CN103946924A - 放射性铯的去除方法及去除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了以低成本从包含放射性铯的废弃物去除放射性铯的方法及装置。本发明的放射性铯的去除装置1具备：燃烧焚化被放射性铯污染的可燃性废弃物的焚化炉22；利用从焚化炉排出的燃烧排气G5及可燃物C的焚化灰D3的显热，由氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁、呈多段排列有旋风分离器的悬浮式预加热器23；可将被放射性铯污染的无机物S和氧化钙或/及氧化镁以及焚化灰一同煅烧的旋转窑炉21；及回收在旋转窑炉中挥发的铯的回收装置31、32。

Description

放射性铯的去除方法及去除装置
技术领域
本发明涉及从含有放射性铯的废弃物去除放射性铯，同时有效利用将去污染后获得的煅烧物粉碎后制得的水泥混合材料及由该煅烧物所构成的土方材料等的方法及装置。
背景技术
关于从含有放射性铯等放射性物质的废弃物除去放射性物质的方法及装置，以往已有各种提案。例如，专利文献1中已公开了在具备缠绕于其外部的通电线圈的、具有狭缝的冷却容器内通过电磁感应加热而溶解以硝酸盐的形态存在的因核分裂产生的放射性废弃物，并使铯等长寿命核素挥发，加以分离、回收的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-157897号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，因现在核电站的事故而在日本产生的应解决的课题并非如上述专利文献1所记载的将在核相关设施内的因常规运转所生成的废弃物去污染，而是对向外界释放而混入树木及土壤等的放射性物质进行去污染处理。尤其，因预测像这样的放射性废弃物达到庞大的量，因此并非仅提出单纯的去污染方法，而是提供如何大量且效率良好地使放射性物质挥发而加以去除、回收、并可降低其成本的方法是重要的。
如果将包含放射性物质的废弃物与石灰石一同投入窑炉等煅烧装置而进行加热，则可使放射性物质挥发，且获得去污染生成物，但仅以窑炉等煅烧装置加热废弃物的以往的方法因原样地混合石灰石而需要脱碳酸所需的能量，预测将浪费大量能量。因此，如有效利用废热而使用预加热器等预热器进行石灰石的脱碳酸，则从煅烧装置挥发的放射性铯变成固体并再度返回煅烧装置而进行循环浓缩，存在无法将去污染生成物确实去污染的担忧。
因此，本发明是鉴于上述须解决的问题而完成的，目的在提供一种可以更低的能量且确实地从包含放射性铯的废弃物中去除放射性铯的方法及装置。
用于解决课题的手段
为实现上述目的，本发明是放射性铯的去除方法，其特征在于，燃烧被放射性铯污染的可燃性废弃物，并使用其燃烧排气与焚化灰的显热，而从氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁，并煅烧该氧化钙或/及氧化镁与被放射性铯污染的无机物而获得去污染生成物。
因此，依据本发明，可燃烧被放射性铯污染的可燃性废弃物，并使放射性铯自废弃物挥发或浓缩于焚化灰中，同时可有效利用粉碎所生成的去污染生成物而获得的水泥混合材料及该煅烧物所构成的土方材料等，因此可以低成本并效率良好地去除放射性铯。
在上述放射性铯的去除方法中，可将在冷却所述去污染生成物时产生的热作为被所述放射性铯污染的可燃性废弃物的燃烧时的热源的至少一部分而利用。
