(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、
前記放射性廃棄物が鉄腐食生成物であって、前記無機混和剤が、縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、および硼酸からなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム０．１〜２重量部、炭酸塩化合物０．１〜２重量部、アルミナセメント０．５〜４重量部、および硼酸０．０５〜１重量部からなることを特徴とする放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項２】
前記放射性廃棄物の固型化は、前記固型化材料に前記無機混和剤を添加して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化剤ペーストを用いて行われることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項３】
前記放射性廃棄物の固型化は、前記固型化材料にアルミナセメントを添加して粉末の混合物とし、この混合物を前記縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物及び硼酸を溶解させた混練水により混練して、得られる固型化ペーストを用いて行われることを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項４】
放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、
前記放射性廃棄物が硫酸ナトリウムを主成分としたペレットであって、前記無機混和剤が、縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、ベントナイト及びアルミナセメントからなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム０．１〜２重量部、炭酸塩化合物０．１〜２重量部、アルミナセメント０．５〜４重量部、およびベントナイト０．５〜５重量部からなることを特徴とする放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項５】
前記放射性廃棄物の固型化は、前記固型化材料に前記無機混和剤を添加して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化剤ペーストを用いて行われることを特徴とする請求項４記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項６】
前記放射性廃棄物の固型化は、前記固型化材料に前記アルミナセメントおよび前記ベントナイトを添加して粉末の混合物とし、この混合物を前記縮合リン酸ナトリウム及び炭酸塩化合物を溶解させた混練水により混練して、得られる固型化ペーストを用いて行われることを特徴とする請求項４記載の放射性廃棄物の固型化方法。
【請求項７】
放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、前記放射性廃棄物が使用済みイオン交換樹脂からなるペレットであって、前記無機混和剤が、水ガラスからなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、水ガラス０．５〜５重量部からなることを特徴とする放射性廃棄物の固型化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所等の放射性物質取扱い施設で発生する中ないし低レベルの放射性廃棄物の固型化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等の放射性物質取扱い施設では種々の放射性廃棄物が発生するため、放射性廃棄物の安定化および減容のための各種固型化材料および固型化方法が実用化されている。
【０００３】
これらの放射性廃棄物のうち、廃樹脂や濃縮廃液は次のようにして発生する。すなわち、放射性物質取扱い施設で発生する液体廃棄物の浄化や施設内で発生する水の浄化にはイオン交換樹脂が使用されており、このようなイオン交換樹脂はイオン交換能力が低下してくると薬液により再生されて繰り返し使用されている。しかしながら、再生するごとにイオン交換能力は少しづつ劣化するため、最終的には使用済みイオン交換樹脂として廃棄される。また、樹脂の再生に使われた薬液は、中和濃縮処理されて濃縮廃液として廃棄される。
【０００４】
これらの放射性廃棄物の処理方法として、そのままセメント固化するセメント固化法や、乾燥させた後プラスチックと混合して固化するプラスチック固化法が実用化されている。
【０００５】
