JP2767187B2 - ガラス溶融処理方法 - Google Patents

ガラス溶融処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コールドクルーシブル
誘導溶融法により高レベル放射性廃液をガラス固化処理
する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、再処理工場等で発生する高レベル
放射性廃液は、ガラスによる固化処理が行われている。
ガラスを使用する理由は、殆どの廃棄物成分を均一に
固溶あるいは分散できること、安定性に優れているこ
と、工業用ガラスの製造方法が応用できること、など
による。
【０００３】従来、ガラス固化体を得るには、直接通電
型ガラス溶融炉が用いられている。具体的には、高レベ
ル放射性廃液とガラス原料を混ぜて溶融炉内に供給し、
まず予熱ヒーターにより熱を加えてガラスを溶融する。
溶融炉の中には電極が設置されていて、その電極間に通
電すると、溶融したガラス中に電気が流れ、加熱されて
炉内の投入物の全体をいつまでも溶融し続けることがで
きる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶融技術では、
溶融対象物であるガラス等が、溶融装置の構成材（耐火
物炉壁やるつぼ壁など）に、対象物の溶融温度条件で直
接接触する。そのため、構成材の高温侵食対策（侵食代
又は構成材の交換）、及び溶融温度の制限（構成材の強
度を確保できる温度が上限）が大きな課題となってい
る。
【０００５】本発明の目的は、装置構成材の高温侵食の
問題及び装置構成材の耐熱温度で設定される溶融運転温
度の制限の問題を同時に解決できるガラス溶融処理方法
を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
め、本発明では、コールドクルーシブル誘導溶融法を利
用する。コールドクルーシブル誘導溶融法は、溶融対象
物が金属の場合、電磁場の作用により溶融物自体に浮上
力が作用し、炉体に接触させずに溶融できるため、高融
点の物質を溶融できることに加え、溶融物による炉体の
侵食が少ないという特徴がある。そのため、現在、鉄鋼
業界において特殊金属の溶融などに利用されている。し
かし、コールドクルーシブル誘導溶融法は、溶融対象物
が導電性を有するものでなければならず、そのままでは
ガラス溶融には利用できない。
【０００７】そこで本発明に係るガラス溶融処理方法で
は、放射性廃液とガラス物質をコールドクルーシブル誘
導溶融装置の溶融炉内に投入すると共に、該溶融炉内に
ガラス物質よりも高融点の導電体を挿入し、前記溶融装
置の高周波コイルに高周波電流を供給して導電体を発熱
させてガラス物質を間接加熱し、ガラス物質の一部が溶
融状態になった後に導電体を引き抜き、引き続いて溶融
したガラス物質による誘導加熱を維持して、全体を溶融
状態にする。溶融炉内に挿入する導電体としては、例え
ば炭化ケイ素棒などを用いる。
【０００８】
【作用】放射性廃液と未溶融のガラス物質との混合物
は、導電性を有しない。それ故、コールドクルーシブル
誘導溶融装置の溶融炉内に投入して高周波コイルに高周
波電流を供給しても、発熱することはない。しかし、炭
化ケイ素棒のような高融点の導電体が存在すると、該導
電体に電流が流れて誘導加熱される。この発熱により周
囲のガラス物質は間接的に加熱され、やがて部分的に溶
融状態となる。ガラス物質が溶融状態になると、導電性
を呈するため、高周波コイルの高周波電流に応答して電
流が流れ、誘導加熱される。この時点にまで達すると、
炭化ケイ素のような導電体は必要なくなり、溶融したガ
ラス物質が直接加熱されて、徐々に溶融領域が拡大し、
やがて全体が溶融状態に達する。
【０００９】溶融対象物がこのようなガラス物質の場合
には、溶融炉内壁との接触表面が冷却によって固体層
（スカル）となり、溶融物が炉材に直接接触しないた
め、溶融炉の高温侵食を防止できる。また溶融炉自体は
水冷されているため、その耐熱温度に制限されることも
ない。
【００１０】
【実施例】図１は本発明方法を実施するための装置の一
例を示す説明図である。コールドクルーシブル誘導溶融
装置１０は、スリットで分割した水冷式銅製の溶融炉１
２を、水冷式の高周波コイル１４内に設置したものであ
る。溶融炉１２内に溶融対象物１６（放射性廃液とガラ
ス物質）を投入すると共に、ガラス物質よりも高融点の
導電体（ここでは炭化ケイ素棒１８）を挿入する。そし
て、冷却水２０を循環させて装置を冷却し、高周波電源
盤２２から高周波コイル１４に高周波電流を供給する。
これによって、まず炭化ケイ素棒１８が加熱され、その
発熱により周囲の溶融対象物１６が間接的に加熱され
て、その周囲が溶融状態となる。溶融したガラス物質は
導電性を呈し、その発熱によって溶融状態を継続できる
ようになった後、炭化ケイ素棒１８を引き抜く。そし