在上述放射性铯的去除方法中，可进一步具备回收在所述煅烧中挥发的放射性铯的工序。
在上述放射性铯的去除方法中，将所述被放射性铯污染的无机物与所述氧化钙或/及氧化镁以及所述焚化灰一同煅烧时，可添加相对于该煅烧对象物含有的铯总量为当量以上的氯源。由此，可使铯变为氯化铯而效率良好地挥发。
另外，本发明是放射性铯的去除装置，其特征在于具备：焚化炉，其可燃烧焚化被放射性铯污染的可燃性废弃物；悬浮式预加热器，其利用从该焚化炉排出的燃烧排气及所述可燃物的焚化灰的显热，自所述氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁，呈多段排列有旋风分离器；旋转窑炉，其将被放射性铯污染的无机物与所述氧化钙或/及氧化镁以及所述焚化灰一同煅烧；及回收装置，其回收在所述旋转窑炉中挥发的铯。
依据本发明，于焚化炉中燃烧焚化被放射性铯污染的可燃性废弃物，并于悬浮式预加热器中利用焚化炉排出的燃烧排气及所述可燃物的焚化灰的显热，由所述氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁，再于旋转窑炉中将被放射性铯污染的无机物与所述氧化钙及/或氧化镁以及所述焚化灰一同煅烧，由此获得可有效用作水泥混合材料及土方材料等的去污染生成物，同时，通过在回收装置中回收已挥发的铯，可从含有放射性铯的废弃物中去除放射性铯。另外，由于分别处理从以往的燃烧焚化可燃物的焚化炉和加热无机物的旋转窑炉排出的2种燃烧气体，因此可从去污染生成物确实去除放射性铯，并可有效利用废弃物中包含的可燃物的燃烧热和冷却去污染生成物时产生的热，所以可以低能量、低成本进行废弃物的去污染。
上述放射性铯的去除装置中，可使所述焚化炉为流化床型、流动层型、喷流层型或气流型。
另外，在上述放射性铯的去除装置中，可通过将从所述焚化炉排出的氧化钙或/及氧化镁以及焚化灰从连接于所述悬浮式预加热器的最下段的旋风分离器的原料出口部的溜槽投入所述旋转窑炉中。通过从焚化炉将氧化钙或/及氧化镁以及焚化灰向旋转窑炉投入，可减少脱碳酸所需的能量，减少去污染处理所需的能量。另外，如果直接投入氧化钙或/及氧化镁以及焚化灰，因带入窑炉的显热将增加，因此优选。
上述放射性铯的去除装置中，可使所述回收装置为冷却所述旋转窑炉的排气的冷却塔，以及回收该冷却塔的排气中的灰尘的集尘器，而可回收放射性铯。
发明效果
如上所述，依据本发明，可通过从包含放射性铯的废弃物中除去放射性铯，同时以低能量将去污染后的废弃物用作水泥混合材料等，而可以低成本、效率良好地去除放射性铯。另外，可对放射性废弃物进行减容处理。
附图说明
图1是显示本发明的放射性铯的去除装置的一个实施方案的整体结构图。
具体实施方式
以下，就用于实施本发明的方案，一边参照图1一边进行详细说明。另外，在以下说明中，以通过本发明的放射性铯的去除装置从含有放射性铯的废弃物去除放射性铯，同时由去污染后的废弃物制造水泥混合材料及土方材料的情况为例而进行说明。在此，所谓放射性铯是作为铯的放射性同位素的铯134及铯137。
图1显示本发明的放射性铯的去除装置的一个实施方案，该去除装置1大致分别由煅烧装置2、去污染系统排气处理装置3及可燃物焚化系统排气处理装置4构成。
煅烧装置2由旋转窑炉21、焚化炉22、悬浮式预加热器(以下称为“预加热器”)23及熟料冷却机24构成。
旋转窑炉21具备用于向旋转窑炉21直接供给煅烧对象物的投入口21a、用于喷出粉煤等化石燃料而煅烧供给旋转窑炉21内的供给物的燃烧器21b。
