにより重金属炭酸塩を生成させて、重金属の安定化を図っている。
これに対して、炭酸ガス（二酸化炭素）の吹き込みに代えて、前処理工程で得られた混濁液に、例えば硝酸のような酸を添加して弱酸性水溶液（例えばｐＨ５）とし、この弱酸性水溶液中に、例えば白金電極を浸漬して、例えば２〜２．５Ｖで電気分解してもよい（電気分解工程）。これにより、溶解度の高い塩化鉛から溶解度の低い二酸化鉛（ＰｂＯ２）を陽極上に析出させて、従来セメント固化体から溶出を防止することが困難であった鉛を安定化させることができる。析出物は、定期的に電極表面を洗浄し剥離させて、混練工程（Ｓ４）において投入し、セメント固化することが可能である。
なお、電極上に焼却灰が付着しないように、電気分解前に混濁液あるいは弱酸性水溶液を濾過し、焼却灰を除去しておくことが好ましい。
【００４２】
なお、この変形例１は、焼却灰中に鉛化合物が多量に含まれる場合に好適に用いることができる。このような焼却灰としては、例えば、いわゆる中レベルの放射性廃棄物の焼却灰を挙げることができる。中レベルの放射性廃棄物の焼却灰は、鉛化合物が多量に含まれる遮蔽グローブ等が焼却対象物に含むため、鉛化合物を多量に含むためである。
【００４３】
この変形例１においても、腐食性の強いガスの発生がなく、キレート剤のような放射性廃棄物の処分に使用が制限されているものを添加していない。また、変換工程（前処理工程及び電気分解工程）において、水に対する溶解性の高い鉛塩化物を溶解性の低い酸化鉛に変換し、また、混練工程（Ｓ４）において、アルカリ成分の含有割合が低いセメント系無機固化材を用いている。さらに、混練工程に先立って前処理工程（Ｓ１）において焼却灰をアルカリで処理し、また、焼却灰、添加水、セメント系固化材以外に添加するものは液体である酸のみにすることが可能である。そのため、この変形例１に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法においても、第１の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
（変形例２）
以上の第１の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法では、二酸化炭素吹き込み工程（Ｓ３）において、前処理工程で得られた混濁液に、炭酸ガスを吹き込むことにより重金属の炭酸塩を生成させて、重金属の安定化を図っている。
これに対して、炭酸ガス（二酸化炭素）の吹き込みに代えて、前処理工程で得られた混濁液に、二酸化珪素の粉末を添加してもよい（二酸化珪素添加工程）。添加された二酸化珪素の粉末は、前処理工程で得られた混濁液において反応式（１）により生成した水酸化カルシウム等と反応し、水に対する溶解度が小さいケイ酸カルシウム（ＣａｘＳｉｙＯｘ＋２ｙ）等の珪酸塩を生成する。珪酸塩は、焼却灰から溶け出した鉛等の重金属イオンと反応して不溶物を生成し、重金属を安定化させることができる。また、珪酸塩は、焼却灰中から溶け出した多価金属イオンと反応してゲル化物を生成し、このゲル化物中に重金属を包含したり、ゲル化物表面に重金属を吸着し、重金属を安定化させることができる。
【００４５】
二酸化珪素の粉末は、純粋なものであってもよいし、二酸化珪素を含有する粉末であってもよく、例えば、シリカゲル等を用いることができる。
二酸化珪素の粉末の添加量は、焼却灰中に酸化カルシウムや重金属がどの程度含有されているか等に応じて適宜決めることができる。
【００４６】
この変形例２においても、腐食性の強いガスの発生がなく、キレート剤のような放射性廃棄物の処分に使用が制限されているものも添加していないため、第１の実施形態と同様に、放射性廃棄物焼却灰の固化処理に好適に適用できる。また、変換工程（前処理工程及び二酸化珪素添加工程）において、水に対する溶解性の高い重金属塩化物を溶解性の低い形態に変換し、また、混練工程（Ｓ４）において、アルカリ成分の含有割合が低いセメント系無機固化材を用いているため、第１の実施形態と同様に、セメント固化体からの重金属の溶出を効果的に抑制することができる。また、混練工程に先立って前処理工程（Ｓ１）において焼却灰をアルカリで処理しているため、第１の実施形態と同様に、セメント硬化の遅延を抑制することが可能である。
【００４７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法は、単一の処理容器において、変換工程、混練工程及び固化工程が行われる。
