特許 6719360 ジオポリマー成型体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6719360

(24)【登録日】2020年6月18日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】ジオポリマー成型体製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 28/26 20060101AFI20200629BHJP

   G21F 9/30 20060101ALI20200629BHJP

   C01B 33/26 20060101ALI20200629BHJP

   B28B 3/02 20060101ALI20200629BHJP

   B28B 11/24 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 40/02 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 14/10 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 18/14 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 18/06 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 18/08 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 14/04 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 22/06 20060101ALI20200629BHJP

   C04B 22/08 20060101ALI20200629BHJP

   G21F 9/16 20060101ALI20200629BHJP

【ＦＩ】

   C04B28/26

   G21F9/30 511B

   G21F9/30 581B

   C01B33/26

   B28B3/02 P

   B28B11/24

   C04B40/02

   C04B14/10 B

   C04B18/14 A

   C04B18/06

   C04B18/08 Z

   C04B14/04 Z

   C04B18/14 Z

   C04B22/06 Z

   C04B22/08 A

   G21F9/16 511B

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-207237(P2016-207237)

(22)【出願日】2016年10月21日

(65)【公開番号】特開2018-65731(P2018-65731A)

(43)【公開日】2018年4月26日

【審査請求日】2019年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡部 寛史

(72)【発明者】

【氏名】金子 昌章

(72)【発明者】

【氏名】川内 加苗

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 龍明

(72)【発明者】

【氏名】中村 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】並木 千晶

(72)【発明者】

【氏名】山本 遼

【審査官】 田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３１６８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１７４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１６５７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１６６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５４９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６７９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３５２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０２１８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１５６２２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ２／００ − ３２／０２

Ｃ０４Ｂ ４０／０２

Ｂ２８Ｂ ３／０２

Ｂ２８Ｂ １１／２４

Ｃ０１Ｂ ３３／２６

Ｇ２１Ｆ ９／１６

Ｇ２１Ｆ ９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質と、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含む第２の物質と、水とを混合し、混合物とする混合工程と、
前記混合物を圧縮成型し圧縮混合物とする圧縮工程と、
を有し、前記水は液体外の材料の重量の２０分の１以下の重量であるジオポリマー成型体製造方法。

【請求項2】

前記圧縮工程後に、
前記圧縮混合物の周囲の温度と湿度を調節してポリマー化反応を促進する養生工程を有する請求項１に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項3】

前記混合工程において、粉砕可能な固体である第３の物質をさらに添加して前記混合物とする請求項１又は２に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項4】

前記第３の物質は、使用済みの放射性核種吸着剤である請求項３に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項5】

前記養生工程の後に前記圧縮混合物を乾燥する乾燥工程を有する請求項２及びこの請求項２を引用する請求項３乃至４の何れか一項に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項6】

前記第１の物質は、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰、ゼオライト、モルデナイト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウムのうち少なくとも何れか１つを含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項7】

前記第２の物質は、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウムおよびケイ酸セシウムのうち少なくとも何れか１つを含有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【請求項8】

前記圧縮工程において前記混合物を圧縮する圧力は、少なくとも１ＭＰａである、請求項１から請求項７の何れか１項に記載のジオポリマー成型体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電所の運転に伴い発生する、比較的半減期が短く線量が低い放射性廃棄物は、ドラム缶に充填し固化されている。固化材としては、一般的にセメント、アスファルト、エポキシ樹脂が用いられるが、最近ではジオポリマーを用いて固化することが検討されている。ジオポリマーは放射性廃棄物の固化材以外に建材等として用いられることがある。

【0003】

ジオポリマーは、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）などを主成分とするアルミノケイ酸塩と呼ばれる非晶質の無機固化材である。ジオポリマーはジオポリマー構造中に水和物のような不可分に含まれる水分がないが、ジオポリマー原料の混合時および反応時に水を必要とする。以下、任意の形状に硬化させたジオポリマーをジオポリマー成型体、ジオポリマー成型体を構成する原料をジオポリマー原料と呼称する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５８０７７８５号公報

