JP2020507066A - 統合型イオン交換廃棄および処理システム - Google Patents

Abstract

熱プレスを介した廃棄物の中間貯蔵および後続の圧密のためのキャニスタが、開示される。ある実施形態では、キャニスタは、少なくとも１つのイオン交換物質を含み、汚染イオンと交換された後、イオン交換物質を、汚染イオンを放出することなく収容し、高温静水圧プレスを介して圧密するように構成される。流体廃棄物をイオン交換物質と接触させるステップであって、このイオン交換物質は、キャニスタ内に位置する、ステップ、キャニスタを排気するステップ、および高温静水圧プレス（ＨＩＰ）条件下で圧潰するまで、キャニスタをＨＩＰ処理するステップもまた、開示される。

Description

本出願は、２０１７年１月６日に出願された米国仮出願番号第６２／４４３，２５４号に基づく優先権の利益を主張しており、この仮出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される。

技術分野
開示される実施形態は、概して、熱プレスを介した廃棄物の中間貯蔵および後続の圧密のためのキャニスタに関する。開示されるキャニスタを高温静水圧プレス（ＨＩＰ）缶として使用し、その中に含有される材料をＨＩＰ処理し、放射性に汚染されたＨＥＰＡフィルタ等の汚染されたイオン交換物質を処理するための方法もまた、開示される。

背景
イオン交換は、汚染された液体廃棄物流から放射性同位元素を除去するための最も一般的かつ効果的な処理方法のうちの１つである。その進歩した開発段階にもかかわらず、その放射性廃棄物管理への適用における効率性および経済性を改良するために、イオン交換技術の種々の側面が、多くの国において研究されている。使用済みイオン交換体は、多くの場合、廃棄のための受入基準を満たすために、固定化の間、特殊なアプローチおよび予防措置を要求する、問題のある廃棄物と見なされている。

例えば、使用済みイオン交換樹脂および媒体は、媒体が、取扱いプロセスを要求する、溶解または物理的除去のいずれか一方によって筐体（カートリッジ）から除去される、いくつかの方法で処理されることができる。これは、放射性物質の取扱いと関連付けられる危険のため、問題である。

使用済みイオン交換媒体の処理の提案される方法のうちのいくつかは、樹脂を焼却処理し、灰を生産するためのプロセスを含み、次いで、灰は、セメント、瀝青、ポリマー、ガラス、またはセラミック中に固定化され得る。代替として、それらは、単に、高保全性コンテナの中に封入されることができる。しかしながら、これらのオプションはそれぞれ、欠点を有する。例えば、セメントは、容易に利用可能であり、高価ではない。これはまた、幅広い範囲の材料に適合し、優れた放射線安定性を有する。しかしながら、これは、セメント含有マトリックスの亀裂をもたらし得る有機ビーズ樹脂の存在のため、膨張することが公知である。加えて、これは、廃棄物充填量が低くあり得るという問題をもたらし得る。したがって、最終廃棄物形態の体積は、概して、元の廃棄物体積を上回る。これはまた、例えば、セシウム等の多くの放射性核種に関して中程度の浸出耐性を有する。

瀝青ベースの固定化に関して、本材料は、良好な浸出耐性を有することが、公知であり、良好な廃棄物装填量を取り扱うことができる。しかしながら、廃棄物形態は、中程度の温度で軟化し、したがって、構造安定性を維持するためのコンテナを要求するであろうことが、公知である。加えて、水分との長時間の接触が存在する場合、有機ビーズ樹脂は、膨張し、廃棄物形態を損なわせ得る。したがって、有機廃棄物形態は、可燃性であり、かつ生分解を受け得る。これはまた、セメントより低い放射能安定性を有する。

ポリマーベースの固定化の使用に関して、その多くのものが良好な浸出耐性を有する、多種多様なポリマーが、利用可能である。しかしながら、ポリマーは、概して、瀝青またはセメントよりも高価である。加えて、重合反応が、廃棄物中の微量の物質によって影響を及ぼされ得る。加えて、ポリマーは、概して、セメントより低い放射線安定性を有する。