设置焚化炉22，用于燃烧焚化被放射性铯污染的采伐木等可燃物C，其具备喷出粉煤等化石燃料的燃烧器(未图示)、可燃物C的投入口22a，在炉的底部导入来自熟料冷却机24的高温的抽气气体H作为燃烧用空气。该焚化炉22可使用流化床型、流动层型、喷流层型或气流型的焚化炉。
预加热器23呈多段排列有旋风分离器，将氧化钙源或/及氧化镁源的原料R1供给至最上段旋风分离器23a的入口烟道，连接于最下段旋风分离器23b的原料出口部的溜槽23c则连接于旋转窑炉21的供入口21a。
去污染系统排气处理装置3配置于煅烧装置2的后段，并由冷却从旋转窑炉21排出的排气G1的冷却塔31、配置于冷却塔31的后段的1次集尘器32及2次集尘器33、将通过集尘器32、33去除了浓缩铯盐等的灰尘的排气G4向系统外排出的风扇34构成。
配置冷却塔31，用于冷却旋转窑炉21的排气G1，并使从污染废弃物挥发的放射性铯等作为固体状而进行回收。排气G1的冷却通过从设置于冷却塔31的下端部的喷水装置31a喷出水雾而进行。另外，可以说该喷水装置31a具备使已挥发的氯化铯作为固体状而附着于排气G1中包含的灰尘上而回收的程度的功能，喷水装置31a的设置部位不限于冷却塔31的下端部。进一步，不仅利用水的冷却，也可通过向冷却塔内导入冷却空气进行冷却，可分别单独使用利用水的冷却及利用空气的冷却，或者同时使用两者。
配置1次集尘器32，用于将包含如上操作而浓缩的铯盐等的灰尘D1集尘，其可使用袋滤器等。
设置2次集尘器33，用于将包含于去除了铯盐等后的排气G3中的酸性气体等去除，并回收吸附酸性气体等的灰尘D2。该2次集尘器33也可使用袋滤器等。
配置可燃物焚化系统排气处理装置4，用于处理从煅烧装置2的预加热器23的最上段旋风分离器23a排出的排气G6，其配置有集尘器41与其后段的风扇42。配置集尘器41，用于去除包含排气G6中包含的燃烧灰的灰尘D3，其可使用袋滤器等。
以下，就具有上述结构的放射性铯的去除装置1的运转一边参照图1一边进行说明。
向煅烧装置2的预加热器23中投入石灰石粉(CaO源)等的原料R1，同时，将已被放射性铯污染的采伐木等可燃物C和粉煤等燃料F2一同投入焚化炉22，进行燃烧焚化。此时，如下文所述，为了利用冷却去污染生成物时产生的热，可将来自熟料冷却机24的抽气气体H作为燃烧用空气的至少一部分进行燃烧。
焚化炉22的排气G5流向预加热器23的最下段旋风分离器23b～最上段旋风分离器23a，此时，通过排气G5及包含于排气G5中的燃烧灰的显热将投入预加热器23的原料R1进行脱碳酸，分解成氧化钙(CaO)和二氧化碳(CO2)。
经脱碳酸的原料R2从焚化炉22经最下段旋风分离器23b、溜槽23c而从供入口21a向旋转窑炉21供给。
另一方面，将来自预加热器23的最上段旋风分离器23a的排气G6向集尘器41导入，而回收排气G6中包含的可燃物C的焚化灰等构成的灰尘D3后，通过风扇42将经净化的排气G7向系统外排出。将回收的粉尘D3和原料R2一同向旋转窑炉21的投入口2la供给。
不论可燃物C中包含的放射性铯在焚化炉22内挥发，或不挥发而与焚化灰一同从焚化炉22排出，均伴随预加热器23中的排气G5的温度降低而以混入灰尘D3或原料R2的状态供给旋转窑炉21的投入口21a。