【特許文献2】特許第５６６１４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ジオポリマーの原料は、多くの場合は粉状や粒状である。一般にジオポリマーを作成する際、ジオポリマー原料に水を添加しスラリー状にして混合させ、型に流し込み、ポリマー化反応を進め、硬化させる。スラリー状となったジオポリマー原料と水の混合物は、混合時に攪拌翼に付着しやすく、また、移送時に配管等に詰まりやすい。そのため、頻繁に装置のメンテナンスが必要であった。また、メンテナンスに割く工程が多くなるため、ジオポリマー成型体の製造効率が低下する。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ジオポリマー原料をスラリー化させることなくジオポリマー成型体を作成可能なジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システム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】

本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法は、上述した課題を解決するため、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質と、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含む第２の物質と、水とを混合し、混合物と
する混合工程と、前記混合物を圧縮成型し圧縮混合物とする圧縮工程と、を有し、前記水は液体外の材料の重量の２０分の１以下の重量である。

【0009】

本発明の実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムは、上述した課題を解決するため、アルミニウムおよびケイ素を含む第１の物質と、アルカリ性の水酸化物およびアルカリ性のケイ酸塩のうち少なくとも何れか一方を含む第２の物質と、水とを混合し混合物とする混合物調製手段と、前記混合物を収容する型枠を備え前記型枠内に設定した圧力を加える加圧手段と、前記加圧手段によって圧縮成型された前記混合物を保持し、前記混合物周囲の湿度を調整可能な空調手段を有し、前記水は液体外の材料の重量の２０分の１以下の重量である。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態によれば、製造効率の低下を防ぎながらジオポリマー成型体を製造することができる成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法のフローチャート。

【図2】第１の実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムの構成例を示す概略図。

【図3】本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法を適用して製造したジオポリマー成型体に係る第１の実施例および第２の実施例と、従前の手法により調製した混合物を用いた比較例とのジオポリマー成型体製造条件、並びに第１および第２の実施例に係るジオポリマー成型体の強度試験結果を説明する説明図（一覧表）。

【図4】第１の実施例で調製した混合物（紛体）のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図。

【図5】第１の実施例で最終的に得られたジオポリマー成型体（粉砕物）のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法について図１を用いて説明する。

【0014】

図１は、第１の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法のフローチャートである。本実施形態のジオポリマー成型体製造方法は、ジオポリマー原料にごく少量の水を添加して混合し混合物を得る混合工程Ｓ１と、混合物を圧縮して圧縮混合体を生成する圧縮工程Ｓ２と、圧縮混合体を養生する工程Ｓ３と、養生後の圧縮混合体を乾燥させる乾燥工程Ｓ４を具備する。

【0015】

以下、混合工程Ｓ１について説明する。混合工程Ｓ１では、ジオポリマー原料にごく少量の水を添加して混合する。
ここで、ジオポリマー原料とは、ジオポリマーを形成する材料であり、少なくとも固化材１（図２）およびアルカリ刺激剤２（図２）を含有する。また、ジオポリマーとは、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）などを主成分とする非晶質材料の重合体（ポリマー）をいう。

【0016】

固化材１としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）を含む化合物（以下、「アルミナシリカ」とする。）を用いることができる。アルミナシリカとしては、例えば、メタカオリン、高炉スラグ、焼却灰、飛灰（フライアッシュを含む）、ゼオライト、モルデナイト、シリカフューム、非晶質の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどがある。なお、フライアッシュとは、微粉砕した石炭を燃焼した後に捕集された飛灰であって、製品として管理されるものをいう。以下、固化材１を第１の物質とも呼称する。

【0017】

アルカリ刺激剤２としては、例えば、アルカリ性の水酸化物やアルカリ性のケイ酸塩を用いることができる。アルカリ性の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムなどがある。また、ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ルビジウム、ケイ酸セシウムなどがある。なお、ケイ酸塩には、オルト、メタなど様々な化学形態のものが存在するが、特定の化学形態に限定されることなく何れの化学形態のケイ酸塩であってもアルカリ刺激剤２として採用することができる。以下、アルカリ刺激剤２を第２の物質とも呼称する。

【0018】

また、ジオポリマー成型体７（図２）を作成する際、粉砕可能な固体をジオポリマー原料に添加することができる。粉砕可能な固体とは、例えば、水浄化の際に用いられた放射性核種吸着剤であるものとする。その他、粉砕可能な固体などからなる様々な廃棄物もジオポリマー原料に混合させることができる。ジオポリマー原料に添加する粉砕可能な固体などからなる様々な物質を、被固化物３または第３の物質と呼称する。