説明されるように、各公知の潜在的マトリックスは、限界を有する。さらに、イオン交換物質のタイプもまた、限界を有する。例えば、有機イオン交換樹脂は、長時間の放射線への暴露に伴って分解する。結果として、有機樹脂を灰まで焼却処分するオプションは、化学化合物を安定させるために効果的であるが、放射性元素を固定化せず、したがって、さらなる処理を要求する。

無機イオン交換媒体の場合、放射性元素は、化学的経路を介して抽出されることができる。代替として、媒体は、いったん筐体から除去されると、セメント固定またはガラス化等の提案される技術のうちの１つを使用して、直接処理されることができる。しかしながら、既存の技術は、大きな廃棄物体積増加、緩い物質の取扱いの間の汚染拡散の高潜在性、ガラス化プロセスの間の放射性ガスの放出、既存のセメントマトリックスとの化学的不適合性、およびセメント質廃棄物形態中の重要な放射性核種の低い保持率等の開発に関連する実質的問題を有する。したがって、無機イオン交換媒体は、放射線障害に対してより耐久性であるが、現在、長期間の貯蔵または廃棄に好適な形態で使用されていない。

イオン交換システムは、短期間リスクを減少させ、放射能の拡散を防止する、高度に効果的な方法であるが、それらの中間貯蔵および長期廃棄オプションは、それら独自の難題を提起する。これらの懸念事項は、水の放射線分解を介したＨ_２生成の潜在的リスク、コンテナ加圧につながる、使用済みイオン交換体の自己発熱を介した流動の生産、溶液化学的性質の改変に伴う、吸着された放射性核種の放出、塩水溶液中の中間貯蔵パッケージの腐食、および顆粒状材料の貯蔵に内在する分散のリスクを含む。

前述の問題に対処し、それを排除するために、中間貯蔵の間の安定性の増加のために使用後に脱水され、その後、高温静水圧プレスを介して安定したモノリシック廃棄物形態に圧密されるように設計される、容器内のイオン交換システムが、説明される。開示されるシステムは、取扱い設備の要件を最小限にしながら、交換媒体の処理および交換の間の汚染拡散のリスクを低減させるであろう。これは、３つの動作全てを実施するために好適である、目的に合うように設計されたカートリッジシステムを使用して達成される。

要旨
本願の側面は、先行技術の欠点および限界を克服するが、先行技術において認識されていない他の改良点もまた、開示される。例えば、所望される利点を達成し、前述に説明される欠点のうちの１つまたはそれを上回るものを克服するために、熱プレスを介した廃棄物の中間貯蔵および後続の圧密のためのキャニスタが、説明される。一実施形態では、キャニスタは、少なくとも１つのイオン交換物質を含み、汚染イオンと交換された後、イオン交換物質を、汚染イオンを放出することなく収容し、高温静水圧プレスを介して圧密させるように構成される。

密なモノリス中に廃棄物を固定化させる方法であって、流体廃棄物をイオン交換物質と接触させるステップであって、イオン交換物質は、キャニスタ内に位置する、ステップと、キャニスタを排気するステップと、高温静水圧プレス（ＨＩＰ）条件下で圧潰するまで、キャニスタをＨＩＰ処理するステップとを含む方法もまた、開示される。ある実施形態では、ＨＩＰ条件は、廃棄物を密なモノリスの中に圧密かつ固定化させるために十分である、熱と、圧力と、時間とを含む。

図１は、使用済みイオン交換樹脂のセメント固定プロセスのために使用される、先行技術システムの概略図である。

図２は、使用済み有機イオン交換樹脂の処理のための、本開示によるシステムのブロック図である。

図３Ａは、直接高温静水圧プレス（ＨＩＰ）のために設計された、キャニスタの図面である。図３Ｂはさらに、交換可能な蓋を有する、図３Ａのある実施形態を示す。廃棄物形態添加剤が、いずれか一方に添加されることができる。

図４Ａは、イオン交換媒体が、中心コアとして廃棄物形態添加剤を有する状態を示す図面である。図４Ｂは、廃棄物形態を作製するために、乾燥および熱ならびに圧力の印加に際し、添加剤の混合物、廃棄物イオン、およびイオン交換媒体を結合する媒体を示す。