図３は、この実施形態で用いられる放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置の混練固化機の要部構成の一例を模式的に示す断面図である。この混練固化機２１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、蓋部２２及び胴部２３を有する。蓋部２２は、粉体材料投入口２４、液体材料投入口２５及び排気或いはガス吹き込みのためのベント口２６が設けられている。これらの投入口はそれぞれ液はね防止用プレート２７が設けられている。また蓋部２２は、攪拌翼２８及びカップリング２９を有する。カップリング２９は、攪拌翼２８を駆動機構３０と着脱可能に嵌合する。駆動機構３０は、モータ３１とカップリング２９と嵌合して攪拌翼を回転させるシャフト３２とからなる。シャフト３２の先端部が、カップリング２９と嵌合する。シャフト３２は、ヒーターや熱電対などの加熱手段により加熱される加熱部３３が設けられていてもよい。胴部２３は、その外周部に、例えばヒーターなどの加熱手段３４を備えている。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法について図３を参照して説明する。なお、第１の実施形態と重複する説明は省略する。
まず、添加水供給工程において、液はね防止用プレート２７を備えた液体材料投入口２５から添加水供給用の配管を介して、添加水を混練固化機２１に投入する。液はね防止用プレート２７を使用することにより、液もれ及び／又は外部への液はねをすることなく添加水を混練固化機２１に供給することができる。
【００４９】
次に、図３（ｃ）に示されるように、駆動機構３０が備えるシャフト３２の先端部を混練固化機の蓋２２に設置されたカップリング２９と嵌合させて攪拌翼２８を回転させ、攪拌しながら、液はね防止用プレート２７を備えた粉体材料投入口２４から焼却灰供給用の配管を介して、焼却灰を混練固化機２１に投入し、攪拌工程において、混濁液を得る。この攪拌の条件、例えば攪拌時間は使用する焼却灰の種類等に応じて適宜決めることができる。添加水を攪拌しながら、焼却灰を混練固化機２１に投入して混濁液を得る前処理工程は、攪拌後自然放冷により冷却しても、また、混練固化機２１の外周部の加熱手段３４に代えて冷却機構、例えば冷却ジャケットを設置して冷却しながら行ってもよい。液はね防止用プレート２７を使用することにより、外部に飛散することなく焼却灰を混練固化機２１に供給することができる。
なお、焼却灰中の酸化カルシウムが不足するため、重金属塩化物から重金属水酸化物への変換を十分に行うことができない場合には、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を粉体材料投入口２４からアルカリ金属水酸化物（アルカリ土類金属水酸化物）用の配管を介して、混濁液に投入する。
【００５０】
次に、二酸化炭素吹き込み工程において、液はね防止用プレート２７を備えたベント口２６から、炭酸ガス供給用の配管を介して、炭酸ガス（二酸化炭素）を混濁液内に吹き込むと、重金属の炭酸塩が生成し、重金属の安定化が図られる。
【００５１】
さらに、混練工程において、液はね防止用プレート２７を備えた粉体材料投入口２４からセメント系無機固化材用の配管を介して、セメント系無機固化材を混練固化機２１に投入し、混練によりｐＨ１０〜１１の混練物を得る。セメント系無機固化材としては、前述したように、例えば、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものや、低アルカリセメントを用いることができる。焼却灰、添加水及びセメント系無機固化材の配合比率は、焼却灰の種類、セメント系無機固化材の種類などに応じて適宜決めることができる。混練の条件は、使用する焼却灰の種類、使用するセメント系無機固化材の種類などに応じて適宜決めることができる。液はね防止用プレート２７を使用することにより、外部に飛散することなく焼却灰及びセメント系無機固化材を混練固化機２１に供給することができる。
【００５２】
その後、得られた混練物を、図３（ｂ）に示されるように、駆動機構３０が備えるシャフト３２の先端部と、カップリング２９との嵌合を離した後、固化し、固化処理物（固化体）を得る。固化に要する時間は、焼却灰の種類、セメント系無機固化材の種類などに応じて適宜決めることができる。
【００５３】
なお、養生方法は、特に限定されるものではなく、蓋をした状態で静置養生してもよいし、加熱養生により混練物の硬化を促進させてもよい。加熱養生は、例えばヒーターや熱電対などの加熱手段より、シャフト３２に設けられた加熱部３３を加熱してもよいし、胴部２３の外周部に備えた加熱手段３４より胴部２３を加熱してもよいし、両方で加熱してもよい。加熱部３３の加熱は、例えばヒーターの通電部をシャフト３２に設けられた加熱部３３と接触させ、加熱することにより、シャフト３２から攪拌翼２８を介して、固化体を内部から加熱することができる。この場合、攪拌翼２８は、例えばステンレス鋼材料（例えばＳＵＳ３０４）などの熱伝導性の良好な材料で製造する。また、シャフト３２も同様に、例えばステンレス鋼材料などの熱伝導性の良好な材料で製造する。
