本発明の実施形態は、ホウ素を含む放射性廃液の処理方法に関する。

一般に、加圧水型原子力発電所等から発生するホウ素主成分廃液の固化方法においては、水酸化ナトリウムにより中和処理後、主にセメントやアスファルトで固化している。 しかし、アスファルトは加熱時の火災の危険性や、放射性核種の化学的吸着性が劣る等から、新規のプラントではセメント固化が主流である。

ただし、セメント固化ではホウ素がセメントの凝結反応を妨害するために、大幅な硬化遅延や強度の低下が生じる。このため、減容性を高めながらもホウ酸廃液をセメント固化処理する観点から、水酸化カルシウム等を前処理剤として添加して固化する等、種々の技術が検討されている。

例えば、特許文献1では、ホウ酸含有廃液(ホウ酸ナトリウム液)を90℃以上で加熱濃縮し、60℃以下の温度に冷却し、ホウ酸ナトリウムを析出させた後、高炉セメントを添加して混練し、混練物を200Lドラム缶に排出する方法が開示されている。

また、特許文献2では、ホウ酸或いはホウ酸塩溶液をpH7〜10に調整し、二価もしくは二価以上の金属酸化物、水酸化物、塩類やセメント、スラグ等の粉体と混合してスラリー化し、このスラリーの水分を40%以下として、硬化させる方法が開示されている。

また、特許文献3では、ホウ酸廃液に水酸化カルシウムを添加して乾燥粉体化した後、圧縮固化や樹脂で固化する方法が提案されている。

また、特許文献4では、ホウ酸含有廃液にアルカリ金属元素化合物を添加調整する第1の工程と、この後に温度を85℃より高い所定温度に昇温し、アルカリ土類金属化合物を添加して撹拌する第2の工程からなるホウ酸の難溶化処理をし、その後に乾燥処理して乾燥粉体をセメント固化する方法が提案されている。

また、特許文献5では、ホウ酸廃液を乾燥粉体化した後にセメント固化する方法として、難溶化等の前処理をせずにホウ酸廃液を乾燥し、セメントの硬化促進剤としてアルミン酸ナトリウムを、助材として水酸化リチウムを固化材に添加してセメント固化する方法が提案されている。

特開平10−90490号公報

特開平11−72593号公報

特開平2−208600号公報

特開2010−2378号公報

特開2001−97757号公報

上述した従来の技術のように、ホウ酸廃液を過飽和にまで濃縮した液にセメントやスラグ等の固化材を添加して混合すると、ホウ酸ナトリウムが水を吸収して水和物を生成し、極短時間に流動性を喪失して疑凝結を起こす。これにより、セメントなどの固化材と水との水和反応が十分に起こらず、生成されたセメント固化体の強度が低下するという課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ホウ素を含む放射性廃液を、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理でき、より減容可能な放射性廃液の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る放射性廃液の処理方法は、ホウ素を含む放射性廃液にアルカリ金属またはアルカリ金属化合物を添加して、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整するモル比調整工程と、前記モル比が調整された前記放射性廃液を、乾燥機を用いて乾燥させて乾燥粉体にする乾燥工程と、前記乾燥粉体と混練水とを混合させて溶解液にする溶解工程と、前記溶解液に水硬性無機固化材を添加して、前記溶解液と前記水硬性無機固化材とを混練させて固化させる混練工程と、を含む。

本発明の実施形態により、ホウ素を含む放射性廃液を、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理できるとともに、より減容可能な放射性廃液の処理方法を提供する。