また、固化体を作らずに一時的に貯蔵する方法も実用化されている。この方法は、濃縮廃液や廃樹脂を乾燥させた後に小量のバインダを混合してペレット状に成型し、最終固化まで中間貯蔵しておく方法であり、ペレット化法と呼ばれている。
【０００６】
また、放射性廃棄物のうち金属の切断片やフィルターおよびパッキンのような雑固体廃棄物と呼ばれる雑廃棄物については、その種類が非常に多く、形状も複雑である。このため、現時点では 200リットルのドラム缶（以下、 200Ｌドラム缶という。）に入れて施設内に保管されている。このような放射性廃棄物については、固型化材料を 200Ｌドラム缶に流し込み、ドラム缶と廃棄物の間の空間や廃棄物どうしの空間を固型化材料で埋めてしまう方法が考えられている。
【０００７】
さらに、上記濃縮廃液や廃樹脂の中間貯蔵ペレットは、施設により保管方法が異なっているが、最終的には 200Ｌドラム缶に入れられる予定である。これについても、固型化材料を 200Ｌドラム缶に流し込むか、固型化材料とペレット状廃棄物を混練するかのいずれかの方法で固化体とし、最終処分することが検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した固型化方法は廃棄物を安定化できる技術であるが、処分後の更なる長期安定性を目指すには以下のような問題点があった。
【０００９】
（１）近年、原子力発電所から発生する低レベル放射性廃棄物の最終処分の具体化にともない、14Ｃやα線を放出するアクチニド元素（α核種）のような長寿命の放射性核種が安全評価上重要な意味を有することが明らかになっている。すなわち、埋設処分によっても長寿命の放射性核種が長期間安定に固化体に保持されていることが必要である。
【００１０】
プラスチック固化法やペレット固化法は、セメント固化法に比べて減容性が高く、これら核種を物理的に閉じ込められるという利点があるが、核種を固化材に吸着させ化学的に閉じ込める観点からは劣ることが知られている。これについては、前処理することによって14Ｃやα核種を不溶化して固化体からの核種の溶解を低減させる方法等で改善することができるが、設備が複雑となりコストが高くなる問題がある。
【００１１】
このため、中間貯蔵ペレットや雑固体廃棄物に対しては、セメント系固型化材料による固型化方法が検討されている。このセメント固化体については、通常廃棄物に含まれている硫酸ナトリウムが溶出により埋設処理周辺で濃度が高くなると、セメントの14Ｃの分配係数が徐々に低下する傾向にあり、固型化材料であるセメントの14Ｃの吸着性を高めることが要求される。
【００１２】
（２）一部の沸騰水型原子力発電所（以下、ＢＷＲ原子力発電所という。）においては、施設内で発生する水の浄化などに中空糸膜フィルタが適用されるなどして、濃縮廃液の主成分が硫酸ナトリウムでなく鉄腐食生成物すなわちクラッドとなることが予想されている。これらクラッド中にはやはり14Ｃが含まれているが、クラッドの形態は主に水酸化鉄あるいは酸化鉄からなる。
【００１３】
これらクラッドを含む廃液は粘性が高いため、セメント系固型化材料と混練すると、非常に流動性が悪く混ぜ難い。したがって、セメント固化体にする場合には廃棄物の充填量を少なくしなければならない。
【００１４】
このため、セメント系固型化材料のペーストに高流動性を与える物質を添加して混ぜやすくする方法も考えられる。一例として、リグニンスルホン酸系あるいはナフタリンスルホン酸系などの有機流動化剤を添加する方法がある。これを使うことにより混練物の流動性を向上させ、廃棄物の投入量を増やすことが可能となる。しかしながら、このような有機流動化剤は、長期的な分解挙動が明確となっていないなどの懸念がある。
【００１５】
（３）また、前述のように固型化後に最終処分することが検討されている中間貯蔵ペレットのうち、濃縮廃液のペレットをセメント系固型化材料を用いて固化体にすると、濃縮廃液の主成分である硫酸ナトリウムがセメントの混練水によって次式
Ｎａ2 ＳΟ4 ＋１０Η2 Ο→Ｎａ2 ＳΟ4 ・１０Η2 Ο
に示すように10水塩を形成して膨張し、固化体にひび割れが発生するおそれがあった。これについては、10水塩化しないようにセメントペーストの温度を32.4℃以上にすることによって、固化体の割れ発生を回避する方法が提案されているが、この場合には温度制御のための装置が必要となる。
【００１６】
（４）また、廃樹脂をペレット化した樹脂ペレットをセメント系固型化材料で固型化する際も、イオン交換樹脂が吸水膨張する性質によって、固化体にひび割れが発生するおそれがあった。これについては、あらかじめ樹脂ペレットを吸水膨張させて前処理することにより、固化体の割れ発生を回避する方法が提案されているが、イオン交換樹脂の密度はセメントペーストに比べて低く、セメントペーストの見かけ密度が約 2ｇ／cm2 であるのに対して樹脂ペレットの見かけ密度は約 1.1ｇ／cm2 であるため、樹脂ペレットとセメントペーストを混合すると樹脂ペレットが浮上し、これを避ける目的で内篭容器に樹脂ペレットを入れて固型化する必要があった。
