JP6268514B2

JP6268514B2 - 放射性物質含有可燃物の焼却処理方法

Info

Publication number: JP6268514B2
Application number: JP2013208080A
Authority: JP
Inventors: 多田　光宏; 光宏多田; 洋平冨田
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2015072198A

Description

本発明は放射性物質含有可燃物の焼却処理方法に関する。

近年、原子力発電所事故により、放射性物質が広範囲に拡散し、汚染された農林業系廃棄物が大量に発生し、その処理問題に直面している。

放射性物質のうち、特に半減期が約３０年と長いセシウム−１３７により汚染された廃棄物の処理が問題となっている。

可燃物を含む汚染廃棄物の保管場所を確保するためには、その汚染廃棄物を減容化することが必要であり、減容化する方法として焼却処理が有効である。焼却処理に用いられる焼却炉の一例としては、特許文献１に開示されているような横型の回転炉（キルン）も知られている。特許文献１では、汚染物質（廃棄物）の焼却中での放射性物質の漏洩防止のために密封性を考慮した回転炉を提案している。

特許文献１の形式の焼却炉でも、あるいは他の形式の焼却炉によっても、放射性物質を含む可燃性廃棄物を焼却すると、多くの放射性物質は蒸発してその後凝縮し飛灰に付着して、飛灰に移行して濃縮され、放射性物質の一部が主灰へ移行する。例えば、放射能量１万Ｂｑ／ｋｇの放射性物質を含む可燃性廃棄物を焼却すると、主灰の放射能量は３万Ｂｑ／ｋｇで、飛灰の放射能量は２４万Ｂｑ／ｋｇとなり、飛灰の放射能量の方が高い。

放射能汚染物質特別措置法で定められているように、飛灰は、その放射能量が１０万Ｂｑ／ｋｇ以下である場合には、管理型埋立処理が可能であるが、１０万Ｂｑ／ｋｇを超える飛灰は、中間貯蔵施設に保管する必要があり、上記管理型埋立処理に比べて、処分方法が極めて困難になる。

一方、主灰中の放射性物質は、飛灰と異なり水に溶出しにくい形態となっており、難溶性化合物に変化している。

かかる状況のもとで、放射性物質含有可燃物を焼却処理するに際し、放射性物質、例えば、放射性セシウムが蒸発して飛灰に移行することを抑制し、極力主灰へ移行させて、飛灰における放射能量を低下させるためには、上記放射性物質含有可燃物に、二酸化ケイ素含有物を添加して焼却するとよいことを発明者らは見出している。

特開２０１０−０３８５３４

放射性物質含有可燃物を焼却させる際に添加される二酸化ケイ素含有物には、主成分である二酸化ケイ素の他に、塩基性酸化物や中性酸化物が含まれており、塩基性酸化物そして中性酸化物のいずれも焼却処理中での放射性物質、例えば放射性セシウムの蒸発を促進させる。そのため、二酸化ケイ素含有物に含まれる塩基性酸化物や中性酸化物は少ない方が好ましいが、好ましい含有率の範囲については、知られていなかった。

そこで、本発明は、放射性物質含有可燃物（廃棄物）を焼却する際に、塩基性酸化物や中性酸化物の含有量がどの位の範囲の二酸化ケイ素含有物を添加すれば、放射性物質の蒸発を抑制し、放射性物質の飛灰への移行を抑制し、主灰に移行させるのに好ましいかを明確にした放射性物質含有可燃物の焼却方法を提供することを課題とする。

本発明によると、上述の課題は、次の第一ないし第三発明のいずれによっても解決される。

＜第一発明＞
放射性物質含有可燃物へ二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理する方法において、二酸化ケイ素含有物に含まれる塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を１０質量％以下にすることを特徴とする放射性物質含有可燃物の焼却処理方法。

＜第二発明＞
放射性物質含有可燃物へ二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理する方法において、二酸化ケイ素含有物に含まれる中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を４０質量％以下にすることを特徴とする放射性物質含有可燃物の焼却処理方法。

