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公開番号2025072841
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2023183231
出願日2023-10-25
発明の名称カオリン質粉末
出願人富士電機株式会社,ソブエクレー株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C04B 14/10 20060101AFI20250501BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】ジオポリマーの粘度上昇や急結を防止することが可能なカオリン質粉末。
【解決手段】石炭層系カオリン由来であって、強熱減量が1.5質量%以上10質量%以下であり、非晶質が56質量%以上である、カオリン質粉末、当該カオリン質粉末を含むジオポリマー用組成物。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
石炭層系カオリン由来であって、強熱減量が１．５質量％以上１０質量％以下であり、非晶質が５６質量％以上であるカオリン質粉末。
続きを表示（約 220 文字）【請求項２】
Ａｌ／Ｓｉモル比が０．４～１．２である、請求項１に記載のカオリン質粉末。
【請求項３】
二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、及びアルミノシリケート塩から選択される一以上の成分がか焼前に添加されており、Ａｌ／Ｓｉモル比が０．４以下、または、１．２以上である、請求項１に記載のカオリン質粉末。
【請求項４】
前記カオリン質粉末が、腐植質由来の有機物を含有する、請求項１に記載のカオリン質粉末。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カオリン質粉末に関する。本発明は、特には、低レベル放射性廃棄物や排出規制がされている有毒物、特に、溶液、乾燥残渣、焼却灰、スラッジ、イオン交換樹脂等を固定可能な固化体に用いられるカオリン質粉末に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
運転中の原子力発電所から発生する廃液、スラッジ、イオン交換樹脂の低レベル放射性廃棄物は、溶媒除去や焼却、溶融し減容してからドラム缶内でセメントやアスファルトと混練固化し廃棄体とする。その後、発電所内の貯蔵設備に一定期間保管してから、放射能レベルに応じて、浅地中埋設処分、あるいは、中深度処分を行うことになっている。埋設処分を行った後、３００～４００年間の管理期間を経て、処分地は一般的な土地利用が可能になる。
【０００３】
放射性廃棄物の固化材としては、従来、主にセメント系材料が使用されてきた。これに加え、近年、新しい固化材としてジオポリマーが検討されている。ジオポリマーはアルミニウムとケイ素が酸素を介して３次元的につながった非晶質アルミノシリケートである。ジオポリマーは、メタカオリンやフライアッシュ等のアルカリ活性フィラー、水ガラス、苛性ソーダ／苛性カリ、水を混練することにより調製する。混錬後の混合物は、一定時間スラリーの状態を保持する。このため、スラリーの状態にある混合物に、廃液、フィルタスラッジ、イオン交換樹脂等の放射性廃棄物と混合し静置すると、その後に固化し廃棄体とすることができる。
【０００４】
現在、ジオポリマーを用いた廃棄物処分の研究においては、メタカオリンがアルカリ活性フィラーとして使用される場合が多い。しかし、使用されるメタカオリンは、樹脂添加剤、建築材料向けに作られたカオリン質粉末で、白色度を品質としているか焼カオリンである。放射性廃棄物固化用に合わせて調製したカオリン質粉末は知られていない。か焼カオリンは、部分的あるいは全部が非晶質のメタカオリン化しており、通常、これをメタカオリンと称する。白色度はカオリン鉱床の地質的特徴を反映したか焼温度で調整しているため、メタカオリン毎にアルカリ活性が一定でない可能性がある。その場合、材料毎にスラリーの硬化時間が変動し、アルカリ活性が高いメタカオリンでは、急結するおそれがある。また、メタカオリンによっては、ケイ酸アルカリ溶液への分散が悪い場合があり、粉末のダマができるなど均一混練ができない場合がある。
【０００５】
ジオポリマーの硬化時間（可使時間）を制御するための添加剤として、無機物や有機物が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。添加剤の効果は、ジオポリマー原料であるフライアッシュやスラグ、メタカオリンによって異なる。例えば、リン酸塩系の凝結遅延剤はＣａを含有するアルカリ活性化スラグに対して、Ｃａイオンをキレートし、ケイ酸カルシウム水和物とアルミノケイ酸カルシウム水和物間の速い反応を抑制することによる遅延効果がある。一方で、リン酸塩系の凝結遅延剤の使用により、その固化体強度は低下する。また、リン酸塩系の凝結遅延剤は、Ｃａを殆ど含まないメタカオリンでは効果が無いおそれがある。
【０００６】
ジオポリマー用の減粘剤としてリン酸エステル化合物が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２では、減粘剤の有無でモルタルフロー値は変わらないが、混錬機の負荷電力が半減し、減粘効果があると報告している。しかし、リン酸エステル化合物は、凝結時間を変えることはできないため、可使時間を改善する効果はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特表2021-506708号公報
特開2020-138899号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実際の原子力発電所で処理すべき廃棄体、すなわち実規模の廃棄体は、通常、ドラム缶サイズ（２００Ｌ）である。このため、混錬装置は大型となり、ジオポリマーを混錬する一連の作業には３時間程度かかる。この間の増粘や急結は混錬機の停止やそれに伴う故障の原因となるため、安定な固化作業を保証できない。可使時間を作業時間以上とするため、実規模での廃棄体用にアルカリ活性が抑制され、かつ、ケイ酸アルカリに対する分散性の良いメタカオリンが必要となる。
【０００９】
使用するメタカオリンに対して含水量やアルカリ量の配合をその場で都度調整し、アルカリ活性や分散性を調整すれば急結防止と均一混練を行うことができる。しかし、廃棄体は決められた手順通りに作成した記録を残す必要があるため、一旦認可された配合は任意に変更できない。このような考え方は、材料の品質が常に一定であり、作成した廃棄体の圧縮強度や分配係数は材料の配合により決まることを前提としているためである。このような事情からも、可使時間が十分長く、低粘度なスラリーを実現する分散性の良いカオリン質粉末を調製する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意検討の結果、特定の鉱床由来のカオリン原石を材料として用い、かつ、特定の低い温度範囲でか焼処理することで、課題を解決し、本発明を完成するに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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