【００５４】
また、焼却灰が中レベルの放射性を有する場合には、加熱養生により固化体中の間隙水等の水分を低減させることにより、放射性物質による水の分解により発生する水素ガスの発生を抑制できるので、固化体の空隙、ひび割れ等の低減や、処分場の長期にわたる健全性の確保を図ることができ、加熱養生は特に好適である。
固化体を加熱する条件、例えば加熱温度、加熱時間は、焼却灰の種類、目的となる水分の減少量などに応じて適宜決めることができる。
【００５５】
その後、胴部２３内に収納された固化体は、埋設処理施設において、埋設処分される。そのため、混練固化機２１の蓋部２２に備えられた攪拌翼２８も同時に埋設処分されるため、攪拌翼の洗浄などのメンテナンスが不要となる。
【００５６】
次に、この実施形態に用いられる混練固化機２１について、図３を参照してさらに説明する。混練固化機２１は、混練物を固化処理できる固化容器であれば、いずれのものも使用できる。具体的には、ドラム缶（主に２００Ｌドラム缶）に蓋部２２が固定された状態となっており、蓋部２２の中央部には固化容器内の撹拌翼２８とモータ３１からの動力を撹拌翼２８に伝えるシャフト３２の先端部を着脱可能としたカップリング２９が備わった構造である。これにより、固化容器内と外部との遮断が成され、また、固化容器から着脱可能となる。
また、固化容器の蓋部２２に設けられた、粉体材料投入口２４、液体材料投入口２５及びベント口２６には、中央の開口部及びその外周部に向かって外側に放射線状に切り込みの入った液跳ね防止用プレート２７がそれぞれ設けてある。この液跳ね防止用プレート２７に、添加水供給用の配管、焼却灰供給用の配管、セメント系無機固化材用の配管、ベント用の管及び炭酸ガス供給用の管を差し込むことにより、液漏れすることなく添加水、焼却灰、セメント系無機固化材、及び炭酸ガスを供給できる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、混練固化機２１を使用することにより、放射性を有する焼却灰等にアクセスすることなく、連続した固定化の運転が可能となる。そのため、低レベルの放射性を有する焼却灰みならず、中レベルの放射性を有する焼却灰についても適用することが可能である。また、液はね防止用プレートが設けられているため、供給配管等への付着及び／又は外部への飛散がなく、放射性物質の漏洩を防止できる。
【００５８】
（変形例）
以上の第２の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法では、二酸化炭素吹き込み工程において、前処理工程で得られた混濁液に、炭酸ガスを吹き込むことにより重金属の炭酸塩を生成させて、重金属成分の安定化を図っている。
これに対して、炭酸ガスの吹き込みに代えて、粉体材料投入口２４から二酸化珪素の粉末用の配管を介して、二酸化珪素の粉末を混練固化機２１中の前処理工程で得られた混濁液に投入して、重金属成分を安定化させてもよい（二酸化珪素添加工程）。
【００５９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法は、変換工程が、前処理工程と乾燥工程と加熱工程とを有し、加熱工程では、乾燥状態の焼却灰を流動加熱することにより、重金属成分を安定化する反応が行われる。
本実施形態において、焼却灰中の重金属の含有量は特に制限されないが、焼却灰中に数十％以上の鉛などの重金属を含む場合にも、効率的な処理が可能であり、好適に用いることができる。
【００６０】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法の手順を示すフロー図である。以下に、本発明の第３の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法について図４を参照して説明する。なお、第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００６１】
焼却灰は、まず、前処理工程（Ｓ３１）において、所定量の添加水とともに前処理用の容器に投入され、冷却しつつ攪拌され、混濁液が得られる。本実施形態の前処理工程（Ｓ３１）は、第１の実施形態で用いた放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置１を用いていない点を除いて、第１の実施形態の前処理工程（Ｓ１）と同様なものである。前処理工程により、前述した反応式（１）、（２）により重金属塩化物が重金属水酸化物に変換される。
