JP2013127456A - Ｒｉセシウムの分離除去方法、及びその装置 - Google Patents
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
【課題】 ＲＩセシウムで汚染された廃棄物からＲＩセシウムを確実かつ安全に分離除去することができ、また、大量の廃棄物を処理する場合でも大規模な保管施設等が必要ないＲＩセシウムの分離除去方法とその装置を提供すること。
【解決手段】 汚染廃棄物を高温炉で焼成し、熱的に安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で揮発させて廃棄物から分離するステップと；この気体となった塩化セシウムを、塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や気体滞留部から高温炉外に、排気パイプを通して冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に取り出すステップと；この取り出した気体状の塩化セシウムを冷却して固体として回収するステップとを含み、これら連続的に平行して行われる各ステップが、高温炉内に投入した廃棄物中に存在する略全量のＲＩ及びＳＩのセシウムが除去されるまで行うようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】 汚染廃棄物を高温炉で焼成し、熱的に安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で揮発させて廃棄物から分離するステップと；この気体となった塩化セシウムを、塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や気体滞留部から高温炉外に、排気パイプを通して冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に取り出すステップと；この取り出した気体状の塩化セシウムを冷却して固体として回収するステップとを含み、これら連続的に平行して行われる各ステップが、高温炉内に投入した廃棄物中に存在する略全量のＲＩ及びＳＩのセシウムが除去されるまで行うようにした。
【選択図】 図１
Description
本発明は、核実験や原子力発電所、再処理工場、放射性同位元素(以下ＲＩ)の取扱施設の事故等でＲＩ汚染された廃棄物(例えば、田畑や森林を構成する土壌や植物、腐葉土、又は道路や建築物の瓦礫等）から略全量のＲＩセシウムを除去することができ、しかも、安全性や処理効率も高くコストも安価なＲＩセシウムの分離除去方法とその装置に関するものである。
一般的に、核実験や原子力発電所等の事故があった場合、広範囲にわたって放射性物質が飛散し、外部被曝や内部被曝によってその地域に住まう住人の健康を害する危険性が高い。また特に、放射性物質の中でもＲＩセシウムは、原子炉の事故において多量に生成される上に、半減期が約３０年と長いことから人体への深刻な影響が懸念される。
一方、上記ＲＩセシウムを除去する既存技術としては、セシウムを吸収する植物を用いたファイトメディエーション法が知られているが、現状では汚染したセシウムを分離除去する効果が少なく、捕集効率が低い。しかも、ＲＩセシウムを吸収した植物は、最終的にどこか安全な場所にそのまま、或いは焼却して減容率が低いまま保管する必要がある。
また他にも、酸を用いてＲＩセシウムを除去する化学的な方法が知られているが、この方法についても、最終的にＲＩセシウムを含んだ大量の処理溶液が残るため、わざわざ処理溶液からＲＩセシウムをイオン交換樹脂によって分離し、使用したイオン交換樹脂をどこかで保管する必要がある。また、使用する酸は危険で取り扱いも難しい。
また更に、上記の従来技術以外にも、ＲＩセシウムをフェロシアン化鉄などに吸着させたり電気的磁気的な化合物に合成したりして分離する方法も試験されているが、廃棄物の減容・減量効果が小さいだけでなく、処理に手間が掛かり費用も高価になる。またこの方法でも、ＲＩセシウムを吸着させた物質は結局どこかで減容率が低いままで保管する必要がある。