＜第三発明＞
放射性物質含有可燃物へ二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理する方法において、二酸化ケイ素含有物に含まれる塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を１０質量％以下にするとともに、中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を４０質量％以下にすることを特徴とする放射性可燃物の焼却処理方法。

このような構成の第一ないし第三発明のいずれかにもとづいて、放射性物質含有可燃物を焼却すると、これに含まれている放射性物質（例えば、放射性セシウム）が蒸発しその後凝縮して飛灰に付着する反応が進行するが、二酸化ケイ素含有物を添加して焼却すると、放射性セシウムが二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）と反応して複合酸化物を生成し、該複合酸化物は主灰に含まれ放射性セシウムが主灰へ移行する。したがって、その分、蒸発しその後凝縮し飛灰に付着して飛灰へ移行する、放射性セシウムの量が低減されて飛灰の放射能量が抑制される。

本発明に用いられる二酸化ケイ素含有物は、主成分である二酸化ケイ素の他に、塩基性酸化物、中性酸化物が含まれており、塩基性酸化物としては、例えばＣａＯ，Ｎａ_２Ｏ，ＭｇＯ，Ｋ_２Ｏ、中性酸化物としては、例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３が挙げられる。

二酸化ケイ素含有物に塩基性酸化物が含まれている場合、この塩基性酸化物が放射性セシウムの近傍に存在すると、放射性セシウムの化学ポテンシャルを増加させて蒸発を促進させてしまう。本願の発明者は、これを防ぐためには、塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率が１０質量％以下が好ましい、ということを見い出した。

また、中性酸化物が放射性セシウムの近傍に過剰に存在すると、同様に放射性セシウムの化学ポテンシャルを増加させて放射性セシウムの蒸発を促進させる。本願の発明者は、この中性酸化物については、二酸化ケイ素に対する該中性酸化物の比率が４０質量％以下であると、上記蒸発を抑制できることを見い出した。二酸化ケイ素含有物に塩基性酸化物と中性酸化物の両者が含まれている場合、塩基性酸化物と中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率は１０質量％以下、４０質量％以下であることが好ましいことをも見い出した。

本発明は、このように、放射性物質含有可燃物を焼却処理に際し、塩基性酸化物や中性酸化物を含む二酸化ケイ素含有物を添加して焼却することとし、二酸化ケイ素に対する塩基性酸化物、中性酸化物の比率が、それぞれ１０質量％以下、４０質量％以下としたので、この範囲の比率で、放射性物質の蒸発を抑制する状況下で、二酸化ケイ素を放射性物質と反応させて複合酸化物とすることができ、その結果、放射性物質の蒸発を抑制して飛灰に移行させずに主灰へ移行させることができ、その処理を容易とする。

本発明の一実施形態装置の概要構成図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態装置の概要構成図である。

図１において、符号１は放射性物質を含む廃棄物等の可燃物（以下、放射性物質含有可燃物）を燃焼するための焼却炉であり、符号２で示されるフィルタ装置がこれに接続して設けられている。焼却炉１の構造形式に限定はなく、横型の回転炉（キルン）、竪型の各種の焼却炉などを用いることができ、その燃焼形式も、可燃性廃棄物を連続して供給して燃焼させる連続燃焼式あるいは、可燃性廃棄物を逐次供給してその都度燃焼を行うバッジ燃焼式等、種々の形式を採用できる。好ましくは、放射性物質含有可燃物を燃焼した際に蒸発した放射性物質が付着した飛灰の炉外への漏洩を防止するよう、密封性の高い焼却炉が用いられる。

上記焼却炉１は、放射性物質含有可燃物の供給を受けると共に、二酸化ケイ素含有物の添加供給をも受けるようになっている。該焼却炉１では、放射性物質含有可燃物の燃焼により、主灰と飛灰を生ずる。

上記焼却炉１に接続されているフィルタ装置２は、焼却炉１から排ガスと共に飛灰を受け、飛灰をフィルタ部材で捕集して除染された排ガスを排出するようになっている。フィルタ装置２は、その形式に限定はなく飛灰の捕集能力を有していればよく、フィルタ部材の種類、フィルタ部材の配置構造等、種々のものが適用可能である。