前述の一般的説明および以下の詳細な説明は両方とも、例示的かつ説明的にすぎず、請求されるものとして、本発明を制限するものではないことを理解されたい。

発明の詳細な説明
本明細書の出願人らは、イオン交換物質またはフィルタシステムが、それらを処理プロセスの一部として使用する意図を持って、イオン交換物質の耐用年数の終わりに収容される、キャニスタを開示する。したがって、イオン交換物質を収容するキャニスタは、ＨＩＰプロセスの間、内容物をカプセル化するように設計される。

幅広い範囲の材料が、放射性液体等の放射性物質のイオン交換処理のために利用可能である。これらの材料は、種々の形態で利用可能であり、幅広く異なる化学的および物理的性質を有し、天然起源または合成されたものであり得る。イオン交換物質は、異なる用途へのそれらの好適性に従って分類されることができる。核グレードの有機イオン交換樹脂は、通常、一次回路または燃料プールからの液体が精製されるときに使用される。使用されるべき材料のタイプは、不純物および望ましくないイオンを除去し、かつｐＨを制御するその能力に基づいて選択される。核グレードのイオン交換体は、市販グレードの樹脂に類似するが、粒子サイズおよび組成に関して、より厳しい規定を有する。有機樹脂は、多くの場合、好適な溶液を用いて吸収された放射性同位体を溶出させ、次いで、イオン交換体をその再利用前の元のイオン形態に復元させることによって、いくつかの処理サイクルにわたって使用される。

無機材料は、非常に高い化学的清浄度が要求されていない液体廃棄物流の処理のために一般的に使用される。例えば、無機イオン交換媒体は、汚染された液体が、ある再循環目的のため、または液体中の放射性核種濃度のレベルを低減させ、その再分類を可能にするために精製されるシステムにおいて使用されることができる。高度に選択的な無機材料はまた、非常に高濃度の競合イオンが存在する場合には、イオン交換を利用することを可能にする。無機イオン交換体は、ワンススルー方式のみでほぼ完全に使用される。

本出願人らはさらに、イオン交換媒体またはフィルタシステムが、それらを処理プロセスの一部として使用する意図を持って、イオン交換体もしくはフィルタの耐用年数の終わりに収容される、キャニスタ／カートリッジを開示する。本明細書に説明されるキャニスタ／カートリッジは、セメント固定に関して図１に見られ得るように、代替技術のプロセスステップのうちの多くのものを低減または排除する。本明細書に開示される媒体は、その含有筐体から除去または分解される必要がなく、汚染の取扱いおよび潜在的な拡散を排除する。樹脂が劣化した古い使用済みイオン交換カートリッジは、もはや顆粒状または自由流動しないであろう生成物の除去の問題を排除する。

ある実施形態では、イオン交換物質を収容するキャニスタは、ＨＩＰプロセスの間、内容物をカプセル化し得るように設計される。したがって、本発明者らは、汚染されたイオン交換物質の取扱いの必要なく、廃棄物浄化から安定化された廃棄物形態まで移行する、キャニスタを説明する。これは、特に、イオン交換物質が、一般的に、放射性イオン、他の電離放射線、または他の有害な汚染物質で汚染されるとき、有益である。重要な設計特徴は、それが、材料がイオン交換材料上で実施される必要がある熱前処理プロセスステップを含む、高温静水圧プレスされることを可能にするための全ての事前ステップを含む、高温静水圧プレス（ＨＩＰ）されることを可能にする、事前処理ステップおよび特徴を促進する。

例えば、キャニスタは、それが、廃棄物流からの廃棄物イオンを吸着するその仕事を行った後でさえも、イオン交換物質を収容することから機能全てを実施するために要求される、柔軟性を達成することを可能にするように構成される。本機能を達成するために、ある実施形態では、キャニスタは、ステンレス鋼等の鋼の合金から作製される。

