JPH03252598A - 放射性廃棄物の処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は硫酸根（ＳＯ４”−）を含有する放射性廃棄物
の処理方法及びその装置に係り、特にセメント等の固化
材で放射性廃棄物を容器に固定化するのに好適な放射性
廃棄物の処理方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所等の放射性物質取扱施設では放射性廃液や
使用済みイオン交換樹脂等の放射性廃棄物が発生する。

従来、これらの放射性廃棄物は、例えば、乾燥処理され
た後、セメント、アスファルトあるいはプラスチックか
らなる固化材で容器内に固化されている。

近年、これらの放射性廃棄物のうち硫酸ナトリウムを含
む廃液等を還元剤の存在下で二酸化けい素等を添加して
加熱溶融処理することにより放射性物質を含むガラス固
体廃棄物とする処理方法が提案されている（例えば特開
昭６１−７９２００号公報）。

この処理方法によれば、硫酸ナトリウムの活性部分であ
る硫酸根が安定な化学状態のものに変換されるので安定
な同化体が形成できるという利点がある。この種の処理
方法としては、上記公報に記載のもののほかに特開昭６
０−１５９６９９号公報、特開昭６１−７９１９９号公
報、特開昭６１−８２１９９号公報、特開昭５９−１０
８９９５号公報及び特開昭６３−１７１３９９号公報に
記載されたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術では、放射性廃棄物を加熱溶融処理して
ガラス化する際にＳＯｘが発生している。

ＳＯｘには放射能が帯びていないので放射性物質の拡散
という点からは問題はないが、ＳＯｘの環境への放出は
酸性雨等の観点から好ましくない。

環境への放出を抑制するためにＳＯｘを捕集した場合に
は捕集したＳＯｘが結果的に硫酸根となり、放射性廃棄
物として再度処理しなければならなくなる可能性もある
。

本発明の目的は、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄
物の硫酸根をＳＯｘの発生を抑えて他の安定な化学形態
の物質に変換して処理することができる放射性廃棄物の
処理方法と装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明では、硫酸ナトリウ
ムを含有する放射性廃棄物にアルカリ土類金属の炭酸塩
若しくは塩化物を加えて放射性廃棄物中の硫酸根を還元
処理するものである（言い換えれば、硫酸ナトリウムを
含有する放射性廃棄物の硫酸根を還元処理する際に、ア
ルカリ土類金属の硫化物が生成されるように放射性廃棄
物中の硫酸根を還元処理するものである）。

アルカリ土類金属の炭酸塩としては炭酸カルシウム、炭
酸マグネシウム、炭酸バリウムが用いられるが経済性等
の観点から炭酸カルシウムが最も望ましい６アルカリ土
類金属の塩化物としては塩化カルシウム、塩化マグネシ
ウム、塩化バリウムが用いられる。炭酸塩と塩化物とで
は反応処理の際に生成する物質が原子力発電所内の再利
用水に混入する場合等を想定するとすれば炭酸塩を用い
る方が望ましい。

上記還元処理は、安全性や処理操作性等の観点から炭素
還元処理であることが望ましい。

本発明の応用例としては、上記還元処理により生成され
るアルカリ土類金属の硫酸化をアルカリ土類金属の炭酸
塩と硫化水素に分解するとともに、該硫化水素を処理方
法が考えられる。

さらに、上記処理により生成された反応生成物をセメン
ト等の固化材により容器内に固定化することにより長期
な安定して放射性廃棄物を保管することができる。

本発明の方法を実施する装置としては、硫酸ナトリウム
を含有する放射性廃棄物を収容する手段と、アルカリ土
類金属の炭酸塩を収容する手段と、硫酸根の還元剤を収
容する手段と、これらの収容手段からの放射性廃棄物、
炭酸塩及び還元剤を受は入れて加熱することにより反応
させる反応容器とから構成することができる。

さらに、上記反応容器からの反応生成物を最終処分用容
器に収容して固化材により固定化する手段を付加して放
射性廃棄物の処理装置を構成することができる。

〔作用〕

次に本発明の原理を炭素還元剤の存在下において炭酸カ
ルシウムを放射性廃棄物に加えて還元する場合を例にと
って説明する。

硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物に炭酸カルシウ
ム及び硫酸根の還元剤としての炭素を添加してこれらが
少なくとも固溶体を作り始める温度まで加熱すると次の
反応が進行する。