【００１７】
本発明は、以上述べてきたような課題を解決するためになされたもので、固化体として埋設処分時に被曝評価上問題となる14Ｃ等の長寿命放射性核種を長期間安定かつ強固に固化体に閉じ込めることができる放射性廃棄物の固型化方法を提供することを目的とする。
【００１８】
さらに本発明は、セメント固化に際して放射性廃棄物の投入量を増加させることができる固型化方法を提供することを目的とする。
【００１９】
すなわち、請求項１の発明の放射性廃棄物の固型化方法は、放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、前記放射性廃棄物が鉄腐食生成物であって、前記無機混和剤が、縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、および硼酸からなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム０．１〜２重量部、炭酸塩化合物０．１〜２重量部、アルミナセメント０．５〜４重量部、および硼酸０．０５〜１重量部からなることを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、前記放射性廃棄物の固型化は、前記固型化材料に前記無機混和剤を添加して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化剤ペーストを用いて行われることを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明は、前記固型化材料にアルミナセメントを添加して粉末の混合物とし、この混合物を前記縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物及び硼酸を溶解させた混練水により混練して、得られる固型化ペーストを用いて行われることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、前記前記放射性廃棄物が硫酸ナトリウムを主成分としたペレットであって、前記無機混和剤が、縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、ベントナイト及びアルミナセメントからなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム０．１〜２重量部、炭酸塩化合物０．１〜２重量部、アルミナセメント０．５〜４重量部、およびベントナイト０．５〜５重量部からなることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、前記固型化材料に前記無機混和剤を添加して粉末の混合物とし、この混合物と水を混練して得られる固型化剤ペーストを用いて行われることを特徴とする。
【００２４】
請求項６の発明は、前記固型化材料に前記アルミナセメントおよび前記ベントナイトを添加して粉末の混合物とし、この混合物を前記縮合リン酸ナトリウム及び炭酸塩化合物を溶解させた混練水により混練して、得られる固型化ペーストを用いて行われることを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明は、放射性物質取扱い施設から発生する放射性廃棄物を、高炉スラグが３０〜６０重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料に無機混和剤を加えたものを用いて固型化する放射性廃棄物の固型化方法において、前記前記放射性廃棄物が使用済みイオン交換樹脂からなるペレットであって、前記無機混和剤が、水ガラスからなり、かつその配合量が、前記固型化材料１００重量部に対して、水ガラス０．５〜５重量部からなることを特徴とする。
【００３０】
原子力発電所等から発生する低レベル放射性廃棄物中の14Ｃは、炭酸塩の形態で存在すると考えられており、埋設処分場に使用されているセメントに対しては、炭酸塩の形態の14Ｃは吸着性が比較的高いと考えられている。−方、処分場における固化体の周辺環境は、地下水に固化体中の溶解成分が溶解し、特に廃棄物中の硫酸ナトリウムの濃度や硼酸ナトリウムの濃度が高くなるものと考えられている。硫酸ナトリウム濃度が高くなると、セメントの14Ｃの分配係数が徐々に低下する傾向にある結果が得られており、硫酸ナトリウムの濃度が地下水中で高くなった場合、セメント固化体中の14Ｃが徐々に流出する懸念がある。このため、セメントの14Ｃ吸着性を高めることは、放射性廃棄物をセメント固化体にして最終処分する上で重要である。
【００３１】
