JPH0356439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、照射済み燃料要素の溶解中に得られ
る微細物（フアインズ）および照射済み燃料要素
の機械的脱被覆加工および／または切断作業中に
得られる塵埃のごとき放射性金属粒子によつて構
成される廃棄物調節方法に関するものである。 照射済みの核燃料要素の再処理用装置におい
て、従来の方法はまず硝酸溶液内での次に生ずる
燃料の融解を容易にするために、例えば切断また
はせん断によつて実施される予備の機械的処理を
燃料要素に受けさせてなる。この作業中、塵埃の
形成を回避することは無難しくかつかかる放射性
金属塵埃は再処理するのに使用される溶液中で主
として不溶であり、その結果それらは回収されか
つ調節を受けねばならない。同一方法において、
燃料要素の溶解中、ある金属粒子は、それらがチ
ツ素含有溶液中で不溶でありかつ一般に「溶解微
細物（デイゾルビング・フアインズ）」と呼ばれ
るものを構成するため、侵されない。溶解微細物
は本質的にルテニウム、ロジウムパラジウム、モ
リブデンによつてかつより少ない程度でジルコニ
ウム、ニオビウム、テクネチウム、ラフニウムお
よびプルトニウムによつて構成される。例えば、
添付の表は軽水炉および高速中粒子炉からの溶解
およびせん断微細物の性質および組成を示す。 これらの金属粒子は、プラチナ群の顕著な量の
金属の存在に拘らず、短期間基準でバロライズし
難い高放射性廃棄物を形成する。 加えて、十分な安全状態で長期間貯蔵されるこ
とを保証するために廃棄物を処理することが必要
である。 これらの不溶性放射性粒子の量および寸法が照
射レベルで増大するという事実に鑑みて、かかる
廃棄物を処理する問題が、その燃料要素が高比燃
焼度に従う軽水炉および高速中性子炉の開発に重
要さを増している。 かくして、軽水炉燃料からの１メートルトンの
ウラニウムの処理が約3.5Kgの溶解微細物を与え
かつ高速中性子燃料からの１メートルトンの酸化
物が８〜13Kgの溶解微細物を与えることが見積ら
れる。 さらに、大きさの度合として軽水炉燃料に関し
て800t／yearの能力を有する再処理プラントは毎
年2800Kgのかかる微細物を処理する必要があり、
一方高速中性子炉に関して150t／yearの能力を有
する再処理プラントの場合においては年当り1200
Kgの微細物がある。さらに、これらの数字に燃料
のせん断および切断中に得られる塵埃を加えるこ
とが必要である。軽水炉燃料の場合にはカンはジ
ルカロイから作られかつ一般に約３Kg／ｔのせん
断微細物が生成される。一般にカンがステンレス
鋼から作られる高速中性子炉燃料要素の場合に
は、これらのせん断微細物は約１Kg／ｔのウラニ
ウムを示す。 しかしながら、溶解およびせん断微細物の処理
は、それらの高放射性に結合される高熱出力によ
る、およびそれらの自然特性による幾つかの場合
においては軽水炉燃料要素カンのせん断から結果
として生ずる微細ジルコニウム粒子の存在による
幾つかの問題を生ずる。 さらに、粒子が高比重を有するときそれらが装
置の穏やかな区域に沈澱される傾向があるためパ
イプの遮断を防止するために燃料再処理プロセス
の第１段階においてこれらの溶解およびせん断微
細物を処理するのが好ましい。これはまた容器へ
の早過ぎる損傷ならびに放射線分解による有機溶
媒の分解を発生する局部的過熱の阻止に関連して
当て嵌まる。 また溶解装置からの出口においてこれら微細物
の分離および回収が検討され、その結果それらは
調節のために処理されることができる。 これまで、放射性生成物の調節に関しては、
種々のプロセスが使用されており、その最も有力
なものはセメント内の廃棄物の被覆またはそのガ
ラス固化を伴なう。しかしながら、これらの公知
のプロセスは溶解またはせん断微細物によつて構
成される放射性廃棄物を調節する問題があると
き、制限される。したがつて、セメントの場合に
は、微細物の高比出力が被覆材料の機械的動きに
対して不利である。さらにセメントの構成水の放
射線分解の危険がある。 これらの粒子のガラス内の結合は照射済み燃料
が適当な時間冷却された後のみ可能である。これ
