JP2005164320A - 放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射性不燃性固体廃棄物に付着した水分や有機物を人手による前処理作業を行うことなく除去し、埋設処分に適した溶融固化体を安全に得ることができる放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明では、水分や有機物を含む放射性不燃性固体廃棄物を、予加熱炉１において金属の酸化抑制条件下で熱分解処理したうえ、溶融炉２で溶融処理する。このためには予加熱炉１における熱処理を３００〜９００℃で、かつ有機物の燃焼に必要な理論燃焼空気量以下の酸素濃度の雰囲気中で行うことが好ましい。人手による前処理作業を行うことなく水分や有機物を除去したうえ溶融炉２で溶融処理できるため、溶融炉２に水分や有機物が持ち込まれることにより溶湯が突沸したり、湯面レベルが急激に上昇したり、炉内圧力が急激に上昇する等の安全上の問題を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射性物質取扱い施設から発生する放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法に関するものであり、特に人が接近できないＴＲＵ核種を含む放射性不燃性固体廃棄物に適した溶融処理方法に関するものである。

原子力発電所や研究所などの放射性物質取扱い施設から発生する放射性核種を含む放射性不燃性固体廃棄物は、大幅な減容化を図るとともに埋設処分可能な溶融固化体にするために、特許文献１、２に示されるように溶融炉において溶融処理されている。

ところが、放射性不燃性固体廃棄物の多くには水分や有機物（ポリエチレン袋、ガムテープ等）が付着しており、これらが溶融炉の溶湯中に廃棄物とともに投入されると急激に気化・燃焼ガス化するため、溶湯が突沸したり、湯面レベルが急激に上昇したり、炉内圧力が急激に上昇する等の安全上の問題があった。

このため図２に示すように、前処理作業により放射性不燃性固体廃棄物に付着している有機物を人手作業で除去する方法も試みられているが、有機物の付着状況が多種多様であるために人手で行う場合には多大な手間が必要となり、さらに目視のために除去が不完全になりやすいという問題があった。また放射能レベルが高かったりＴＲＵ核種（使用済み核燃料再処理工程で発生するプルトニウム等の核種）を含む場合には作業員が被爆する可能性があるため、人手作業は不可能であった。

また作業員の放射性物質による被爆防止の観点から、前処理作業を遠隔操作機器により実施する方法も考えられているが、遠隔作業のために作業効率や除去精度が低下するという問題があった。

そこで本発明者は、前処理作業を簡略化するために予加熱炉を用い、放射性不燃性固体廃棄物に付着している有機物を燃焼させた後に溶融する方法を着想した。しかし検討の結果、この方法には次の２つの問題があることが判明した。

第１は、有機物を燃焼させる際に発生する火炎は１０００℃以上の高温であるため、火炎が放射性不燃性固体廃棄物の表面をなめると廃棄物の主成分である金属を酸化させてしまう。そしてこのような金属の酸化が生ずると、埋設処分に適した溶融固化体を得ることができなくなる。この点につき更に説明すると、溶融固化体中に含有される放射性物質量の測定やその浸出性低減の観点から、溶融固化体の内部は下層の金属層と上層のスラグ層とに分離され、Co等の放射性核種は金属層に、Cs等の放射性核種はスラグ層に均一に分布していることが求められる（特許文献１）。しかし予加熱炉で金属を酸化させてしまうと酸化金属がスラグ側に移行するため、このような放射性核種の正確な分配が行えなくなる。

なお、このような放射性核種の分配を的確に行わせるために、従来から溶融時に一部酸化されてしまう金属廃棄物やＣｏ等の放射性核種をカーボンを還元剤として還元している。しかし予加熱炉で金属を酸化させてしまうとその還元のために大量のカーボンが必要となって、酸化物とカーボンとの反応によるＣＯ_２ガスの大量発生による突沸や、湯面レベルの急激な上昇を招くという問題がある。

第２に、放射性不燃性固体廃棄物に付着している有機物の種類が急激な燃焼を引き起こす危険物である場合には、予加熱炉の炉内圧力が急上昇し、危険である。
このような理由により、放射性不燃性固体廃棄物に付着している有機物を予加熱炉で燃焼させた後に溶融するとの着想は、実用性がないことが判明した。
特許第２８９５６５０号公報 特公平６−６４１９２号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、放射性不燃性固体廃棄物に付着した水分や有機物を人手による前処理作業を行うことなく除去し、埋設処分に適した溶融固化体を安全に得ることができる放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、有機物を含む放射性不燃性固体廃棄物を、予加熱炉において金属の酸化抑制条件下で熱処理したうえ、溶融炉で溶融処理することを特徴とするものである。このためには予加熱炉における熱処理を、３００〜９００℃で行うことが好ましい。また予加熱炉における熱処理を、有機物に必要な理論燃焼空気量以下の酸素濃度の雰囲気中で行うことが好ましい。そして予加熱炉における熱処理が、有機物の熱分解であることが好ましい。

また、溶融炉における溶融を１４５０〜１５５０℃で行うことが好ましく、セラミックルツボを用いた高周波誘導式溶融炉で行うことが好ましい。本発明は特に、放射性固体廃棄物がＴＲＵ核種を含むものであり、１０^８Ｂｑ/ｔｏｎ以上の放射性レベルを持つものである場合に効果的である。

本発明によれば、有機物を含む放射性不燃性固体廃棄物を予加熱炉に装入し、付着した水分や有機物を金属の酸化抑制条件下で熱分解処理することにより、人手による前処理作業を行うことなく除去したうえで、溶融炉で溶融処理する。このため溶融炉に水分や有機物が持ち込まれることにより溶湯が突沸したり、湯面レベルが急激に上昇したり、炉内圧力が急激に上昇する等の安全上の問題を防止することができる。また人手による前処理作業がなくなるため、作業員の作業負担が軽減され、放射性物質による汚染・被爆の危険をなくすことができる。