本発明者らは、説明されるキャニスタが、イオン交換物質を安定した廃棄物形態に変換するためのＨＩＰ缶として使用され得ることを示している。したがって、最終廃棄に先立って、キャニスタから汚染されたイオン交換物質を除去する必要はない。種々の実施形態では、キャニスタは、イオン交換樹脂の分解を可能にする温度に加熱され、余分な水分および不要な揮発性物質を除去するための適切なポートならびにフィルタとともに構成され、キャニスタおよびその構成要素を乾燥させるように加熱され、さらに、それらの構成要素をか焼し、密閉シールされる等、シールされ、その後、排気され、減圧を保持し、最後に、ＨＩＰプロセスに応じてＨＩＰ処理かつ圧密されるように設計される。

加えて、キャニスタは、ＨＩＰ条件下で圧潰するように設計される、またはオーバーパックキャニスタの中に挿入され、ＨＩＰ処理を可能にするように設計されることができる。オーバーパックキャニスタは、高圧および／または高温を受けるべき放射性ならびに／もしくは有害な物質を含有するための装置である。使用され得るオーバーパックキャニスタの非限定的な実施例は、米国特許第８，６６２，３３８号（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される。最も単純な形態では、オーバーパックキャニスタは、汚染されたイオン交換物質を含有するキャニスタが、高温静水圧プレスのために別のコンテナの内側に設置される、缶イン缶設計である。外側缶は、蛇腹部または内部プレートの含有等による制御された方式で圧潰するように構成される。

別の実施形態では、イオン交換媒体は、ガラスまたはセラミックのコア上にコーティングを形成する。イオン交換が使用済みになった後、ＨＩＰプロセスの間、コアは、融解し、イオン交換媒体と反応し、廃棄物形態を形成する。

ある実施形態では、高温静水圧プレスを介した廃棄物の中間貯蔵および後続の圧密のためのキャニスタが、説明される。キャニスタの内部は、少なくとも１つのイオン交換物質を含む。種々の実施形態では、イオン交換物質は、キャニスタの一体部分である。例えば、イオン交換物質は、キャニスタの壁上のコーティングとして位置してもよい。

別の実施形態では、イオン交換物質は、キャニスタの内側に収容される、フィルタまたはカートリッジ内に位置してもよい。一実施形態では、イオン交換物質は、分離される必要があるイオンに応じて、複数の異なるタイプのイオン交換物質を含む。したがって、いくつかの実施形態では、複数の異なるタイプのイオン交換物質が、キャニスタの内部表面上の異なる層、キャニスタ内に位置する異なる媒体、異なるフィルタ、異なるカートリッジ、またはそれらの組み合わせの形態である。当業者が理解するであろうように、異なるタイプのイオン交換物質は、逐次的イオン交換機構を達成しようとするとき、有益である。

ある実施形態では、本明細書に説明されるキャニスタは、汚染イオンと交換された後、イオン交換物質を、汚染イオンを放出することなく収容するように構成される。例えば、ある実施形態では、キャニスタはさらに、壁の中に、キャニスタからの電離放射線の放出を防止するための遮蔽体を備える。キャニスタはまた、付加的な遮蔽体を伴う場合でも、高温静水圧プレスを介して材料を圧密させるように構成される。

本明細書に説明されるキャニスタはさらに、キャニスタの外部表面またはシェルに位置する、少なくとも１つの加熱要素であって、加熱は、誘導結合、抵抗加熱、放射加熱、もしくはそれらの組み合わせによって生じる、少なくとも１つの加熱要素を備えてもよい。

キャニスタはさらに、真空装置に取り付けられる、または流体を導入する、もしくはキャニスタから流体を除去するための少なくとも１つのポートを備えてもよい。例えば、流体は、圧縮ガス、または水、スラリー、もしくは溶液から選択される液体を含む。ある実施形態では、圧縮ガスは、分解生成物の洗浄を可能にするように加熱されながら、ガス貫流のために使用される。真空およびガスは、分解生成物の洗浄を可能にするように加熱されながら、貫流する。ある実施形態では、キャニスタはさらに、イオン交換物質を横断して均一であるように水性流体の流動を指向する、少なくとも１つのプレート、バッフル、またはパイプを備える。

ある実施形態では、スラリーまたは溶液は、高温静水圧プレス後、イオン交換物質を安定した廃棄物形態に変換することに役立つ、少なくとも１つの添加剤を導入するために使用されてもよい。