本発明者らは、ポルトランドセメントに高炉スラグを配合した固型化材料を用いることで、14Ｃのセメントへの吸着性が高められることを見いだした。配合は、重量％で高炉スラグが30〜60％、残部をポルトランドセメントにすることで、従来のセメント系固型化材料に比較して高い分配係数が得られ、その中でも高炉スラグの添加量が40〜50重量％の範囲で分配係数はピークとなる。なお、高炉スラグとは、溶鉱炉で金属を融解するときに石灰石等の融剤の添加により意識的に生成させる人工的な混合物であり、ＳｉΟ2 が主成分である。
【００３２】
また、一部の原子力発電所等では、鉄腐食生成物（鉄クラッド）が主成分の放射性廃液が発生する。これをセメント系固型化材料により固型化する際は、流動化剤等の混和剤を配合して流動性を改善する必要がある。これは、前述したように、鉄クラッド主成分の濃縮廃液の粘性が非常に高く流動性が悪いためである。
【００３３】
これを改善するため、本発明者らは、セメント系固型化材料 100重量部に対して縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部、硼酸0.05〜 1重量部からなる無機の混和剤を用いることで混練後の流動性を大幅に向上させ、固化体中の廃棄物の充填量を大幅に増やせることを見いだした。また、本混和剤は無機物で構成されているため、長期的な劣化もなく、固型化材料の核種吸着性を阻害することもない。このため、上記固型化材料に本混和剤を用いることで、14Ｃの閉込め性が高く、かつ高い減容性を有する固化体を作製することが可能となった。
【００３４】
上記の無機の混和剤は各々添加役割が分担されており、縮合リン酸ナトリウムと炭酸塩化合物は、セメント系固型化材料に分散性を付与するとともに、流動性の維持時間を著しく延長させる。また、アルミナセメントと硼酸は、縮合リン酸ナトリウムの作用による硬化遅延を防止するとともに、流動性維持時間に影響を与えないことを目的に添加する。なお、無機混和剤の添加量が上記限定値よりも少ないと期待された効果が得られず、逆に限定値以上にすると固型化材ペース卜流動性の低下や凝結異常（瞬結）等のトラブルを招くことも確認している。また、上記の無機混和材料は、市販されているいずれのグレードも使用が可能である。
【００３５】
固型化の対象となる廃棄物が、原子力発電所等から発生する硫酸ナトリウム主成分の濃縮廃液のペレット（以下、濃縮廃液ペレットという。）である場合、セメント系固型化材料を用いて常温で固型化すると、前述したように濃縮廃液の主成分である硫酸ナトリウムが10水塩化して固化体にひび割れが発生する。
【００３６】
このため、ひび割れのない濃縮廃液ペレットの固化体を作製することを目的に種々の検討を行った結果、セメント系固型化材料 100重量部に対して縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量部、ベントナイト 0.5〜 5重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部からなる無機の混和剤を用いることで濃縮廃液ペレットを良好な固化体にすることができることを見いだした。また、本混和剤は無機物で構成されているため長期的な劣化もない。このため、上記本発明の固型化材料に本混和剤を用いることで、14Ｃの閉込め性が高く、かつ、高い減容性を有する廃棄体を作製することが可能となった。
【００３７】
上記無機の混和剤は各々添加役割が分担されており、縮合リン酸ナトリウムと炭酸塩化合物は、前述と同じ目的で添加している。ベントナイトは吸水膨脹性に優れる。このため、硫酸ナトリウムの10水塩化を抑制する効果がある。さらにアルミナセメントは、セメントの硬化を促進して硬化時間を早め、硫酸ナトリウムの10水塩化が進む前に固化体とすることを目的に添加する。なお、無機混和剤の添加量が上記限定値よりも少ないと期待された効果が得られず、逆に限定値以上にすると固型化材ペースト流動性の低下や凝結異常（瞬結）等のトラブルを招くことも確認している。なお、上記の無機混和材料は、市販されているいずれのグレードも仕様が可能である。
【００３８】
固型化の対象となる廃棄物が、原子力発電所等から発生する使用済みイオン交換樹脂のペレット（以下、樹脂ペレットという。）である場合、内篭容器等を用いずにセメント系固型化材料にて固型化すると、前述したように樹脂ペレットと固型化材ペーストの比重差によって樹脂ペレットが浮上してしまう問題がある。このため、種々の検討を行った結果、セメント系固型化材料と混練水の混合ペーストに、セメント系固型化材料 100重量部に対して水ガラスを 0.5〜 5重量部添加して粘性を上げることにより、樹脂ペレットの浮上を防止して良好に固型化できることを見いだした。水ガラスの添加量が 0.5重量部以下だと期待された効果が得られず、逆に 5重量部以上添加すると混練物の粘性が高くなりすぎて廃棄物充填量の低下を招く。なお、水ガラスを添加して固型化材ペーストの粘度を50ｄPa・s 以上にすることで、樹脂ペレットの浮上を防止できることも発見している。さらに、セメント系固型化材料として、高炉スラグが30〜60重量％、残部がポルトランドセメントからなる固型化材料を適用することにより、14Ｃ等の長寿命核種についても閉込め性の高い固化体とすることが可能となる。