また上記以外の方法としては、小さな粘土粒子についたＲＩセシウムを浮遊させて選別する粘土吸着分離法も存在し、この方法は費用も安くＲＩセシウムの除去効果も比較的高いが、最終的に残った粘土についてはＲＩセシウムが付着したままの状態で減容率が低いままで保管することになるため、上記従来技術と同様に保管の問題が生じる。
また、減容率は低いけれどもより確実な除染方法としては、ＲＩセシウムにより汚染された表面の土を剥ぎ取って、それを他の場所で遮蔽して、或いは人が立ち入らないようにして保管する方法が挙げられるが、剥ぎ取った土を全て保管しようとすると、大量の放射性物質を保管するための大規模な土地と施設が必要となる。またこの問題は、上記で挙げた従来方法を用いて大量の汚染廃棄物を処理する際にも起こり得る。
他方、セメント製造の分野においては、セメント原料を熱処理してアルカリ金属或いはアルカリ金属塩化物を塩化物として分離除去する技術が公知となっているが(例えば、特許文献１,２参照)、これらの方法はあくまでナトリウムやカリウムの除去が目的であるため、ＲＩセシウムを確実かつ安全に分離除去する技術ではない。
そこで本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、核実験や原子力発電所等の事故で放出されたＲＩセシウムで汚染された廃棄物からＲＩセシウムを確実かつ安全に分離除去することができ、また、大量の廃棄物を処理する場合でも減容率が高いため放射性物質を含む回収物を保管するための大規模な施設等が必要なく、しかも、処理効率も高くコストも安価なＲＩセシウムの分離除去方法とその装置を提供することにある。
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を説明すれば次のとおりである。
即ち、本発明は、ＲＩセシウムの分離除去方法に、ＲＩセシウムに汚染された固体状と液体状の廃棄物を高温炉で焼成し、ＲＩ及びＳＩセシウム元素を塩素及び塩素を含む化合物と反応させて熱的に安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で揮発させて廃棄物から分離するステップと；この気体となった塩化セシウムを、粒子径が比較的小さい塵埃(クリンカダスト等)・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や、廃棄物の投入口、飛灰回収部、残渣の取出口を避けて設けられた塵埃等が入り難い気体滞留部から高温炉外に、排気パイプを通して冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に取り出すステップと；この取り出した気体状の塩化セシウムを冷却して固体として回収するステップとを含み、これら連続的に平行して行われる各ステップが、高温炉内に投入した廃棄物中に存在する略全量のＲＩ及び安定同位元素(ＳＩ)のセシウムが除去されるまで行うようにした点に特徴がある。
また本発明では、上記高温炉内における鉄などの金属触媒反応を含めた各反応生成が起こる部分を1000℃以上に設定すると共に、バーナー炎等を用いる高温燃焼部には廃棄物を最高1450℃以上の炎で焼成可能なバーナー等の熱源を使用し、更に塩化セシウムの気体を引き出す気体滞留部付近を、塩化セシウムの融点645℃よりも高く沸点1295℃よりも低い850℃から950℃の温度に設定することにより、塩化セシウムの生成・揮発効率を高めている。
そしてまた、上記廃棄物に対しては、塩化セシウムの生成効率を高めるために塩化ナトリウム、塩化カリウム、その他の塩素化合物等、若しくはこれらの混合物を塩素供給物質として添加したり、また塩化水素の生成効率を高めるために金属触媒を添加したりすることもできる。
また更に、上記ＲＩセシウムの分離除去を行う装置を稼働させている間は、全ての高温炉投入物と、分離した塩化セシウム及びその他のアルカリ金属塩と、焼成処理後の残渣やセメントの中間生成物の放射線量をエネルギー分別が可能な放射線検出器で計測して、分離除去が正常に行われているかどうかをＲＩセシウムの分離割合によって監視するのが安全上好ましい。
