JP4224373B2 - 集合固化体の成形及び焼却方法 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野

本発明は、細粒状の使用済イオン交換樹脂の処理技術に関し、特に、含水率が高く焼却し難い細粒状の廃イオン交換樹脂を焼却処理する処理技術に関する。本発明は、汽力発電施設、特に原子力発電施設で発生する放射性イオン交換樹脂の焼却処理に特に有効である。

従来の技術

汽力発電施設、特に原子力発電施設などでは、発電施設の運転において発生する放射能を有する液体の処理に、粒状又は粉末状のイオン交換樹脂を使用して放射能の除去を行っている。これらイオン交換樹脂は、再生による繰り返し使用、あるいは非再生による使用の後、放射性廃棄物として処理されることになっている。しかし、これら使用済みの放射性イオン交換樹脂は、粒径が０．４〜１．０mm程度の粒状又は数１０μm程度の粉末状の細粒状物質であり、外部への飛散による原子力発電施設の放射能汚染などの問題を防止するべく、通常、水を張った槽内で保管し、容器に入れての搬送又は水スラリーでの配管移送により取り扱われている。そのため、使用済みの放射性イオン交換樹脂は多量の水分を含み、燃焼しにくい、という問題がある。また、粒度が細かすぎて、通常、発電施設などに既設されている焼却炉では、燃焼室に留まることなく通過してしまい未焼却のまま残ってしまうので焼却処理が難しい、という問題がある。そのため、使用済みのイオン交換樹脂は、処理されずに、発電施設内の廃棄物貯留槽に保管されたままになっており、その貯蔵量は増加の一途を辿っている。

これまで、使用済みの放射性イオン交換樹脂などの廃イオン交換樹脂の処理方法として、化学処理方式、熱分解方式、スチーム方式、溶融処理方式、直接処理方式などが提案されている。

具体的には、化学処理方式として、過酸化水素の酸化力を利用して分解する湿式分解方式（「廃樹脂減容装置の開発」森岡崇行、本山信行、豊吉隆憲；FAPIG第121号・1989-3；p.42〜46）や、圧力容器内に水を入れて温度及び圧力を上昇させて得られる気−液一体の臨界状態の活性化された水分子を利用して有機分子を分解する超臨界水処理方式（「超臨界水を用いた廃棄物処理システム」山田和矢、赤井芳恵、高田孝夫；東芝レビューVol. 56 No.9 (2001)；p.58〜61）などが提案されている。熱分解方式として、ロータリーキルン法（"BENCH-SCALE CONTINUOUS PYROLYSIS TEST OF SPENT ION-EXCHANGE RESIN" A. Kidoguchi、 N.Kanda、S. Nagahara；Radioactive Waste Management and Environmental Remediation ？ ASME 1999；p.26〜33）や、ＩＣプラズマ（高周波誘導結合プラズマ）法（「実規模ＩＣプラズマ廃樹脂減容装置の実証性能試験」片桐源一、島村健男；火力原子力発電Vol. 54 No.1 Jan. 2003）などが提案されているが、これらは水分の存在を嫌うので、多量の水分を含むイオン交換樹脂をそのまま処理することができず、予め樹脂粒内水まで除くことが必要である。スチーム方式として、水蒸気を接触させて分解させるスチームリフォーマー法（ＴＨＯＲ法：Thermal Organic Reduction Process：熱有機還元法）が提案されている（「放射性廃棄物処理における最近の動き」能見光彦；FAPIG No. 157(2001-3), p18）が、装置が大型化してしまい設備投資及びランニングコストが高いという問題がある。溶融処理方式として、高周波により溶融させた金属中にイオン交換樹脂を添加して溶融させる高周波溶融処理法（「放射性固体廃棄物の高周波溶融処理システム開発」河口一郎、松本武志、西村元彦、山崎誠一郎、久貝勝俊、横沢実、三原茂；FAPIG No.162(2002-11)；p.18〜23）が開発段階にある。直接処理方式として、焼却処理する方法（「使用済イオン交換樹脂の焼却」長谷川千晃；火力原子力発電Vol. 41 No.5, May 1990；p.70〜77）が実用化に向けての研究が行われているが、陽イオン樹脂焼却時のＳＯｘ発生の問題がある。また、セメント中にイオン交換樹脂を添加する脱水セメント固化法（「放射性廃棄物管理 日本の技術開発と計画」日本原子力産業会議 1997年7月31日；p.80〜82）が提案されているが、減容ができず、処分費用が高くなりすぎてしまう、という問題がある。

