JP4471110B2

JP4471110B2 - 放射化コンクリートのリサイクル処理方法

Info

Publication number: JP4471110B2
Application number: JP2005050492A
Authority: JP
Inventors: 義幸坂詰; 保義嶋崎; 治之難波; 一夫村上
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006234620A

Description

本発明は放射化コンクリートのリサイクル処理方法に係り、原子力発電所施設等の解体により発生したコンクリート廃材のうち、放射性廃棄物として処理する必要がある放射化コンクリートに付着した所定の放射性物質を除去して再生骨材等を再生製造するリサイクル処理方法に関する。

原子力発電所等の原子炉施設建物は鉄筋コンクリート構造等で構築されており、建物内の管理区域内部の構造コンクリートの一部では、放射性核種を含む水などがコンクリート表面から内部へ浸透し、所定の深さにわたり、放射化が進行することが知られている（以下、放射化されたコンクリートを放射化コンクリートと記す。）。

ところで、原子力発電所施設建物の解体に伴って発生する解体廃棄物の多くは、各種の鋼材やコンクリート廃材であり、それらは放射化されたもの、非放射性のものなど、多種多様なかたちで大量に発生する。従来、これらの解体廃棄物は、その放射能汚染レベルに応じて区分され、区分に応じて処理、処分することが法定されている。

たとえば、コンクリート廃材の処理に関しては、上述した放射化コンクリートに関しても、その汚染深さは炉型によって異なり、表面から数mmの厚さを切削作業等により除去することにより、放射性廃棄物として扱う必要のない程度のコンクリート廃材とされるものから、表面から数十cmの深さにわたって放射化され、適切な放射性物質の分離除去処理を施す必要があるもの等、種々存在する。従来は、放射化コンクリート部分は、たとえばウェータージェットやワイヤソー等によって、その放射化範囲を所定の大きさのコンクリートブロックとして切断し、圧縮、破砕したり、発生スラッジの減容化を図って、所定の固化処理を行い、ドラム缶の収納容器に詰めて、最終的には運転時に発生した低レベル放射性廃棄物と同様に埋設処分されていた（特許文献１）。

また、放射化コンクリートを粉砕し、放射化レベルごとの分別を行って得られた放射性廃棄物のレベルごとの処理区分の適正化を図ることにより、処分コスト低減を図る技術も提案されている（特許文献２参照）。

ところで、既往の研究によれば、放射化コンクリートの放射性物質は、コンクリートのうち、セメントペースト部分に存在することが確認されている。このため、たとえばコンクリートブロックとして一体的に解体された放射化コンクリートを、各段階の破砕工程を経て粗骨材、細骨材とその他コンクリートを主組成とした結合材からなる微粉末とに分離した際に、それらのうちの粗骨材、細骨材については放射性廃棄物として取り扱う必要がなく、一般のリサイクル材料として再利用の可能性が見込める。

一方、セメント等の結合材を主組成とした微粉末に関しては、その放射化核種としてトリチウム、炭素−１４を主として、その他、コバルト−６０及びユウロビウム−１５２、ストロンチウム−９０及びセシウム−１３７等の核種による汚染が認められており、これらを確実に除去できれば、放射化が認められた部分のコンクリートも固化作用を有する再生セメント材料、地盤改良材としての再利用が可能となる。

上述の核種のうち、放射化レベルが一定のクリアランスレベル以下の決定核種に関しては、一般廃棄物としての取り扱いが可能になる点に着目し、出願人は、すでに放射化コンクリートのうち、上述の核種のうち、ユウロビウム−１５２、ストロンチウム−９０及びセシウム−１３７の放射化レベルをコンクリートから除去する洗浄工程を備えた放射化コンクリートの処理方法を提案している（特許文献３）。この処理方法によれば、コンクリート粉砕物は、所定の固液分離工程と洗浄工程とを経て確実に分離除去され、残余のコンクリート粉砕物を所定の骨材としてリサイクルすることができ、放射化コンクリートの処分コストを大幅に低減することが可能になる。
特開２００１−３４３４８８公報。特開２００２−１３１４８０公報。特開２００２−３４１０８８公報。