焼却灰中の酸化カルシウムが不足する場合には、反応式（１）によって生成する水酸化カルシウムが不足するので、前述した反応式（２）に示す重金属塩化物の重金属水酸化物への変換を十分に行うことができない。この場合には、前処理工程において、アルカリ金属水酸化物（例えば水酸化ナトリウム）又はアルカリ土類金属水酸化物を別途添加する（Ｓ３５）。なお、後述するように、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物の添加は、後述する加熱工程において行われてもよく、この場合は、固形の形態で添加することが好ましい。
【００６２】
次に、乾燥工程（Ｓ３２）において、前処理工程で得られた混濁液を加熱し（好ましくは１００〜２００℃）、乾燥させて乾燥物（焼却灰、及び焼却灰中に含まれる成分やその反応生成物）を得る。この乾燥物は、前処理工程を経ているので、反応式（１）により、セメント系固化材との混練後の悪影響のおそれがあるＣａＯ等の吸水加熱性成分が除去されている。また、この乾燥物は、前処理工程を経ているので、前述したように混練工程におけるセメントの水和の阻害による硬化遅延を抑制することが可能である。
【００６３】
次に、加熱工程（Ｓ３３）において、後述するように、乾燥物を容器内に投入し、この容器内に加熱された酸素を含むキャリアガスを通気させながらこの容器内に設けられた攪拌翼で攪拌して乾燥物を流動させつつ、加熱する。重金属水酸化物は、酸素存在雰囲気中で加熱すると、分解してＰｂＯ２等の重金属酸化物を生成するので、重金属成分を安定化させることができる。
【００６４】
図５は、本実施形態の加熱工程（Ｓ３３）で用いられる焼却灰の流動加熱装置３５の要部構成の一例を模式的に示す断面図である。流動加熱装置３５は、胴部３６と、蓋部３７と、底部３８と、攪拌翼３９と、駆動機構４０と、例えばヒーターのような加熱手段４１と、キャリアガス導入管４２と、焼却灰導入口４３と、焼却灰排出口４４と、キャリアガス排出口４５、ダスト除去装置４６とを備えている。
【００６５】
胴部３６は、内部に、乾燥物（焼却灰）の流動化を促進させ、かつ攪拌手段として機能する攪拌翼３９、上部に蓋部３７、下部に底部３８、外周に加熱手段４１がそれぞれ配置されている。蓋部３７には、焼却灰導入口４３、底部には焼却灰排出口４４が設けられ、これらの焼却灰導入口４３及び焼却灰排出口４４は、加熱工程において流動した乾燥物が加熱される際には閉じられている。また、胴部３６内の下部には、乾燥物（焼却灰）を流動化させるためのキャリア（担体）ガスを吹き込むことができるように、キャリアガス導入管４２の端部が配置されている。蓋部３７には、キャリアガス排出口４５が設けられ、キャリアガス排出口４５の内部にはフィルター等のダスト除去装置４６が備えられている。
なお、図５では、胴部３６が、直径が上部に向かって大きくなるようになっているが、直径が下部に向かって大きくなっていてもよいし、直筒の形状であってもよい。
【００６６】
上部の焼却灰導入口４３から乾燥物を胴部３６内に投入する。キャリアガス導入管４２を介して胴部３６の下部に吹き込まれた酸素を含むキャリアガス（例えば、加熱空気）、及び攪拌翼３９による攪拌によって、乾燥物は流動化し、乾燥物は胴部３６内を循環する。加熱されたキャリアガス及び加熱手段４１による外部加熱により、前処理工程において生じた重金属水酸化物は二酸化鉛（ＰｂＯ２、酸化鉛の中でＰｂＯ２は水に対する溶解度が最も小さい）等の水に対する溶解度が小さい重金属酸化物に変換され、重金属成分が安定化される。
【００６７】
ここで、前述したように、焼却灰中の酸化カルシウムが不足するため、加熱工程前の乾燥物中に重金属塩化物が残存している場合には、アルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物を、加熱工程において乾燥物とともに流動加熱装置３５内に添加することができる。乾燥物中に残存する重金属塩化物は、以下に示す反応式（４）によって、重金属酸化物に変換されて、重金属成分の安定化が図られる。なお、式（４）では、水酸化カルシウムを添加し、重金属が鉛の場合を例に示している。
ＰｂＣｌ２＋１／２Ｏ２＋Ｃａ（ＯＨ）２→ＰｂＯ２＋ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ  …（４）
【００６８】
乾燥物の加熱温度は、焼却灰の組成にもよるが、通常７００℃〜１０００℃が好ましく、加熱時間は、焼却灰の量にもよるが、通常３０分〜１８０分程度でよい。また、キャリアガスは、酸素存在雰囲気を形成するものであれば特に限定されないが、経済性の観点から空気が好ましい。
加熱処理された乾燥物は、焼却灰排出口４４から排出される。
【００６９】