第1実施形態に係る放射性廃液の処理方法を示すフロー図。

第1実施形態に係る放射性廃液の処理方法の変形例を示すフロー図。

第2実施形態に係る放射性廃液の処理方法を示すフロー図。

(第1実施形態) 以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。 図1の処理フロー図に示されるように、第1実施形態に係る放射性廃液10の処理方法は、ホウ素を含む放射性廃液10にアルカリ金属またはアルカリ金属化合物11を添加して、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整するモル比調整工程S10と、モル比が調整された放射性廃液10を、乾燥機を用いて乾燥させて乾燥粉体12にする乾燥工程S11と、乾燥粉体12と混練水13とを混合させて溶解液14にする溶解工程S12と、溶解液14に水硬性無機固化材15を添加して、溶解液14と水硬性無機固化材15とを混練させて固化させる混練工程S13と、を含む。なお、本実施形態では、加圧水型原子力発電所で原子炉の出力調整等に使用された、ホウ素を主成分とする放射性廃液10を処理対象とする。

モル比調整工程S10は、放射性廃液10を保持容器に注入して、この廃液にアルカリ金属化合物11を添加する。そして、廃液中の全モル量におけるアルカリ金属/ホウ素のモル比が0.8以上となるように、添加するアルカリ金属化合物11の添加量を調整する。

アルカリ金属化合物11は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化ルビジウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸セシウム、アルミン酸ルビジウムが例示される。または、これらの混合物を用いても良い。なお、アルカリ金属化合物11としては、溶液中の液性をアルカリ性に移行させ易いことから、水酸化物が好ましい。

また、アルカリ金属化合物11に代えて、またはアルカリ金属化合物11とともにアルカリ金属元素を添加しても良い。アルカリ金属元素としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、ルビジウム、セシウムのいずれかを用いる。または、これらの混合物を用いても良い。

放射性廃液10内のホウ酸塩(ホウ酸ナトリウム)は、溶液内のpHに依存してイオン形態が異なり、中性領域から弱アルカリ領域では複数種類のイオン形態(B₃O₃(OH)₄⁻、B₄O₅(OH)₄²⁻、B₃O₃(OH)₅²⁻など)が混在する。そして、強アルカリ側(pH12以上)では単一のイオン形態(B(OH)₄⁻)に移行する。

溶液中で複数種類のイオン形態が混在する場合、それぞれのイオンがポリマー化(重合反応)しやすい状態となる一方で、単一のイオン形態の場合、イオンのポリマー化が発生し難い状態となる。

アルカリ金属化合物11の添加量を調整し、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上にすることで、放射性廃液10の液性がアルカリ側に移行する。このように放射性廃液10の液性をアルカリ側に移行させることで、放射性廃液10内のホウ酸塩は単一のイオン形態しか取らず、イオンのポリマー化は抑制される。つまり、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上にすることで、液性が安定する。このため、時間経過と共に縮重合反応を起こして粘度が上昇することが抑制され、溶解度が低い場合には必要となる加熱処理を常時行うことなく液性を安定に維持できる。

ポリマー化が抑制されることで、放射性廃液10が半固体または固体状に変化することは無いため、後続の乾燥工程S11での取り扱いが容易となる。同様に、乾燥工程S11で生成した乾燥粉体12の溶解物を取り扱う溶解工程S12、混練工程S13においても取扱い性が容易となる。

また、放射性廃液10に添加されるアルカリ金属化合物11は、水酸化カルシウム等の難溶性成分と異なり、水に溶解する。このため、後続のプロセスで使用する保持容器、配管、乾燥機などの洗浄が容易となる。したがって、機器の交換作業などの特別な後処理を行う必要は無いため、廃液処理プロセスを安定的に運用可能となる。

放射性廃液10内をアルカリ性に移行させる点、後続の工程における取扱い性を容易にする点や最終的に生成されるセメント固化体17の強度の観点からは、添加するアルカリ金属化合物11が多いほど、アルカリ金属/ホウ素のモル比がより高く設定されるため望ましい。一方で、アルカリ金属化合物11の添加量が増えると廃棄物の量も増大するため、アルカリ金属/ホウ素のモル比の設定範囲は0.8〜5程度が好ましい。