【００３９】
上記した本発明の放射性廃棄物の固型化方法について実施した試験例を、以下発明の実施の形態にて説明する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の放射性廃棄物の固型化方法の構成、作用、効果をフロー図にして示すもので、まずステップ１００にて、放射性廃棄物を、高炉スラグ30〜60重量％と、残部ポルトランドセメントからなる固型化材料を用いて固型化することを示している。
【００４１】
次にステップ１０１〜１０３にて、固化処理する放射性廃棄物の種類に応じて、前述の固型化材料に対して混合すべき無機混和剤を示している。すなわち、ステップ１０１では、放射性廃棄物が鉄腐食生成物を主成分とする廃棄物であるとき、無機混和剤として、ステップ１００で示した固型化材料 100重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量部、アルミナセメント 0.5〜 4重量部、および硼酸0.05〜 1重量部を添加することを示している。
【００４２】
ステップ１０２では、放射性廃棄物が硫酸ナトリウム主成分の濃縮廃液ペレットのとき、無機混和剤として、ステップ１００で示した固型化材料 100重量部に対して、縮合リン酸ナトリウム 0.1〜 2重量部、炭酸塩化合物 0.1〜 2重量部、ベントナイト 0.5〜 5重量部、およびアルミナセメント 0.5〜 4重量部を添加することを示している。
【００４３】
ステップ１０３では、放射性廃棄物が樹脂ペレットのとき、無機混和剤として、ステップ１００で示した固型化材料 100重量部に対して、水ガラスを 0.5〜 5重量部添加することを示している
以下、図１の各ステップ１００〜１０３に示す放射性廃棄物の固型化方法の実施の形態を、図２、図３および表１〜３に基づいて説明する。
【００４４】
まず、ステップ１００に対応する第１の実施の形態を説明する。
固型化材料としてポルトランドセメントに種々の割合で高炉スラグを配合し、原料を調合した。ポルトランドセメントと高炉スラグを均一に混合した後、水を添加して約 5分間ミキサーで混練して固化体を作製した。この固化体を室温で相対湿度90％以上に保持して28日間養生した後、42メッシュ以下に粉砕し、この粉砕物を 5ｇ分取した。
【００４５】
ついで、分取した固化体粉砕物を、14Ｃが185 Bq／mlの濃度で添加されている 6重量％硫酸ナトリウム水溶液50ｍｌ中に添加し、10℃の恒温槽に７日間保持した。この後、0.45μm のポアサイズであるミリポアフィルターで瀘過し、瀘液中の14Ｃ濃度を液体シンチレーションカウンターで測定した。これらの測定値を用いて、分配係数を以下の式
0003833294.tif 000002
により求めた。分配係数が大きい方が、固化体への核種残留量が多く、水相への移行量が少ないことを示す。すなわち、放射性核種の吸着性（閉込め性）に優れていることを表す。
【００４６】
図２は、試験結果を示すもので、固型化材料における高炉スラグの添加量（重量％）と固化体の放射性核種の分配係数（ml／ｇ）の関係を表している。この図からも明らかなように、14Ｃ（図２中○印）については、高炉スラグの添加量が30〜60重量％の範囲で特に分配係数が高く、従来のセメント（ポルトランドセメントのみ、すなわち高炉スラグの添加量が 0重量％）の分配係数に比べて約 3倍高い結果が得られた。
【００４７】
なお、図２に示すように、処分場での被曝評価上14Ｃと並んで重要なα核種（ 238Ρｕおよび 241Ａｍ）についても同様に分配係数を求めたが、高炉スラグの添加量に依存せず、いずれも高い分配係数が得られた。
【００４８】
次に、図１のステップ１０１に対応する第２の実施の形態を説明する。
ここでは、前述のポルトランドセメントと高炉スラグからなる14Ｃ閉込め性を高めた固型化材料を用いて、これに縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、硼酸からなる無機混和剤を配合して、酸化鉄を模擬の鉄クラッド（廃棄物主成分）として固型化する試験を行った。
【００４９】
すなわち、ポルトランドセメントと高炉スラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に対して、無機混和剤として縮合リン酸ナトリウム（へキサメタリン酸ナトリウムあるいはウルトラポリリン酸ナトリウム） 0.6重量部、炭酸塩化合物（炭酸カリウムあるいは炭酸ナトリウム） 0.6重量部、アルミナセメント 1重量部、硼酸 0.2重量部を混合し調整した。これに混練水を加えた材料で、模擬の鉄クラッドとして酸化鉄を混練固化した。