このように、これまで提案されている種々の方式では、装置が複雑で制御が困難であること、処理コストがかかり過ぎること、安定した運転ができないこと、故障が多いこと、材料上に問題があること、などの種々の理由によって実用化されていないか、または実用化されていても問題が多いのが現状である。

なお、廃棄物を固形化する技術として、ＲＤＦ（廃棄物固形）化技術（「産業・利・放射性廃棄物処理技術 新増補：ダイオキシン類ゼロ化技術 増訂２版」福本 勤；共立出版株式会社；p.517〜524）があるが、この技術は、廃棄物を細断後、加圧成形する方法であり、ゴミの燃料化及び再利用が目的である。特に原子力発電施設などから排出される放射能を含んだ廃イオン交換樹脂には適用することができない。

また、特に使用済みの陽イオン交換樹脂を含む廃イオン交換樹脂を焼却処理する場合には、陽イオン交換樹脂中に含まれている硫黄からＳＯｘが発生し、焼却炉の腐食という別の問題をも引き起こす。そこで、廃イオン交換樹脂を焼却処理する前に、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを含む混合物を樹脂分離カラムに通過させて、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを分離する方法が提案されているが、複数回の分離処理を施しても完全に陽イオン交換樹脂を分離できないことが報告されている（「使用済イオン交換樹脂の焼却」長谷川千晃；火力原子力発電Vol. 41 No.5, May 1990；p.70〜77）。このため、長谷川は、Ｎａを添加して、陽イオン交換樹脂をＨ型からアルカリ・アルカリ土類金属型へと変換することにより、ＳＯｘの発生を抑制する方法を提案しているが、実際には過剰量のＮａ（３倍当量以上のＮａ）及び低温側での焼却が必要であると報告している。このように、使用済みの陽イオン交換樹脂を焼却処理する場合には、ＳＯｘの発生を抑制するために、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との複数回の分離処理と、過剰量のＮａ添加とが必要となり、処理操作が煩雑で、処理コストが高くなり、実用的ではない、という問題がある。

「廃樹脂減容装置の開発」森岡崇行、本山信行、豊吉隆憲；FAPIG第121号・1989-3；p.42〜46 「超臨界水を用いた廃棄物処理システム」山田和矢、赤井芳恵、高田孝夫；東芝レビューVol. 56 No.9 (2001)；p.58〜61 "BENCH-SCALE CONTINUOUS PYROLYSIS TEST OF SPENT ION-EXCHANGE RESIN" A. Kidoguchi、 N.Kanda、S. Nagahara；Radioactive Waste Management and Environmental Remediation ？ ASME 1999；p.26〜33 「実規模ＩＣプラズマ廃樹脂減容装置の実証性能試験」片桐源一、島村健男；火力原子力発電Vol. 54 No.1 Jan. 2003 「放射性固体廃棄物の高周波溶融処理システム開発」河口一郎、松本武志、西村元彦、山崎誠一郎、久貝勝俊、横沢実、三原茂；FAPIG No.162(2002-11)；p.18〜23 「使用済イオン交換樹脂の焼却」長谷川千晃；火力原子力発電Vol. 41 No.5, May 1990；p.70〜77 「放射性廃棄物処理における最近の動き」能見光彦；FAPIG No. 157(2001-3), p18 「放射性廃棄物管理 日本の技術開発と計画」日本原子力産業会議 1997年7月31日；p.80〜82 「産業・利・放射性廃棄物処理技術 新増補：ダイオキシン類ゼロ化技術 増訂２版」福本 勤；共立出版株式会社；p.517〜524

そこで、本発明は、従来提案されている廃イオン交換樹脂の処理方法の問題点、乾燥処理により廃イオン交換樹脂の粒内水を除去する前処理工程が必要であること；廃イオン交換樹脂が細粒状であり、樹脂移送が煩雑であること；廃イオン交換樹脂が細粒状であり、既設の焼却設備では炉底部に落下してしまい十分に焼却できない焼却処理の困難さなどをすべて解決し、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にする廃イオン交換樹脂の処理技術を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、特に陽イオン交換樹脂の焼却処理により発生していたＳＯｘの発生を抑制することができる廃イオン交換樹脂の処理技術を提供することを目的とする。
具体的には、本発明の目的は、細粒状の廃イオン交換樹脂を既設の焼却設備で焼却処理可能な形態とした集合固化体を提供することにある。