乾燥工程S11は、モル比が調整された放射性廃液10を、乾燥機(図示省略)内で乾燥させて乾燥粉体12にする。放射性廃液10を乾燥して乾燥粉体12に固化することで、放射性廃液10が減容される。

液体状の濃縮廃液は、冷えると析出が起こり固着や閉塞の原因となるため、配管・タンクの加熱・保温が常時必要になり、追加の濃縮を行うと濃度制御が困難となる。乾燥工程S11において放射性廃液10を粉体化することで、濃縮廃液の場合と比較して計量管理や取り扱いが容易になる。

乾燥処理には、プラント内で汎用的に用いられている乾燥機を用いても良いが、熱効率や粒径の安定性等の観点から遠心薄膜乾燥機が好適である。また、乾燥機としては、縦型薄膜乾燥機、棚式乾燥機、流動媒体乾燥機、流動式乾燥機、噴霧式乾燥機、真空乾燥機を用いても良い。処理量や乾燥時に蒸発する水分に含まれる放射性物質を抽気系統へ移行させないという観点から、縦型薄膜乾燥機を用いることが望ましい。遠心薄膜乾燥機は、高熱効率かつ装置をコンパクト化できるとともに、乾燥処理時の気相部への粉体移行量が少ないなどのメリットを有する。

乾燥工程S11において、放射性廃液10を乾燥する乾燥処理温度は、放射性廃液10をより均一な粉体化とする観点から、140℃より高い温度とすることが望ましい。

乾燥処理の条件が適切でない場合、乾燥不良が発生して、乾燥工程S11で生成される乾燥物中にスラリーが残存する、あるいは径の大きな乾燥物が多数生成される。乾燥不良が発生すると、乾燥機のモータ負荷の増加、排出口への乾燥不良物の蓄積などが起こり、連続的な乾燥処理が困難となるおそれがある。乾燥処理温度の温度を140℃より高い温度に設定することで、スラリーや乾燥不良により生じるダマの発生率を抑制でき、放射性廃液10の全体はより均一に粉体化される。ここでの、スラリーとは、放射性廃液のうち、乾燥処理後もなお水分の存在により粘性を有する部分を呼称するものとする。

さらに、モル比調整工程S10においてNa/B比を0.9より高い値に調整した上で、乾燥工程S11において140℃より高い温度で乾燥処理することで、放射性廃液10からはより均一な粉体が形成される。

なお、アルカリ金属/ホウ素のモル比が0.8以上の放射性廃液10については、モル比調整工程S10を経ることなく、乾燥工程S11で直接乾燥させて固化させても良い。

溶解工程S12は、乾燥工程S11で得た乾燥粉体12と保持容器内に保持された混練水13とを混合、溶解させて溶解液14にする。

乾燥粉体12の主成分はホウ酸塩であるが、通常の練り混ぜ手順、すなわちセメントペースト(水硬性無機固化材15と混練水13を練り混ぜた混合物)に乾燥粉体12を直接投入した場合、ホウ酸ナトリウムが水を吸収して水和物となる。これにより、乾燥粉体12の水和熱によりセメント混練物の温度上昇、セメント混練物の粘性が極端に高まって混練不良、もしくは疑凝結を生じるおそれがある。

このように、混練水13と乾燥粉体12とを先に混合、溶解させて、予め含水塩を生成させることで、セメント混練物の温度上昇や混練不良、もしくはセメントの疑凝結を低減させることができる。なお、混練水13と乾燥粉体12を先に溶解させる時間は、ホウ酸塩の含水塩が生成される時間を考慮し、10分以上とする事が望ましい。

混練工程S13は、溶解液14が保持された保持容器内に水硬性無機固化材(セメント)15を添加して、溶解液14と水硬性無機固化材15とを混練して固化させる。なお、保持容器として、ドラム缶等の円筒状の固化容器を用いることで良好な固化体と成し得る。