一方、上記高温炉に関しては、セメント焼成用ロータリーキルン炉やロータリーキルン炉を含む廃棄物焼却炉を使用することによって、廃棄物の投入、ＲＩセシウム塩化物を含むアルカリ金属塩化物を蒸留・分離するための熱処理、及び熱処理後に残った残渣やセメントの中間生成物の取り出しを連続的に行うことができる。
また、上記高温炉の熱源については、微粉炭・石炭・石油等を燃料とするバーナー、ガスバーナー、高出力の赤外線ランプやレーザ光などを使用することができ、またフレネルレンズや反射鏡によって二次元的に集光された、或いはシリンドリカルレンズによって一次元的に集光された太陽光を使用することもできる。
そしてまた、上記高温炉からの放射性物質の漏れ出しを防ぐために、煙道に大容量の排風機を設置し、この排風機によって高温炉内の圧力を１気圧から数百分の１から百分の１気圧減圧した負圧にして、焼成処理により気体となって廃棄物から分離した塩化セシウムを炉外に逃がさないようにすることもできる。なお上記「煙道」には、煙突の中空部や炉内と煙突を繋ぐ通気路、炉内と排気口を繋ぐ排煙ダクト等が含まれるものとする
他方、上記ＲＩセシウムの分離除去に用いる装置を、汚染された固体状及び液体状の廃棄物を炉内に投入するための投入口11、ＲＩ及びＳＩのセシウム元素を塩素と反応させて安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で蒸留・分離させて廃棄物から分離するための熱処理に使用するバーナー等の熱源装置12、及び熱処理後の残渣を取り出すための取出口13を備えた高温炉１と；この高温炉１内で気体となった塩化セシウムを、冷却装置21で冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に炉外に取り出し、かつ、取り出した気体状の塩化セシウムを更に冷却して固体として回収する塩化セシウム回収装置２とから構成し、
更に前記高温炉１に、粒子径の比較的小さい塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や廃棄物の投入口、残渣の取出口から離れた位置に設けられた気体滞留部に前記塩化セシウム回収装置２の排気パイプ22を配置すれば、粒子径が大きい塵埃等が入り難い炉中心上部や気体滞留部周辺からセシウム及びその他のアルカリ金属の塩化物等を不純物が少ない状態で回収することが可能となる。
更に前記高温炉１に、粒子径の比較的小さい塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や廃棄物の投入口、残渣の取出口から離れた位置に設けられた気体滞留部に前記塩化セシウム回収装置２の排気パイプ22を配置すれば、粒子径が大きい塵埃等が入り難い炉中心上部や気体滞留部周辺からセシウム及びその他のアルカリ金属の塩化物等を不純物が少ない状態で回収することが可能となる。
また本発明では、上記高温炉１の煙道14内に排風機４を設置して、炉内を負圧とすることにより煙突15以外の炉外への気体の漏洩を防止可能とする一方、煙道14内に、炉内に近い側から順にサイクロン集塵機５、電気集塵機６及びフィルタ７を設けると共に、前記サイクロン集塵機５の排出口51と炉内上部、及び前記電気集塵機６の下部と炉内近傍の煙道14を繋げて構成しているため、
前記煙道14に入ったＲＩセシウムを含むアルカリ金属塩化物や固体燃焼残渣、飛灰、原料粉等をサイクロン集塵機５の排出口51から炉内上部に還流させて、炭酸ガスなど燃焼により生成した低温で固化しない気体以外が煙道14から煙突15に漏洩することもない。
前記煙道14に入ったＲＩセシウムを含むアルカリ金属塩化物や固体燃焼残渣、飛灰、原料粉等をサイクロン集塵機５の排出口51から炉内上部に還流させて、炭酸ガスなど燃焼により生成した低温で固化しない気体以外が煙道14から煙突15に漏洩することもない。
また、上記高温炉１の熱源装置12には、太陽光を二次元的に集光するレンズや反射鏡、或いは一次元的に集光するシリンドリカルレンズを備えた太陽熱集熱器を使用して、省エネルギー化を図ることもできる。