・・・（１） この反応により硫酸根は他の安定な物質に変換される。

即ち、反応生成物質には例えば固化材として用いられる
セメント成分と反応してエトリンガイド等の副生成物を
生じるものがなくなる。特に、硫化物であるＣａＳは不
溶性のものであり、固化材で固化した場合には固化材中
に長期に安定して固定化できる。また、この反応ではＳ
Ｏｘの発生が抑制されることになる。上記反応式から、
還元処理の際に硫黄と反応して安定な硫化物をつくる物
質を添加すればよいことが分かる。本発明者によればこ
の物質としてはカルシウム、マグネシウム、バリウム等
のアルカリ土類金属の炭酸塩か塩化物であれば良いこと
が分かっている。

上記反応により生成したＣａＳは更に水と二酸化炭素の
作用により次の反応を起こさせることができる。

Ｈｚ　Ｓ　はＦｅａｒｓ等により酸化処理して硫黄（Ｓ
）と水分（ＨｚＯ）とに容易に分離回収することができ
る。この硫黄には放射性核種が随伴されていないので工
業用原料として利用することができる。そして、水分は
ＣａＳの処理に再利用することができる。また、ＣａＣ
Ｏ５は最初の還元処理に用いることが可能である。この
場合には最初の還元処理で生成されたＮ　ａ　ＺＣＯｓ
を固化材により固定化すれば良いことになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。沸
騰水型原子力発電所（ＢＷＲ発電所）がら出される濃縮
廃液（主成分はＮａｚＳＯａ）は廃液貯蔵タンク１に貯
蔵されている。このタンク１よりバルブ４を介して反応
槽５へ濃縮廃液が導入される。一方、炭酸カルシウムが
、炭酸塩供給タンク２よりバルブ４を介して、また、還
元剤である炭素粉が炭素供給タンク３よりバルブ４を介
してそれぞれ反応槽５へ導入される。反応槽は高温耐圧
構造になっており高温水溶液反応に耐える材料で構成さ
れている。

濃縮廃液貯蔵タンク１内の廃液は導電率計（図示省略）
等によりＮ　ａ　２８０４の含有量が適宜計測されてい
る。炭素塩供給タンク２、炭素供給タンクからのそれぞ
れの導入量は、反応槽に導入した廃液の量に応じて廃液
中の硫酸根が還元され、また硫酸カルシウムが形成され
るのに充分な量となっている。

反応槽には加熱手段が設けられており、導入した物質が
反応するのに充分な温度まで加熱できるようになってい
る。

加熱温度は、導入した物質が固溶体を作り始める温度以
上にすれば十分であり、また硫酸ナトリウムが分解しな
い温度以下とすることが望ましい。

本実施例の場合、おおよそ５００〜８００℃の範囲で加
熱処理することが望ましい。反応槽５内で５００℃以上
約１時間の反応を行ない前述の（１）式の化学反応を進
行させる。

この反応により、ＮａｚＳＯｉは変換されてＮａｚＣＯ
ａとＣａＳが固形物として生成される。

これら固形物のうち硫化物であるＣａＳは安定な化学物
質であり水に不溶であることから同化処理した場合に、
長期に安定して放射性廃棄物を固定化することができる
。また、ＮａｚＣＯ３は水に溶解する物質であるが硫酸
根のように固化材の成分と反応して副生成物を作ること
がないので固化体の劣化などを招くことがない。

反応生成物である固形物を含む廃棄物は反応槽５から処
理済廃棄物貯蔵タンク７へ集められる。

続いてバルブ４を介して固化処理系ライン９へ送られ固
化体として処理される。

上述の説明では反応槽５は常圧で処理したが、反応槽を
高圧に保って反応を進行させれば、前述の（１）と（２
）の反応が進行し、トータル反応として次の反応となる
。

・・・（３） この高温高圧下の反応では、約１時間の反応の後、Ｎａ
ｚＳＯ４は変換されＮａｚＣＯａとＣａ　ＣＯｓが固形
物として生成してくる。この固形物を含む廃液が前述の
実施例と同様に処理済廃棄物貯蔵タンク７へ集められ、
続いてバルブ４を介して固化処理系ライン９へ送られ固
化体として処理される。