水硬性無機固化材15は、一般的に使用される種々のセメントを用いても良いが、固化材中のCa分が多いポルトランドセメントを適用することが望ましい。セメント固化するに際して、セメント中のCaが溶解液内に含まれるホウ酸と結合することでセメント固化に寄与するCa分が少なくなるおそれがある。ポルトランドセメントを用いることで、Ca分の不足を抑制できる。石灰、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカ質材料、ポゾラン物質、アルミナセメント、リン酸セメント、またはこれらの組み合わせのセメントを用いてもよい。

モル比調整工程S10でアルカリ金属/ホウ素のモル比が調整されているため、溶解液14の液性はアルカリ性となる。液性がアルカリ性の場合、溶解液14に含まれるホウ酸イオンとセメント中のカルシウムの反応が抑制される。これにより、ホウ素によるセメントの固化反応阻害効果が抑制されるため、高い強度を有するセメント固化体17が生成できる。

また、セメント固化体17の余剰水、ならびにセメント固化体17を水に浸漬した液相はアルカリ性であり、処分の観点上望ましいものとなる。

なお、放射性廃棄物処分場の概念からは、固化体浸出液のpH値が12以上となることが望ましい。このため、必要に応じて、混練工程S13ではアルカリ性の骨材を併せて混練する。アルカリ性の骨材としては、セメント硬化体の破砕片、もしくは粒状の消石灰が適用可能であり、粒径は通常の細骨材と同等の2.5mm以下が望ましい。

さらに、混練物の流動性を高めることで廃棄物をより多く投入できる等のメリットがある。なお、当該混練物の流動性維持時間が1時間程度得られる事が、混練や洗浄等を裕度もって操作する観点から望ましい。

このため、必要に応じて、水硬性無機固化材15を添加する際に、減水剤16を添加しても良い。この減水剤16としては、例えばリグニン系、オキシカルボン酸系、ナフタリン系、メラミン系、ポリカルボン系の減水剤や無機減水剤が例示される。

図2は、第1実施形態に係る放射性廃液10の処理方法の変形例を示すフロー図である。なお、図1に示した放射性廃液10の固化処理フローと同一の工程には同一の符号を付して、説明を省略する。

本変形例では、溶解工程S12を設けず、混練固化工程S14においてセメント固化体17を生成する。

混練固化工程S14は、混練水13と水硬性無機固化材15とを混合させてスラリーを得る。そして、このスラリー内に、乾燥粉体12を投入して混練させ固化させてセメント固化体17を生成する。

この混練固化工程S14は、一般的なセメント固化手順と同様なものとなるが、乾燥粉体12の投入速度を遅くする、冷却装置を用いて乾燥粉体12の水和熱を除去する等の措置をとることで、第1実施形態と同様の混練物に調整することができる。

以上、本実施形態では、放射性廃液のアルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整し、乾燥させることで、放射性廃液を粉体にする。アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上にすることで、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理することができる。また、放射性廃液を粉体とすることで、液体を含有しない分、減容率を高めることが可能である。

(第2実施形態) 図3は、第2実施形態に係る放射性廃液10の処理方法を示すフロー図である。なお、図1に示した放射性廃液10の固化処理フローと同一の工程には同一の符号を付して、説明を省略する。

第2実施形態に係る放射性廃液10の固化処理フローが第1実施形態と異なる点は、アルカリ金属/ホウ素のモル比調整を、放射性廃液10に添加するアルカリ金属化合物11の量により調整するのでは無く、アルカリ金属/ホウ素のモル比が異なる乾燥粉体12を混合して調整する点にある。

アルカリ添加工程S15は、ホウ素を含む放射性廃液10にアルカリ金属化合物11を添加する。添加するアルカリ金属化合物11の量を調整して、アルカリ金属/ホウ素のモル比が異なる放射性廃液10を生成する。このときに生成される放射性廃液10のアルカリ金属/ホウ素のモル比は、0.8より小さいものであっても良い。