まず本発明では、ＲＩ汚染された廃棄物を高温炉で熱処理することによって、高温炉中で塩化セシウムを生成することができる。具体的には、廃棄物中の塩化ナトリウムと水から生成された塩化水素と、炭酸塩として存在しているセシウムが脱炭酸して生成された酸化セシウムまたは水酸化セシウムとが反応して高温炉中で塩化セシウムが生成される(反応式：[1]NaCl+H2O→NaOH+HCl、[2]Cs2CO3+2H2O→2CsOH+H2CO3又はCs2CO3→Cs2O+CO2、[3]CsOH+HCl→CsCl+H2O又はCs2O+2HCl→2CsCl+H2O)。
勿論、上記反応過程は単なる一例であって、上記過程よりも簡単な反応過程(反応式：2NaCl+Cs2CO3→2CsCl+Na2CO3）や、中間反応生成物が生じる複雑な反応過程も含めて、最終的に塩化セシウムが高温炉中で蒸留・分溜される。
そして、上記生成された塩化セシウムは、高温の焼成処理によって揮発して廃棄物から分離し、本発明では、この気体となった塩化セシウムを、冷却機能を備えた排気パイプから気体の状態で外部に取り出している。なおこの際、気体となった塩化セシウムは、冷却されつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に外部の回収装置内に捕集される。
また、上記排出口から取り出された気体状の塩化セシウムについては、炉外の大気圧下で融点以下に冷却して固体として回収し、本発明では、この塩化セシウムの生成・分離・回収のプロセスを廃棄物中のＲＩセシウムを略全量回収するまで続けることによって、ＲＩセシウムの確実な分離除去を実現している。
しかも、本発明では、上記気体となった塩化セシウムの取り出しを、粒径の大きい塵埃等が混じり易い廃棄物の投入口や飛灰回収部、残渣の取出口を避けて、炉中心上部や気体滞留部から冷却機能を備えた排気パイプを経由して行うようにしたことにより、塩化セシウムと一緒に回収される不純物の量も格段に軽減している。
そのため、本発明では、従来の除染方法(ファイトメディエーション法や化学的方法、フェロシアン化鉄を用いた吸着方法、粘土吸着回収法、表面の土を剥ぎ取る方法等)よりも処理後に保管すべきＲＩセシウムを含んだ回収物の体積が小さく抑えられ(減容率1000分の１)、大量の廃棄物を処理する場合にも回収物を保管するための大規模な土地や施設等が不要となる。
また、本発明の熱処理を用いた除染法は、比較的短い処理時間で高いＲＩセシウムの分離除去効果を得ることができ、イオン交換膜のようなＲＩセシウムの二次的な分離処理も必要ないため、処理効率の向上も図れる。そしたまた、本発明では、廃棄物の投入口や残渣の取出口からＲＩセシウムが炉外に漏れる心配もなく、危険な酸等を使用する必要もないため、作業も安全に行える。
したがって、本発明により、極めて高いＲＩセシウムの除去効果(実測の分離係数が１日の廃棄物の処理量が3000トンの実用規模で78％程度、実験室規模で99.8％以上)を得ることができ、大量の汚染廃棄物を処理した際に発生する回収物の保管も容易なＲＩセシウムの分離除去方法及びそれに用いる装置を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。
『実施例１』
本発明の実施例１について、図１に基いて説明する。同図において、符号１で指示するものは、高温炉であり、符号２で指示するものは、塩化セシウム回収装置である。また符号３で指示するものは、エネルギー分別が可能な対象以外の周囲の放射線を遮蔽した放射線検出器である。
本発明の実施例１について、図１に基いて説明する。同図において、符号１で指示するものは、高温炉であり、符号２で指示するものは、塩化セシウム回収装置である。また符号３で指示するものは、エネルギー分別が可能な対象以外の周囲の放射線を遮蔽した放射線検出器である。
[ＲＩセシウム分離除去装置の構成]
まずこの実施例１では、炉内でＲＩ汚染された廃棄物の熱処理が可能な高温炉１と、この高温炉１内で気体となって廃棄物から分離した塩化セシウムを炉外に取り出し、冷却して固体として回収することが可能な塩化セシウム回収装置２とを組み合わせてＲＩセシウムの分離除去装置を構成している(図１参照)。