将上述原料R2及灰尘D3和被放射性铯污染的土壤等无机物S一同从投入口21a投入旋转窑炉21，对上述原料R2及粉尘D3、无机物S进行煅烧。另外，除无机物S外，还自投入口21a向旋转窑炉21内投入相对于旋转窑炉21内的铯总量为当量以上的氯源作为反应促进剂B。作为氯源，有氯化钙(CaCl2)、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)、具有氯的废塑料等，但其中CaCl2因为本身不挥发而仅供给氯而优选。
无机物S、原料R2及灰尘D3中包含的放射性铯在旋转窑炉21内与从氯源产生的氯反应，变为氯化铯而挥发，且在包含于排气G1中的状态下被导入冷却塔31。
在冷却塔31中，排气G1则通过从喷水装置31a所喷出的水雾(或导入冷却塔内的冷却空气，或其混合物)而被急剧冷却，排气G1中包含的氯化铯变为固体状的铯盐而附着于灰尘上。
将含有铯盐的来自冷却塔31的排气G2导入1次集尘器32，回收包含固体状的浓缩铯盐的灰尘D1。由回收的灰尘D1，根据需要通过水洗、吸附等，进一步进行减容处理后，可密闭保管于混凝土制的容器等中，可使包含放射性铯的废弃物不向外部泄露而减容化并保管。
另一方面，回收浓缩铯盐后的排气G3中包含酸性气体等有害气体时，也可通过2次集尘器33而回收吸附有去除铯盐等后的排气G3中包含的酸性气体等的灰尘D2，并通过风扇34而将净化的排气G4排出至系统外。
另一方面，向旋转窑炉21投入的无机物S、原料R2及粉尘D3在旋转窑炉21内通过从燃烧器21b吹入的粉煤的燃烧热在放射性铯挥发去除后进行煅烧，通过熟料冷却机24而冷却，并生成可作为水泥混合材料及土方材料等利用的熟料(去污染生成物)P。熟料冷却机的抽气气体H具有在冷却时产生的熟，也可将该抽气气体H导入煅烧装置2，作为煅烧装置2的煅烧热源的一部分。
如上所述，依据本实施方案，可从包含放射性铯的废弃物(可燃物C、无机物S)将放射性铯去污染，同时将去污染后的废弃物作为燃料及原料而利用，作为去污染生成物可制造水泥混合材料等，能以低成本去除放射性铯。
另外，上述实施方案中，虽从投入口21a向旋转窑炉21内供给原料R2、粉尘D3、无机物S及反应促进剂B，但此时也可分别直接向旋转窑炉21投入，或可预先混合而供给。在废弃物的水分多等难以处理的情况下，可通过事先混合原料R2改善性状。
另外，上述实施方案中，作为被放射性铯污染的废弃物，虽例示了被放射性铯污染的采伐木、土壤，但除此之外，还可以将城市垃圾焚化灰、来自垃圾的熔渣、下水道污泥、下水道污泥干粉、水净化污泥、建设污泥、污水渣、贝壳、稻草、牧草、牛粪堆肥、树皮、草木、瓦砾等废弃物都作为包含放射性铯的对象，可单独使用包含于这些中的1种，或组合2种以上使用。进一步，预先去除几乎不包含放射性铯的部分(在土壤的情况下为砂砾和石砾)获得的，浓缩了放射性铯的中间处理物也包含在本发明的被放射性铯污染的废弃物之内。
进一步，在上述实施方案中，作为CaO源，虽例示了石灰石粉等水泥混合材料用原料，但也可以将包含碳酸钙、生石灰、熟石灰、石灰石、白云石、高炉熔渣等的物质作为CaO源，除水泥混合材料以外，也可仅生成骨料和CaO。
另外，也可使用MgO源以取代CaO源或与CaO源同时使用，生成MgO或MgO及CaO。此时，作为MgO源，可使用包含碳酸镁、氢氧化镁、白云石、蛇纹石、铁镍合金熔渣等的物质，可单独使用包含于这些中的1种，或组合2种以上使用。进一步，可将这些CaO源及MgO源调整为适当的粒径，作为焚化炉(流化床、流动层)的流动介质使用。