【0019】

ごく少量の水４（図２）とは、ジオポリマー原料および被固化物３に添加されてもスラリー化しない程度の水量であり、例えば、ジオポリマー原料および被固化物３のうち液体外の材料の総重量に対して２０分の１以下の重量の水であるものとする。一般的にセメント固化体を作成する際、液体外の材料である固形物の総重量の５分の１程度の重量の水を添加しスラリー化させる。すなわち、本実施形態は、通常のセメント固化方法の４分の１以下の水分量でジオポリマー成型体７を作成する。なお、被固化物３を用いない場合は、ジオポリマー原料の２０分の１以下の重量の水を用いる。

【0020】

以下、混合工程Ｓ１で得られる、ジオポリマー原料、被固化物３および水４等の混合物を混合物５と呼称する。なお、被固化物３が用いられない場合には、ジオポリマー原料および水の混合物を混合物５と呼称する。

【0021】

次に、圧縮工程Ｓ２について説明する。圧縮工程Ｓ２では、混合物５を成型し圧縮する工程である。圧縮工程Ｓ２で圧縮および成型された混合物５を圧縮混合体６と呼称する。圧縮工程Ｓ２で混合物５に印加される圧力は、形態を安定させるために高密化させて圧縮混合体６を生成する観点から、約１メガパスカル［ＭＰａ］以上の圧力に設定される。圧力の上限値は、技術的に可能な範囲の上限値である。

【0022】

次に、養生工程Ｓ３について説明する。養生工程Ｓ３は圧縮混合体６を養生してポリマー化反応を進行させる工程である。人為的に手を加えなくても、圧縮混合体６内ではポリマー化反応が自然に進むが、圧縮混合体６周囲の温度や湿度、雰囲気を調整することで、ポリマー化反応を促進させることができる。ポリマー化反応が進んだ圧縮混合体６を養生後成型体８と呼称する。養生後成型体８には、ポリマー化反応場となった水分が含まれている。ポリマー化反応場となった水分であって養生後成型体８に含まれる水を、付着水と呼称する。

【0023】

次に、乾燥工程Ｓ４について説明する。乾燥工程Ｓ４では養生後成型体８中の付着水を蒸発させる工程である。人為的に手を加えなくても、養生後成型体８の乾燥は自然に進むが、養生後成型体８周囲の温度や湿度、雰囲気を調整することで、乾燥を促進させることができる。ポリマー化が十分に進み、任意の含水率を満たした養生後成型体８をジオポリマー成型体７と呼称する。

【0024】

なお、養生工程Ｓ３と乾燥工程Ｓ４は厳密に区別されない場合もある。養生工程Ｓ３で圧縮混合体６内のポリマー化反応が進んだ後、特に周囲の条件を変えることなく、付着水の蒸発が進み、ジオポリマー成型体７となることも考えられる。また、混合工程Ｓ１で添加した水分量が十分に少ない場合は、乾燥工程Ｓ４を省略することが可能である。また、付着水の残存が問題ない場合も、乾燥工程Ｓ４を省略することが可能である。

【0025】

また、圧縮工程Ｓ２を経た圧縮混合物６は、ジオポリマー化が進んでいないものの、用途によっては十分な強度を有している場合がある。そのため、圧縮混合物６の段階で、例えば、建材や廃棄物固化体として搬出される場合がある。しかし、搬出中や設置中にジオポリマー化は進んでおり、養生工程Ｓ３は行われているものと考えられる。すなわち、ジオポリマー成型体７を成型する過程で、人為的に養生工程Ｓ３を設けなくても、混合工程Ｓ１および圧縮工程Ｓ２を経た圧縮混合物６は、自然に養生工程Ｓ３を経ることとなり、ジオポリマー成型体７となる。

【0026】

続いて、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムについて、一例（図２）を示して説明する。

【0027】

図２は、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムの一例であるジオポリマー成型体製造システム１０の構成例を示す概略図である。