次に、混練工程（Ｓ３４）において、加熱処理された乾燥物と、セメント系無機固化材及び添加水を混練機の容器内に投入し、混練によりｐＨ１０〜１１の混練物を得る。セメント系無機固化材としては、前述したように、例えば、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものや、低アルカリセメントを用いることができる。
【００７０】
このようにして得られた混練物を混練機の排出口からドラム缶等の固化容器に流し込み、この固化容器内でそのまま固化体とすれば（Ｓ３６）、そのままの形で固化処理物のユニットとして扱うことができる。養生方法は、特に限定されるものではなく、蓋をした状態で静置養生してもよいし、加熱養生により混練物の硬化を促進させてもよい。固化体（固化処理物）を収納した固化容器は、埋設処理施設において、埋設処分される（Ｓ３７）。
【００７１】
なお、本実施形態では、変換工程において、加熱工程の前に、前処理工程及び乾燥工程を行っているが、前処理工程及び乾燥工程を省略して、加熱工程を行ってもよい。前処理工程及び乾燥工程を省略する場合には、加熱工程（変換工程）において、焼却灰とともにアルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物の固形物を胴部３６内に投入する。この場合には、例えば反応式（４）によって、焼却灰中に含まれる重金属塩化物が重金属酸化物に変換されて、重金属成分の安定化が図られる。
アルカリ金属水酸化物の添加量は、重金属塩化物に対して１．５倍当量以上が好ましい。焼却灰の加熱温度は、焼却灰の組成にもよるが、通常７００℃〜１０００℃が好ましく、加熱時間は、焼却灰の量にもよるが、通常３０分〜１２０分程度でよい。
なお、混練工程において、セメントの硬化が遅延するおそれがあるときは、加熱養生によりセメントの硬化を促進させることが好ましい。
【００７２】
本実施形態においても、腐食性の強いガスの発生がなく、キレート剤のような放射性廃棄物の処分に使用が制限されているものを添加していない。また、変換工程において、重金属成分を水に対する溶解性の低い二酸化鉛等の重金属酸化物に変換し、また、混練工程において、アルカリ成分の含有割合が低いセメント系無機固化材を用いている。さらに、混練工程に先立って前処理工程において焼却灰をアルカリで処理し、また、焼却灰、添加水、セメント系固化材以外に添加するものは、焼却灰中の酸化カルシウムが不足する場合に、必要に応じて添加するアルカリのみである。そのため、本実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法においても、第１の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法と同様な効果を得ることができる。
【００７３】
（変形例）
以上の第３の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法によれば、加熱工程（Ｓ３３）における乾燥物の加熱処理において、焼却灰の流動加熱装置３５内に導入するキャリアガスとして酸素を含むものを用いて、重金属酸化物を生成させて重金属成分の安定化を図っていた。
これに対して、酸素を含むキャリアガスに代えて二酸化炭素を含むキャリアガスを用いることにより、重金属炭酸塩を生成させて重金属成分の安定化を図ってもよい。炭酸ガスとしては、純粋なものを用いてもよいし、例えば焼却炉等の燃焼排ガス等を用いてもよい。
【００７４】
この変形例においても、加熱工程において、重金属成分を水に対する溶解性の低い重金属炭酸塩に変換しており、また、この変形例は、加熱工程において導入するキャリアガスを除けば、第３の実施形態と本質的に相違するところがない。そのため、この変形例に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法においても、第３の実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法と同様な効果を得ることができる。
【００７５】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第１乃至第３の実施形態と重複する説明は省略する。
本実施形態の放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法は、図５に示した焼却灰の流動加熱装置３５を用いて焼却灰を加熱処理し、焼却灰中に含まれる、水に対する溶解度が高いＰｂＣｌ２等の重金属塩化物を揮発させて除去することを特徴とするものである。これにより、焼却灰中から、水に対する溶解度が高いＰｂＣｌ２等の重金属塩化物が除去されているので、セメント固化体からの重金属の溶出を抑制することができる。
本実施形態において、焼却灰中の重金属の含有量は特に制限されないが、焼却灰中に数十％以上の鉛などの重金属を含む場合にも効率的な処理が可能であり、好適に用いることができる。