かかる焼却炉１そしてフィルタ装置２を有する本実施形態装置では、次の要領で放射性物質含有可燃物は焼却処理される。

放射性物質で汚染された可燃性廃棄物等の放射性物質含有可燃物を焼却炉１へ適宜量だけ連続してあるいは間欠的に逐次投入する。上記焼却炉１への放射性物質含有可燃物の投入は、二酸化ケイ素含有物の添加のもとに行われる。添加される二酸化ケイ素含有物は、通常、主成分たる二酸化ケイ素の他に、塩基性酸化物や中性酸化物も含まれている。二酸化ケイ素は、放射性物質含有可燃物の焼却中に、放射性物質と反応して複合酸化物を生じる。その結果、放射性物質が蒸発凝縮して飛灰に付着し飛灰へ移行することを抑制し、放射性物質は複合酸化物として主灰の方へ移行する。一方、上記二酸化ケイ素含有物に含まれている塩基性酸化物（例えば、ＣａＯ，Ｎａ_２Ｏ，ＭｇＯ，Ｋ_２Ｏ）や中性酸化物（例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３）は、放射性物質の近傍に存在すると放射性物質の化学ポテンシャルを増加させて蒸発を促進させ、放射性物質の飛灰への移行を促進させてしまい、二酸化ケイ素とは逆に作用する。そこで、本発明では、二酸化ケイ素含有物に含有されている塩基性酸化物や中性酸化物の含有量がどの程度までならば、二酸化ケイ素がもたらす放射性物質の蒸発の抑制という効果を実質的に阻害することがないかを見い出すべく試行した。

試行の結果、塩基性酸化物そして中性酸化物のそれぞれが二酸化ケイ素含有物に含まれる量を、二酸化ケイ素に対して塩基性酸化物が１０質量％以下、そして中性酸化物が４０質量％以下とすると、良好な結果が得られることを見い出し、それを許容値として見い出した。二酸化ケイ素含有物が実質的に塩基性酸化物と中性酸化物の一方を含有しているという場合でも、両者を含有している場合でも、上述した許容値は変わらない。

このような許容値以下の塩基性酸化物や中性酸化物を含む二酸化ケイ素含有物が添加されると、塩基性酸化物や中性酸化物によって放射性物質の蒸発が促進されても許容される範囲に抑制されている状態のもとで、二酸化ケイ素が放射性物質と反応して難溶性複合酸化物を生成し、該複合酸化物が主灰に含まれ、放射性物質が主灰へ移行する。二酸化ケイ素含有物に含まれる上記塩基性酸化物や中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を上記許容範囲とすることで、放射性物質は蒸発が抑制されたとはいえ、若干は蒸発し、凝縮して飛灰へ付着し飛灰の方へ移行するが、飛灰へ移行する放射性物質の量を大幅に低減できる。

主灰は、主灰自体の量が多いため放射性物質の主灰に対する比率は極めて小さく、しかも放射性物質は難溶性の複合酸化物となっているので、焼却炉１から排出された後、管理型埋立処分可能となる。

一方、飛灰はフィルタ装置２へ送られ、ここでフィルタ部材により捕集され、除塵後の排ガスが排出される。放射性物質の多くは複合酸化物となって主灰へ移行してしまっているので、フィルタ部材で捕集された飛灰に含まれる放射性物質の量が大幅に少なくなっている。飛灰の放射能量が、設定値以下であれば、管理型埋立処分により、仮に設定値以上であれば中間貯蔵施設で保管される。

＜実施例＞
以下、図１のごとくの構成の本実施形態装置にもとづいて行われた実験結果を実施例として説明する。

この実験では、放射性物質を含む可燃性廃棄物を放射性物質含有可燃物として、焼却炉にて焼却する際に、二酸化ケイ素含有物を添加して放射性物質の蒸発を抑制した。その際、二酸化ケイ素含有物に含まれる塩基性酸化物と中性酸化物の放射性物質の蒸発を促進する影響の程度と、それぞれの二酸化ケイ素に対する重量比率との関係を調べた。