乾燥混合工程S16は、生成された各放射性廃液10を乾燥させてアルカリ金属/ホウ素のモル比が異なる乾燥粉体12を得る。得られた乾燥粉体12を混合して、混合後の乾燥粉体12におけるアルカリ金属/ホウ素のモル比が0.8以上になるように調整を行う。

このように、モル比の異なる放射性廃液10から生成した乾燥粉体12を混合して、アルカリ金属/ホウ素のモル比を調整することで、簡易にアルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整することができる。

以上、本実施形態では、アルカリ金属/ホウ素のモル比が異なる放射性廃液10を乾燥させて乾燥粉体を得て、混合させた乾燥粉体12のアルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整する。アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上にすることで、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理することができる。また、放射性廃液を粉体とすることで、液体を含有しない分、減容率を高めることが可能である。

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。ここでは、ホウ素を含む溶液に添加するアルカリ金属化合物11として水酸化ナトリウムを選択し、アルカリ金属(ナトリウム)/ホウ素のモル比を“Na/Bモル比”と省略して記載する。

なお、実施例及び比較例における試験項目、試験条件及び試験結果を表1、表2として末尾に示す。また、表1、表2の評価欄では、セメント固化体の一軸圧縮強度が10Mpa以上であれば高い強度を有するものと判断し、“○”と記載して、10Mpaより低いものを“×”と記載している。

(実施例1) 実施例1では、図1に示した処理フローに基づいて固化処理試験を実施した(表1、実施例No.1)。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを添加して、Na/Bモル比を1に調整して、ホウ酸ナトリウムの水溶液を得た(モル比調整工程S10)。

次に、モル比調整工程S10で作製したホウ酸ナトリウム水溶液を模擬廃液として、加熱温度160℃程度に設定した遠心薄膜乾燥機に定量供給して、乾燥粉体を得た(乾燥工程S11)。

次に、1Lポリカップに混練水455gを注ぎ、この中に乾燥工程S11で作製した乾燥粉体283gを投入して卓上攪拌機で60分攪拌した(溶解工程S12)。

そして、普通ポルトランドセメント650g(水/セメント比0.7(混練水とセメントの重量比))を添加して、10分程度攪拌した。この混練物について物性を測定して、50mmφ×100mHの型枠に注ぎ、セメント固化体とした(混練工程S13)。

その結果、Na/Bモル比を1に調整したホウ酸ナトリウム溶液から作製された混練物の特性は、粘度が25dPa・sとなり良好な流動特性であった。

また、得られたセメント固化体は、24時間後にブリージングは認められなかった。そして、材齢97日の一軸圧縮強度が29MPaであり、良好な固化特性が得られた。

(比較例1) 比較例1では、モル比調整工程S10においてNa/Bモル比を変動させた場合の固化処理試験を実施した(表2、比較例No.1〜No.3)。なお、比較例1は、Na/Bモル比を変更する点を除いて実施例1と試験条件は同一としている。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを投入して、Na/Bモル比を0.25、0.3及び0.5に調整して、各ホウ酸ナトリウムの水溶液を得た。

次に、作製した各Na/Bモル比のホウ酸ナトリウム水溶液を模擬廃液として、実施例1と同様に遠心薄膜乾燥機に定量供給して、乾燥処理した。その結果、いずれのNa/Bモル比の廃液においても粉体処理性、乾燥器の洗浄性に問題は無く、良好な乾燥粉体が得られた。

次に、1Lポリカップに混練水455gを注いだものを3つ用意して、この中に作製した乾燥粉体283gをそれぞれ投入して、卓上攪拌機で60分攪拌した。このとき、Na/Bモル比0.5から作製した乾燥粉体を溶解した液は、後続のセメント添加が困難な程に粘度が上昇した。

そして、普通ポルトランドセメント650g(水/セメント比0.7(混練水とセメントの重量比))を添加して、10分程度攪拌した。この混練物について物性を測定して、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。