少なくとも１つの添加剤の非限定的な例は、ゼオライト鉱物、ケイ酸塩鉱物、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、リン酸、アルミナ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、ケイチタン酸ガラス、リン酸鉄ガラス、リン酸塩ガラス、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、フルオロケイ酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせから選択される。少なくとも１つの添加剤は、キャニスタの一体部分であってもよい、または高温静水圧プレスに先立って、入口を介してキャニスタに添加されてもよい。

ある実施形態では、少なくとも１つの添加剤は、ビーズの形態であり、ビーズは、ガラス、イオン交換樹脂、またはそれらの組み合わせを含む。例えば、添加剤は、ガラスビーズを含み、イオン交換物質は、ガラスビーズの表面上のコーティングの形態である。

別の実施形態では、キャニスタは、ガラス／添加剤で裏打ちされることができ、したがって、ＨＩＰプロセスの間、ガラスは、軟化し、イオン交換媒体および／またはフィルタによって残された空隙スペースを充填する。ガラス／添加剤はまた、廃棄物混合物の一部になり、放射性種の廃棄および固定化のための耐久性廃棄物形態を形成し、塩水溶液中における腐食から鋼キャニスタを保護するように設計されることができる。

例えば、キャニスタが、イオン交換媒体とともに、ガラス／添加剤で装填され得ることが、可能性として考えられる。ある実施形態では、ガラス／添加剤は、缶内で２次元（２−Ｄ）または３次元（３−Ｄ）ネットワークを形成する、ビーズの形態であってもよい。ＨＩＰプロセスの間に、添加剤は、廃棄物形態になる。

キャニスタはさらに、シールされた筐体内に汚染されたイオン交換物質を貯蔵するための第１の蓋であって、第１の蓋は、シールされた筐体内に汚染されたイオン交換物質を受容するように構成される、第２の蓋と交換可能であり、第２の蓋は、高温静水圧プレスのために使用される、第１の蓋を備えてもよい。

本明細書に説明されるキャニスタはさらに、高温静水圧プレスされ、カートリッジ変更の間、汚染制御を提供し得る、汚染を維持するように設計される、スプリット弁ポートまたは少なくとも１つの他の開口部を備える。

ある実施形態では、キャニスタは、熱い間にシールされ、冷却の際に部分真空を形成するように構成される。キャニスタはさらに、流体がキャニスタから除去されることを可能にするが、キャニスタ内に固形物を保持するフィルタのための少なくとも１つのポートを備えてもよい。キャニスタはさらに、砂または他の顆粒状材料から作製される微粒子フィルタのための入口を備えてもよい。

密なモノリス中に廃棄物を固定化させる方法であって、流体廃棄物をイオン交換物質と接触させるステップであって、イオン交換物質は、キャニスタ内に位置する、ステップと、キャニスタを排気するステップと、高温静水圧プレス処理（ＨＩＰ）条件下で圧潰するまで、キャニスタをＨＩＰ処理するステップとを含む、方法もまた、開示される。ＨＩＰ条件は、廃棄物を含有するイオン交換物質を、密なモノリスに圧密させるために十分である、熱と、圧力とを含む。例えば、ＨＩＰ条件は、１００℃〜１，４００℃の範囲に及ぶ温度と、約１〜１６時間の範囲に及ぶ時間にわたる、１５〜１００ＭＰａの範囲に及ぶ処理圧力とを含む。

ある実施形態では、イオン交換物質と接触される流体廃棄物は、放射性物質で汚染されたガスまたは液体である。

必要または所望されるとき、本明細書に説明される方法はさらに、高温静水圧プレスに先立って、キャニスタをオーバーパックコンテナの中に挿入するステップを含んでもよい。

ある実施形態では、本明細書に説明される方法はさらに、イオン交換に先立って、またはイオン交換の後に、但し、高温静水圧プレスに先立って、コンテナに少なくとも１つの添加剤を添加するステップであって、少なくとも１つの添加剤は、以下、すなわち、使用済みイオン交換物質を再充填すること、または熱間静水圧の後に、イオン交換物質を、廃棄物を固定化させる密なモノリスに変換することのうちの少なくとも１つを達成するために十分な量で添加される、ステップを含む。