一方、反応槽５からは、ガス成分として常圧反応の場合
はＣＯｚが、高温高圧反応の場合はＣＯ２。

Ｈｘ　Ｓ　　が出て来る。Ｈｚ　Ｓ　　が発生する場合
には、反応槽からにガスをＦｅｚｅｓ粒子を用いた流動
床（図示省略）に導入させることにより、Ｈｚ　Ｓ　は
ＦｅｚＯａの表面で接触空気酸化し、イオウ単体と水と
に変換され処理される。反応槽から化学変化によって生
じたガスを徐々に放出することにより放射性核種の飛散
は防げる。実際ＣＣ）ｚ　、　Ｈ２Ｓへは放射性核種は
随伴しない。故に単離したイオウ（Ｓ）は工業原料とし
て再利用可能である。また何らかの処理をして一般廃棄
物として処理することも可能である。続いてＣ○２ガス
と水蒸気は冷却水１１を通している凝縮器６へ導入され
気液分離される。液成分は純度の高い水であり、廃水処
理系ライン１０を介して再利用、あるいは系外放出され
る。ガス系は純度の高い（３０％以上）ＣＯｚ廃ガスで
あり、前述の（２）の反応等におけるＣＯ２源として利
用しても良い。又はオフガス処理系を介してスタッグ８
より大気中へ放出される。

上述の実施例では濃縮廃液を直接反応槽に導入したが濃
縮廃液が乾燥粉体化されている場合にも適用可能である
。原子力発電所では、濃縮廃液が乾燥粉体化され、Ｎ　
ａ　ｚｓ　０４固体になって貯蔵されている場合がある
。この場合は、水溶液に戻して上述の実施例に従って硫
酸根の変換を行っても良いが、固体のまま、炭素粉、Ｃ
ａ　ＣＯ３粉とともにキルンを用いて約５００℃以上で
２〜３時間処理した後固化処理を行っても良い。この場
合は（１）式に示す反応が進行し、ＣＯｚの発生とＮ　
ａ　ｘ　ＣＯａ及びＣａＳの生成で化学反応が停止する
。これをセメント等の無機固化材で固化すれば健全な無
機同化体ができる。

次に本発明を用いて同化に至るフローを第２図を用いて
説明する。ＢＷＲ発電所から出る濃縮廃液（主成分Ｎａ
ｚＳＯ＋）は液戻貯蔵タンク１に貯蔵されている。この
タンクよりバルブ４を介して反応槽５へ導入される。一
方、炭酸カルシウムが、塩供給タンク２よりバルブ４を
介して、炭素粉が炭素供給タンク３よりバルブ４を介し
てそれぞれ反応槽５へ導入される。反応槽５は耐圧構造
になっておる。また反応槽５には撹拌用回転羽１４とヒ
ータ１５がついており反応をコントロールできるように
なっている。ここで硫酸ナトリウムは上述の実施例に記
載の方法にて反応し、硫酸根の変換した処理済廃棄物に
なる。硫酸根の変換に伴って発生したガスは適当な処理
をされた後、冷却水１１の通っている凝縮器６へ導入さ
れ、水成分とガス成分とに分離される。ガス成分はオフ
ガス処理系を経てスタッグ８より大気へ放出される。凝
縮水は充分きれいであるのでそのまま再利用する。

第２図では固化系の水タンク１３へ戻すとしている。再
利用しない場合は、廃水処理系を経て系外放出も可能で
ある。

処理済廃棄物はバルブ４を介して混線槽１６へ導入され
る。混練槽１６には撹拌に必要な回転羽１４がついてお
り、固化材と均質に撹拌可能になっている。混練槽１６
には処理済廃棄物導入と同時に固化材タンク１２よりバ
ルブ４を介して固化材が、水タンク１３よりバルブ４を
介して混練水が導入される。混練水が充分足りる場合は
水タンク１３からの供給を調節する。充分均質に混練し
たのち、固化容器１８に混練槽１６下部のバルブ４を介
して導入し、固化養生する。

ここで、用いる固化材はセメントを代表とする無機固化
材を念頭にフローを述べているが、セメントの他に、セ
メントガラス、ガラス、プラスチック又はアスファルト
であっても良い。また混練槽１６を無くし、直接固化容
器１８内に回転羽を導入し混練するいわゆるインドラム
方式を用いても充分に効果を発揮する。こうして作成し
た固化体は処分するのに充分な強度を示した。本実施例
は反応槽５より出る処理済廃棄物を簡単な水分調節だけ
で固化することができる。

次に本発明を用いてペレット同化に至るフローを第３図
を用いて説明する。ここでは固化に至る主系統だけを述
ベガス処理系については省く。ガス処理系は上述の実施
例に記載の方法に従って行うものとする。