らは非均質結晶の展開および初期亀裂に有利であ
る熱点の材料内での形成を阻止するのに役立つ。
これが数年冷却後一般に再処理されるPWR燃料
からの微細物を調節するのに使用されることがで
きるプロセスが炉から外した後比較的迅速に一般
に再処理される高速中性子炉燃料からの微細物を
調節するのに適さないという理由である。 また、フランス特許第2387093号およびイギリ
ス特許第1446016号に記載されたように、金属マ
トリクスを使用することによる、溶液から得られ
る酸化物またはガラス粒子によつて構成され放射
性廃棄物の調節が検討されている。しかしなが
ら、これらのプロセスの結果として得られる生成
物は非均質構造を有し、放射性ガラスまたは酸化
物粒子は金属マトリクス内に消散される。さら
に、フランス特許第2387093号に記載された方法
は熱圧縮段が後続するマトリクスを形成する金属
塩の含有する放射性廃棄物の溶液から微細に分割
される粉末の調製を暗示する。 したがつて、この方法は熱的見地からガラスと
同じ欠点を有するセラミツク−金属の形成に至る
ため、溶解微細物を処理するのに使用されること
ができない。さらに、低熱伝導体である酸化物内
の極めて高いエネルギの微細物の混合物は、該混
合物内の顕著な温度上昇、混合物の凝集および溶
融用の微細粉末を得ることの不可能に至る。 同一方法において、イギリス特許第1446016号
は、かかる微細物の非常に小さな寸法に鑑みて、
溶解微細物を収容する溶器内に金属マトリクスを
注入することにより該金属マトリクス内での微細
物の均質な消散を得ることが不可能であるため、
溶解微細物を処理するのに適さない。かくして、
得られる生成物は長期間貯蔵に十分な特性を有し
なかつた。 本発明は、従来公知の方法の欠点を除去する、
溶解微細物および／または切断および／または機
械的脱被覆加工微細物によつて構成される放射性
廃棄物調節方法に関する。 それゆえ、本発明はとくに、粒子が液体中に懸
濁され、該懸濁液が銅、ニツケル、亜鉛、銅合
金、ニツケル合金、亜鉛合金およびステンレス鋼
を含む群から選ばれた金属または合金の粉末から
なる加熱床に前記懸濁液を注入することによつて
蒸発熱処理を受け、そしてこの熱処理後得られる
粉末および金属粒子からなる乾燥混合物は金属ま
たは合金粉末を融解するためかつ前記粉末の金属
と放射性粒子の金属成分の少なくとも一部分との
間に明瞭に定義される合成物を形成するため適宜
な温度で融解プロセスを受ける硝酸溶液中で不溶
の放射性金属粒子によつて構成される廃棄物調節
方法に関する。 本発明によれば、明瞭に定義された合成物の形
で種々の利点を呈する放射性粒子の金属成分を化
学的に結合することにより、定着用の金属または
合金粉末が使用される。 したがつて、放射性廃棄物を定着するための材
料としての金属または合金の選択は、金属がロ過
率が温度により上昇するため、亀裂の発生および
ロ過率の増大に至ることができる顕著な温度増減
が展開されるセメント、ガラスおよびサーメツト
による場合でない良好な熱伝導性を有するため、
放射性粒子の熱の除去によつて発生される問題の
解決を可能ならしめる。さらに、金属の良好な熱
伝導率の結果として、一定の放射性粒子のレベル
を増大しかつ調節容量を減じることができる。し
かしながら、混合物の固化後に得られるブロツク
に定着した放射性粒子のレベルを10重量％に制限
することは一般並みである。 さらに、放射性廃棄物用定着媒体を形成するた
めの銅、ニツケル、亜鉛、銅合金、ニツケル合
金、亜鉛合金またはステンレス鋼の粉末の本発明
による選択は前記廃棄物を良好に維持しかつまた
期間にわたつて十分な性能特性を有する生成物の
取得を可能ならしめる。したがつて、これらの材
料は廃棄物粒子の放射性金属成分との明瞭に定義
された合成物を形成することができる。かくし
て、銅、粉末を使用するとき、処理されるべき微
細物の混合物の最大の放射性であるロジウムは固
溶Cu−Rh溶液によつて構成される合金を付与す
るマトリクス内で溶解される銅との明瞭に定義さ
れた合成物を形成する。パラジウムおよびロジウ
ムに関する場合も同じである。銅ニツケル（カプ
ロニツケル）の使用は核分裂モリブデンとの固溶