通过将包含放射性铯的废弃物(可燃性废弃物的焚化灰或/及土壤等的无机物)和CaO或/及MgO一同进行煅烧，可提高被煅烧物的碱度，并抑制煅烧过程中液相的产生。因此，可效率良好地使放射性铯挥发。
进一步，上述实施方案中，虽就具备由旋转窑炉、流化床型、流动层型、喷流层型或气流型的焚化炉、预加热器、熟料冷却机构成的煅烧装置的放射性铯的去除装置进行了说明，但本发明不限于具备这样的煅烧装置的放射性铯的去除装置，作为煅烧装置，也可具备间歇式的煅烧炉，若可将被放射性铯污染的废弃物和CaO源或/及MgO源一同加热而使放射性铯从污染废物挥发，同时生成CaO或/及MgO，也可采用其它装置构造。
另外，虽通过去污染系统排气处理装置3的1次集尘器32回收了包含固体状的浓缩铯盐的灰尘D1，但也可使用洗涤器等回收固体状的浓缩铯盐。
符号说明
1…放射性铯去除装置
2…煅烧装置
21...旋转窑炉
2la…投入口
21b...燃烧器
22…焚化炉
22a…投入口
23…悬浮式预加热器
23a...最上段旋风分离器
23b...最下段旋风分离器
23c…溜槽
24…熟料冷却机
3…去污染系统排气处理装置
31…冷却塔
31a…喷水装置
32…1次集尘器
33…2次集尘器
34…风扇
4…可燃物焚化系统排气处理装置
41…集尘器
42…风扇
B…反应促进剂(氯源)
C…(被放射性铯污染的)可燃物
D1～D3…灰尘
F1、F2…燃料
G1～G7…排气
H…(冷却器)抽气气体
R1～R2…(水泥混合材料的)原料
P…熟料(去污染生成物)
S…(被放射性铯污染的)无机物

Claims (8)

1.放射性铯的去除方法，其特征在于，燃烧被放射性铯污染的可燃性废弃物，
使用其燃烧排气和焚化灰的显热，由氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁，并煅烧该氧化钙或/及氧化镁和被放射性铯污染的无机物而获得去污染生成物。
2.权利要求1所述的放射性铯的去除方法，其特征在于，冷却所述去污染生成物时产生的热可作为被所述放射性铯污染的可燃性废弃物燃烧时的热源的至少一部分而利用。
3.权利要求1或2所述的放射性铯的去除方法，其特征在于，回收在所述煅烧中挥发的放射性铯。
4.权利要求1、2或3所述的放射性铯的去除方法，其特征在于，将所述被放射性铯污染的无机物与所述氧化钙或/及氧化镁以及所述焚化灰一同煅烧时，添加相对于该煅烧对象物含有的铯总量为当量以上的氯源。
5.放射性铯的去除装置，其特征在于，具备：
焚化炉，其燃烧焚化被放射性铯污染的可燃性废弃物；
悬浮式预加热器，其利用从所述焚化炉排出的燃烧排气及所述可燃物的焚化灰的显热，由所述氧化钙源或/及氧化镁源生成氧化钙或/及氧化镁，且呈多段排列有旋风分离器；
旋转窑炉，其将被放射性铯污染的无机物与所述氧化钙或/及氧化镁以及所述焚化灰一同煅烧：及
回收装置，其回收在该旋转窑炉中挥发的铯。
6.权利要求5所述的放射性铯的去除装置，其特征在于，所述焚化炉是流化床型、流动层型、喷流层型或气流型。
7.权利要求5或6所述的放射性铯的去除装置，其特征在于，将从所述焚化炉排出的氧化钙或/及氧化镁以及焚化灰从连接于所述悬浮式预加热器的最下段的旋风分离器的原料出口部的溜槽投入所述旋转窑炉中。
8.权利要求5、6或7所述的放射性铯的去除装置，其特征在于，所述回收装置是冷却所述旋转窑炉的排气的冷却塔、以及回收该冷却塔的排气中的灰尘的集尘器。
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