知のネットワーク～技術実証事業成果発表会（第3回）

溶融スラグ及び洗浄飛灰を用いた高圧脱水ブロック製作による再生利用
本成果は、中間貯蔵・環境安全事業株式会社が環境省より受託した
令和2年度の中間貯蔵施設の管理等に関する業務成果の一部である

令和 3年 ８月26日

1

１．はじめに
1.1 除去土壌等の処理フロー§社会的ニーズ

溶融飛灰

1.2 社会的ニーズと現場の課題§社会的ニーズ
焼却灰溶融施設で発生する溶融飛灰や溶融スラグの有効利用 （コンクリート二次製品：擁壁部材や基礎ブロック）§現場の課題溶融飛灰は放射能濃度が高く、溶出しやすい→ 放射性Cs濃度の低減、溶出抑制対策
溶融スラグや溶融飛灰の品質が不確定→ 発生材を利用した製品がコンクリート二次製品の必要強度を満たすこと

2２．試験フロー2.1 試験全体フロー

溶融飛灰の洗浄フロー

溶融飛灰洗浄状況
高圧脱水ブロックの製造フロー

高圧脱水機

3２．試験フロー
2.2 事前試験およびラボスケール試験
事前試験・溶融飛灰・基本性状・事前破砕要否・溶媒の液固比と攪拌時間・リンス効果
・溶融スラグ
・基本性状

飛灰採取状況

事前試験装置（ジャーテスター）

ラボスケール試験（0.3L型高圧フィルタープレスによる配合試験）
・一軸圧縮強度試験（JIS A 1216）
・放射性Cs濃度試験（ガイドライン）・放射性Cs溶出量試験（JIS K 0058-1）
評価

高圧脱水ブロック取り出し

高圧脱水ブロック4３．試験目標（土木学会 コンクリート標準示方書）

5４．試験結果
4.1 事前試験
4.1.1 基本性状

溶融飛灰

溶融スラグ

高炉セメントB種
試験結果

試

験名

試験方法

単位

溶融飛灰溶融スラグ

高炉セメント
B種※2
3.040
－
N.D－

JIS A 1202
g/cm3
3.267
2.818
密度試験
JIS A 1203%
0.70.4
含水比試験
Bq/kg
240,000148
放射性Cs濃度試験※1JIS K 0058-1
Bq/L
23,000N.D
放射性Cs溶出量試験※1 ゲルマニウム半導体検出器によるγ線スペクトロメトリー※2 高炉セメントB種の選定理由：溶融飛灰に含まれている重金属の溶出抑制効果があるため

・ 溶融飛灰の分析結果より、亜鉛が11,000mg/kg（1.1%）、鉛が8,000mg/kg（0.8%）含まれている6４．試験結果
4.1.2 溶融飛灰の事前破砕要否＜結論＞
・溶融飛灰の破砕有無（粒度調整）の効果は、もともとの粒径が小さいため確認されなかった。このため、本試験では溶融飛灰を破砕しないで試験を実施した。

溶融飛灰の破砕状況

溶融飛灰の事前破砕要否の関係

電気伝導率測定状況

7４．試験結果
4.1.3 溶媒の液固比と攪拌時間＜結論＞
・液固比を高くすることが洗浄残渣の放射性Csの低減化に有効であるが、使用水量（水処理量）の削減のためには、より低い液固比にリンスを組み合せることにより高液固比と同等の効果を得る方法を見いだす必要がある。

溶媒の液固比と攪拌時間の試験状況

液固比ごとの塩類を含む残渣の重量と攪拌時間の関係

8４．試験結果
4.1.5 リンス効果＜結論＞
液固比６＋リンス（合計の液固比12）にて、前述の液固比20のケースを下回る残渣の放射性Cs濃度4,264Bq/kgに低下させることができた。

洗浄水600g

洗浄水280g
水600ｇ

洗浄水280g

攪拌水343ｇ

溶解塩類 66.8g

残水 70g

水348.6g

溶解塩類 14.7g

水63g+溶解塩類7g

溶融飛灰 100g
放射性Cs濃度240,000Bq/kg

残渣33.2g

残渣33.2g

攪拌残水 70ｇ

溶解塩類 9.1g

水68.6g+溶解塩類1.4ｇ

残渣25.5g

残渣25.5g

残渣17.8g

放射性Cs濃度
4,264Bq/kg

洗浄水をカスケード利用することにより、飛灰洗浄における全洗浄水量を削減できる可能性がある。

9４．試験結果
4.2 ラボスケール試験
4.2.1 一軸圧縮強度試験＜結論＞
・目標強度18MN/m2を超えた最も強度が発現した配合は溶融スラグ1：セメント3の重量比、洗浄飛灰1%/dsであった。
・今回試験した溶融飛灰に鉛や亜鉛の重金属が含まれており、強度発現に対して遅延効果があると考えられる。 （出典：モルタルの凝結に銅化合物および亜鉛化合物が与える影響，セメント・コンクリート論文集，68 巻 (2014) 1 号）
・骨材（スラグ）が少ないとセメントを多くしただけでは強度が発現しない。