体の獲得を可能ならしめる。 時間動作に関して、銅、ニツケル、亜鉛および
それらの合金、ならびにステンレス鋼が放射性廃
棄物の良好な密閉を保証することを可能ならしめ
るセメントまたはガラスより良好な時間動を有
し、囲繞媒体との交換面を制限しかつセメントま
たはガラスマトリクスの場合において無視できな
い亀裂の危険を阻止するということは公知であ
る。さらに、使用される金属粉末を適宜選択する
とき、その後ある成分、とくに不活性化を伴なう
プラチノイドを回収することができる。したがつ
て、銅の場合には、これは銅の選択的な溶解のた
め化学的処理に、不活性を伴なう銅内の廃棄物に
従わせることにより実施されることができる。 本発明によれば、銅または銅合金粉末、例えば
ブロンズ、カプロニツケル、または銅およびジル
コニウムの合金の使用が好まれる。 一般に、本発明の方法を実施するために、照射
済み燃料の溶解微細物およびせん断微細物は水の
ごとき液体内で懸濁される。照射済み燃料を溶解
した後これらの微細物を回収するため、遠心力デ
カンタまたは脈動フイルタを使用して、溶解溶液
は浄化を受ける。 このように分離された微細物は次いで洗浄され
かつ水の流れ内で懸濁される。懸濁液は次いで、
本発明による方法による処理前に、適当な容器内
に貯蔵される。 微細物がそれから回収される溶解溶液の酸度を
心に留めて、得られる懸濁液は一般に酸性であり
かつほぼ0.8Nの硝酸酸性を有することができる。 本発明による方法を実施するために、放射性粒
子の懸濁液は定着媒体を形成する金属または合金
粉末からなる加熱床に懸濁液を注入することによ
り蒸発熱処理を受ける。かくして、懸濁液の蒸発
および好ましくはこの熱処理中動いている床の金
属または合金粉末と放射性粒子の均質混合が同時
に存在する。 好都合には、この熱処理は加熱されかつ軸線の
まわりに回転させられそして金属または合金粉末
床を含む実質的に水平なチユーブ内で行なわれ
る。好ましくは、このチユーブはまたチユーブ壁
への粉末粒子の付着を阻止するためのスクレーパ
のごとき手段を有する。このスクレーパは金属ま
たは合金粉末床内にチユーブを支持する星形部分
を有するルーズバーによつて構成されることがで
きる。 金属または合金粉末床を含んでいる回転チユー
ブが使用されるとき、放射性粒子および金属また
は合金粉末からなる懸濁液は好都合にはその軸線
のまわりに回転させられる加熱チユーブの両端の
一方において還元されかつ前記チユーブの他方に
おいて次いで融解炉内に搬送される乾燥混合物が
回収される。 それゆえ、制御された流れの放射性粒子および
金属または合金粉末からなる懸濁液が導入される
乾燥材料床を回転チユーブ内に形成することによ
り連続的に作動することができる。 蒸発熱処理中床の放射性粒子および金属または
合金粉末の均質混合物を得るためには、100およ
び500μｍの間の粒度および好ましくは、小さな
粒度（0.3ないし15μｍ）の結果として、粒子が蒸
発熱処理に使用される装置内で循環するガスによ
つて運び去られる危険があるため、粉末への放射
性粒子の機械的付着を容易にするためにねじれた
または曲げられた面を有する金属または合金粉末
を使用するのが有利である。 さらに、放射性粒子を十分に定着させる均質な
混合物を得るために、金属またま合金粉末容量は
処理されるべき放射性粒子の容量に関連して、十
分な量を有するブロツクが固化後得られるような
方法において選ばれる。一般に、一方で金属およ
び合金粉末とかつ他方で放射性粒子との間の容量
比は10であるが、加熱条件（生成されるインゴツ
トによつて放出される熱、冷却条件等）はこの比
が変化、例えば２倍にされるように導くことがで
きる。 蒸発熱処理を行なうのに使用される装置はとく
に、コミサリアート・ア・レネルギ・アトミツク
により1974年２月28日に出願されたフランス特許
第2262854号に記載されたような、カルシネータ
にすることができる。 好ましくはかつとくに初期水性懸濁液が一定の
酸性を有しかつ使用される金属または合金粉末が
この酸性溶液によつて酸化されることができると
き、蒸発処理の結果として得られる粉末および金
属粒子からなる乾燥混合物は融解前に水素によつ