Na/Bモル比0.25、0.3及び0.5のホウ酸ナトリウム溶液から作製されたセメント固化体はいずれも材齢90日程度で膨潤割れが発生しており強度を発現しなかった。これらのNa/Bモル比の条件では長期的にセメント固化体の強度を維持することができないことがわかった。

(実施例2) 実施例2では、図3に示した処理フローに基づいて固化処理試験を実施した(表1、実施例No.2)。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを投入して、Na/Bモル比を0.5及び1に調整したホウ酸ナトリウム水溶液をそれぞれ得た(アルカリ添加工程S15)。

次に、このアルカリ添加工程S15で作製した各ホウ酸ナトリウム水溶液を模擬廃液として、遠心薄膜乾燥機に定量供給して、乾燥処理して乾燥粉体をそれぞれ得た。そして、Na/Bモル比が0.8となるように、Na/Bモル比が0.5及び1のホウ酸ナトリウム溶液から作製した乾燥粉体を混合した(乾燥混合工程S16)。

次に、1Lポリカップに混練水455gを注ぎ、この中に乾燥混合工程S16で作製した乾燥粉体283gを投入して卓上攪拌機で60分攪拌した(溶解工程S12)。

そして、普通ポルトランドセメント650g(水/セメント比0.7(混練水とセメントの重量比))を添加して、10分程度攪拌した。この混練物について物性を測定して、型枠に注ぎ、セメント固化体とした(混練工程S13)。

その結果、混練物の粘度は4dPa・sであり、混練性は良好であった。また、セメント固化体は24時間のブリージングは見られなかった。材齢91日の一軸圧縮強度が27MPaであり、良好な固化特性が得られた。

(比較例2) 比較例2では、乾燥混合工程S16でのNa/Bモル比を変動させた場合の固化処理試験を実施した(表2、比較例No.4、No.5)。なお、比較例2は、Na/Bモル比を変更する点を除いて実施例2と試験条件は同一としている。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを投入して、Na/Bモル比を0.5及び1に調整したホウ酸ナトリウム水溶液をそれぞれ得た。

次に、このアルカリ添加工程S15で作製した各ホウ酸ナトリウム水溶液を模擬廃液として、遠心薄膜乾燥機に定量供給して、乾燥処理して乾燥粉体をそれぞれ得た。そして、Na/Bモル比が0.5及び1のホウ酸ナトリウム溶液から作製した乾燥粉体を混合して、Na/Bモル比が0.6及び0.7となるように調整した。

次に、1Lポリカップに混練水455gを2つ用意して、この中に作製した乾燥粉体283gをそれぞれ投入して卓上攪拌機で60分攪拌した。そして、普通ポルトランドセメントを添加して、10分程度攪拌した。この混練物について物性を測定して、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。

その結果、混練性は良好であり、各セメント固化体は24時間後においてブリージングは見られなかった。しかし、材齢91日の固化体は、高い強度を発現しなかった。このNa/Bモル比の条件では長期的にセメント固化体の強度を維持することができないことがわかった。

(実施例3) 実施例3では、混練水とセメントの配合量を変更した場合の固化処理試験を実施した(表1、実施例No.3〜No.8)。なお、実施例3は、混練水とセメントの配合量を変更する点を除いて実施例1と試験条件は同一としている。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを投入して、Na/Bモル比を1に調整して、ホウ酸ナトリウムの水溶液を得た。そして、水溶液を遠心薄膜乾燥機で処理し、乾燥粉体を得た。

乾燥粉体を283gと固定して、混練水とセメントの組み合わせを、水388gとセメント863g(水/セメント比:約0.45)、水417gとセメント772g(水/セメント比:約0.54)、及び水501gとセメント501g(水/セメント比:1)の3つの条件とした。各混練物について、型枠に注ぎ、セメント固化体とした(実施例No.3〜No.5)。