ところが、放射化コンクリートを解体した際に、発生したコンクリート廃材から再生骨材および再生セメント等の結合材を得るという完全リサイクル化を目指す場合、上述した洗浄工程で用いられるｐＨ調整剤やキレート剤等による洗浄処理はコバルト、ユウロビウムを決定核種として、これらを除去することを目的としており、トリチウム、炭素−１４の除去が十分果たせないという問題がある。このため、放射化コンクリートを完全リサイクル化するためには、これらの核種のクリアランスレベルを満たすことができず、上述したように原子力発電所施設の解体に伴って発生するコンクリート廃材のうち、大量に発生する微粉末のリサイクル化を達成できないという問題がある。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、微粉末の再生製造工程において、炭素−１４及びトリチウムを分離し、放射性物質が分離された微粉末を再生セメント材料、地盤改良材等に使用できるようにした放射化コンクリートのリサイクル処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は原子力発電施設の解体により発生した放射化コンクリートをブロック状に切り出し、該コンクリートブロックを密閉区画内で破砕し、所定粒径の粗骨材、細骨材、および微粉末を分級し、再生材料を製造する再生材料製造工程と、前記再生材料のうち微粉末を、加熱分解炉内に供給し、送気された高温空気で７００℃以上に加熱し、前記微粉末に含有したトリチウム、炭素−１４を分離する加熱処理工程と、前記加熱分解炉内から前記高温空気を環流させる経路上で、該高温空気内に含有する前記トリチウム、炭素−１４を吸着除去する除染工程とを備え、各再生材料は除染が確認された後、前記密閉区画から排出されることを特徴とする。

以上の構成からなる本発明によれば、放射化コンクリートを破砕して得られた微粉末に含有するトリチウム、炭素−１４等の核種を確実に除去することができ、原子力発電施設の解体時に発生するコンクリート廃材のリサイクル化をより有効に進めることができるという効果を奏する。

以下、本発明の放射化コンクリートのリサイクル処理方法の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の放射化コンクリートのリサイクル処理方法の一実施例に用いられるリサイクル処理装置の全体構成を模式的に示した概略ブロック構成図である。原子力発電所施設等の解体工事において、管理区域内の建物の躯体コンクリートを解体した際に発生するコンクリートは、上述したように、炉型にもよるが、たとえば壁厚２m程度の躯体コンクリートであれば、コンクリート表面から数十cm程度までの範囲が放射化しているおそれがある。そこで、処理対象となるコンクリートの放射化した範囲のコンクリートをワイヤソー等で、所定寸法のブロックにして切り出し、本発明で用いるリサイクル処理装置に投入する。

本実施例では、リサイクル処理装置１０は気密性を有する密閉区画を構成するボックス構造からなり、このボックス構造内に設けられた図示しない各破砕装置等の運転により、所定寸法の骨材が再生製造される。その際付帯的に発生する粉塵、廃ガスはボックス構造の一部に設けられた全体除染排気部１１を介して、所定クリアランスレベル以下に除染、除塵され、大気中に排気される。

全体除染排気部１１は、所定フィルタ厚のＨＥＰＡフィルタで構成され、ＨＥＰＡフィルタで塵や所定の放射性物質が除染され通過した排気は、公知の除染センサ１２による検認後、大気中（装置外）に排出される。

除染センサ１２としては、本実施例では公知のＧＭ管方式の公知のβ染核種検知装置等が用いられており、粗骨材、細骨材に付着した状態の、放射性廃棄物としての決定核種の検出レベルがクリアランスレベル以下であることが確認できる。

処理装置のボックス構造の上面には、所定寸法のコンクリートブロックを投入するホッパ１３が配置されている。このホッパ１３の投入口には、図示しないシャッタ等の開閉装置が介装されており、コンクリートブロック１の投入タイミングと内部空気の排気タイミングに応じて開閉可能な、内部の気密性を保持できるようになっている。

処理装置１０の内部には、図１に示したように、１次破砕工程および２次破砕工程を実現する公知の破砕機（図示せず）が連続して、あるいは所定の搬送装置を介して配備されている。本実施例では、１次破砕工程１４のために公知のジョークラッシャが設置され、２次破砕工程１５のためにインパクトクラッシャが設置されている。このインパクトクラッシャの通過後、破砕されたコンクリートは、再生材料製造工程を実現する図示しない公知の分級機あるいは比重選別装置により所定粒径に分級され、所定粒径ごとの粗骨材２、細骨材３と、骨材表面から剥離したセメント等の結合材を主成分とする微粉末４Ｒとに分別され、回収される。

これらのうち、所定の粒径範囲で分級された粗骨材２、細骨材３は、気密性を保持した排出ホッパ１６から処理装置１０外に排出される。また、粗骨材２、細骨材３は、この排出ホッパ１６を通過する前に除染センサ１２により放射線（たとえばβ線）がクリアランスレベル以下であることが確認される。

［加熱処理部の構成］
上述のように、放射化コンクリートが各破砕工程で破砕された後、粗骨材２、細骨材３は、付着している放射性物質がクリアランスレベル以下であることが確認されれば、そのまま再生骨材として使用されるが、本実施例では粒径０．１５mm以下に区分された微粉末４Ｒには、炭素−１４、トリチウムに代表される放射性物質が付着している。そこで、本発明では、加熱処理工程と除染工程とが実施される加熱処理部２０を通過させることで、炭素−１４とトリチウムを除去し、クリアランスレベルを満たしたことが除染センサで確認された微粉末４を得る。なお、微粉末の経路は、図１中、白抜き矢印で表示、そのときの空気の経路は破線矢印で表示されている。