て、そのまま高周波コイル１４に通電し続けることによ
って溶融状態を拡大して、全体が完全な溶融状態となる
ようにする。
【００１１】この方法では、従来の耐火物炉材、るつぼ
に相当する溶融炉１２が水冷されており、ガラス物質等
と溶融炉１２との接触表面が冷却により固体層（スカ
ル）となって、溶融物が炉内壁に直接接触しないため、
溶融炉１２の高温浸食は発生しない。更に溶融炉自体は
水冷されているため、その耐熱温度に制限されることな
く、必要とする電力の供給により、溶融対象物を任意の
温度で溶融することができる。
【００１２】このようにして溶融処理した溶融物は、そ
の後キャニスター（ステンレス鋼製容器）の中に注入さ
れ、廃棄物固化体となる。
【００１３】本発明方法を応用した廃棄物処理プロセス
の全体構成を図２に示す。再処理工場等で発生した高レ
ベル放射性廃液を、受入・前処理工程において、濃縮あ
るいは組成調整などの前処理を行う。この前処理の済ん
だ高レベル放射性廃液とガラス物質とを、コールドクル
ーシブル誘導溶融技術を利用した本発明の溶融処理工程
で溶融処理する。発生したオフガスはオフガス処理系で
処理する。溶融処理後キャニスターに充填された廃棄物
固化体は、固化体取扱工程でキャニスターに蓋をし溶接
して外側をきれいにし、検査工程で検査した後、固化体
保管庫で保管する。
【００１４】次に、模擬ガラスを用いた実験例とその結
果について述べる。装置は図１に示すような構造であ
る。溶融炉は、内径１００mmφ、深さ１５０mmで、１０
個のセグメントに分割されている構造である。高周波コ
イルは、外径約１７０mmφ、高さ約１００mmで、７ター
ンである。高周波電源周波数は４ＭHzである。
【００１５】表１に示した組成の模擬ガラスカレット
（粒径２mm以下）を溶融対象物として溶融試験を行っ
た。まず初めに６００ｇのガラス試料を溶融炉に入れ、
外径３０mmφ、内径２０mmφの中空円筒型炭化ケイ素棒
を溶融炉上面から９０mmの深さまで挿入し、陽極電圧を
５kV印加後、１kV／２分の割合で上昇させ８kVとした。
その後、陰極電流が４．５Ａとなった時点で炭化ケイ素
棒を引き抜いたところ、ガラス単独でも誘導加熱が継続
することが確認できた。またガラス試料を１２００ｇ充
填した条件で同様の運転を行った結果、同様にガラス単
独で誘導加熱の維持が確認された。更に、溶融開始後の
溶融温度は、陽極電圧を調整することにより１１００〜
１６００℃の範囲で自由に設定することが可能であっ
た。以上のことから、この試験で最大１２００ｇのガラ
スを１１００〜１６００℃の条件で完全に溶融できるこ
とが判明した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明は上記のように、溶融物と溶融炉
との間にスカルと呼ばれる未溶融固体層が形成され、装
置構成材（炉材）と溶融物が溶融状態で直接接触するこ
とがないため、装置構成材の高温侵食が生じない。その
ため溶融炉の寿命が向上すると共に、二次廃棄物発生量
を低減できる。また従来方法では、装置構成材の耐熱温
度が装置運転温度の上限であったが、本発明では、溶融
対象物自体が直接誘導加熱され、装置構成材は水冷され
ることから、このような運転温度の制限が無くなり、高
温で溶融処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いるコールドクルーシブル誘導溶融
装置の一例を示す説明図。
【図２】本発明方法を適用した廃棄物処理プロセスの概
念図。
【符号の説明】
１０ コールドクルーシブル誘導溶融装置 １２ 溶融炉 １４ 高周波コイル １６ 溶融対象物 １８ 炭化ケイ素棒
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21F 9/16 541

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放射性廃液とガラス物質を、複数のセグ
    メントに分割されている水冷式銅製の溶融炉を高周波コ
    イル内に設置したコールドクルーシブル誘導溶融装置の
    前記溶融炉内に投入すると共に、該溶融炉内にガラス物
    質よりも高融点の導電体を挿入し、前記溶融装置の高周
    波コイルに高周波電流を供給して導電体を発熱させてガ
    ラス物質を間接加熱し、ガラス物質の一部が溶融状態に
    なった後に導電体を引き抜き、引き続いて溶融したガラ
    ス物質による誘導加熱を維持し、溶融ガラス物質の溶融
    炉との接触表面に冷却による固体層を形成して溶融ガラ
    ス物質が溶融炉に直接接触しないようにしつつ、全体を
    溶融状態にすることを特徴とするガラス溶融処理方法。
  2. 【請求項２】 溶融炉内に挿入する導電体が炭化ケイ素
    棒である請求項１記載の方法。
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