また、本発明の目的は、細粒状の廃イオン交換樹脂を既設の焼却設備で焼却処理可能な形態とした集合固化体の成形方法を提供することにある。
さらにまた、本発明の目的は、細粒状の廃イオン交換樹脂を既設の焼却設備で焼却処理可能とする焼却処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究した結果、細粒状の廃イオン交換樹脂を、石油ワックスや植物性ワックスなどの比較的低融点で且つ常温で固体である物質を加熱して液状にした可燃性結合剤と混合し、冷却して、球状、円柱状、角柱状など所望の形状の固化体に成形することによって、既設の焼却炉に容易に装荷して焼却処理できることを見いだした。また、本発明者らは、細粒状の廃イオン交換樹脂を、石油ワックスや植物性ワックスなどの比較的低融点で且つ常温で固体である物質を加熱して軟化させた可燃性結合剤と混練して、押し出し成形し、冷却して、球状、円柱状、角柱状など所望の形状の固化体に成形することによって、既設の焼却炉に容易に装荷して焼却処理できることを見出した。

本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂と、可燃性結合剤と、を含む廃イオン交換樹脂の集合固化体が提供される。なお、本明細書において、「集合固化体」とは、可燃性結合剤をバインダとして、細粒状の廃イオン交換樹脂を結合させてなる集合体を固形化したもの全般を意味する。

本発明において処理することができる細粒状の廃イオン交換樹脂としては、汽力発電施設、特に原子力発電施設などで発生する廃イオン交換樹脂を挙げることができる。しかし、これらに限定されず、およそ焼却処理が必要な廃イオン交換樹脂全般に適用することができる。

本発明において処理することができる廃イオン交換樹脂の種類は特に限定されるものではなく、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを含む混合廃イオン交換樹脂、実質的に陰イオン交換樹脂のみを含む廃陰イオン交換樹脂、実質的に陽イオン交換樹脂のみを含む廃陽イオン交換樹脂などを対象とすることができる。具体的には、強酸性陽イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂、キレート樹脂などに適用可能である。強酸性陽イオン交換樹脂としては、ダイヤイオンSKN-1、SKN-3、PK228G、SK1BN（以上、三菱化学製）、アンバーライト200C、IR120B、アンバージェット1600（以上、ローム＆ハース製）、ダウエックスHCR-W2-H、HGR-H、MS650C（以上、ダウケミカル製）を好ましく挙げることができる。強塩基性陰イオン交換樹脂としては、ダイヤイオンSAN-1、SMN-1、SMN-3、PA312L、PA316L（以上、三菱化学製）、アンバーライトIRA900、IRA400T（以上、ローム＆ハース製）、ダウエックスSBR-OH、SBR-P-C-OH、MS550A（以上、ダウケミカル）を好ましく挙げることができる。弱酸性陽イオン交換樹脂としては、WK10、WK11、WK20（以上、三菱化学製）、MAC3（ダウケミカル製）を好ましく挙げることができる。弱塩基性陰イオン交換樹脂としては、WA10、WA11、WA20、WBA-2（以上、三菱化学製）を好ましく挙げることができる。キレート樹脂としては、ユニセレック（ユニチカ製）を好ましく挙げることができる。

これら廃イオン交換樹脂の粒径は特に限定されるものではないが、一般的な焼却炉では焼却処理が不充分であるような細粒状の廃イオン交換樹脂である場合に本発明が特に効果的であるので、好ましい。典型的には、平均粒径が０．４〜１．０mm程度の粒状、又は平均粒径が数１０μm程度の粉末状の廃イオン交換樹脂が好ましい。なお、粉末樹脂としては、エピコール社のPD1、PD3、グレーバー社のパウデックスなどを挙げることができる。

さらに、本発明において処理することができる廃イオン交換樹脂は、乾燥形態でも湿潤形態でもよい。しかし、従来技術では湿潤状態の廃イオン交換樹脂の焼却処理が困難であった点を考慮すれば、湿潤状態の廃イオン交換樹脂を本発明により処理することで、より一層の効果がもたらされるので、好ましい。