まずこの実施例１では、炉内でＲＩ汚染された廃棄物の熱処理が可能な高温炉１と、この高温炉１内で気体となって廃棄物から分離した塩化セシウムを炉外に取り出し、冷却して固体として回収することが可能な塩化セシウム回収装置２とを組み合わせてＲＩセシウムの分離除去装置を構成している(図１参照)。
また、上記高温炉１は、汚染廃棄物の投入口11、熱源装置12である燃焼バーナー、及び焼成処理後の残渣等の取出口13を備え、炉内に設置した熱源装置12によって炉内の温度を塩化セシウムの生成反応が効率的に起こる1000℃以上、最高温度となるバーナーなど高温燃焼部については塩化セシウムが揮発する1295℃よりも高い1450℃以上まで昇温可能としている。
また本実施例では、上記高温炉１内に廃棄物の搬送コンベアを設置しており、これによって連続的に投入された廃棄物を比較的低温な高温炉１の中間部で昇温して塩化セシウムを生成した後、高温燃焼部である熱源装置12の近くに廃棄物を運んで塩化セシウムを揮発させ、最終的に取出口13から廃棄物の残渣が冷却後に排出されるようにしている。
また更に、上記高温炉１には、対流により粒子径の大きい塵埃・廃棄物・残渣が混入し易い廃棄物の投入口11や飛灰回収部、残渣の取出口13から離れた炉中心上部に、塩化セシウム回収装置２の冷却機能を備えた排気パイプ22を配置している。これにより、本装置では塩化セシウムを不純物が少ない状態で回収することができる。
一方、上記塩化セシウム回収装置２については、高温炉１内で気体となった塩化セシウムを冷却装置21で冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に炉外に取り出し、取り出した塩化セシウムを融点(645℃)以下まで冷却して固体として回収している。なおこの際、塩化セシウムと同時にアルカリ金属(ナトリウムやカリウム、ルビジウム等)の塩化物、その他の粒子径が小さい塵埃や原料粉、固化物等も一緒に回収される。
また、上記高温炉１の炉中心上部付近の温度は、塩化セシウム回収装置２の冷却装置21の設定により645〜1295℃とすることで、炉内で気体となった塩化セシウムは排気パイプ22途中でミスト状または気体の状態で移動し固体として取り出される。
また本実施例では、上記高温炉１の廃棄物の投入口11、残渣の取出口13、及び塩化セシウム回収装置２の塩化セシウム捕集部に放射線検出器３・３…を設置して、全ての高温炉投入物と、分離した塩化セシウム及びその他のアルカリ金属塩と、焼成処理後の残渣やセメントの中間生成物の放射線量を放射線検出器３・３…で計測できるようにしている。
なお、上記放射線検出器３としては、ＲＩセシウム(137Cs)から出る662keVのガンマ線をエネルギー分別して検出可能なNaI(Tl)シンチレーション検出器やGe検出器等を使用することができる。
また更に本実施例では、上記高温炉１の煙道14内に排風機４を設置して、炉内を負圧にすることにより煙突15以外の炉外への気体の漏洩を防止している。また、煙道14内には、炉内に近い側から順にサイクロン集塵機５、静電式の電気集塵機６及びフィルタ７を設けると共に、前記サイクロン集塵機５の排出口51と炉内上部、及び前記電気集塵機６の下部と炉内近傍の煙道14を繋げて構成している。
これにより、上記煙道14に入ったＲＩセシウムを含むアルカリ金属塩化物や固体燃焼残渣、飛灰、原料粉等をサイクロン集塵機５の排出口51から炉内上部に還流させて、炭酸ガスなど燃焼により生成した低温で固化しない気体以外が煙道14から煙突15に漏洩しないようにしている。
もう少し具体的に説明すると、煙道14内で冷えて粉状となった塩化セシウムは、最初のサイクロン集塵機５で気体と分離されて塵埃等と共に炉内に戻される。また、サイクロン集塵機５で僅かに残った、分離されなかった塩化セシウムは、一部が電気集塵機６で捕集され、また一部が炉内近傍の煙道14に戻されて、再度サイクロン集塵機５に導入される。
一方、電気集塵機６から煙突15に向かった塩化セシウムは、フィルタ７によって制止されるため奧の煙突15に漏洩しない構造となっている。なお本実施例では、このフィルタ７を、上方向に通気する煙道14内に横向きに取り付けることによって、フィルタ７で制止された塵埃等が手前の電気集塵機６に落下するようにしている。
