JPH04290997A - Ｈｅｐａフィルタの溶融処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＨＥＰＡフィルタの溶融
処理方法に係り、より詳しくは、原子力、医療施設等に
おいて発生する使用済のＨＥＰＡフィルタの減容安定化
処理に好適なＨＥＰＡフィルタ溶融処理方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＨＥＰＡフィルタは、空気中の微細なダ
ストを非常に高い効率で捕集することのできるフィルタ
である。これは、それ故に、クリーンルームの吸気用フ
ィルタや、周辺環境への有害物質（放射能を含んだ微粒
子ダスト等）の放出を極力低減するために原子力発電所
、放射性同位元素を取り扱う原子力施設や医療研究施設
などで換気空調、排ガス処理用の高性能フィルタとして
使用されている。

【０００３】放射性廃棄物の除染装置の場合の例でいえ
ば、その排気処理系にＨＥＰＡフィルタを用いることが
できる。放射性金属廃棄物のブラスト処理に伴い生ずる
研削ダストを含む空気に対し、これをＨＥＰＡフィルタ
に導くことにより、当該ダスト除去のためのフィルタリ
ングを行うことができる。

【０００４】こうしたフィルタリングに使用されるＨＥ
ＰＡフィルタの装置の構造は、外枠部、濾布部（メディ
ア部）、セパレータ部を主たる構成部として概要を図示
すれば、図３に示すように、外枠１、濾布２、セパレー
タ３からなるものであり、例えば、外枠は木材またはス
テンレスで、濾布（メディア）はガラス繊維で、またセ
パレータの材質には厚さ３５μｍ　程度のアルミニウム
薄板を使用したものが多く用いられている。

【０００５】ここで、ＨＥＰＡフィルタの使用後の廃棄
の際の取り扱い、即ち使用済のＨＥＰＡフィルタの処理
について着目すると、この場合は廃棄処理がなされるこ
とになるが、原子力発電所等では、有害物質を含むダス
トを捕集した使用済ＨＥＰＡフィルタをそのままの形、
あるいは外枠より濾布、セパレータを取外して廃棄物貯
蔵庫内に保管してきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかして、近年、廃棄
物貯蔵量の増加と共に貯蔵スペースの余裕が減少してき
ている。このような中で、それに伴い、これら廃棄物の
廃棄処理体としての減容化が求められるようになってき
ている。そこで、上述のような使用済ＨＥＰＡフィルタ
の減容処理として、高温の溶融処理が考えられる。

【０００７】しかしながら、支持担体としてのアルミニ
ウム薄板を用いたアルミニウムセパレータ（アルミセパ
レータ）によるＨＥＰＡフィルタの場合を考えると、そ
のまま高温の溶融炉に投入したとすると、アルミセパレ
ータが直ちに酸化して高融点のアルミナＡｌ２Ｏ３　（
融点２２００℃）となり、溶融せずそのまま残ってしま
う問題が生ずる。その解決策として、溶融炉内を窒素や
アルゴンなどの不活性ガスで置換する方法を併用するこ
とも考えられるが、そうした場合には、使用溶融炉とし
ては、これを完全に気密構造の炉とするなど、装置上の
制約が多いものとなってしまう。

【０００８】他方、減容化のため溶融処理を採用すると
きは、廃棄処理体として形状、形態のより小さなもの（
即ち、減容比が大であって減容性が高いもの）とするこ
とがスペース等の点から要求されると同時に、廃棄処理
物自体として廃棄した後においても、その物理的、化学
的な高い安定性を示すものとして処理されることも重要
である。かかる安定性確保の面からみた場合は、次のよ
うである。

【０００９】即ち、上記溶融処理においてはまた、そう
してできた溶融固化体は、固化体中に、アルミセパレー
タが溶融してできたアルミニウムＡｌが点在する傾向を
も示し易い。固化体中に金属Ａｌを含むとき、その固化
体をコンクリートで固化した場合や固化体を地中に埋設
しコンクリートで固める場合に、コンクリート中のアル
カリ水とアルミニウムＡｌが反応し水素ガスＨ２を発生
するおそれがある。従って、こうした点で、必要な安定
性が得られなければ、上述の如き処分に不向きなものと
なる等、処理後のその廃棄処理物自体の処分面での制約
も受けるものとなる。