本発明において用いることができる可燃性結合剤は、融点が８０℃以下で且つ常温で固体である物質からなることが好ましい。好ましくは、融点が５０℃〜７０℃程度であることが好ましく、特に５０℃以上６０℃以下であることが好ましい。融点が８０℃を越える可燃性結合剤を用いることができないわけではないが、可燃性結合剤を液化する為に要するエネルギーが増加するので好ましくない。

また、本発明において可燃性結合剤を混練する場合には、可燃性結合剤を融点以下の軟化した状態で用いることが好ましい。
本発明において用いることができる可燃性結合剤としては、石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋などを好ましく挙げることができる。石油ワックスとしては、融点が５０℃以上のパラフィンワックス、例えばＪＩＳＫ２２３５に規定されている１２５Ｐ、１３０Ｐ、１３５Ｐ、１４０Ｐ、１４５Ｐ、１５０Ｐ、１５５Ｐなどを好ましく用いることができる。可燃性結合剤を液状で用いる場合には、１３０Ｐが好ましい。可燃性結合剤を粉末又は粒状で用いる場合には、１５５Ｐ（粒状、顆粒状、紛状）や１４０Ｐ（顆粒状）が好ましい。なお、パラフィンワックスについて「融点」とは、溶融した試料を既定の条件で放冷したとき、試料の温度降下速度が規定の速度以下となったときの温度である（ＪＩＳＫ２２３５）。

本発明の集合固化体においては、前記細粒状廃イオン交換樹脂と、前記可燃性結合剤と、を重量比で２：１〜１：２の範囲で含むことが好ましく、より好ましくは３：２〜１：１の範囲である。この範囲であれば、廃樹脂と可燃性結合剤の廃イオン交換樹脂と可燃性結合剤の混合体は安定した形状を保つことが可能であり、その上、可燃性結合剤の使用量を減少させることができるので経済的観点からも有利である。

本発明の廃イオン交換樹脂の集合固化体は、さらにカルシウム塩を含むことが好ましい。カルシウム塩は、イオン交換樹脂、特に陽イオン交換樹脂中の硫酸イオンと反応して、硫酸カルシウムとして析出させるため、ＳＯｘの排出を抑止する。本発明において用いることができるカルシウム塩としては、硝酸カルシウム、水酸化カルシウム、酢酸カルシウムなどを好ましく挙げることができる。硝酸カルシウムを用いる場合には、燃焼効率を高めることもでき、燃焼残渣を著しく削減できる。

本発明において用いることができるカルシウム塩の量は、イオン交換樹脂中に含まれる硫黄（Ｓ）の量に応じて変動する。典型的には、イオン交換樹脂中の硫黄に対して、１〜５％、好ましくは１〜２％の範囲となるように添加することが好ましい。一般的には、陽イオン交換樹脂１ｇ中約１５％の硫黄が含まれている。例えば、本発明で処理するイオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを１：１で含む場合、カルシウム塩添加量を硫黄分に対して１０％とすると、例えば硝酸カルシウムとして添加することができるカルシウム塩の量は、イオン交換樹脂１リットル当たり１７．４ｇとなる。カルシウム塩を多量に用いることは、燃焼効率の向上及び燃焼残渣の低減には資するが、廃イオン交換樹脂の焼却処理の運転コストが高くなってしまうので好ましくない。具体的には、陽イオン交換樹脂中に含まれる硫黄に対して、その約０．４当量〜約０．８当量の水酸化カルシウムを添加することができる。

本発明の廃イオン交換樹脂の集合固化体の形状、寸法は、特に限定されるものではないが、汽力発電施設などが保有する通常の焼却設備で焼却処理可能な形状、寸法であることが好ましい。例えば、焼却設備の火格子を通過しない程度の寸法、好ましくは、直径２〜３ｃｍ、長さ３〜５ｃｍ程度の寸法で、球状、円柱状、角柱状などの形状であることが好ましい。

さらに、本発明の廃イオン交換樹脂の集合固化体は、一般的な原子力発電所が保有する焼却設備で焼却することができるような強度を有する。具体的には、焼却設備に投入した際に破砕しない程度の強度、典型的には、直径３ｃｍ、長さ５ｃｍの集合固化体を３メートルの高さ位置からコンクリートの平坦な床に自由落下させた場合に、目視観察で有意な変形やひび割れが生じない程度の強度を有することが好ましい。