【００５０】
酸化鉄の配合量は、ポルトランドセメントと高炉スラグを合わせた固型化材料 100重量部に対して 5〜30重量部の範囲で変動させ、この際の混練物の流動性がフロー値（ＪＩＳ  R 5201セメントの物理試験方法に準拠）で 250mm以上、粘度で10〜25dP・s の範囲になるように混練水量を調節した。これは、固型化材料と廃棄物の混合物を容器に流し込むことのできる流動性の目安として設定した。なお、無機混和剤添加による流動性への影響を確認するため、無機混和剤を添加しない場合についても上記と同様の固化試験を行った。試験結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
0003833294.tif 000003
表１中、水／セメント比は固型化材料に対する水の重量比であり、固化体圧縮強度は固型化して28日後に測定した値を示す。また、実施例９におけるアルミナセメントを除く無機混和剤は混練水に溶解させて使用したものである。
【００５２】
表１に示すように、無機混和剤添加の有無にかかわらず、酸化鉄の混練量が増すほど、所定の流動性を得るための水／セメント比（固型化材料に対する水の重量比）が高くなる傾向にあった。しかしながら、混練する酸化鉄量が同じ場合、無機混和剤を添加することによって、水／セメント比を大幅に低減できることが確認された。これによって、固化体作製時に問題となるブリージング水の発生および収縮が改善でき、かつ、固化体の強度を向上できることが確認された。
【００５３】
この結果から求めた総量 200Ｌ当たりの酸化鉄投入量と水／セメント比の関係を図３に示す。この図から明らかなように、廃棄物投入量が同じ場合、本発明の無機混和剤を配合することによって、前述したように所定の流動性を得るための水／セメント比を大幅に低減することができた。また、鉄クラッドは、比較的放射線量が高い廃棄物であるために、今後の処分動向を考慮すると、20 MPa程度以上の固化体強度が必要となることが考えられる。このため、固化体圧縮強度20 MPa以上を基準とすると、総量 200Ｌ当たりの廃棄物混練量は固型化材料のみの場合が約30kgであるのに対して、無機添加剤を配合した場合は約60kgの廃棄物を投入できることが確認された。
【００５４】
また、縮合リン酸ナトリウムとしてへキサメタリン酸ナトリウムおよびウルトラポリリン酸ナトリウム、炭酸塩化合物として炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムを用いたが、表１に示す実施例６，７，８からも明らかなように、いずれでも効果は同じであり、良好な結果が得られた。
【００５５】
次に、無機混和剤の添加方法の違いによる影響を確認するため、表１に実施例９として示すように、ポルトランドセメントと高炉スラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に対して、アルミナセメント 1重量部を混合した後、あらかじめ水にへキサメタリン酸ナトリウム 0.6重量部、炭酸カリウム 0.6重量部、硼酸 0.2重量部を溶解したものを混練水として用いて混練した。ついで、このペーストに、模擬の鉄クラッドとして酸化鉄を固型化材料 100重量部に対して30重量部の割合で投入混練して、実施例１〜８と同様に試験を実施した。
【００５６】
表１に示すように、溶解性の無機混和剤をあらかじめ水に溶解させて用いた場合、模擬クラッドである酸化鉄30重量部を混練して所定の流動性を得るために必要な水／セメント比は72／100 であり、得られた固化体の圧縮強度は23.1 MPaであった。これは、無機混和剤をセメント系固型化材料と直接混合した場合の結果とほぼ同様であり、無機混和剤を配合しない方法に比べて、水／セメント比の低減および固化体の強度向上に効果のあることが確認された。
【００５７】
次に、図１のステップ１０２に対応する第３の実施の形態を説明する。
ここでは、前述のポルトランドセメントと高炉スラグからなる14Ｃ閉込め性を高めた固型化材料を用いて、これに縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、べントナイト、アルミナセメントからなる無機混和剤を配合して、濃縮廃液ペレットを固型化する試験を行った。
【００５８】
すなわち、ポルトランドセメントと高炉スラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に対して、無機混和剤として縮合リン酸ナトリウム（へキサメタリン酸ナトリウムあるいはウルトラポリリン酸ナトリウム） 0.6重量部、炭酸塩化合物（炭酸カリウムあるいは炭酸ナトリウム） 0.6重量部、べントナイト 2.5〜 5重量部、アルミナセメント 1〜 3重量部を混合し調整した。これに混練水を加えた固型化材料で、濃縮廃液ペレットを混練固化した。濃縮廃液ペレットの配合量は固型化材料 100重量部に対して74重量部とし、水／セメント比は45／100 とした。試験結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