一軸圧縮強度試験結果

一軸圧縮強度試験状況

10４．試験結果
4.2 ラボスケール試験
4.2.2 放射性Cs濃度と放射性Cs溶出量＜結論＞・高圧脱水ブロックの放射性Cs濃度は、飛灰の添加量が少ないこともあり、全てのケースにおいて8,000Bq/kg以下となった。
・高圧脱水ブロックの放射性Cs溶出量は、溶融飛灰の添加率がより少ない方がNDの傾向になった。

放射性Cs濃度と放射性Cs溶出量

放射性Cs溶出試験（6時間攪拌）11４．試験結果
4.2 ラボスケール試験
4.2.3 ラボスケール試験のまとめ・施工性：高圧脱水ブロックの型枠脱枠に必要な強度は5MN/m2であり、初期強度が発現されない場合、ブロック製作工程に支障を与える
・経済性：単位質量当りのセメント重量が少ない方が安価に高圧脱水ブロックを製作できる・再生利用：単位質量当りの溶融スラグと洗浄飛灰の混合率が多いほど、再生利用面で有利になる＜結論＞
・試験目標を満足する配合の内、施工性・経済性・再生利用を考慮すると、溶融スラグ
1：セメント3、洗浄飛灰の添加率3%のケースが最も適していると判断できる。
試験目標①高圧脱水ブロックの材令28日の一軸圧縮強度が18.0MN/m2以上であること②高圧脱水ブロックの放射性Cs濃度が8,000Bq/kg以下であること③高圧脱水ブロックから放射性Csが溶出しないこと（10～20Bq/L未満）
溶融スラグ：セメント＝1：3、溶融飛灰添加率3%の高圧脱水ブロック1.0.m3の内訳
項目

洗浄飛灰

溶融スラグ

セメント

水合計

容量（m3）

0.018

0.149

0.403

0.430

1.000

質量（t）

0.049

0.409

1.227

0.430

2.115

12６．コスト比較
6.1 飛灰10万t処理するためのトータルコスト
飛灰10万tから高圧脱水ブロックを製作するためのトータルコスト

想定条件
・飛灰処理量：30t/日
・溶融飛灰10万トンを10年で処理（年稼働日数333日）
・飛灰洗浄総合液固比：１２・建設費：土地費用は含まない
・高圧脱水ブロック製作機は、1台で1日当り42m3/日の製作。全4機を配置
・洗浄水は吸着工程で重金属処理と放射性Cs吸着処理を行い河川に放流する。吸着工程では、施設を全6系列とし、1系列当りの溶融飛灰の処理量は、5ｔ/日、10年間で1,667tを処理

飛灰洗浄工程各作業工程における人員構成

高圧脱水ブロック製作工程

作業工程
飛灰洗浄工程高圧脱水ブロック製作工程
吸着工程

人員構成
土木一般世話役
普通作業員
放射線管理者
土木一般世話役
普通作業員
土木一般世話役
普通作業員
放射線管理者

人工/日

16128
161

作業工程

費目
設備費（建設費含む）

2,253ランニング費
人件費

2,684
225
2,200

設備費（建設費含む）

6,118ランニング費
人件費

13,300612968

設備費（建設費含む）

21,000

ランニング費34,038
210
2,200
合計

メンテナンス費

吸着工程金額（百万円）

メンテナンス費

メンテナンス費
人件費

トータルコスト
（百万円）

7,363

20,99757,44885,808・溶融飛灰1t当りの洗浄コスト：73,627円/t
・高圧脱水ブロック製作コスト：57,802円/m3
・溶融飛灰1t当りの吸着コスト：574,484円/t

13７．まとめと今後の課題
7.1 まとめ①溶融飛灰の洗浄
初期放射性Cs濃度が240,000Bq/kgである溶融飛灰を洗浄とリンスを組み合わせることで、液固比12で残渣の放射性Cs濃度を4,264Bq/kgまで低減させることができた。これは液固比20のケースよりの残渣の放射性Cs濃度が低い。
②高圧脱水ブロック
溶融飛灰に含まれる亜鉛などのセメント固化を阻害する物質の存在により、ブロック1.0m3に含まれる飛灰の混合率は3%程度と低くなったが、その限られた配合の中で目標（強度・放射性Cs濃度・放射性Cs溶出量）を満足できる配合を定めることができた。

7.2 今後の課題
セメント固化を遅延させる亜鉛や鉛などの重金属に対して、キレート剤などを混合させ、洗浄飛灰の添加率を向上させる対策が必要と考える。