て還元処理される。この還元処理は金属または合
金粉末床を含んでいる回転チユーブ内で行なわれ
ることができる。それゆえ回転チユーブは異なる
温度に加熱される少なくとも２つの区域を有しそ
して水素がそれに加えられる例えばアルゴンまた
はチツ素によつて構成されるガス還元混合物が懸
濁液および金属または合金粉末床に関連して向流
において回転チユーブ内で循環させられる。かく
して、蒸発はチユーブの第１区域において行なわ
れそして蒸発処理は該蒸発処理に形成されること
ができる酸化物を還元するために、チユーブの第
２区域における還元処理によつて達成される。 得られた乾燥混合物は次に融解を受ける。これ
は真空下または制御された雰囲気下で、例えば水
素含有アルゴン雰囲気下で誘導電気炉内で行なわ
れることができる。 好都合には、回転チユーブからの出口において
得られる乾燥混合物は炉ルツボ内で重力で流れ込
むことにより融解炉内に直接搬送されそして融解
は1100および1500℃の間で行なわれる。銅粉末が
使用される場合に、液体バスは1300および1500℃
の間の温度に混合物を加熱することにより一般に
得られる。融解後、液体バスはインゴツトモール
ドに注入される。この方法において、異なる成分
の微細物が合金されるか消散される金属インゴツ
トが得られる。 幾つかの場合において、得られるインゴツトの
表面状態を改善するために、液体バスに、例えば
水蒸気により金属または合金粉末の表面酸から生
ずる残余の酸化物を消化する目的のためガラスフ
リツトによつて構成されるフラツクスを加えるこ
とができる。冷却中ガラスの分離後、良好な表面
特性をもつインゴツトが得られる。 回転チユーブ内で実施される蒸発熱処理の間
中、このチユーブから脱出する蒸気およびガスは
分離されねばならない放射性粒子を運び去ること
ができる。好都合には蒸発熱処理中に解放される
蒸気によつて運び去られる塵埃は、例えばガスお
よび蒸気を洗浄することによつて回収される。こ
の塵埃は次いで処理されるべき放射性粒子の懸濁
液中に再循環される。 本発明による方法の実施のため、好都合には蒸
発熱処理は回転チユーブを250および450℃の間に
加熱することによりかつ大気圧以下の圧力で作動
することにより行なわれる。 本発明の他の特徴および利点はそれに限定され
ない好適な実施例について図面を参照して行なう
以下の説明から得られることができる。 粒子形状の放射性廃棄物を調節するための装置
は蒸発系統１および融解炉２からなることを見る
ことができる。系統１は、例えば商標ウラヌス
（URANUS）で販売される合金からなり、チエ
ーンおよびギヤ装置６を経由して歯車付き電動機
５によつて軸線のまわりに回転させられることが
できるチユーブ３からなる。回転チユーブ３は水
平にまたはその軸線が僅かに、例えば水平線に対
して約３％だけ傾斜するような方法において配置
されることができる。その両端はフランジ７およ
び９を備えている。フエルール１１はフランジ７
に固着されそして密封装置１３は、チユーブの両
端部の一方をその回転中緊密に密封するために、
フエルール１１のまわりに嵌合される。図示して
ない懸濁液タンクに接続されたパイプ１５は端部
密封装置１３を貫通しかつチユーブ内に所望の流
量で導入することを可能ならしめるチユーブ３の
端部において放射性粒子の懸濁液を生ずる。金属
または合金粉末で充填された通風孔またはホツパ
１９に接続されたパイプ１７は同様に端部密封装
置１３を貫通しかつチユーブ３内で終端する。パ
イプ１７は送りネジ２１を備えかつ所望の流量で
チユーブ３内に金属粉末を導入することを可能な
らしめる。端部取付け金具１３はまたガス放出パ
イプ２３によつて横断される。該ガス放出パイプ
２３はその場合に図示してない除塵装置を貫通
し、該除塵装置内運び去られた放射性粒子がガス
洗浄によつて回収される。このようにして回収さ
れた粒子は次いでパイプ１５に連係するサスペン
シヨンタンク内へ再循環される。 その他端において、チユーブ３は融解炉２への
緊密接続のための装置を組み込んでいる固定密封
具２５によつて密封される。 その各端部において、チユーブ３はローラ２６