図２は、加熱処理部２０としてのロータリキルン構造タイプの加熱分解炉２１の概略構成を示した説明図である。同図に示したように、この加熱分解炉２１は、横置きの円筒形状をなし、処理装置１０での２次破砕工程１５（図１）を経た微粉末４Ｒが空気を連行した状態で炉内部に連続供給され、微粉末４Ｒと逆方向に炉２１内を送気される熱風（黒矢印線）と接触させることにより、微粉末４Ｒの組成の一部に熱分解を生じさせ、放射性物質の分解除去を図ることができる。加熱分解炉２１の他、加熱処理部２０には、熱風を加熱分解炉２１内に送気する、送気部としての軸流ファン２８と、その送風方向に位置し空気を高温加熱する加熱ヒーター２３と、加熱分解炉２１端部から環流された熱風（廃熱）に含まれる放射性物質を吸着除去する除染部２２と、排気部（排気口１８）とが熱風循環経路２４，２５上に配備されている。加熱ヒーター２３で発生した熱風は、熱風循環経路２４を介して加熱分解炉２１内に送気されるとともに、加熱分解炉２１内を後端から前端に向けて炉内を通過した後、廃熱として加熱分解炉２１の前端に連結された熱風循環経路２５を介して、放射性物質を含んだ状態で除染部２２に環流される。

加熱分解炉２１内には、粉体を軸方向に所定搬送能力で連続搬送可能なスクリューコンベア２６が装備されている。スクリューコンベア２６は図示しない駆動源により所定回転数で回転することで、搬入口２１ａ側から加熱分解炉２１内に連続供給された微粉末４Ｒを十分に撹拌しながら、排出口側２１ｂに連続搬送する。微粉末４Ｒを高温加熱した後の熱風は排熱として熱風循環経路２５を介して回収され、加熱ヒーター２３で再加熱されている。なお、環流側の熱風循環経路２５の一部に、環流される熱風に混じった微粉末４が経路中に堆積しないように振動バイブレータ２７等を設けることも好ましい。

加熱ヒーター２３の熱風送気側の熱風循環経路２４は、加熱分解炉２１の排出口２１ｂ側に連結されており、加熱分解炉２１内に送気された熱風は加熱分解炉２１内をスクリューコンベア２６によって撹拌搬送される微粉末４Ｒの進行方向と逆方向に通過し、微粉末全体が熱風により、均一に熱せられる。本実施例では、加熱分解炉２１内の微粉末４Ｒの温度は７００℃以上に上昇した状態が保持され、加熱分解炉２１の排出口２１ｂ側の除染センサ１２を通過してその後の経路内で徐冷され、処理装置１０外に排出される。

加熱分解炉２１内を微粉末４Ｒの搬送方向と逆向きに通過した熱風は微粉末４Ｒを高温状態におくことにより、加熱分解炉２１内で微粉末４Ｒに化学的変化を生じさせ、その結果、放射性物質としての炭素−１４とトリチウムとがともに分解され、除去された微粉末４となる。そしてこれら分解された放射性物質は加熱分解炉２１の搬入口側２１ａに連結された熱風循環経路２５を通じて廃熱としての熱風とともに、除染部２２に送られる。

ここで、加熱処理工程での作用、すなわち加熱分解炉２１内の微粉末４Ｒが高温下におかれた状況での化学的変化、すなわち放射性物質の分離過程について、簡単に説明する。セメントの水和硬化作用により固化したコンクリートは、高温加熱されると、沸点で自由水が逸散した後、約１８０℃でゲルが崩壊し、第１の脱水段階が進行する。そして約５００℃でポルトランダイト（水酸化カルシウム）が分解し、これによりセメントマトリックスのｐＨが著しく低下し、６００℃以上になるとＣＨＳ相（ケイ酸カルシウム水化物）が分離し、さらに７００℃以上になると、炭酸カルシウムが分解し、二酸化炭素が遊離する。（ＣａＣＯ₃→ＣａＯ＋ＣＯ₂）この状態で炭素−１４（¹⁴Ｃ）がＣＯ₂として分離可能となる。

炭酸カルシウムに関してはカルサイト、アラゴナイト等の結晶形の違いによらず、およそ６００℃付近から分解が始まり、約８００℃の間で分解が終了し、炭酸カルシウムとしては灰化温度（JIS P 8251:2002）９００℃では全て分解することが確認されている。したがって、炭酸ガスの分離を有効に行う観点から加熱分解炉２１内を７００℃程度の高温状態に保持することが好ましい。