【００７６】
まず、図５に示した焼却灰の流動加熱装置３５を用いて、加熱工程を行う。上部の焼却灰導入口４３から焼却灰を胴部３６内に投入する。キャリアガス導入管４２を介して胴部３６の下部に吹き込まれた加熱されたキャリアガス、及び攪拌翼３９による攪拌によって、焼却灰が流動化し、焼却灰は胴部３６内を循環する。加熱されたキャリアガス及びヒーター４１による外部加熱により、他の塩化物と比べて沸点が低い重金属の塩化物を、ほぼ全て揮発させることができる。焼却灰の加熱温度は、５５０℃〜１１００℃が好ましい。加熱時間は、焼却灰の量にもよるが、通常３０分〜１８０分程度でよい。また、キャリアガスの種類は、特に限定されないが、経済性の観点から、例えば、空気、焼却炉等の燃焼排ガス等が好ましい。
【００７７】
焼却灰から揮発した重金属塩化物は、キャリアガス排出口４５の内部に設けられた微粒子捕捉用のフィルターのようなダスト除去装置４６によって、捕捉することができる。焼却灰から分離された重金属塩化物は、例えば重金属炭酸塩のような水に対する溶解度が小さい形態に変換された後、加熱処理された焼却灰とともに、あるいは別途、セメント系無機固化材でセメント固化することができる。セメント系無機固化材としては、前述したように、例えば、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものや、低アルカリセメントを用いることができる。
加熱処理された焼却灰は、焼却灰排出口４４から排出される。
【００７８】
次に、混練工程において、加熱処理された焼却灰と、セメント系無機固化材及び添加水を混練機の容器内に投入し、混練によりｐＨ１０〜１１の混練物を得る。セメント系無機固化材としては、前述したように、例えば、セメント系固化材料にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする無機材料を添加したものや、低アルカリセメントを用いることができる。
【００７９】
このようにして得られた混練物を混練機の排出口からドラム缶等の固化容器に流し込み、この固化容器内でそのまま固化体とすれば（固化工程）、そのままの形で固化処理物のユニットとして扱うことができる。養生方法は、特に限定されるものではなく、蓋をした状態で静置養生してもよいし、加熱養生により混練物の硬化を促進させてもよい。混練工程において、セメントの硬化が遅延するおそれがあるときは、加熱養生によりセメントの硬化を促進させることが好ましい。固化体（固化処理物）を収納した固化容器は、埋設処理施設において、埋設処分される。
【００８０】
本実施形態によれば、腐食性の強いガスの発生がなく、キレート剤のような放射性廃棄物の処分に使用が制限されているものも添加していないため、放射性廃棄物焼却灰の固化処理に好適に適用できる。また、加熱工程において、焼却灰中から、水に対する溶解度が高い重金属塩化物を揮発除去し、また、混練工程において、アルカリ成分の含有割合が低いセメント系無機固化材を用いている。そのため、セメント固化体からの重金属の溶出を効果的に抑制することができる。また、焼却灰、添加水、セメント系固化材以外に添加するものはなく、或いは、必要に応じて、焼却灰中から分離除去された重金属塩化物を、水に対して難溶性の形態に変換する際に添加する試薬だけなので、セメント固化体の発生量の増加を抑制することが可能である。
【実施例】
【００８１】
次に、本発明を実施例によって説明する。
【００８２】
（実施例１）
主成分として酸化カルシウム（ＣａＯ）を２４重量％程度含む焼却灰（模擬）１００重量部に、塩化鉛（ＰｂＣｌ２）１５重量部を添加し、塩化鉛を含む模擬焼却灰を用意した。
また、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント社製）６０重量部にシリカフューム４０重量部を添加してアルカリ成分の含有割合が小さいセメント（以下、単に「低アルカリ成分セメント」と称する。）を作製した。
【００８３】
（実施例２）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部を、水道水４０重量部に浸漬し、冷却して常温に保ちつつ、攪拌して混濁液を得た。この混濁液に、混濁液のｐＨが１０〜１１となるように炭酸ガスを吹き込んで炭酸鉛（ＰｂＣＯ３）を生成させた。この混濁液に、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部を加えて混練し、セメント固化体を作製した。
【００８４】