また、本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、粗水切りした廃イオン交換樹脂と予め加熱して液状とした可燃性結合剤とをブレンドしてスラリーを形成させるスラリー形成工程と、該スラリーを可燃性結合剤の融点以上の温度に維持しながら均一に混合する混合工程と、該スラリーと可燃性結合剤との混合物を冷却して所望の形状に固化する冷却固化工程と、を含む廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法が提供される。

さらに、本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、粗水切りした廃イオン交換樹脂と予め加熱して液状とした可燃性結合剤とをブレンドしてスラリーを形成させるスラリー形成工程と、該スラリーを可燃性結合剤の融点以上の温度に維持しながら均一に混合する混合工程と、該スラリーと可燃性結合剤との混合物を冷却して所望の形状に固化して集合固化体に成形する冷却固化工程と、該集合固化体を焼却する焼却工程と、を含む廃イオン交換樹脂の焼却処理方法が提供される。

さらにまた、本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、粗水切りした後の該廃イオン交換樹脂と、粉末又は粒状の可燃性結合剤と、をブレンドして、該可燃性結合剤が軟化する温度に維持しながら均一に混練して、混練物を形成する混練物形成工程と、該混練物を押出成形法により、所望の形状に冷却固化する冷却固化工程と、を含む廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法が提供される。

またさらに、本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、粗水切りした後の該廃イオン交換樹脂と、粉末又は粒状の可燃性結合剤と、をブレンドして、該可燃性結合剤が軟化する温度に維持しながら均一に混練して、混練物を形成する混練物形成工程と、該混練物を押出成形法により、所望の形状に冷却固化して集合固化体に成形する冷却固化工程と、該集合固化体を焼却する焼却工程と、を含む廃イオン交換樹脂の焼却処理方法が提供される。

［好ましい実施形態］
本方法の一実施形態として、原子力発電施設から排出される廃イオン交換樹脂を例にして、図１を参照しながら詳細に説明する。

一般的に、原子力発電施設では、細粒状の廃イオン交換樹脂を廃樹脂貯槽１０中に水中保管している。この廃樹脂貯槽中から廃イオン交換樹脂を取り出して、メッシュスクリーンなどの脱水装置２０に導入して粗く水切りをして、樹脂表面に付着している水分を除去し、予め計量したカルシウム塩を添加した後、スクリューコンベアなどの搬送手段３０を用いて混合槽４０に供給する。可燃性結合剤としての石油ワックスを溶解槽５０で溶解させた後、通常の搬送手段を用いて混合槽４０に供給する。混合槽４０は、シアミキサー（シルバーソン社製造）などの撹拌装置を備えている。混合槽４０内で、樹脂表面水が除去された廃イオン交換樹脂と、溶解した石油ワックスとを、約８０℃程度に保温しながら、均一になるまで混合してスラリーを形成させる。得られたスラリーをペレタイザー６０など所望形状の型に注入して、放冷し、所望形状の集合固化体を得る。形成された集合固化体は、固化体受槽７０に送られて、焼却処理に供されるまで保管される。焼却処理は、汽力発電施設などが保有する通常の焼却装置で行うことができ、６００〜７００℃程度の温度にて焼却することが好ましい。

本発明の別の実施形態として、原子力発電施設から排出される廃イオン交換樹脂を例にして、図２を参照しながら詳細に説明する。なお、図２中、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ参照符号を付した。

一般に、原子力発電施設では、細粒状の廃イオン交換樹脂を廃樹脂貯槽１０に保管している。本実施形態においては、可燃性結合剤としての粒状又は粉末状の石油ワックスは、バインダ供給槽４５に貯蔵されており、水酸化カルシウムは添加物供給槽５５に貯蔵されている。

廃樹脂貯槽１０から廃イオン交換樹脂を取り出して、メッシュスクリーンなどの粗脱水装置２０に導入して粗く水切りをして、樹脂表面に付着している水分を除去し、計量混合槽３５に送る。次いで、バインダ供給槽４５から必要量の粒状又は粉末状の石油ワックスを、さらに、添加物供給槽５５から必要量の水酸化カルシウムを、それぞれ計量混合槽３５に送る。計量混合槽３５に装荷された廃イオン交換樹脂、粒状又は粉末状の石油ワックス及び水酸化カルシウムを十分に混合した後に、混練式押出成形装置６５に導入して、石油ワックスを軟化状態に維持しながら、廃イオン交換樹脂及び水酸化カルシウムと十分に混練する。その後、混練式押出装置６５から押出成形して、所望形状の集合固化体を得る。