ある実施形態では、本方法は、ゼオライト鉱物、ケイ酸塩鉱物、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、リン酸、アルミナ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、ケイチタン酸ガラス、リン酸鉄ガラス、リン酸塩ガラス、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、フルオロケイ酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、少なくとも１つの添加剤を添加するステップを含む。

ある実施形態では、本方法は、ビーズの形態であり、ビーズは、ガラス、イオン交換樹脂、またはそれらの組み合わせを含む、少なくとも１つの添加剤を添加するステップを含む。

少なくとも１つの添加剤を添加するステップを含む、本明細書に説明される方法は、高温静水圧プレスの間、軟化し、イオン交換媒体の分解によって残された空隙を充填する、ガラス相を形成し、ガラス相は、冷却して最終廃棄物形態の一部になる。最終廃棄物形態は、ガラス相において固定化される、放射性イオンを含む。

本明細書に説明される方法はさらに、キャニスタ中に位置する流体を圧送することによって、イオン交換物質を脱水するステップを含む。ある実施形態では、キャニスタ中に位置する流体を圧送するステップは、フィルタを通して実施され、固形物がキャニスタ内に留まることを確実にすることができる。

脱水するステップは、概して、キャニスタをシールするステップに先立って、１００〜７００℃の範囲に及ぶ温度等でキャニスタを乾燥させるステップが続く。キャニスタは、いったん脱水、乾燥、かつシールされると、高温静水圧プレスされることができる。
（産業上の利用可能性）

開示されるキャニスタは、直接的なスケーラビリティを可能にし、開示されるキャニスタは、改良された安全性および最大限にされた廃棄物体積低減を提供する。これは、ひいては、特注のイオン交換プラントおよび福島の震災によって要求されたもの等の緊急浄化作業を可能にする。開示されるキャニスタはまた、老朽化したイオン交換プラントの周辺の収容能力の交換／拡張を可能にする。

本出願人らは、加えて、開示されるキャニスタおよびシステムを使用して、廃棄物を貯蔵および／または圧密させる方法を開示する。ある実施形態では、本方法は、廃棄物形態をイオン交換媒体と接触させるステップを含む。非限定的な実施形態では、イオン交換媒体と接触される廃棄物形態は、放射物質で汚染された水等の液体である。キャニスタの中に位置する媒体、カートリッジ、またはフィルタの形態であり得るイオン交換物質は、キャニスタがＨＩＰ缶になるように、ＨＩＰシステム内に設置される。ＨＩＰプロセスに応じて、キャニスタは、ＨＩＰ条件下で圧潰し、その中に含有される材料を圧密する。ある実施形態では、キャニスタは、ＨＩＰ処理に先立って、オーバーパックキャニスタの中に設置されてもよい。

ＨＩＰプロセスは、米国特許第８，７５４，２８２号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）においてより詳細に説明される。より具体的には、本特許において説明されるように、ＨＩＰは、断熱抵抗加熱炉を取り囲む、圧力容器から構成される。ＨＩＰを用いて放射性か焼物を処理するステップは、コンテナを廃棄物、ここでは、汚染されたイオン交換媒体で充填するステップを伴う。コンテナは、排気され、かつＨＩＰ炉の中に設置され、容器は、閉鎖、加熱、かつ加圧される。圧力は、典型的には、圧力下において効率的な熱伝導体でもあるアルゴンガスを介して提供される。熱および圧力の組み合わせは、廃棄物を密なモノリスに圧密かつ固定化させる。

ＨＩＰは、１５〜１００ＭＰａの範囲に及ぶ処理圧力における、１００℃〜１，４００℃の範囲に及ぶ温度等の温度まで、一度に１つの缶を処理する。ＨＩＰ缶を処理するためのサイクル時間は、約１〜１６時間の範囲に及ぶ。いったんＨＩＰから除去されると、缶は、廃棄キャニスタの中に装填されることに先立って、周囲温度まで冷却されることが可能にされる。ＨＩＰ温度はまた、廃棄物に応じて修正されてもよい。圧密されている材料に応じた温度、圧力、および雰囲気等のＨＩＰ条件における種々の変化は、米国特許第５，９９７，２７３号および第５，１３９，７２０号（参照することによって本明細書に組み込まれる）に説明される。

