JP6250651B2 - 熱間等方圧加圧(hip)によって放射性含有物質を圧密化する方法 - Google Patents
熱間等方圧加圧(hip)によって放射性含有物質を圧密化する方法 Download PDFInfo
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-
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Description
本願は、米国非仮出願第13/488,376号(2012年6月4日出願)を基礎とする優先権の利益を主張する。該出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
本開示は、概して、熱間等方圧加圧(HIP)によって、放射性物質を圧密化する方法に関する。特に、本開示は、新規の底部装填HIP方法に基づく、放射性物質のための偏在的圧密化技法に関する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
放射性物質を含むか焼物質を圧密化する方法であって、前記方法は、
放射性核種含有か焼物を少なくとも1つの添加剤と混合し、HIP前粉末を形成することと、
前記HIP前粉末を被覆管の中に装填することと、
前記被覆管を密閉することと、
前記密閉された被覆管をHIP容器の底部を通して装填することと、
前記HIP容器を閉鎖することと、
温度1000℃〜1250℃および圧力30〜100MPaで、10〜14時間の間、前記HIP容器内の前記密閉された被覆管を熱間等方圧加圧することと
を含む、方法。
(項目2)
前記密閉された被覆管内の前記HIP前粉末を前記HIP容器内に装填することに先立って、前記HIP前粉末を予加熱することをさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記予加熱することは、前記HIP前粉末を前記HIP前粉末から過剰な湿気を除去するために十分な温度まで加熱することを含む、項目1または2に記載の方法。
(項目4)
前記過剰な湿気を除去するために十分な温度は、100℃〜400℃の範囲である、項目1〜3のいずれか一項に記載の方法。
(項目5)
前記予加熱することは、前記HIP前粉末を前記粉末中に存在するいかなる放射性核種も揮発させずに、望ましくない成分を駆除するために十分な温度まで加熱することを含む、項目2または3に記載の方法。
(項目6)
前記粉末中に存在するいかなる放射性核種も揮発させずに、望ましくない成分を駆除するために十分な温度は、400℃〜900℃の範囲である、項目5に記載の方法。
(項目7)
前記HIP前粉末を前記HIP被覆管の中に装填することに先立って、前記HIP前粉末を予加熱することをさらに含む、項目1〜6のいずれか一項に記載の方法。
(項目8)
最大600℃の温度にある間、前記予加熱された粉末および被覆管を前記HIP容器の中に装填することをさらに含む、項目7に記載の方法。
(項目9)
前記被覆管を前記HIP容器の底部を通して装填することは、自動装填システムの少なくとも1つのロボットを使用することを含む、項目1〜8のいずれか一項に記載の方法。
(項目10)
前記被覆管を前記HIP容器の中に装填することに先立って、前記被覆管を真空化および密閉することをさらに含む、項目1〜9のいずれか一項に記載の方法。
(項目11)
前記HIP前粉末は、60〜80%の放射性か焼物を含む、項目1〜10のいずれか一項に記載の方法。
(項目12)
放射性か焼物の添加剤に対する比は、重量で約80:20である、項目11に記載の方法。
(項目13)
前記添加剤は、前記か焼物と結合されると、前記熱間等方圧加圧後、セラミック鉱物またはガラス/セラミック物質を形成する、BaO、CaO、Al 2 O 3 、TiO 2 、およびSiO 2 から選定される、少なくとも1つの酸化物を含む、項目1〜12のいずれか一項に記載の方法。
(項目14)
前記セラミック鉱物またはガラス/セラミックは、ホランダイト(BaAl 2 Ti 6 O 16 )、ジルコノライト(CaZrThO 7 )、およびペロブスカイト(CaTiO 3 )を含む、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記被覆管は、ステンレス鋼を含む、項目1〜14のいずれか一項に記載の方法。
(項目16)
前記HIP容器の底部を通して装填することに先立って、前記被覆管を格納容器の内側に封じ込めることをさらに含む、項目1〜15のいずれか一項に記載の方法。
(項目17)
前記被覆管をその中に含む前記格納容器を前記HIP容器の底部閉鎖部に位置付け、続いて、前記底部閉鎖部を持ち上げ、固定し、前記HIP容器を密閉することをさらに含む、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記被覆管を密閉することは、前記被覆管を溶接することを含む、項目1〜17のいずれか一項に記載の方法。
(項目19)
熱間等方圧加圧後、前記被覆管を前記HIP容器内で冷却することをさらに含む、項目1〜18のいずれか一項に記載の方法。
(項目20)
熱間等方圧加圧後、前記被覆管を冷却することに先立って、前記被覆管を前記HIP容器から除去することをさらに含む、項目1〜19のいずれか一項に記載の方法。
本明細書で使用される場合、「か焼物」は、SNFからのウランの第1のサイクルの溶媒抽出後に残留する固化された液体廃棄物流、および燃料の第2および第3のサイクル抽出からの濃縮廃棄物である。
・より高い処理廃棄物装填率(より少ない廃棄キャニスタ)
・最大体積の縮小(処理または直接廃棄のための処分場コストの節約)
・向上した処理上の化学的耐久性(より低い環境リスク)
・より高い処理柔軟性(全か焼物に対して1つの添加剤組成物)
・低排ガス放出量
・高度な汚染制御
・液体廃棄物を発生させない
・最小修正を伴う既存の設備の再使用
述べられたように、か焼された液体廃棄物の主要源は、使用済み核燃料溶解および後続ウラン抽出からのラフィネート(廃棄物溶液)であった。他の廃棄物源として、機器浄化、ウラン精製(第2および第3のサイクルのラフィネート)、ならびにイオン交換水処理システムと排ガス処理システムを含む支援動作、および放射性物質の実験分析が挙げられた。