【0028】

ジオポリマー成型体製造システム１０は、例えば、混合物調製手段１１と、加圧手段１２と、養生手段１３、乾燥手段１４とを具備する。

【0029】

混合物調製手段１１は、固化材１、アルカリ刺激剤２およびごく少量の水４と、必要に応じて被固化物３を加えて混ぜ合わせることで混合物５を調製する。

【0030】

加圧手段１２は、混合物５を圧縮成型した成型体である圧縮混合体６を生成する機能を有し、例えば、混合物５を収容する型枠１２１と、型枠１２１の内部に設定される圧力を加える加圧部１２２とを備える。

【0031】

圧縮混合体６を生成する際に混合物５に加える圧力は、大きい程、廃棄物を処理する場合には物量を圧縮できる点では有利といえる一方、混合物５に加える圧力の上限値を高めることは、設備コストなどが増大する点に留意する必要がある。

【0032】

養生手段１３は、圧縮混合体６を養生してポリマー化反応を促進させる機能を有し、例えば、圧縮混合体６を養生する空間を提供する養生室１３１と、養生室１３１の内部雰囲気を調節する空調部１３２とを備える。空調部１３２が養生室１３１内をポリマー化反応促進に適した環境に調節する。

【0033】

養生室１３１の大きさは、少なくとも１個の圧縮混合体６を養生可能な大きさを有していればよい。空調部１３２は、例えば、養生室１３１の内部雰囲気の相対湿度を制御する調湿機能と、養生室１３１の内部雰囲気の気温を制御する調温機能を有している。空調部１３２は養生室１３１内を大気中よりも加湿した状態にすることが可能である。

【0034】

乾燥手段１４は、ポリマー化反応が進んだ圧縮混合体６からの付着水の蒸発を促進させる機能を有し、例えば、圧縮混合体６を乾燥する空間を提供する乾燥室１４１と、乾燥室１４１の内部雰囲気を調節する空調部１４２とを備える。

【0035】

付着水の蒸発が促進されるよう、空調部１４２が乾燥室１４１の雰囲気をより好ましい環境に調節する。乾燥室１４１の大きさは、少なくとも１個の圧縮混合体６を養生可能な大きさ（空間）を有していればよい。空調部１４２は、乾燥室１４１の内部雰囲気の相対湿度を制御する調湿機能と、乾燥室１４１の内部雰囲気の温度を制御する調温機能を有している。

【0036】

なお、上述した養生手段１３および乾燥手段１４は、それぞれ、空調部１３２および空調部１４２を備える例であるが、養生および乾燥が大気中で十分に行われるのであれば、空調部１３２や１４２を省略することもできる。

【0037】

また、養生手段１３はポリマー化反応を進める養生工程Ｓ３だけでなく、ポリマー化反応後にジオポリマー中に残った水分を蒸発させる、乾燥工程Ｓ４を担うことができる。養生手段１３で養生を進めジオポリマーが形成された後、温度や湿度を調整しジオポリマー中に残った水分の蒸発を促進させることができる。この場合、乾燥手段１４を省略することが可能である。

【0038】

また、加圧手段１２を経た圧縮混合体６の状態で、建材や廃棄体として搬出する場合には、養生手段１３および乾燥手段１４を省略することも可能である。養生手段１３および乾燥手段１４を具備していない場合であっても、圧縮混合体６のポリマー化反応および乾燥は自然に進む。

【0039】

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法について説明する。なお、第１の実施形態と重複する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

【0040】

本実施形態では、ジオポリマー原料および被固化物３の混合物に蒸気の形態で水を添加し、ポリマー化反応の場となる水を添加する。本実施形態のジオポリマー成型体製造方法は、例えば、第１の実施形態と同様に、混合工程Ｓ１と、圧縮工程Ｓ２と、養生工程Ｓ３と、乾燥工程Ｓ４を具備する。

【0041】

混合工程Ｓ１では、ジオポリマー原料と被固化物３を混合する。被固化物３を添加しない場合には、ジオポリマー原料である固化材１およびアルカリ刺激剤２のみを混合する。本実施形態の混合工程Ｓ１において液体としての水４は添加しない。
圧縮工程Ｓ２は第１の実施形態の圧縮工程Ｓ２と同様であるため、説明を省略する。