【００１０】使用済のＨＥＰＡフィルタは、こうして、
本格的な減容安定化処理はされずに、貯蔵庫での保管が
なされているのが現状である。

【００１１】本発明の目的は、上述したような要望に応
え得て、使用済ＨＥＰＡフィルタの廃棄にあたり、減容
効果を確保しつつ、かつ処理物の安定化を図ることので
きる、ＨＥＰＡフィルタの溶融処理方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のＨＥＰＡフィル
タの溶融処理方法は、アルミニウム薄板によるセパレー
タ、ガラス繊維濾布からなるＨＥＰＡフィルタを切断前
処理の後、ガラス化添加材とともに溶融し、ＨＥＰＡフ
ィルタ中のアルミニウム薄板をガラス化して固化するこ
とを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】上記方法によれば、使用済ＨＥＰＡフィルタの
処理において、溶融処理により安定なガラス性状の固化
物とする処理技術が提供される。ＨＥＰＡフィルタの切
断前処理の後、ガラス化添加材とともに溶融することに
より、アルミセパレータをガラス化し固化した安定な固
化体を得ることができ、使用済ＨＥＰＡフィルタの減容
化、安定化処理にあたり、大幅な減容効果を確保しつつ
、処理物として得られる上記固化体の物理的、化学的な
安定化を容易に可能ならしめる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明方法に従う使用済ＨＥＰＡフ
ィルタの溶融処理方法の一例における工程、作業を図解
して示す図である。本方法では、使用済ＨＥＰＡフィル
タの溶融処理において、アルミニウムセパレータを安定
なガラス組成の固体化として減容安定化処理するべく、
ＨＥＰＡフィルタのアルミニウムセパレータを所定のガ
ラス化添加材とともに溶融し、アルミニウムセパレータ
をガラス化する。本方法には、前処理を含むことができ
、以下、図に示す流れに基づき構成を詳細に説明する。

【００１５】本処理方法の最終目的物たる固化体（溶融
固化体）の生成にあたり、廃棄されるべきＨＥＰＡフィ
ルタが用意される。また、後述の溶融炉での溶融時の使
用添加剤も用意される。

【００１６】対象となるＨＥＰＡフィルタは、使用済の
アルミニウムの薄板（アルミセパレータ）、ガラス繊維
濾布（メディア）からなるもので、溶融処理に先立ち、
前処理が実施される。前処理は、ここでは、外枠取りは
ずし、濾布、セパレータ細断が含まれる。細断は、例え
ばシュレッダー、破砕機等により行う。細断は、裁断、
切断、破断などを含むものであり、後記でも触れるよう
に、これはアルミセパレータを酸化し易くするのにも役
立つ。

【００１７】前処理の後は、適宜の溶融炉中で加熱溶融
処理が実施されるが、この場合、単独溶融ではなく、ガ
ラス化添加材とともに溶融を行う。これは、以下のよう
な点に立脚したものであり、かつまたその場合の組成、
使用量等についても、下記する如くに選定することがで
きる。

【００１８】外枠から取りはずされた、ＨＥＰＡフィル
タの濾布（メディア）とセパレータを裁断して高温の溶
融炉内に投入すると、メディアは直ちに溶融してガラス
となり、一方、アルミセパレータは一部が溶融して金属
アルミとなるが、大部分は直ちに酸化してアルミナとな
る。 アルミナは、先に触れた通り高融点（２２００℃）のた
め、通常の溶融炉操作温度（例えば、１０００〜１５０
０℃）では溶融せずそのまま残ってしまう。