によつて支持され、その結果チユーブはその固定
位置にあるときかまたは回転位置にあるとき支持
される。パイプ２７はチユーブ３内を循環する粉
末床２９に関連して向流において５％の水素を含
有するアルゴンのごときガスをチユーブ３内に循
環させるため端部密封具２５を貫通する。星形部
分を有するルーズバーによつて形成されるスクレ
ーパ３１は熱処理中粉末粒子がチユーブ３の壁に
くつつくのを阻止することを可能ならしめる。熱
処理を行なうために、チユーブは３つの加熱区域
、およびを有する炉３３内に配置され、そ
の結果チユーブ３の対応する区域が異なる温度に
上昇されることができる。 融解装置２は該導電気炉４１からなり、該誘導
電気炉内にはチユーブ３からの粉末および金属粒
子の乾燥混合物を受容するためのルツボ４３が配
置され、乾燥混合物はこの目的のためにフランジ
９に設けられた開口を通つて重力により搬送され
る。パイプ４５は、ルツボ内の床を保護しかつ蒸
気を端部取付け具１３に向けて強制するために、
融解ルツボに中性を導入するかまたは水素化アル
ゴンのごときガスを減じるため融解ルツボの内部
に出る。融解後、溶融バスはインゴツトモールド
４７内に流れる。 以下に、本発明の方法の実施例につき直径30cm
および長さ80cmの回転チユーブを有する前述の装
置を使用して説明する。 約数ミクロンの粒度を有する50ｇ／の溶解微
細物（デイゾルビング・フアインズ）を含有する
懸濁液がパイプ１５と連係される貯蔵タンク内で
撹拌される。懸濁液は微細物の250ｇ／ｈの導入
に対応する５／ｈの流量でパイプ１５により回
転チユーブ３内に導入される。500および100μｍ
の間の粒度を有する2.5Kg／ｈの銅粉末がまた搬
送ネジ２１によつてチユーブ３内に導入される。
中性アルゴンまたはチツ素雰囲気下で蒸発を行な
うため水素を含有する中性ガスがチユーブ２７に
よつて導入される。チユーブ３の回転は約5r.p.m
の速度に調整されそして区域とは45℃の温度
にかつ区域は約350℃の温度に加熱される。 これらの条件下で、チユーブ３内にはチユーブ
内で約５時間消費する厚さ約３cmおよび重量約13
Kgの粉末床２９が形成される。粉末床の温度は加
熱区域、およびにそれぞれ対応する区域に
おいて80、195および250℃に上昇しそして水蒸気
はパイプ２３によつてスカベンジングガスによつ
て排出される一方、乾燥生成物は融解装置２のル
ツボ４３内に重力によつて流れ込む。 ルツボが20ないし40Kgの生成物を含有すると
き、チユーブ３への供給は融解相を通過するため
に遮断される。これは、23kwで作動するとき、
約90分採ることができる。融解後液体バスはイン
ゴツトモールド４７内に注がれる。この方法にお
いて、十分な性質を有する20ないし40Kgインゴツ
トが得られる。 他の試験においては、２Kg／ｈの流量でチユー
ブ３内に導入される150および300μｍの間の粒度
を有するステンレス鋼粉末が使用された。同一作
動条件下で、ステンレス鋼粉末を有する微細物の
十分な混合物が得られかつ約1500℃で融解するこ
とにより、十分な性質をもつインゴツトが得られ
る。 微細物のモリブデンの融解を最適にするため
に、ある試験のため銅80％およびニツケル20％お
よび他の試験のため銅60％およびニツケル40％を
含有する銅ニツケル粉末が使用された。融解後、
インゴツトが得られ、その分析はモリブデンを有
する固溶体の形成を確認する。 図面は間欠的な方法で作動する融解装置を示す
けれども、また連続融解装置を使用することもで
き、金属流れは連続注入ノズルによつて保証され
る。 試験は、十分な結果が40μｍおよび1.25mmの間
で、最適な範囲が100ないし500μｍの粒度を有す
る銅粉末またはステンレス鋼粉末により出発する
とき、水素５％を含有するアルゴンを800／ｈ
の流量でチユーブ３内に循環させかつチユーブ３
の区域、およびを300ないし500℃の温度に
おいて５ないし15t／minのチユーブ回転速度お
よびチユーブ３内で約５時間消費する生成物によ
り加熱することによつて得られる。 金属粉末として銅粉末が使用されるとき、銅の
酸化を防止しかつチユーブ３の最終区域内に多分
形成される酸化物を減少するため水素の存在下で