【0042】

養生工程Ｓ３では、圧縮混合体６周囲の環境を加湿状態とする。例えば、圧縮混合体６周囲を湿度９０％とする。養生工程Ｓ３では、圧縮混合体６の周囲の湿分が圧縮混合体６に吸収され、吸収された湿分がポリマー化反応の反応場となり、ポリマー化反応が進む。

【0043】

乾燥工程Ｓ４は第１の実施形態の乾燥工程Ｓ４と同様であるため、説明を省略する。第１の実施形態と同様に、養生工程Ｓ２で吸収された水分量が十分に少ないと考えられる場合は、乾燥工程Ｓ４は省略することが可能である。

【0044】

本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムは、例えば、第１の実施形態におけるジオポリマー成型体製造システム１０と同様の構成である。ただし、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造システムでは、混合物調製手段１１において水４は添加されない。また、養生手段１３の養生室１３は空調部１３２によって加湿状態に保持される。

【0045】

次に、第１および第２の実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法を適用してジオポリマー成型体７を製造した実施例と、従前の手法により調製した混合物５を用いた場合（比較例）について説明する。なお、第１の実施形態に係る実施例を第１の実施例、第２の実施形態に係る実施例を第２の実施例、従前の手法にかかる実施例を比較例と呼称する。比較例では、従来の通り、ジオポリマー原料等にジオポリマー原料等の４分の１程度の重量の水を添加した。

【0046】

（第１の実施例）
固化材１としてメタカオリンを、アルカリ刺激剤２として水酸化カリウムおよびメタケイ酸ナトリウム無水物を使用し、ごく少量の水４を添加した。
具体的には、メタカオリン１７．１ｇ、メタケイ酸ナトリウム無水物８．１ｇ、水酸化カリウム３．３ｇの粉体に水１．０ｇを添加して混合物５（混合粉体）を調製した。

【0047】

続いて、得られた混合物５としての混合粉体を直径３０ミリメートル（３０ｍｍφ）の型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力５６ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。

【0048】

続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温２５℃、相対湿度９０％の条件で１５日間養生を行った。

【0049】

続いて、養生後の圧縮混合体６であるジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例では添加した水分量が十分に少ないため、乾燥工程は省略した。

【0050】

（第２の実施例）
固化体１としてメタカオリンを、アルカリ刺激剤２として水酸化カリウムおよびメタケイ酸ナトリウム無水物を、被固化物３の一例として、放射性廃棄物である炭酸スラリーを模擬して、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウムを使用した。
具体的には、メタカオリン１７．１ｇ、メタケイ酸ナトリウム無水物８．１ｇ、水酸化カリウム３．３ｇ、水酸化マグネシウム５．８ｇおよび炭酸カルシウム３．３ｇを混合して混合物５を調製した。

【0051】

続いて、得られた混合物５としての混合粉体を３０ｍｍφの型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力５６ＭＰａで１０分間の圧縮成型を行い、型枠１２１から混合物５を脱型した。脱型した混合物５は形状を安定的に維持可能な成型体となっており、圧縮混合体６を得ることができた。

【0052】

続いて、型枠１２１から脱型した圧縮混合体６を養生室１３１（図２）に入れ、気温２５℃、相対湿度９０％の条件で１５日間養生を行った。

【0053】

続いて、養生後の圧縮混合体６であるジオポリマー成型体７について、一軸圧縮強度を計測した。なお、本実施例において、添加した水分量が十分に少ないため、乾燥工程は省略した。

【0054】

（比較例）
固化体としてメタカオリンを、アルカリ刺激剤として水酸化カリウムおよびメタケイ酸ナトリウム無水物を使用し、混練用に水を使用した。
具体的には、メタカオリン１７．１ｇ、メタケイ酸ナトリウム無水物８．１ｇ、水酸化カリウム３．３ｇの粉体に水１０．０ｇを添加して混合物５を調製した。

【0055】

続いて、得られた混合物５としての混合粉体を３０ｍｍφの型枠１２１（図２）に入れ、成型圧力５６ＭＰａで加圧した。１０分後に圧縮成型の状況を確認したところ、比較例に係る混合物５はスラリーの状態であって圧縮混合体６として圧縮成型することができなかった。つまり、比較例では圧縮混合体６を生成することはできなかった。