ＢＷＲ発電所から出る濃縮廃棄（主成分Ｎａ１ＳＯａ）
は廃液貯蔵タンク１に貯蔵されている。このタンクより
バルブ４を介して反応槽５へ導入される。

一方、炭酸カルシウムが塩供給タンク２よりバルブ４を
介して、炭素粉が炭素供給タンク３よりバルブ４を介し
てそれぞれ反応槽５へ導入される。

反応槽５は耐圧構造になっている。また反応槽５には撹
拌用回転羽１４とヒータ１５がついており、反応を適時
コントロールできるようになっている。

ここで硫酸ナトリウムは上述の実施例に記載の手順に従
って処理され、硫酸根が変換した処理済廃棄物になる。

硫酸根の変換に伴って副生じたガスは適切に処理される
。Ｈｙ、　Ｓ　　を発生する反応の場合には、イオウと
して隊離される。

処理済廃棄物は反応槽５よりバルブ４を介して回転羽根
型薄膜乾燥機１９へ導入され粉体化される（常圧反応の
場合は、処理済廃棄物は固体状（塊状）で出てくるので
、この薄膜乾燥機のかわりに粉砕機で粉体化することに
なる）。その後粉体貯蔵タンク２０へ集められる。固体
廃棄物は粉体貯蔵タンク２０よりバルブ４を介して造粒
機２１に送られここでペレット２２に成形される。

ペレットに成形された後固化容器１８へ導入し。

同化処理を行う。ペレット同化に用いる固化材は、あら
かじめ混練されたものが良い。次に同化相系について述
べると、セメント等の固化材は固化材タンク１２よりバ
ルブ４を介して混練槽１６へ導入される。一方混練水は
水タンク１３よりバルブ４を介して混線槽１６へ導入さ
れる。混練槽１６にはモーターで回る回転羽１４がつい
ており均質に混線できるようになっている。十分に混練
された固化材はバルブ４を介してあらかじめペレット２
２で満されている固化容器１８へ充填される。

充填後約１週間で硬化が終了し硬化固化材２３となる。

ここで用いる固化材はセメント、セメントガラス、ガラ
ス等の無機固化材、又はプラスチック、アスファルト等
の有機固化材が適当である。ペレット化した後、セメン
トで固化した固化体は、処分用として充分な性能を示し
た。

次に本発明を用いて処理した後、粉体化しそのまま固化
に至るフローを第４図を用いで説明する。

ここでも上述のペレット化する実施例と同様に、固化に
至る主系統だけ述ベガス処理系については説明を省略す
る。ガス処理系は先の実施例中に述べた方法によって行
うものとする。ＢＷＲ発電、所から出る濃縮廃液（主成
分Ｎ　ａ　２８０４）は廃液貯蔵タンク１に貯蔵されて
いる。このタンクよりバルブ４を介して反応槽５へ導入
される。一方、炭酸カルシウムが塩供給タンク２よりバ
ルブ４を介してそれぞれ反応槽５へ導入される。反応槽
５は耐圧構造になっている。また反応槽５には撹拌用回
転羽１４とヒータ１５が付いており１反応を適時コント
ロールできるようになっている。ここで硫酸ナトリウム
は先の実施例に記載の手順に従って処理され、硫酸根が
変換した処理済廃棄物になる。硫酸根の変換に伴って副
生じたガスは適切な方法で処理される。Ｈｚ　Ｓ　　を
発生する反応の場合にはイオウは単離回収されるか又は
硫酸として回収される。

処理済廃棄物は反応槽５よりバルブ４を介して回転羽根
型薄膜乾燥機１９へ導入され粉体化される。その後粉体
貯蔵タンク２０へ集められる。固体廃棄物は粉体貯蔵タ
ンク２０よりバルブ４を介して撹拌Ｗｊ２．４へ導入さ
れる７一方面化材は固化材タンク１２よりバルブ４を介
して混練槽１６へ導入さｉｔ、　、、こ、二で水タンク
１３よりバルブ４を介して導入された混練水と充分に混
合される。混線槽１６にはモータで回転する回転羽１４
が撹拌用に付いており均質に混練される。その後バルブ
４を介して撹拌槽２４へ導入され廃棄物と混合される。