［実験方法］
放射性物質としての放射性セシウムの代わりに塩化セシウム（ＣｓＣｌ，安定セシウムＣｓ−１３３）を溶解した水溶液を稲わらに散布してセシウムを含む可燃性廃棄物供試体として作成した。

表１に示す比率の塩基性酸化物、中性酸化物を含む二酸化ケイ素含有物を、供試体に対して１０質量％添加して試料とし、アルミナ製るつぼに挿入して、８００℃の大気雰囲気下で加熱し焼却した。焼却後、試料の焼却残渣を化学分析し、焼却前試料中のセシウムに対する焼却残渣（主灰に相当する）中のセシウム重量の比率をセシウム残留率として求めた。結果を表１に示す。

表１においてＳｉＯ_２含有率とは、二酸化ケイ素含有物中に含まれる二酸化ケイ素の二酸化ケイ素含有物に対する重量比率である。

本実施例において、セシウム残留率が５０％以上であれば、多くのセシウムが焼却残渣に移行して効果があると判定した。この表１から判るように、塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を１０質量％以下にすること、中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率を４０質量％以下にすることという、許容値以下の塩基性酸化物そして中性酸化物を含んでいる二酸化ケイ素含有物を添加することにより、セシウムの蒸発を抑制し、セシウムを主灰（焼却残渣）に多く移行させる効果があることを確認した。

１焼却炉

Claims

放射性物質含有可燃物に塩基性酸化物を含む二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理し、放射性物質と二酸化ケイ素とを反応させ複合酸化物を生じさせ、放射性物質が蒸発し凝縮して飛灰に付着し飛灰へ移行することを抑制し、放射性物質を複合酸化物として主灰へ移行させる放射性物質含有可燃物の焼却処理方法において、
塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率が８質量％以下の二酸化ケイ素含有物を添加することにより、塩基性酸化物が放射性物質の化学ポテンシャルを増加させ蒸発を促進させても許容される範囲に抑制している状態のもとで、二酸化ケイ素を放射性物質と反応させ複合酸化物を生成して、複合酸化物を主灰に含ませ放射性物質を主灰へ移行させて、主灰中の放射性物質の重量比率を所定値以上とすることを特徴とする放射性物質含有可燃物の焼却処理方法。
放射性物質含有可燃物に中性酸化物を含む二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理し、放射性物質と二酸化ケイ素とを反応させ複合酸化物を生じさせ、放射性物質が蒸発し凝縮して飛灰に付着し飛灰へ移行することを抑制し、放射性物質を複合酸化物として主灰へ移行させる放射性物質含有可燃物の焼却処理方法において、
中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率が３６質量％以下の二酸化ケイ素含有物を添加することにより、中性酸化物が放射性物質の化学ポテンシャルを増加させ蒸発を促進させても許容される範囲に抑制している状態のもとで、二酸化ケイ素を放射性物質と反応させ複合酸化物を生成して、複合酸化物を主灰に含ませ放射性物質を主灰へ移行させて、主灰中の放射性物質の重量比率を所定値以上とすることを特徴とする放射性物質含有可燃物の焼却処理方法。
放射性物質含有可燃物に塩基性酸化物と中性酸化物とを含む二酸化ケイ素含有物を添加して焼却炉で焼却処理し、放射性物質と二酸化ケイ素とを反応させ複合酸化物を生じさせ、放射性物質が蒸発し凝縮して飛灰に付着し飛灰へ移行することを抑制し、放射性物質を複合酸化物として主灰へ移行させる放射性物質含有可燃物の焼却処理方法において、
塩基性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率が８質量％以下で中性酸化物の二酸化ケイ素に対する比率が３０質量％以下の二酸化ケイ素含有物を添加することにより、塩基性酸化物と中性酸化物が放射性物質の化学ポテンシャルを増加させ蒸発を促進させても許容される範囲に抑制している状態のもとで、二酸化ケイ素を放射性物質と反応させ複合酸化物を生成して、複合酸化物を主灰に含ませ放射性物質を主灰へ移行させて、主灰中の放射性物質の重量比率を所定値以上とすることを特徴とする放射性物質含有可燃物の焼却処理方法。