その結果、得られたセメント固化体における材齢約90日前後の一軸圧縮強度はいずれも10MPa以上であり、高い強度を有した。

さらに、実施例No.6において、乾燥粉体を564gとして、混練水とセメントの組み合わせを、水698gとセメント821g(水/セメント比:約0.85)とし、単位体積あたりの乾燥粉体量を増やした条件とした。混練物について、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。

その結果、混練物の粘度が3dPa・s以下となり良好な流動特性であった。また、得られたセメント固化体は、24時間後にブリージングは認められなかった。そして、材齢91日の一軸圧縮強度が25MPaであり、良好な固化特性が得られた。

また、実施例No.7において、乾燥粉体を414gとして、混練水とセメントの組み合わせを、水489gとセメント699g(水/セメント比:約0.7)とし、実施例No.6の試験と同程度に単位体積あたりの乾燥粉体量を増やした条件とした。混練物について、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。

その結果、得られたセメント固化体は、24時間後にブリージングは認められなかった。そして、材齢91日の一軸圧縮強度が61MPaであり、良好な固化特性が得られた。

また、実施例No.8において、乾燥粉体を414gとして、混練水とセメントの組み合わせを、水593gとセメント593g(水/セメント比:1)とし、実施例No.6の試験と同程度に単位体積あたりの上記試験と同程度の乾燥粉体量を増やした条件とした。混練物について、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。

その結果、混練物の粘度が3dPa・s以下となり良好な流動特性であった。また、得られたセメント固化体は、材齢91日の一軸圧縮強度が17MPaであり、良好な固化特性が得られた。

(実施例4) 実施例4では、図2に示した処理フローに基づいて固化処理試験を実施した(表1、実施例No.9)。

まず、60℃程度に加温したホウ酸約約10wt%の水溶液に水酸化ナトリウムを添加して、Na/Bモル比を1に調整して、ホウ酸ナトリウムの水溶液を得た(モル比調整工程S10)。

次に、モル比調整工程S10で作製したホウ酸ナトリウム水溶液を模擬廃液として、加熱温度160℃程度に設定した遠心薄膜乾燥機に定量供給して、乾燥粉体を得た(乾燥工程S11)。

次に、セメントと混練水を10分混練した後、乾燥粉体を少量ずつ投入し10分混錬した(混練固化工程S14)。得られた混練物について物性を測定して、型枠に注ぎ、セメント固化体とした。なお、配合条件は、混練水417g、セメント772g、乾燥粉体283gとした。

その結果、混練物の粘度は4dPa・sと混練性は良好であった。得られたセメント固化体は24時間後にブリージング率0vol%となり、材齢91日の一軸圧縮強度が約39MPaであり、高い強度を得ることができた。

(実施例5) 実施例5では、メタホウ酸ナトリウム四水和物(Na/Bモル比:1)の試薬を乾燥粉体の模擬として用いて固化処理試験を実施した(表1、実施例No.10)。その他の試験条件は実施例1と同様とした。

その結果、混練物の粘度は3dPa・s以下と良好な混練性であった。そして、材齢91日の一軸圧縮強度が約25MPaであった。このように、乾燥機による熱処理を受けていない乾燥粉体であっても、高い強度が得られることがわかった。

(実施例6) 実施例6では、乾燥工程S11における乾燥処理の温度を評価した(表3 No.11〜No.14)。ここでは、Na/Bモル比を1に調整したホウ酸ナトリウム溶液を用いて、乾燥温度を145℃〜175℃まで変化させて縦型の薄膜乾燥機を用いて乾燥処理を実施した。そして、各温度において生成される乾燥物の状態を目視により調べた。また、薄膜乾燥機を1時間運転した際の最大消費電力を測定して乾燥機の運転状態を観察した。なお、実施例6は、乾燥温度を変更する点を除いて実施例1と試験条件は同一としている。