【0056】

なお、比較例では、圧縮混合体６を生成することができなかったため、第１の実施例および第２の実施例において、圧縮混合体６の生成後に行っている養生工程および一軸圧縮強度の計測は行っていない。

【0057】

次に、第１の実施例および第２の実施例に係るジオポリマー成型体７の分析結果として、一軸圧縮強度の計測結果およびＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を説明する。

【0058】

図３は、本実施形態に係るジオポリマー成型体製造方法の第１および第２の実施例と、比較例のジオポリマー成型体製造条件および実施例に係るジオポリマー成型体７の強度試験結果を説明する説明図である。

【0059】

図３において第１の実施例は、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果は６．４ＭＰａであり、十分な強度のジオポリマー成型体７を得ることができた。

【0060】

図３において第２の実施例は、ジオポリマー成型体７の一軸圧縮強度の計測結果は７．１ＭＰａであり、十分な強度のジオポリマー成型体７を得ることができた。

【0061】

図４は第１の実施例で調製した混合物５（紛体）のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図であり、図５は第１の実施例で最終的に得られた成型体（ジオポリマー成型体７）を粉砕した粉砕物のＸ線回折法による計測結果（Ｘ線回折パターン）を示す説明図である。

【0062】

図４に示される粉末Ｘ線回折法による分析結果によれば、混合物５（紛体）のＸ線回折スペクトルに、混合物５に結晶性化合物として存在するケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３）のピークが現れていることが確認できた。つまり、混合物５では、ポリマー反応はまだ進行しておらず、被混合物が単に混在した状態である。

【0063】

一方、図５に示される粉末Ｘ線回折法による分析結果によれば、最終的に得られた成型体（ジオポリマー成型体７）のＸ線回折スペクトルには、混合物５では確認できた結晶性化合物としてのケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３）のピークを確認できず、当該ピークが消失していることが確認できた。つまり、第１の実施例で最終的に得られた成型体では、結晶性化合物としてのケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３）が非晶質化しており、ポリマー反応が進行した状態である。すなわち、ジオポリマー成型体７が形成されたことがわかる。

【0064】

なお、図４および図５に示した結果は、第１の実施例に係る混合物５およびジオポリマー成型体７の分析結果であるが、本出願人は第２の実施例についても、第１の実施例と同様の分析結果が得られたことを確認している。また、第１の実施例と同様の条件で、水の添加量のみを、液体外の材料の総重量に対して２０分の１の重量とした実験を行った。結果の詳細は省略するが、第１の実施例と同様に十分な圧縮強度を有するジオポリマー成型体が得られた。

【0065】

以上、上述したジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムを適用すれば、ジオポリマー原料等をスラリー化させることなくジオポリマー成型体を作成することができる。そのため、製造システム等への付着によるメンテナンスが低減し、製造効率の低下を防ぎ、ジオポリマー成型体を製造することができる。

【0066】

また、ジオポリマー成型体に放射性廃棄物が含まれる場合、放射性分解された水から発生する水素による爆発を防ぐ為、付着水を蒸発させなければならない。上述したジオポリマー成型体製造方法およびジオポリマー成型体製造システムによれば、添加する水分量が少ないため、乾燥工程にかかる時間を短縮でき、場合によっては乾燥工程を省略することも可能である。したがって、従来よりも水分除去処理に要するエネルギーや時間を抑えることができる。

【0067】

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、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。

【0068】

例えば、実施形態には、被固化物３として放射性廃棄物を想定したが、ジオポリマー原料に添加される物質はこれに限られない。また、実施形態中に記載したとおり、ジオポリマー原料に水以外何も添加することなく、ジオポリマー成型体を作成しても良い。

【符号の説明】

【0069】

１ 固化材
２ アルカリ刺激剤
３ 被固化物
４ 水
５ 混合物
６ 圧縮混合体
７ ジオポリマー成型体
８ 養生後成型体
１０ ジオポリマー成型体製造システム
１１ 混合物調製手段
１２ 加圧手段
１２１ 型枠
１２２ 加圧部
１３ 養生手段
１３１ 養生室
１３２ 空調部
１４ 乾燥手段
１４１ 乾燥室
１４２ 空調部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】