【００１９】このため、本処理方法では、ＨＥＰＡフィ
ルタを溶融する際に所要の組成のガラス化添加材を添加
し、アルミセパレータが酸化してできたアルミナを、ア
ルミナを１組成としてもつガラス組成中に溶け込ますこ
とを図ることとする。使用添加材については、より詳し
くは、溶融処理でアルミセパレータをアルミナとしてガ
ラス中にとり込むための、換言すれば、アルミセパレー
タが酸化しアルミナとなった後、これをガラス組成中に
とり込むことのできる成分のものを使用する。

【００２０】アルミナを１組成としてもつガラスには、
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系ガラス（アルミノケイ
酸ガラス）やＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＣａＦ２系ガラス、
Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５　系ガラスなど、数多
くの種類がある。ＨＥＰＡフィルタ溶融時のガラス化添
加材としては、これらのガラス原料のうち適当なものを
選択することができる。

【００２１】下記は、本処理に適用できるＨＥＰＡフィ
ルタ溶融時の使用添加材の例示である。 ＨＥＰＡフィルタ溶融時の使用添加剤例（１）　ガラス
化剤 （イ）ＣａＯ−ＳｉＯ２混合物（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２
−ＣａＯ系へ）（ロ）ＳｉＯ２−ＭｇＯ混合物（Ａｌ２
Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系へ）（ハ）ＳｉＯ２−ＳｒＯ
混合物（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｒＯ系へ）（ニ）Ｓ
ｉＯ２−Ｌａ２Ｏ３混合物（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｌ
ａ２Ｏ３系へ）（ホ）ＣａＯ−ＣａＦ２混合物（Ａｌ２
Ｏ３−ＣａＯ−ＣａＦ２系へ）（ヘ）Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ
３　混合物（Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３　系へ）
（２）　助剤（酸化剤、溶解促進剤） 酸化剤：ＢａＯ２，　ＮａＮＯ３，　ＫＮＯ３，　Ｂａ
（ＮＯ３）２　（ＨＥＰＡフィルタアルミセパレータの
酸化、Ａｌ→Ａｌ２Ｏ３　の促進） 溶融助剤：Ｂ２Ｏ３，　Ｎａ２Ｂ４Ｏ７，　Ｎａ２ＳＯ
４，　ＢａＳＯ４，　ＣａＦ２，　Ｎａ２ＳｉＦ６，レ
ピドライト等 （ガラスの融点降下、粘性降下剤）

【００２２】ガラス化剤としては、上記（イ）〜（へ）
に例示した如くのガラス原料、即ちガラスを形成する２
成分以上の系で、アルミナＡｌ２Ｏ３　を含有可能なガ
ラス原料のうち、ＡＬ２Ｏ３　を除く成分のものとする
ことができる。（なお、助剤については後述する）。こ
うして、アルミナ分を除いた調合のもの、あるいはアル
ミナ分を減じた調合の添加材も使用することができる。

【００２３】なお、単独溶融ではない、添加剤存在下で
のかかる溶融処理は、 の如くに、ＨＥＰＡフィルタアルミセパレータの酸化に
よるＡｌ２Ｏ３　をガラスとしてとり込むためのもの、
即ち使用済ＨＥＰＡフィルタを溶融処理して安定なガラ
ス性状の無機物とする処理であることから、上記Ａｌ２
Ｏ３　含有可能量については、所定％　以上（例えば１
０％　以上）含有可能なものとすることができる。

【００２４】Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系ガラス（
アルミノケイ酸ガラス）へのガラス化を図る場合を一例
として、更に具体的に言及すると、この場合は、ＳｉＯ
２とＣａＯ　を適宜の配合で調合した添加材を用いるこ
とができる。図２に、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系
ガラスの組成図を示す。この場合、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ
２−ＣａＯ系のガラス化範囲は図示のような領域となる
。ＳｉＯ２とＣａＯ　を１：１で配合した添加材を使用
した場合、組成図のガラス化範囲より、最大、アルミナ
を約４５％程度、ガラス組成中に溶かし込むことが可能
となる。 これらの関係より、溶融処理するＨＥＰＡフィルタの重
量と添加剤の使用量を求めて溶融すれば、アルミセパレ
ータをガラス化することが可能である。