そしてまた、本実施例では、上記高温炉１及び塩化セシウム回収装置２内を１気圧から数百〜百分の１気圧程度、減圧した負圧にできる大容量の排風機４を煙道14内に設置しているため、使用時に高温炉１内を負圧に保つことが可能となる。
[ＲＩセシウムの分離除去方法]
次に、上記装置を用いたＲＩセシウムの分離除去方法について説明する。まず、高温炉１内における触媒反応を含めた各反応生成(塩化水素の生成や炭酸セシウムの脱炭酸、塩化セシウムの合成反応)が起こる部分が1000℃以上となるように、また、高温燃焼部で廃棄物を1295℃以上で焼成できるようにバーナー炎などの熱源装置12の温度を1450℃以上に設定する。
次に、上記装置を用いたＲＩセシウムの分離除去方法について説明する。まず、高温炉１内における触媒反応を含めた各反応生成(塩化水素の生成や炭酸セシウムの脱炭酸、塩化セシウムの合成反応)が起こる部分が1000℃以上となるように、また、高温燃焼部で廃棄物を1295℃以上で焼成できるようにバーナー炎などの熱源装置12の温度を1450℃以上に設定する。
そして、塩化セシウム回収装置２の冷却装置21については、気体や液体となった塩化セシウムを捕集部で融点(645℃)以下に冷却できるように温度設定を行う。なお、冷却装置21の温度設定は、炉内の気体を引き出す高温炉１の炉中心上部の温度が、塩化セシウムの融点645℃以上、沸点1295℃以下となるようにする。
また、高温炉投入前の廃棄物に対して、必要があれば塩化セシウムの生成効率を高めるために塩化ナトリウム、塩化カリウム、若しくはこれらの塩素を含む混合物を塩素供給物質として必要に応じて0.1％程度添加する。加えて、塩素供給物質からの塩化水素の生成効率を高めるために鉄等の金属触媒を添加することもできる。
そして、上記高温炉１に汚染廃棄物を連続的に投入して、塩化セシウムの生成・分離・回収をＲＩ及びＳＩのセシウムがなくなるまで行う。これにより、汚染廃棄物の除染を確実かつ効率的に行うことができ、また塩化セシウム回収装置２で回収する物質(セシウムを含めたアルカリ金属の塩化物)の体積も小さく抑えることができる。
なお上記除染効果の具体的なデータとしては、分離係数(高温炉内への原料の投入量に対して塩化セシウムとして冷却分離された量と残渣に含まれるセシウムの量との比)で算出した場合、一日の処理量が3000トンの実用規模で78％以上、実験室規模で99.8％以上の高い値が得られることを確認している
また、上記装置を稼働させている間、全ての高温炉投入物と、分離した塩化セシウム及びその他のアルカリ金属塩と、焼成処理後の残渣やセメントの中間生成物の放射線量を放射線検出器３・３…で計測して、分離除去が正常に行われているかどうかをＲＩセシウムの分離割合によって監視すれば、運転状態の確認によって作業の安全性も確保できる。
そしてまた、上記高温炉内の圧力を、排風機４によって百分の１から数百分の１気圧減圧した負圧にした状態で焼成処理を行えば、焼成処理により気体となった塩化セシウムを炉外に逃がさないようにすることができるため、高温炉からの放射性物質の漏れ出しを防止して安全性を向上できる。
また本発明は、概ね上記のように構成されるが、記載した実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、高温炉１に関しては、粒子径の大きい塵埃・廃棄物・残渣が混入し易い廃棄物の投入口11や飛灰回収部、残渣の取出口13から離れた位置に気体滞留部を設け、この気体滞溜部14に塩化セシウム回収装置２の排気パイプ22を配置することによって、塩化セシウム等を不純物が少ない状態で取り出すことができる。
また図２に示すように、フィルタ７を設置した部位に飛灰回収部16を設けたり、この飛灰回収部16や塩化セシウム回収装置２をγ線放射線遮蔽体Ｓ・Ｓで囲って、放射線検出器３で検出対象となる放射線以外の周囲の放射線を遮蔽することもできる。
また、上記高温炉には、一般的なゴミ焼却炉等を使用することもでき、また搬送機能を備えたロータリーキルン炉であれば、廃棄物の投入、ＲＩセシウムを揮発・分離するための熱処理、及び熱処理後に残った残渣やセメントの中間生成物の取り出しを連続的に行うことができる。