作動することが必要である。 【表】

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による方法を実施する装置を示す
断面図である。 図中、符号１は蒸発系統、２は溶解炉、３は回
転チユーブ、２９は粉末床、４７はインゴツトモ
ールドである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硝酸溶液に不溶の放射性金属粒子によつて構
   成される廃棄物の調節方法において、前記粒子は
   液体中に懸濁され、該懸濁液は金属または銅、ニ
   ツケル、亜鉛、銅合金、ニツケル合金、亜鉛合金
   およびステンレス鋼を含む群から選ばれた金属ま
   たは合金の粉末からなる加熱床に前記懸濁液を注
   入することによつて蒸発熱処理を受け、そしてこ
   の熱処理後得られる粉末および金属粒子からなる
   乾燥混合物は金属または合金粉末を融解するため
   かつ前記粉末の金属と放射性粒子の金属成分の少
   なくとも一部分との間に明瞭に定義される合成物
   を形成するため適宜な温度で融解プロセスを受け
   ることを特徴とする廃棄物調節方法。 ２ 蒸発熱処理後得られる粉末および金属粒子か
   らなる乾燥混合物は、融解前に、水素による還元
   処理を受けることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の廃棄物調節方法。 ３ 前記金属または合金粉末床は蒸発熱処理中動
   いていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の廃棄物調節方法。 ４ 前記懸濁液の蒸発熱処理は、その軸線のまわ
   りに回転させられかつ金属または合金粉末床を含
   む加熱された、実質上水平のチユーブ内で行なわ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の廃棄物調節方法。 ５ 放射性金属粒子および金属または合金粉末か
   らなる懸濁液は前記チユーブの両端部の一方に導
   入され、得られた乾燥混合物は前記チユーブの他
   方において回収され、そしてそれが融解炉に搬送
   されることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
   記載の廃棄物調節方法。 ６ 還元処理は前記チユーブ内に異なる温度に加
   熱される少なくとも２つの区域を形成しかつ前記
   懸濁液と前記床との向流内に還元ガス混合物を循
   環させることによつて前記回転チユーブ内で行な
   われることを特徴とする特許請求の範囲第２項お
   よび第４項に記載の廃棄物調節方法。 ７ 前記ガス状混合物は水素がそれに加えられる
   アルゴンまたはチツ素であることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項に記載の廃棄物調節方法。 ８ 熱蒸発処理中放出される蒸気によつて運び去
   られる塵埃は回収されかつ該塵埃は処理されるべ
   き放射性粒子の懸濁液内に再循環されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の廃棄物調
   節方法。 ９ 前記金属または合金粉末は40μｍないし1.25
   mmの粒度を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の廃棄物調節方法。 １０ 前記金属または合金粉末は100ないし500μ
   ｍの粒度を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第９項に記載の廃棄物調節方法。 １１ 前記粉末は銅または銅合金粉末であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の廃棄
   物調節方法。 １２ 前記粉末はステンレス鋼粉末であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の廃棄物
   調節方法。