【００２５】従って、添加剤準備の段階では、上述のよ
うな観点から、処理すべきＨＥＰＡフィルタの重量に応
じ、予め必要な量の添加剤を用意しておく。

【００２６】溶融処理では、以上のようにして、所定の
ガラス添加材を用い、前処理後のＨＥＰＡフィルタ（ガ
ラス繊維濾布、アルミセパレータ細断体）をガラス添加
剤とともに電気炉、ガス炉等溶融炉内で溶融することに
より、アルミセパレータをガラス化して固化する。得ら
れる固化体は、アルミセパレータがアルミナとしてガラ
ス中にとり込まれた安定な溶融固体化であって、単独溶
融によるものに比べ、減容性を確保しつ、固化体に金属
Ａｌを含むことの少ない安定したものを製作することが
できる。

【００２７】ＨＥＰＡフィルタの単独溶融時には、アル
ミセパレータがアルミナとなり、高融点化しそのまま残
って、一体の固化体となりにくく、空隙の発生（減容比
小）があるなどし、また、一部が金属Ａｌとして溶融し
固化体中に粒状に分散し、それ故アルカリ溶液との接触
時にＨ２を出して分解し易い（安定性小、埋設処分に不
向き）ものとなるのに対し、本方法によれば、使用済Ｈ
ＥＰＡフィルタの処理において、大幅な減容効果も確保
しつつ、上記処理技術では得ることができない処理物の
物理的、科学的な安定化をも可能とすることができる。

【００２８】また、本処理方法によれば、以下のような
ことも、容易にこれを行うことができる。即ち、本方法
は、使用溶融炉として既述の如き気密構造のものとする
などの制約を伴うことなく実施できるものであると共に
、溶融炉操作温度についても通常の範囲の温度で実施可
能なものであるが、溶融温度を下げ操作性を良くするこ
とを望むときは、そのためには、例えば、アルミナを１
組成としてもつガラスのうち特に低融点のガラス組成系
（例えば、前記で例示したＡｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５−Ｂ２
Ｏ３　系など）　とすることを図り、Ｂ２Ｏ３とＰ２Ｏ
５の混合物をガラス化添加材として使用すればよい。

【００２９】更には、このような添加材の選定の他、一
般ガラス工業で用いられている操作性を向上させるため
の手法、例えばフッ化物の添加などの手法を適用するこ
とも可能である。先に示した溶融助剤は、ガラスの融点
降下、粘性降下剤として、こうした目的の下、必要に応
じて用いることができる。従って、使用添加材には、こ
れらのものを所要量、単独または組み合わせて含ませる
ことができる。

【００３０】例えば、前掲例のＳｉＯ２とＣａＯ　の１
：１（モル比）の配合のガラス化剤の場合において、粘
性を低減するためにＮａ２Ｂ４Ｏ７　を所要量用いると
きの例でいえば、その配合は例えば１〜５％　程度のも
のとすることができる。

【００３１】更に、溶融温度についは、次のような点か
らの選択も可能である。即ち、前記図２の状態図におい
て、ＳｉＯ２：ＣａＯ　＝　１：１の配合比の場合、融
点はガラス化範囲でＡｌ２Ｏ３　の成分が増加するに伴
い一旦低下し、上昇する傾向を示すことから、こうした
点に着目して、溶融温度の面を重視するときは、融点の
低さを求めるようにしてもよい。ＳｉＯ２−ＣａＯ系の
場合、そのガラス化添加剤とともに高温で溶融を行うと
き、温度の下限は約１２００℃とすることも可能である
。