（実施例３）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部を、水道水４０重量部に浸漬し、冷却して常温に保ちつつ、攪拌して混濁液を得た。この混濁液を濾過して模擬焼却灰を除去した水溶液に硝酸を加えてｐＨ５の弱酸性水溶液とした。この弱酸性水溶液に、Ｐｔ電極を浸漬し電気分解して陽極上に酸化鉛（ＰｂＯ２）を析出させた。陽極表面を洗浄し剥離させた析出物と、電解処理後の弱酸性水溶液と、濾別した模擬焼却灰と、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部を加えて混練し、セメント固化体を作製した。
【００８５】
（実施例４）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部を、水道水４０重量部に浸漬し、冷却して常温に保ちつつ、攪拌して混濁液を得た。この混濁液に、二酸化珪素の粉末を２０重量部添加し、ケイ酸カルシウムを生成させ、鉛を安定化させた。この混濁液に、実施例１の低アルカリ成分セメント３０重量部を加えて混練し、セメント固化体を作製した。
【００８６】
（実施例５）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部を、水道水４０重量部に浸漬し、冷却して常温に保ちつつ、攪拌して混濁液を得た。この混濁液を加熱して乾燥させた乾燥物を、図５に示す焼却灰の流動加熱装置３５に投入し、キャリアガスとして加熱空気を用い、胴部３６内を７００℃で３０分加熱して、二酸化鉛を生成させた。加熱処理した模擬焼却灰に、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、セメント固化体を作成した。
【００８７】
（実施例６）
キャリアガスに炭酸ガスを用いて炭酸鉛を生成させた以外は、実施例５と同様にしてセメント固化体を作成した。
【００８８】
（鉛溶出試験、余剰水の有無、圧縮強度、凝結時間）
実施例２〜６のセメント固化体について、環境庁告示十三号「産業廃棄物に含まれる金属等の測定方法」により鉛の溶出試験を行った。また、混練物の凝結時間や、セメント固化体の外観観察、養生日数２８日での圧縮強度を測定した。
その結果、実施例２〜６のいずれにおいても、固化体からの鉛の溶出濃度は、廃掃法に定める規制値０．３ｍｇ／Ｌ以下であった。また、実施例２〜６のいずれにおいても、凝結は２４時間以内に終結して良好であり、外観観察により余剰水は発生せず、圧縮強度は、評価基準値とされる１．４７ＭＰａ以上であることが確認された。なお、実施例２〜６のいずれにおいても、混練物のｐＨは、１０〜１１であった。
【００８９】
（実施例７）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部と水酸化カルシウム１５重量部を、図５に示す焼却灰の流動加熱装置３５に投入し、キャリアガスとして加熱空気を用いて、攪拌翼３９で攪拌しながら胴部３６内を７００℃で３０分加熱し、二酸化鉛を生成させた。加熱処理した焼却灰に、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、セメント固化体を作成した。
【００９０】
（実施例８）
キャリアガスに炭酸ガスを用いて炭酸鉛を生成させた以外は、実施例７と同様にしてセメント固化体を作成した。
【００９１】
（実施例９）
実施例１の塩化鉛を含む模擬焼却灰１５重量部を、図５に示す焼却灰の流動加熱装置３５に投入し、キャリアガスとして加熱空気を用いて、攪拌翼３９で攪拌しながら胴部３６内を７００℃で３０分加熱して、塩化鉛を揮発させた。加熱処理した焼却灰に、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、セメント固化体を作成した。
【００９２】
（鉛溶出試験）
実施例７〜９のセメント固化体について、環境庁告示十三号「産業廃棄物に含まれる金属等の測定方法」により鉛の溶出試験を行った。その結果、固化体からの溶出量は、廃掃法に定める０．３ｍｇ／Ｌ以下であることが確認された。なお、実施例７〜９のいずれにおいても、混練物のｐＨは、１０〜１１であった。
【００９３】
（実施例１０）
模擬焼却灰１００重量部に炭酸鉛（ＰｂＣＯ３）１５重量部を添加し、塩化鉛ＰｂＣｌ２が炭酸鉛に変換処理された模擬焼却灰を用意した。
この炭酸鉛を含む模擬焼却灰に、実施例１の低アルカリ成分セメント４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、２５℃で養生し、セメント固化体を作成した。なお、混練物（固化体ペースト）のｐＨは１１であった。
【００９４】
（比較例１）
実施例１０の模擬焼却灰１５重量部に、高炉セメントＢ種４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、２５℃で養生し、セメント固化体を作成した。なお、混練物（固化体ペースト）のｐＨは１２であった。