得られた集合固化体を固化体受槽７０に送り、焼却処理に供されるまで保管する。焼却処置は、汽力発電施設などが保有する通常の焼却装置で行うことができ、６００〜７００℃程度の温度にて焼却することが好ましい。

本方法により得られた集合固化体は、目視確認により、廃イオン交換樹脂と可燃性結合剤とが均一に混合しており、大きな割れ、引け巣がなく、既存の焼却設備に投入しても破砕せずに必要な寸法を維持できるので、充分に焼却処理可能である。

また、本方法によれば、従来、スクリーンなどを内蔵した水切り容器に廃イオン交換樹脂を供給して、樹脂粒間水までを除去し、さらに乾燥機により樹脂粒間水を除去しなければ焼却処理できなかった廃イオン交換樹脂を、粗い水切りで樹脂表面に付着している水分だけを除去するだけでよいので、特殊な水切り及び乾燥設備が不要で非常に簡便である。また、可燃性結合剤とブレンドした後の集合固化体の成形も、単に放冷するだけで行うことができるので、非常に簡便である。さらに、可燃性結合剤を粉末又は粒状のまま用いる場合には、可燃性結合剤を加熱して液状にする工程を省略できるので、より簡易となる。

石油ワックス（日本精蝋株式会社パラフィンワックス品名１３０：ＪＩＳＫ２２３５、１３０Ｐ相当品）をビーカーに入れ、８０℃に加熱して、溶解させた。石油ワックスの量は、下記表１に示すように変化させた。溶解した石油ワックス中に、予め粗く水切りを施した湿潤陽イオン交換樹脂１０重量部（DOWEX MS 650、Dow Chemical社製）及び湿潤陰イオン交換樹脂１０重量部（DOWEX MS 550、Dow Chemica社製）を投入し、攪拌機により目視で均一になるまで撹拌した。均一なスラリーが形成された後、このスラリーを予め準備した中空円柱状の型（直径３ｃｍ、高さ５ｃｍ）に流し込み、室温にて冷却固化させ、集合固化体を成形した。

充分に冷却した後、型を外して、集合固化体を取り出し、外観及び形状を目視で確認し、有意な割れ、引き巣などが発生していないことが確認された（図５写真参照）。
また、集合固化体を３メートルの高さ位置からコンクリートの平坦な床に自由落下させたところ、有意な変形やひび割れが生じないことが目視により確認された。

得られた集合固化体を、通常の焼却炉と同じ加熱条件である６００〜７００℃の電気炉に投入して、焼却した。約１分後には燃焼が開始し、燃え残りや飛散などの問題もなく良好に燃焼が継続した。焼却処理後の残渣を秤量し、下記式に従って減量率を求めた。

結果を表１及び図５（写真１、２及び３参照）に示す。

また、焼却処理後の残渣を目視により観察して、微粒状の炭素粒子の残留が認められた。減量率はいずれも８０〜９０％を示した。一方、対照として、石油ワックスを用いず廃樹脂のみを焼却した場合には、重量ベースの減量率が８２％、減容率が７３％であった。本発明の集合固化体の減量効果が大きいことが確認できた。

硝酸カルシウム（試薬１級、関東化学製）を０．８ｇ添加した以外は、実施例１と同様に行い、焼却処理後の残渣を観察した。硝酸カルシウムを添加した試料は、硝酸カルシウムを添加していない試料（実施例１）よりも着火が早く、焼却速度も早かった。焼却処理上も、特に問題はなかった。

結果を表２及び図５（写真４、５、６及び７）に示す。

可燃性結合剤として、石油ワックスに代えて、植物性ワックス（木蝋：横関油脂工業株式会社精製モクロウＰ−１００）を用い、約７５０℃の電気炉内で燃焼させた以外は、実施例２と同様に行い、焼却処理後の残渣を観察した。１分前後で着火し、燃焼状況も良好であった。微粒状炭素の残渣を認めた。

結果を表３及び図５（写真１、２及び３）に示す。

減量率は、８９％以上と非常に大きく、本発明の集合固化体の減量効果を確認できた。

イオン交換樹脂として粉末イオン交換樹脂を用い、可燃性結合剤として石油ワックスを用いた以外は、実施例２と同様に行い、焼却処理後の残渣から減量率を求めた。結果を表４及び図５（写真４及び５）に示す。