そしてまた、高温炉１の熱源装置12についても、太陽光を二次元的に集光するフレネルレンズや反射鏡、或いは一次元的に集光するシリンドリカルレンズを備えた太陽熱集熱器(太陽炉)を使用すれば、省エネルギー化も図れる。
また更に、上記高温炉１の熱源装置12については、バーナー炎等の最高温度が1450℃以上であれば、微粉炭・石炭・石油等を燃料とするバーナーやガスバーナー、太陽熱集熱器だけでなく、高出力の赤外線ランプやレーザ装置、電熱機等からも目的や条件に合わせて選択することができ、何れのものも本発明の技術的範囲に属する。
原発事故でＲＩセシウムが飛散した地域は多く、住民の健康を守るためにもＲＩセシウムによって汚染された土壌や瓦礫等の除染が急務となっている。また、処理すべき汚染廃棄物の量は、非常に膨大であるため、処理後の放射性物質を含む回収物の保管についても検討する必要がある。
そのような中で、本発明のＲＩセシウムの分離除去方法及びそれに用いる装置は、汚染廃棄物の除染効果および処理効率に優れるだけでなく、処理後のＲＩセシウムを含む回収物の量を減らして保管を容易化できる有用な技術であるため、その産業上の利用価値は非常に高い。
１ 高温炉
11 投入口
12 熱源装置
13 取出口
14 煙道
15 煙突
16 飛灰回収部
２ 塩化セシウム回収装置
21 冷却装置
22 排気パイプ
３ 放射線検出器
４ 排風機
５ サイクロン集塵機
51 排出口
６ 電気集塵機
７ フィルタ
Ｓ γ線放射線遮蔽体
11 投入口
12 熱源装置
13 取出口
14 煙道
15 煙突
16 飛灰回収部
２ 塩化セシウム回収装置
21 冷却装置
22 排気パイプ
３ 放射線検出器
４ 排風機
５ サイクロン集塵機
51 排出口
６ 電気集塵機
７ フィルタ
Ｓ γ線放射線遮蔽体
Claims (11)
- ＲＩセシウムに汚染された固体状廃棄物並びに液体状廃棄物を高温炉で焼成し、ＲＩ及びＳＩセシウムを塩素及び塩素を含む化合物と反応させて熱的に安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で揮発させて廃棄物から気体塩化セシウムとして分離するステップと；この気体となった塩化セシウムを、アルカリ金属塩化物の気体及び液体並びに塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や、廃棄物の投入口、飛灰回収部および主灰等の残渣の取出口を避けて設けられた塵埃等が入り難い気体滞留部から高温炉外に、排気パイプを通して冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ連続的に取り出すステップと；この取り出した気体状の塩化セシウムを冷却して固体として回収するステップとを含み、これら連続的に平行して行われる各ステップを、高温炉内に投入した廃棄物中に存在する略全量のＲＩ及びＳＩのセシウムが除去されるまで行うことを特徴とするＲＩセシウムの分離除去方法。
- 塩化セシウムの生成・揮発効率を高めるために、高温炉内における触媒反応を含めた各反応生成が起こる部分を1000℃以上に設定すると共に、バーナー炎等を用いる高温燃焼部には廃棄物を最高1450℃以上の炎で焼成可能な熱源を使用し、更に塩化セシウムの気体を引き出す気体滞留部付近については、塩化セシウムの融点645℃よりも高く沸点1295℃よりも低い気体と液体の塩化セシウムが同時に存在する850℃から950℃の温度に設定することを特徴とする請求項１記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- 塩化セシウムの生成効率を高めるために塩化ナトリウム、塩化カリウム、その他の塩素化合物等、若しくはこれらの混合物を塩素供給物質として廃棄物に添加し、更に塩化水素等の塩素供給物質の生成効率を高めるために金属触媒を廃棄物に添加することを特徴とする請求項１または２に記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- ＲＩセシウムの分離除去装置を稼働させている間、全ての高温炉投入物と、分離した塩化セシウム及びその他のアルカリ金属塩と、焼成処理後の残渣やセメントの中間生成物の放射線量を137Ｃsとそれ以外のＲＩのガンマ線を分別可能な放射線検出器で計測して、分離除去が正常に行われているかどうかをＲＩセシウムの分離割合によって監視することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- 