【００９５】
（比較例２）
実施例１０の模擬焼却灰１５重量部に、高炉セメントＢ種４５重量部及び水道水４０重量部を加えて混練し、８０℃で加熱養生し、セメント固化体を作成した。なお、混練物（固化体ペースト）のｐＨは１２であった。
【００９６】
（比較例３）
実施例１０の模擬焼却灰１５重量部に、高炉セメントＢ種３５重量部、水道水３０重量部、水酸化ナトリウム２０重量部を加えて混練し、２５℃で養生し、セメント固化体を作成した。なお、混練物（固化体ペースト）のｐＨは１２であった。
【００９７】
（比較例４）
実施例１０の模擬焼却灰１５重量部に、アルミナセメント４５重量部及び水道水３０重量部を加えて混練し、２５℃で養生し、セメント固化体を作成した。なお、混練物（固化体ペースト）のｐＨは１２であった。
【００９８】
（鉛の溶出性試験）
実施例１０、及び比較例１〜４のセメント固化体について、環境庁告示十三号「産業廃棄物に含まれる金属等の測定方法」により鉛の溶出試験を行った。図６は、鉛の溶出試験の結果を示す図である。
図６から明らかなように、混練物のｐＨが１２以上である比較例１〜４では、セメント固化体からの鉛の溶出濃度が、廃掃法に定める０．３ｍｇ／Ｌをいずれも大きく超えていた。
これに対して、低アルカリ成分セメントを用いることにより、混練物のｐＨが１０〜１１であった実施例１０では、セメント固化体からの鉛の溶出量が、廃掃法に定める規制値０．３ｍｇ／Ｌ以下であることが確認された。
【００９９】
（凝結時間）
実施例１０、比較例１、比較例２、及び比較例４について混練物の凝結時間を測定した。
その結果、高炉セメントＢ種を用いた比較例１では、２４時間経過しても凝結が開始せず、４８時間経過時の凝結の進行度が２０％程度であり、１４４時間経過時に凝結の終結が確認された。
一方、低アルカリ成分セメントを用いた実施例１０や、アルミナセメントを用いた比較例４では、凝結は２４時間以内に終結し良好であった。また、高炉セメントＢ種を用いた場合でも、加熱養生によりセメントの硬化を促進すれば（比較例２）、凝結は２４時間以内に終結することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法の手順を示すフロー図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に用いられる放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置の要部構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態で用いられる放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置の混練固化機の要部構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る放射性廃棄物焼却灰の固化処理方法の手順を示すフロー図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の変換工程で用いられる焼却灰の流動加熱装置の要部構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】鉛の溶出試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…放射性廃棄物焼却灰の固化処理装置、２…焼却灰の貯槽、３…焼却灰の計量槽、４…添加水の貯槽、５…添加水の計量槽、６…セメント系無機固化材の貯槽、７…セメント系無機固化材の計量槽、８…アルカリ金属水酸化物の貯槽、９…アルカリ金属水酸化物の計量槽、１０…混練機、１１…固化容器、１２…焼却灰供給ライン、１３…加熱又は乾燥装置、１４，１６…振動装置、１５…セメント系無機固化材供給ライン、１７…回転軸、１８…攪拌翼、１９…冷却手段（冷却用ジャケット）、２０…炭酸ガス供給ライン、２１…混練固化機、２２…蓋、２３…胴部、２４…粉体材料投入口、２５…液体材料投入口、２６…ベント口、２７…液跳ね防止用プレート、２８…攪拌翼、２９…カップリング凹部、３０…駆動機構、３１…モータ、３２…シャフト、３３…加熱部、３４…加熱手段、３５…焼却灰の流動加熱装置、３６…胴部、３７…蓋部、３８…底部、３９…攪拌翼、４０…駆動機構、４１…加熱手段、４２…キャリアガス導入管、４３…焼却灰導入口、４４…焼却灰排出口、４５…キャリアガス排出口、４６…ダスト除去装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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