説明されるキャニスタは、以前には利用可能ではなかったいくつかの利点を提供する。これは、使用後に脱水されるように設計される、容器内のイオン交換システムを提供する。これは、中間貯蔵の間、安定性を増加させ、その後、高温静水圧プレス（ＨＩＰ）を介した安定したモノリシックな廃棄物形態への廃棄物の圧密を可能にする。したがって、開示されるキャニスタは、取扱い設備の要件を最小限にしながら、イオン交換媒体の処理および交換の間の汚染拡散のリスクを低減させる。これは、３つの動作全てを実施するために好適である、目的に合うように設計されたキャニスタを使用して達成される。

本発明の他の実施形態もまた、本明細書に開示される発明の明細書および実践を考慮すると、当業者に明白となる。明細書および実施例は、例示的にすぎないと見なされ、本発明の真の範囲は、以下の請求項によって示されることが意図される。

Claims (34)

1. 高温静水圧プレスを介した廃棄物の中間貯蔵および後続の圧密のためのキャニスタであって、その中に少なくとも１つのイオン交換物質を備える、キャニスタであって、
   汚染イオンと交換された後、前記イオン交換物質を、前記汚染イオンを放出することなく収容し、
   前記イオン交換物質を、高温静水圧プレスを介して圧密させる、
   ように構成される、キャニスタ。
2. 前記イオン交換物質は、前記キャニスタの一体部分として前記キャニスタの内部に位置する、または前記キャニスタの内側に収容される、フィルタもしくはカートリッジ内に位置する、請求項１に記載のキャニスタ。
3. 前記少なくとも１つのイオン交換物質は、複数の異なるタイプのイオン交換物質を含む、請求項２に記載のキャニスタ。
4. 前記複数の異なるタイプのイオン交換物質は、前記キャニスタの内部表面上の異なる層、前記キャニスタ内に位置する異なる媒体、異なるフィルタ、異なるカートリッジ、またはそれらの組み合わせの形態である、請求項３に記載のキャニスタ。
5. 前記異なるタイプのイオン交換物質は、逐次的イオン交換機構をもたらす、請求項４に記載のキャニスタ。
6. 前記キャニスタは、誘導結合され得る鋼の合金から作製される、請求項１に記載のキャニスタ。
7. 前記キャニスタの外部表面に位置する、少なくとも１つの加熱要素であって、加熱が、誘導結合、抵抗加熱、放射加熱、またはそれらの組み合わせによって生じる、少なくとも１つの加熱要素をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
8. 真空装置に取り付けられる、流体を導入する、または前記キャニスタから流体を除去するための少なくとも１つのポートをさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
9. 前記流体は、圧縮ガス、または水、スラリー、もしくは溶液から選択される液体を含む、請求項８に記載のキャニスタ。
10. 前記スラリーまたは溶液は、高温静水圧プレス後に、前記イオン交換物質を安定した廃棄物形態に変換することに役立つ、少なくとも１つの添加剤を導入する、請求項９に記載のキャニスタ。
11. ゼオライト鉱物、ケイ酸塩鉱物、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、リン酸、アルミナ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、ケイチタン酸ガラス、リン酸鉄ガラス、リン酸塩ガラス、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、フルオロケイ酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせから選択される、少なくとも１つの添加剤をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
12. 前記少なくとも１つの添加剤は、前記キャニスタの一体部分である、または高温静水圧プレスに先立って、入口を介して前記キャニスタに添加される、請求項１１に記載のキャニスタ。
13. 前記少なくとも１つの添加剤は、ビーズの形態であり、前記ビーズは、ガラス、イオン交換樹脂、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１１に記載のキャニスタ。
14. 前記添加剤は、ガラスビーズを含み、前記イオン交換物質は、前記ガラスビーズの表面上のコーティングの形態である、請求項１１に記載のキャニスタ。
15. 壁の中に、前記キャニスタからの電離放射線の放出を防止するための、遮蔽体をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
16. シールされた筐体内に汚染されたイオン交換物質を貯蔵するための第１の蓋であって、前記第１の蓋は、前記シールされた筐体内に前記汚染されたイオン交換物質を受容するように構成される、第２の蓋と交換可能であり、前記第２の蓋は、高温静水圧プレスのために使用される、第１の蓋をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