イオン交換樹脂が粉末樹脂である場合には、ビーズ樹脂の場合と比較して、減量率が高いことがわかる。
以上のように、細粒状の廃イオン交換樹脂を本発明の集合固化体に成形することで、廃イオン交換樹脂を良好に焼却処理できることがわかる。

廃イオン交換樹脂を予め粗く水切りし、石油ワックス（日本精蝋株式会社製パラフィンワックスＰＷ−１４０顆粒状）と、を表５に示す割合で混合した。廃イオン交換樹脂としては、粒状イオン交換樹脂（ダウケミカル社DOWEX MS 650及びMS 550を重量基準で１：１に混合した）及び粉末状樹脂（エピコール社PD-1及びPD-3を重量基準で１：１に混合した）を用いた。

廃イオン交換樹脂と石油ワックスとの混合物を、約５０℃に予熱した連続式混練り押出機に導入して、石油ワックスを軟化状態に維持しながら廃イオン交換樹脂と十分に混練した後、所望形状に押し出し成形し、集合固化体を得た。得られた集合固化体は、外観及び形状を目して確認し、有意な割れ、引き巣などが発生していないことを確認した（図６Ｎｏ．１〜６参照）。集合固化体を３メートルの高さ位置からコンクリートの平坦な床に自由落下させて、有意な変形やひび割れが生じないことを確認した。

得られた集合固化体を、実施例１と同様に焼却処理し、焼却処理後の残渣を秤量し、減量率を求めた。連続式混練り押出機を用いて作製した試料の焼却試験において、７００℃前後で十分燃焼することが確認できた。

結果を表５及び図７に示す。

可燃性結合剤として、石油ワックス（日本精蝋株式会社製ＰＷ−１５５粉末状製品）を用い、廃イオン交換樹脂として、粒状イオン交換樹脂（ダウケミカル社DOWEX MS 650及びMS 550を重量基準で１：１に混合した）及び粉末状樹脂（エピコール社PD-1及びPD-3を重量基準で１：１に混合した）を用い、カルシウム塩として水酸化カルシウム（和光純薬製試薬１級）を０．４当量〜０．８当量用いた以外は、実施例１及び３と同様に行い、集合固化体を得た。得られた集合固化体を実施例１と同様に焼却処理し、焼却時の排ガスを採取してＳＯｘ量の測定をし、並びに焼却処理後の残渣の秤量及び減量率を算出した。

予め粗く水切りした廃イオン交換樹脂に対して、石油ワックス及び水酸化カルシウムの添加物は、溶解撹拌混合時に特に問題なく良好に混合することができた。水酸化カルシウムを添加して作製した集合固化体試料の燃焼試験において、水酸化カルシウムの添加量により着火時間に影響はなく、短時間で着火することが確認できた。水酸化カルシウムの添加によって、集合固化体燃焼時の排ガス中ＳＯｘ濃度を顕著に減少させることができた。焼却残渣減量率については、カルシウム塩の添加量の増加により、低下する傾向が見られたが、実施例１における可燃性結合剤を含まない対照（減量率８２％）と比較すれば十分減量が達成されていることがわかる。

結果を表６並びに図７及び８に示す。

本発明によれば、細粒状の廃イオン交換樹脂を既設の焼却設備で焼却処理可能な形態とした集合固化体及びその成形方法及び焼却処理方法が提供される。
本発明の集合固化体は、従来提案されているイオン交換樹脂の処理方法の問題点、乾燥処理によりイオン交換樹脂の粒内水を除去する前処理工程が必要であること；廃イオン交換樹脂が細粒状であり、樹脂移送が煩雑であること；廃イオン交換樹脂が細粒状であり、既設の焼却設備では炉底部に落下してしまい十分に焼却できない焼却処理の困難さなどをすべて解決し、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にする。

また、カルシウム塩を添加した場合には、特に陽イオン交換樹脂焼却時に発生するＳＯｘを抑制することができ、焼却炉の腐食問題及び環境中へのＳＯｘ排気問題を解決することができる。