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表２中、水／セメント比は固型化材料に対する水の重量比である。また、実施例１６におけるヘキサメタリン酸ナトリウムと炭酸カリウムは混練水に溶解させて使用したものである。
【００６０】
表２に比較例７，８で示すように、ポルトランドセメントと高炉スラグからなる固型化材料のみで濃縮廃液ペレットを固型化した場合、および固型化材料に縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、アルミナセメント、硼酸からなる無機混和剤を配合して濃縮廃液ペレットを固型化した場合には、硫酸ナトリウムの10水塩化により固化体にひび割れが入った。
【００６１】
しかしながら、表２に実施例１０〜１６で示すように、ポルトランドセメントと高炉スラグからなる固型化材料に縮合リン酸ナトリウム、炭酸塩化合物、ベントナイト、アルミナセメントからなる無機混和剤を配合して濃廃ペレットを固型化する方法によれば、ひび割れ等も起こらずに良好なセメント固化体が得られた。
【００６２】
また、縮合リン酸ナトリウムとしてへキサメタリン酸ナトリウムおよびウルトラポリリン酸ナトリウム、炭酸塩化合物として炭酸カリウムおよび炭酸ナトリウムを用いたが、いずれでも効果は同じであった（表２中、実施例１４、１５）。
【００６３】
さらに、無機混和剤の添加方法の違いによる影響を確認するため、実施例１６では無機混和剤のうち水に溶解性のへキサメタリン酸ナトリウム、炭酸カリウムを混練水に溶解させて固型化材料に添加して濃縮廃液ペレットを固型化したが、得られた固化体にはひび割れなども見られず良好であり、無機混和剤の添加方法の違いによる影響がないことが確認された。
【００６４】
次に、図１のステップ１０３に対応する第４の実施の形態を説明する。
ここでは、ポルトランドセメントと高炉スラグからなる14Ｃ閉込め性を高めた固型化材料を用いて、これに水ガラスを無機混和剤として配合して、樹脂ペレットを固型化する試験を行った。
【００６５】
すなわち、ポルトランドセメントと高炉スラグが重量比で１：１からなる固型化材料 100重量部に対して混練水45重量部を加えて混練し、ついで水ガラスを固型化材料 100重量部に対して 1および 4重量部の割合で添加混練した。このペーストに樹脂ペレット66重量部をさらに投入して混練固化した。なお、樹脂ペレットは混練水を吸水して膨張するため、あらかじめセメント成分の飽和溶解水で膨張前処理して行った。試験結果を表３に示す。
【００６６】
【表３】
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【００６７】
表３に実施例１７，１８で示すように、水ガラスの増粘作用により樹脂ペレットが浮上せず、良好な固化体とすることができた。
【００６８】
比較のため、水ガラスを添加せずに固化した際は、樹脂ペレットがセメントペーストとの比重差により浮上して、固化体の上部に樹脂ペレットのみの層ができて固型化することができなかった。
【００６９】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、ポルトランドセメントと高炉スラグを配合して放射性廃棄物を固化することにより、処分場における被曝評価上重要な核種である14Ｃ等の長半減期核種に対して、閉込め性に優れた放射性廃棄物の固化体を容易に形成することができる。また、従来セメントでの固定化が困難であった鉄クラッドを主成分とする廃棄物、濃縮廃液ペレットおよび樹脂ペレットについては、上記固型化材料に核種閉込め性を阻害しない無機混和剤を添加することによって、長期的にも安定でかつ良好なセメント固化体とすることが可能となった。さらに、温度制御や特殊な容器を用いる必要がないため、放射性廃棄物処理の費用低減にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射性廃棄物の固型化方法を示すフロー図である。
【図２】本発明にかかるポルトランドセメントと高炉スラグからなる固型化材料の高炉スラグの添加量による14Ｃの分配係数の依存性を示す特性図である。
【図３】本発明にかかる鉄クラッドの固型化方法の効果を説明するためのセメントペーストおよび固化体の物性を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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