乾燥機の運転における安定性を評価する判定値として、最大消費電力が定格出力の33%(1/3)以下となるか否かで判定した。

なお、表3及び以下で示す表4における乾燥物の粉体化状態について、均一に粉体化されている場合を“○”、乾燥物中に塊などの固形物が多数排出される場合を“△”、紛体化できずスラリーが排出される場合を“×”と記載する。また、表3及び表4の評価欄において、生成された乾燥物が均一に粉体化されており、かつ乾燥機の最大消費電力が定格出力の33%以下となる場合を“○”と記載し、その他の場合を“×”と記載する。

その結果、乾燥処理温度が145℃、150℃、160℃及び175℃のいずれの温度においてもスラリーは排出されず均一な乾燥粉体を得ることができた。また、最大消費電力は判定値以下であり、安定して乾燥機を運転できることがわかった。

(実施例7) 実施例7では、Na/Bモル比をパラメータとして乾燥処理の温度を評価した(表3 No.12、No.15、No.16)。ここでは、Na/Bモル比を1、0.92、及び1.15に調整したホウ酸ナトリウム溶液を用いて、乾燥温度を150℃で縦型の薄膜乾燥機を用いて乾燥した。そして、Na/Bモル比のそれぞれにおける乾燥物の状態を調べた。また、実施例6と同様に、薄膜乾燥機を1時間運転した際の最大消費電力を測定して乾燥機の運転状態を観察した。

その結果、Na/Bモル比:0.92、1.0、及び1.15のそれぞれにおいてスラリーは排出されず均一な乾燥粉体を得ることが調整できた。また、最大消費電力は判定値以下であり、安定して乾燥機を運転できることがわかった。

(比較例3) 比較例3では、Na/Bモル比を1に調整したホウ酸ナトリウム水溶液を用い、乾燥温度を140℃として、実施例6及び7と同様に縦型の薄膜乾燥機を用いて乾燥処理を実施した(表4 No.6)。その結果、140℃では乾燥不良のため乾燥粉体が得られず、スラリーが排出された。

さらに、比較例3では、ホウ酸ナトリウム水溶液のNa/Bモル比を0.85及び0.9に調整した模擬廃液を用い、乾燥温度を150℃として、乾燥処理を実施した(表4 No.7、No.8)。

その結果、径の大きな乾燥物が多数生成され、粉体状の乾燥物は得られなかった。このため、乾燥機内部での乾燥物の持ち回りが多く、乾燥機のモータへの負荷が増加し、安定して乾燥機を運転することはできなかった。

上記した実施例No.1〜10の条件及び測定結果を表1に示す。

上記した比較例No.1〜5の条件及び測定結果を表2に示す。

上記した実施例No.11〜16の条件及び測定結果を表3に示す。

上記した比較例No.6〜8の条件及び測定結果を表4に示す。

実施例及び比較例の結果から、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整することにより、セメントを添加して得られるセメント固化体は長期間にわたって高い強度を有することがわかった。また、実施例2及び5の結果から、乾燥粉体の段階で、すなわち混練水及びセメントを投入する前の段階で、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整することで、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理可能であることがわかった。

また、実施例6、7、及び比較例3の結果から、乾燥工程S11において140℃より高い温度で乾燥処理されることが望ましいことがわかる。さらに、Na/Bモル比は、0.9より高い値で処理することで放射性廃液を確実に粉体化することができることが分かる。

以上述べた各実施形態の放射性廃液の処理方法によれば、ホウ素を含む放射性廃液にアルカリ金属またはアルカリ金属化合物を添加して、アルカリ金属/ホウ素のモル比を0.8以上に調整することにより、長期的に高い強度を有するセメント固化体に処理できるとともに、廃棄物の高減容かつ処理プロセスの安定性を実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 ホウ素を含む放射性廃液 11 アルカリ金属化合物 12 乾燥粉体 13 混練水 14 溶解液 15 水硬性無機固化材 16 減水剤 17 セメント固化体 S10 モル比調整工程 S11 乾燥工程 S12 溶解工程 S13 混練工程 S14 混練固化工程 S15 アルカリ添加工程 S16 乾燥混合工程