ここで、除染工程を実現する一実施例としての除染部２２の構成について、図２を参照して説明する。図２に示したように、熱風循環経路２５で加熱分解炉２１から環流した熱風は、微粉末４Ｒから分離された放射性物質を含んでおり、加熱ヒーター２３の前面側に設けられた除染部２２を通過する。本実施例の除染部２２は、本実施例では、乾燥材を充填した吸着材層２２ａとＨＥＰＡフィルタ層２２ｂが熱風（廃熱）の進行方向に前後方向に積層された構成からなる。また、その排出側には、送気部としての軸流ファン２８が廃熱の循環のために装備されている。したがって、廃熱としての熱風に含まれたトリチウム、炭素−１４等の放射性物質はこの吸着材層２２ａ、ＨＥＰＡフィルタ２２ｂで除去され、放射性物質が除去された廃熱は、ファン２８によって加熱ヒーター２３方向に送られ、除染センサ１２でクリアランスレベルが確認されて切替弁１７を有する排気口１８から大気放出される。具体的には、ガス状態あるいは水酸化カルシウムとして固定化していたトリチウムは酸化液化され、水の形で除染吸着材（たとえばゼオライト、モレキュラーシーブス等の乾燥材）に吸着される。また二酸化炭素に対しては苛性ソーダ等によるｐＨ調整材を用いた吸着材を用いることが好ましい。なお、送気部としては、上述した軸流ファン２８に代えて、適当な送風量が確保できる適当な送気装置を、廃熱経路上の適当な部位に設けることも可能である。

図３は、他の実施例として、ロータリキルン構造の加熱分解炉２１に代えて、密閉性の高いタンク容器構造の加熱分解炉３１を用いた加熱処理部３０の構成を示した模式構成図である。このバッチ式のタンク容器構造の加熱分解炉３１には、ベルトコンベア３２を介して搬送された所定分量の微粉末４Ｒが加熱分解炉３１内にバッチ投入される。そして、炉内の微粉末４Ｒは、炉外に設置された駆動モータ３４の回転により回転駆動する複数枚の撹拌翼３３により撹拌されることにより、均一な高温状態におかれ、上述した放射性物質の分離除去が進行する。この加熱分解炉３１によれば、炉の密閉度がより高まるので、放射性物質の分離をより確実に行うことができる。加熱分解炉３１の外部には上述の実施例と同様の構成からなる除染部２２と加熱ヒーター２３とが熱風循環経路２４，２５を介して連結されており、高温状態で撹拌された放射性物質を含む熱風（廃熱）が分離された放射性物質が除染排気部２２に環流され、吸着材層２２ａ、ＨＥＰＡフィルタ２２ｂを介して除去される。このとき、加熱分解炉３１の下部には一方向弁３６を備えた吸気口３５が設けられており、この吸気口３５からは所定時間加熱状態におかれ、放射性物質が分離された微粉末４を冷却するための清浄な外気が炉３１内に供給される。放射性物質が分離され冷却された微粉末４は下端の排出ホッパ３７から外部のベルトコンベア３８等の搬送手段上に排出される。なお、本実施例では微粉末４Ｒ（４）は加熱分解炉３１内に密閉された状態で高温状態が保持されるので、除染センサ１２は耐熱仕様のものを用い、検知時のみ加熱分解炉３１の一部に挿入して測定できるように移動可能な装置として装備することが好ましい。

本発明の放射化コンクリートのリサイクル処理装置の全体構成を示した模式ブロック構成図。図１に示した加熱処理部の構成の一実施例を模式的に示した構成図。図１に示した加熱処理部の構成の他の実施例を模式的に示した構成図。

符号の説明

１放射化コンクリートブロック
２粗骨材
３再骨材
４Ｒ，４微粉末（４Ｒ：放射性物質を含んだ微粉末、４：分離後の微粉末）
１０リサイクル処理装置
１２除染センサ
２０，３０加熱処理部
２１，３１加熱分解炉
２２除染部
２３加熱ヒーター
２４，２５熱風循環経路
２６スクリューコンベア

Claims

原子力発電施設の解体により発生した放射化コンクリートをブロック状に切り出し、該コンクリートブロックを密閉区画内で破砕し、所定粒径の粗骨材、細骨材、および微粉末を分級し、再生材料を製造する再生材料製造工程と、前記再生材料のうち微粉末を、加熱分解炉内に供給し、送気された高温空気で７００℃以上に加熱し、前記微粉末に含有したトリチウム、炭素−１４を分離する加熱処理工程と、前記加熱分解炉内から前記高温空気を環流させる経路上で、該高温空気内に含有する前記トリチウム、炭素−１４を吸着除去する除染工程とを備え、各再生材料は除染が確認された後、前記密閉区画から排出されることを特徴とする放射化コンクリートのリサイクル処理方法。