撹拌槽２４にはモータで回る回転羽１４が付いており廃
棄物と固化材とが均質に混練される。

その後バルブ４を介して固化容器１８に導入される。約
１週間の養生で均質固化体１７となる６本発明により作
製した均質同化体は以前の同化体と同等以上の水に対す
る健全性を示した。ここで用いる固化材はセメント、セ
メントガラス、ガラス等の無機固化材、又はプラスチッ
ク、アスファルト等の有機固化材が適当である。又、撹
拌槽２４に廃棄物と固化材、混練水を同時に導入して混
合しても良く、この場合は混練槽１６を省くことが可能
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、硫酸ナトリウム（Ｎ　ａ　２Ｓ　０４
）中の硫酸根（ＳＯ４”−）を別の安定な化学形に変換
した後同化処理することができるので、長期に安定して
廃棄物を固定化できる。

また、硫酸根かぁ・また場合には用いられない固仕材も
使用することが可能となる。即ち凡ゆる固什材が使用可
的でその固化体はより健全なものを作製できろ２、 また硫酸根のイオウはＳＯｘとして反応の際に放出され
ないので環境への影響をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であり、硫酸根変換プロセス
を示し、、た図、第２図は本発明を用いて均質固化に至
ろプロセスを示したフロー図、第３図は本発明を用いて
ペレット固化に至るプロセスを示したフロー図、第４図
は本発明を用いて均質同化体を作るもう一つ別のフロー
図である。 Ｊ・・・濃縮廃棄貯蔵タンク、２・・・塩供給タンク、
３・・・炭素供給タンク、４・・・バルブ、５・・・反
応槽、６・・・凝縮器、７・・・処理済廃棄物貯蔵タン
ク、８・・・スタッグ、９・・・同化処理系ライン、１
０・・・廃水処理系ライン、１１・・・冷却水、１２・
・・固化材タンク、１３・・・水りＩグ、１／１・・・
回転羽、１５・−・ヒータ。 １６・・・混練槽、１７・・・均質固化体、１８・・・
固化容器、１，９・・・回転羽根型薄膜乾燥機、２０・
・・粉体貯蔵タンク、２１・・・造粒機、２２・・・ペ
レット、２３第 １ 図 第 図 ８ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物にアルカリ
   土類金属の炭酸塩を加えて前記放射性廃棄物中の硫酸根
   を還元処理することを特徴とする放射性廃棄物の処理方
   法。 ２、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物にアルカリ
   土類金属の塩化物を加えて前記放射性廃棄物中の硫酸根
   を還元処理することを特徴とする放射性廃棄物の処理方
   法。 ３、請求項１または２に記載の放射性廃棄物の処理方法
   において、 前記還元処理は炭素還元処理であることを特徴とする放
   射性廃棄物の処理方法。 ４、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物の硫酸根を
   炭素還元処理する際に、アルカリ土類金属の硫化物が生
   成されるように前記放射性廃棄物中の硫酸根を還元処理
   することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。 ５、請求項１、２または４に記載の放射性廃棄物の処理
   方法において、 前記還元処理により生成されるアルカリ土類金属の硫化
   物をアルカリ土類金属の炭酸塩と硫化水素に分解すると
   ともに、該硫化水素を酸化処理して硫黄と水分とに分離
   回収することを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。 ６、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物にアルカリ
   土類金属の炭酸塩を加えて前記放射性廃棄物中の硫酸根
   を還元処理する工程と、 前記還元処理により生成されるアルカリ土類金属の硫化
   物をアルカリ土類金属の炭酸塩と硫化水素に分解する工
   程と、 前記硫化水素を酸化処理して硫黄と水分とに分離回収す
   る工程と を含むことを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。 ７、沸騰水型原子力発電所から発生する放射性廃棄物に
   アルカリ土類金属の炭酸塩及び炭素を加え、５００〜８
   ００℃に加熱処理することを特徴とする放射性廃棄物の
   処理方法。８、請求項１、２、４、６または７に記載の
   放射性廃棄物の処理方法において、 前記処理により生成された反応生成物を固化材により容
   器内に固定化することを特徴とする放射性廃棄物の処理
   方法。 ９、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃棄物を収容する
   手段と、 アルカリ土類金属の炭酸塩を収容する手段と、硫酸根の
   還元剤を収容する手段と、 前記放射性廃棄物、炭酸塩及び還元剤を収容し、これら
   を加熱して反応させる反応容器とを有することを特徴と
   する放射性廃棄物の処理装置。 １０、請求項９に記載の放射性廃棄物の処理装置におい
   て、 前記反応容器からの反応生成物を容器に収容して固化材
   により固定化する手段を有することを特徴とする放射性
   廃棄物の処理装置。