本発明の方法の一例示的実施形態では、か焼物は、サージタンク放出回転弁を通して、か焼物供給ブレンダ内に移送される。か焼物供給ブレンダ計量セルは、総移送量を制御する。移送の間、か焼物供給ブレンダは、焼結金属ブローバックフィルタを通して、中央換気システムに通気される。
AlおよびZr等の金属含有か焼生成物は、重金属等の望ましくない成分およびHIP前粉末中に存在する過剰な湿気を除去するために、HIPに先立って、焼成される必要がある。例えば、一実施形態では、Alか焼物は、HIP試験に先立って、900℃(1,652°F)まで焼成される。焼成の目的は、Hgを撥ね飛ばし、HIP処理の前にか焼を完了することであった。平均的RCRA金属試験の場合、Hgは、1.04〜0.54重量%まで還元された。最大RCRA金属試験の場合、Hgは、2.25〜0.36重量%まで還元された。実際のAlか焼物は、400℃(752°F)で生成された。好ましい設計アプローチは、か焼物を100℃(212°F)まで焼成し、過剰な水分を除去するものである。900℃(1652°F)までの焼成は、Cs−137を排ガスシステム中に揮発させるであろう。
Claims (19)
- 放射性物質を含むか焼物質を圧密化する方法であって、前記方法は、
放射性核種含有か焼物を少なくとも1つの添加剤と混合し、HIP前粉末を形成することと、
前記HIP前粉末を被覆管の中に装填することと、
前記被覆管を密閉することと、
前記密閉された被覆管をHIP容器の底部を通して装填することと、
前記HIP容器を閉鎖することと、
温度1000℃〜1250℃および圧力30〜100MPaで、10〜14時間の間、前記HIP容器内の前記密閉された被覆管を熱間等方圧加圧することと
を含む、方法。 - 前記密閉された被覆管内の前記HIP前粉末を前記HIP容器内に装填することに先立って、前記HIP前粉末を予加熱することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記予加熱することは、前記HIP前粉末から過剰な湿気を除去するために十分な温度まで前記HIP前粉末を加熱することを含み、前記過剰な湿気を除去するために十分な温度は、100℃〜400℃の範囲である、請求項2に記載の方法。
- 前記予加熱することは、前記HIP前粉末中に存在するいかなる放射性核種も揮発させずに、望ましくない成分を駆除するために十分な温度まで前記HIP前粉末を加熱することを含み、前記望ましくない成分は、重金属および過剰な湿気を含み、前記過剰な湿気を除去するために十分な温度は、100℃〜400℃の範囲である、請求項2または3に記載の方法。
- 前記HIP前粉末中に存在するいかなる放射性核種も揮発させずに、望ましくない成分を駆除するために十分な温度は、400℃〜900℃の範囲である、請求項4に記載の方法。
- 前記HIP前粉末を前記被覆管の中に装填することに先立って、前記HIP前粉末を予加熱することをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 最大600℃の温度にある間、前記予加熱されたHIP前粉末および被覆管を前記HIP容器の中に装填することをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記被覆管を前記HIP容器の底部を通して装填することは、自動装填システムの少なくとも1つのロボットを使用することを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記被覆管を前記HIP容器の中に装填することに先立って、前記被覆管を真空化および密閉することをさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記HIP前粉末は、60〜80%の放射性か焼物を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 放射性か焼物の添加剤に対する比は、重量で約80:20である、請求項10に記載の方法。
- 前記添加剤は、前記か焼物と結合されると、前記熱間等方圧加圧後、セラミック鉱物またはガラス/セラミック物質を形成する、BaO、CaO、Al2O3、TiO2、およびSiO2から選定される、少なくとも1つの酸化物を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック鉱物またはガラス/セラミックは、ホランダイト(BaAl2Ti6O16)、ジルコノライト(CaZrThO7)、およびペロブスカイト(CaTiO3)を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記被覆管は、ステンレス鋼を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記HIP容器の底部を通して装填することに先立って、前記被覆管を格納容器の内側に封じ込めることをさらに含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記被覆管をその中に含む前記格納容器を前記HIP容器の底部閉鎖部に位置付け、続いて、前記底部閉鎖部を持ち上げ、固定し、前記HIP容器を密閉することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記被覆管を密閉することは、前記被覆管を溶接することを含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 熱間等方圧加圧後、前記被覆管を前記HIP容器内で冷却することをさらに含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 熱間等方圧加圧後、前記被覆管を冷却することに先立って、前記被覆管を前記HIP容器から除去することをさらに含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
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