また本発明によれば、前処理における金属廃棄物の酸化が抑制されるため、酸化物とカーボンとの反応による溶湯の突沸や湯面の上昇がなく、またカーボンが効率よく働くために、溶融固化体の内部における金属層とスラグ層への核種の分配が的確に行われ、埋設処分に適した溶融固化体を得ることができる。さらに、予加熱炉内で有機物が急激に燃焼することもないため、炉内圧力の急上昇などの危険も防止することができる。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を概念的に示すブロック図である。放射性不燃性固体廃棄物はポリエチレン袋に封入されたり、金属パイプなどの廃棄物はガムテープなどで束ねられたりした形態で、溶融処理工程に搬入されてくる。このためポリエチレン袋、その口部を縛る紐、ガムテープなどが有機物として付着している。またポリエチレン袋やパイプの内部には水分が封入されていることもある。

本発明では、このような放射性不燃性固体廃棄物を予加熱炉１に装入する。予加熱炉１は金属の酸化抑制条件下で放射性不燃性固体廃棄物を熱分解処理するための炉であり、炉内温度は３００〜９００℃の範囲に設定されている。炉内温度が３００℃未満では有機物の熱分解が十分に行われず、９００℃を超えると代表的な金属廃棄物である炭素鋼やステンレス鋼の酸化が進行するためである。また予加熱炉１の炉内は有機物に必要な理論燃焼空気量以下の酸素濃度の雰囲気とし、有機物を燃焼させることなく熱分解させる。このため、予加熱炉１内で有機物が急激に燃焼することもないため、炉内圧力の急上昇などの危険も防止することができる。

このようにして予加熱炉１で過熱処理された結果、放射性不燃性固体廃棄物に付着している有機物は熱分解されて炭素化し、水分も除去される。その後、放射性不燃性固体廃棄物を予加熱炉１から取り出して溶融炉２に装入し、溶融して溶融固化体３を得る。溶融炉２としては例えば特許文献２に示したようなセラミックルツボを用いた高周波誘導式溶融炉を用いることができ、１４５０〜１５５０℃で溶融することが好ましい。溶融温度が１４５０℃未満であると完全溶融しないおそれがあり、逆に１５５０℃を越えると一部の核種が外部に放出される可能性があるためである。

本発明においては、溶融炉２に装入される放射性不燃性固体廃棄物は有機物や水分が除かれたものであり、かつ金属の酸化が進行していない。このため溶湯が突沸したり、湯面レベルが急激に上昇したり、炉内圧力が急激に上昇する等の安全上の問題を防止することができる。また金属の酸化が進行していないため、溶湯は通常通りカーボンによって還元状態に維持され、金属層とスラグ層への核種の分配が的確に行われ、埋設処分に適した溶融固化体３を得ることができる。

上記したように、本発明によれば人手作業による前処理を必要としないため、放射性固体廃棄物が、ＴＲＵ核種を含み人が接近できない場合に特に有効である。また放射性固体廃棄物が、１０^８Ｂｑ/ｔｏｎ以上の放射性レベルを持つ場合にも有効である。

有機物及び水分を５wt％含む金属及び保温材を主成分とした放射性不燃性固体廃棄物であり、これらがポリエチレン製の養生シートにより三重に梱包されているものを、予加熱炉で加熱して熱分解を行った。予加熱炉の温度は７００℃、空気比は有機物量を燃焼させるに必要な理論燃焼空気量の０.１に相当する酸素濃度となるように空気及び循環ガスを調整し、金属の酸化抑制条件とした。放射性不燃性固体廃棄物は金属製容器に詰めた状態で予加熱炉に装入され、１バッチ当たり１０分間でバッチ式の熱処理を行った。

その後、予加熱炉から取り出した放射性不燃性固体廃棄物を、高周波溶融炉内に設置されて１５００℃に加熱されているカーボンを含むセラミック製の導電性ルツボに間欠投入し、溶融処理を行った。約３時間の溶融運転により、５００kgの放射性不燃性固体廃棄物を処理した。溶融運転の間において溶湯液面は安定して上昇し続け、突沸等のガス発生は認められなかった。また溶融炉内圧も常時負圧が維持され安定していた。

冷却後の溶融固化体は空隙のない金属層とスラグ層とからなる均質の固化体であり、放射性核種を模擬したトレーサーとして添加したＣｏはその９９％以上が金属層に、またＣｓはその９９％以上がスラグ層に均一に分布しており、埋設処分に適した良好な溶融固化体であった。

本発明の実施形態を概念的に示すブロック図である。 前処理作業により有機物を除去する方法を示すブロック図である。

符号の説明

１ 予加熱炉
２ 溶融炉
３ 溶融固化体

Claims (8)

1. 有機物を含む放射性不燃性固体廃棄物を、予加熱炉において金属の酸化抑制条件下で熱処理したうえ、溶融炉で溶融処理することを特徴とする放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
2. 予加熱炉における熱処理を、３００〜９００℃で行うことを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
3. 予加熱炉における熱処理を、有機物に必要な理論燃焼空気量以下の酸素濃度の雰囲気中で行うことことを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
4. 予加熱炉における熱処理が、有機物の熱分解処理であることを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
5. 溶融炉における溶融を、１４５０〜１５５０℃で行うことを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
6. 溶融炉における溶融を、セラミックルツボを用いた高周波誘導式溶融炉で行うことを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
7. 放射性固体廃棄物が、ＴＲＵ核種を含むものであることを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
8. 放射性固体廃棄物が、１０^８Ｂｑ/ｔｏｎ以上の放射性レベルを持つことを特徴とする請求項１記載の放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法。
   

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