高温炉にセメント焼成用ロータリーキルン炉、或いはロータリーキルン炉を含む廃棄物焼却炉を使用して、廃棄物の投入、ＲＩセシウム塩化物を含むアルカリ金属塩化物を蒸留・分離するための熱処理、及び熱処理後に残った残渣やセメントの中間生成物の取り出しを連続的に行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- 高温炉の熱源にレーザ光を使用することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- 高温炉の熱源に、フレネルレンズや反射鏡によって二次元的に集光された、或いはシリンドリカルレンズによって一次元的に集光された太陽光を使用することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- 気体となって廃棄物から分離した塩化セシウムを炉外に逃がさないために、煙道に設置した大容量の排風機によって高温炉内を１気圧から数百〜百分の１気圧減圧した負圧にして焼成処理を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のＲＩセシウムの分離除去方法。
- ＲＩセシウムに汚染された固体状廃棄物並びに液体状廃棄物を炉内に投入するための投入口(11)、ＲＩ及びＳＩのセシウム元素を塩素及び塩素を含む化合物と反応させて安定な塩である塩化セシウムを生成すると共に、この塩化セシウムを炉内で揮発させて廃棄物から蒸留・分離するための熱処理に使用するバーナー等の熱源装置(12)、及び熱処理後の残渣を取り出すための取出口(13)を備えた高温炉(１)と；この高温炉(１)内で気体となった塩化セシウムを、冷却装置(21)で冷却しつつ飽和蒸気圧分だけ排気パイプを通して連続的に炉外に取り出し、かつ、取り出した気体状の塩化セシウムを更に冷却して固体として回収する塩化セシウム回収装置(２)とを含んで成り、
更に前記高温炉(１)には、ＲＩ及びＳＩセシウム塩化物を含むアルカリ金属塩化物の気体及び液体並びに塵埃・廃棄物・残渣が滞留する炉中心上部や、廃棄物の投入口、残渣の取出口から離れた位置に設けられた気体滞留部に、前記塩化セシウム回収装置(２)の排気パイプ(22)を配置して構成したことにより、
粒子径の大きい塵埃等が入り難い炉中心上部や気体滞留部周辺からセシウム及びその他のアルカリ金属の塩化物等を不純物が少ない状態で回収可能としたことを特徴するＲＩセシウムの分離除去装置。 - 高温炉(１)の煙突(15)や排気口に繋がる煙道(14)内に排風機(４)を設置して、炉内を１気圧から数百分の１〜百分の１気圧負圧にすることにより煙突(15)以外及び冷却の目的以外の炉外への気体の漏洩を防止可能とする一方、煙道(14)内には、炉内に近い側から順にサイクロン集塵機(５)、電気集塵機(６)及びフィルタ(７)を設けると共に、前記サイクロン集塵機(５)の排出口(51)と炉内上部、及び前記電気集塵機(６)の下部と炉内近傍の煙道(14)を繋げて構成したことにより、
前記煙道(14)に入ったＲＩセシウムを含むアルカリ金属塩化物や固体燃焼残渣、飛灰、原料粉等をサイクロン集塵機(５)の排出口(51)から炉内上部に還流させて、炭酸ガスなど燃焼により生成した低温で固化しない気体以外が煙道(14)から煙突(15)に漏洩しないようにしたことを特徴とする請求項９記載のＲＩセシウムの分離除去装置。 - 高温炉(１)の熱源装置(12)に、太陽光を二次元的に集光するレンズや反射鏡、或いは一次元的に集光するシリンドリカルレンズを備えた太陽熱集熱器を使用したことを特徴とする請求項９または１０に記載のＲＩセシウムの分離除去装置。
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