【００３２】また、本処理方法では、安定化を図るため
固化体中に金属アルミニウムを含まないようにするが、
この場合に、更に、アルミナセパレータを完全に酸化し
て固化体中に金属アルミニウムを残さないようにするた
めには、次のような方法をとることもできる。即ち、そ
の一つは、前処理において、できるだけ裁断し、溶融炉
投入時の高温空気との接触を良くする方法であり、他の
一つは、先に示したような酸化剤、即ち過酸化物（過酸
化バリウムＢａＯ２など）　や硝酸塩（硝酸ナトリウム
ＮａＮＯ３　、硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２など）等
を酸化促進剤として添加する方法である。

【００３３】ＨＥＰＡフィルタのセパレータ、メディア
部の事前の処理として、これは比較的簡易な前処理であ
ると共に、これを利用して、上記の前者の方法では、フ
ィルタの空気との接触面積を増大させ得て、酸化し易く
するのにも役立つのである。後者の方法による場合には
、それら酸化剤を溶融処理の際の使用添加剤として含ま
せることができる。また、これら方法は、必要に応じ単
独でまたは組み合わせて実施することができる。

【００３４】また、本発明方法において、溶融について
は、ガラス化剤の添加は溶融中にＨＥＰＡフィルタとと
もに投入する方法でもよいし、その他、先に添加剤のみ
を加熱、溶融しておきその中にＨＥＰＡフィルタを投入
、溶融する方法で実施することもできる。更に、溶融炉
については、投入物がガラス化し得る温度を確保すれば
良く、ガス式のガラス炉の他、エレクトロスラグ溶融炉
、高周波誘導炉などの電気炉等、添加剤の選定とともに
決定される操作温度に応じて選択することができるもの
である。

【００３５】（実施例）以下に、上述の方法によるＨＥ
ＰＡフィルタの溶融試験結果を示す。フィルタ溶融量、
使用添加剤、添加剤使用量、溶融操作温度を次のように
して、小型高周波誘導炉を用いて行った。 使用添加剤：ＳｉＯ２−ＣａＯ混合品 溶融操作温度：１５００℃ フィルタ溶融量：約１Ｋｇ 添加剤使用量：７００ｇ また、溶融方法について、前述した方法の後者の形態、
即ち先に添加剤を加熱、溶融しておく方法をとった。

【００３６】結果は、次のようであった。即ち、添加剤
を予めルツボ内に投入し１５００℃まで昇温した溶融物
中にＨＥＰＡフィルタ裁断品を徐々に投入したところ、
アルミセパレータは投入直後に酸化されたのち溶融物中
に溶け込んでいくのが観察された。溶融後の固化体中に
は金属アルミは殆どみられずガラス化した固化体が得ら
れた。

【００３７】上記に対し、添加剤を用いない場合の比較
例によるものでは、次の通りであった。溶融固化体には
空隙が多く発生し、金属アルミの塊や未溶解のアルミナ
がみられ、アルカリ（水酸化ナトリウム溶液）につけた
ところ、激しい水素ガスの発生が観察された。これに対
し、前者の実施例によるものの場合、同様にアルカリ中
につけても、ガス発生はみられず、安定性を示した。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、ＨＥＰＡフィルタを切
断前処理した後に、ガラス化添加材とともに溶融してＨ
ＥＰＡフィルタのアルミセパレータをガラス化して固化
することができ、使用済ＨＥＰＡフィルタの減容化、安
定化処理を容易に実現することができる。従って、既述
したような要請にも十分応えることができ、減容効果を
確保しつつ、処理物の安定化を可能ならしめ、その効果
は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一例に係るＨＥＰＡフィルタ溶融
処理フローを示す図である。

【図２】Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ系ガラスの組成
図である。

【図３】ＨＥＰＡフィルタの概略構造例を示す図である
。

【符号の説明】

１　　　外枠 ２　　　濾布 ３　　　セパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウム薄板によるセパレータ、
   ガラス繊維濾布からなるＨＥＰＡフィルタを切断前処理
   の後、ガラス化添加材とともに溶融し、ＨＥＰＡフィル
   タ中のアルミニウム薄板をガラス化して固化することを
   特徴とするＨＥＰＡフィルタの溶融処理方法。