また、本発明によれば、原子力発電施設などにおいて、これまで適切な処理方法がないため大量に保管され、今後も増加することが予測されている放射性廃棄物としての廃イオン交換樹脂を可燃性結合剤と一緒に集合固化体として成形することにより、各原子力発電施設などが保有している既設の焼却設備を用いて容易に焼却処理可能にする。よって、新規な処理設備又は既設の処理設備を改良するなどの設備投資を伴わずに、大量に保管されている廃イオン交換樹脂を従来の雑固体を焼却する態様で容易に且つ効率的に、低コストで焼却処理可能とする。

さらに、本発明は、原子力発電施設からの廃イオン交換樹脂のみならず、火力発電所その他の設備からの廃イオン交換樹脂にも適用可能である。よって、近年、特に問題となっている産業廃棄物の減容化及び焼却処理の一助となる。

図１は、本発明の集合固化体成形方法の一実施形態を示す説明図である。 図２は、本発明の集合固化体成形方法の別の実施形態を示す説明図である。 図３は、実施例１において成形した本発明の集合固化体を示す写真である。 図４は、実施例１及び実施例２において成形した本発明の集合固化体の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。 図５は、実施例３において成形した本発明の集合固化体の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。 図６は、実施例５及び実施例６にて成形した本発明の集合固化体を示す写真である。 図７は、実施例５における焼却処理後の集合固化体の残渣状態を示す写真である。 図８は、実施例６における焼却処理後の集合固化体の残渣状態を示す写真である。

符号の説明

１０：廃樹脂貯槽
２０：粗脱水装置
３０：搬送手段
３５：計量混合槽
４０：混合槽
４５：バインダ供給槽
５０：可燃性結合剤溶解槽
５５：添加物供給槽
６０：成型用型
６５：混練式押出成形装置
７０：固化体受槽

Claims (10)

1. 細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、
   粗水切りした後の廃イオン交換樹脂と、予め加熱して液状とした石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合剤と、をブレンドして、スラリーを形成させるスラリー形成工程と、
   該スラリーを可燃性結合剤の融点以上の温度に維持しながら均一に混合する混合工程と、
   該スラリーと可燃性結合剤との混合物を冷却して所望の形状に固化する冷却固化工程と、
   を含む廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法。
2. 細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、
   粗水切りした廃イオン交換樹脂と、予め加熱して液状とした石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合剤と、をブレンドして、スラリーを形成させるスラリー形成工程と、
   該スラリーを可燃性結合剤の融点以上の温度に維持しながら均一に混合する混合工程と、
   該スラリーと可燃性結合剤との混合物を冷却して所望の形状に固化して集合固化体に成形する冷却固化工程と、
   該集合固化体を焼却する焼却工程と、
   を含む廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
3. 細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、
   粗水切りした後の該廃イオン交換樹脂と、粉末又は粒状の石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合剤と、をブレンドして、該可燃性結合剤が軟化する温度に維持しながら均一に混練して、混練物を形成する混練物形成工程と、
   該混練物を押出成形法により、所望の形状に冷却固化する冷却固化工程と、
   を含む廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法。
4. 細粒状の廃イオン交換樹脂から樹脂表面水を除去する粗水切り工程と、
   粗水切りした後の該廃イオン交換樹脂と、粉末又は粒状の石油ワックス、植物性ワックス、木蝋、白蝋から選択される可燃性結合剤と、をブレンドして、該可燃性結合剤が軟化する温度に維持しながら均一に混練して、混練物を形成する混練物形成工程と、
   該混練物を押出成形法により、所望の形状に冷却固化して集合固化体に成形する冷却固化工程と、
   該集合固化体を焼却する焼却工程と、
   を含む廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
5. 前記細粒状廃イオン交換樹脂と、前記可燃性結合剤とを、重量比で２：１〜１：２の範囲で含む、請求項１又は３に記載の廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法。
6. 前記細粒状廃イオン交換樹脂と、前記可燃性結合剤とを、重量比で２：１〜１：２の範囲で含む、請求項２又は４に記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
7. 前記スラリー形成工程において、さらにカルシウム塩を添加する、請求項１に記載の廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法。
8. 前記スラリー形成工程において、さらにカルシウム塩を添加する、請求項２に記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。
9. 前記混練物形成工程において、さらにカルシウム塩を添加する、請求項３に記載の廃イオン交換樹脂の集合固化体の成形方法。
10. 前記混練物形成工程において、さらにカルシウム塩を添加する、請求項４に記載の廃イオン交換樹脂の焼却処理方法。