17. 高温静水圧プレスされ、カートリッジ交換の間、汚染制御を提供し得る、汚染を維持するように設計される、スプリット弁ポートまたは少なくとも１つの他の開口部をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
18. 熱い間にシールされ、冷却の際に部分真空を形成するように構成される、請求項１に記載のキャニスタ。
19. 流体が前記キャニスタから除去されることを可能にするが、前記キャニスタ内に固形物を保持するフィルタのための少なくとも１つのポートをさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
20. 前記イオン交換物質を横断して均一であるように、前記水性流体の流動を指向する、少なくとも１つのプレート、バッフル、またはパイプをさらに備える、請求項１９に記載のキャニスタ。
21. 砂または他の顆粒状材料から作製される微粒子フィルタのための入口をさらに備える、請求項１に記載のキャニスタ。
22. 密なモノリス中に廃棄物を固定化させる方法であって、
    流体廃棄物をイオン交換物質と接触させるステップであって、前記イオン交換物質は、キャニスタ内に位置する、ステップと、
    前記キャニスタを排気するステップと、
    高温静水圧プレス（ＨＩＰ）条件下で圧潰するまで、前記キャニスタをＨＩＰ処理するステップであって、前記条件は、前記廃棄物を含有する前記イオン交換物質を密なモノリスに圧密させるために十分である、熱と、圧力とを含む、ステップと、
    を含む、方法。
23. 前記ＨＩＰ条件は、１００℃〜１，４００℃の範囲に及ぶ温度と、約１〜１６時間の範囲に及ぶ時間にわたる、１５〜１００ＭＰａの範囲に及ぶ処理圧力とを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記イオン交換物質と接触される前記流体廃棄物は、放射性物質で汚染されたガスまたは液体である、請求項２２に記載の方法。
25. 高温静水圧プレスに先立って、前記キャニスタをオーバーパックコンテナの中に挿入するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
26. イオン交換に先立って、またはイオン交換の後に、しかし、高温静水圧プレスに先立って、前記コンテナに少なくとも１つの添加剤を添加するステップであって、前記少なくとも１つの添加剤は、以下、すなわち、使用済みイオン交換物質を再充填すること、または高温静水圧プレスの後に、前記イオン交換物質を、前記廃棄物を固定化させる密なモノリスに変換することのうちの少なくとも１つを達成するために十分な量で添加される、ステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
27. 前記少なくとも１つの添加剤は、ゼオライト鉱物、ケイ酸塩鉱物、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、リン酸、アルミナ硼珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、ケイチタン酸ガラス、リン酸鉄ガラス、リン酸塩ガラス、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム、フルオロケイ酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記少なくとも１つの添加剤は、ビーズの形態であり、前記ビーズは、ガラス、イオン交換樹脂、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記少なくとも１つの添加剤は、前記高温静水圧プレスの間、軟化し、前記イオン交換媒体の分解によって残された空隙を充填する、ガラス相を形成し、前記ガラス相は、冷却して最終廃棄物形態の一部になる、請求項２７に記載の方法。
30. 前記最終廃棄物形態は、前記ガラス相において固定化される、放射性イオンを含む、請求項２９に記載の方法。
31. 高温静水圧プレスに先立って、前記キャニスタ中に位置する流体を圧送し、前記キャニスタを乾燥させ、前記キャニスタをシールすることによって、前記イオン交換物質を脱水するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
32. 高温静水圧プレスに先立って、前記キャニスタ中に位置する流体を圧送するステップは、フィルタを通して実施され、前記固形物が前記キャニスタ内に留まることを確実にする、請求項３１に記載の方法。
33. 乾燥させるステップは、１００〜７００℃の範囲に及ぶ温度で実施される、請求項３１に記載の方法。
34. 前記イオン交換物質は、逐次的イオン交換をもたらす、複数の異なるタイプのイオン交換物質を含む、請求項２２に記載の方法。