JPH0448199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は主に使用済イオン交換樹脂からなる放
射性廃棄物の処理方法に係り、特に原子力発電所
などから発生する放射性廃棄物質を吸着した使用
済イオン交換樹脂の処理方法およびその装置に関
する。 〔発明の背景〕 日本原子力学会誌の報文「原子力発電所の一括
減容処理」（Vo1.24.No.10，pp770〜774（1982））
によれば以下の様に記述されている（ただし、運
転条件等について一部加筆する。）。「原子力プラ
ントから発生する放射性廃棄物はドラム缶詰めさ
れて発電所内貯蔵庫に保管されているが、運転年
数とともに貯蔵スペースが増大し、その対策とし
て大幅な廃棄物の減容が望まれる。このようなニ
ーズに対応していくつかの減容固化処理装置の開
発が進められており、代表的な３例を以下に紹介
する。 (1) 流動層炉（運転温度900℃を用いて、濃縮廃
液、可燃性雑固体、使用済イオン交換樹脂、廃
油などを焼却もしくは仮焼する方式。回収した
焼却灰、仮焼生成物はバインダ添加後、打錠機
でペレツト化して保管する。 (2) 遠心薄膜乾燥機（加熱源の蒸気温度160℃）
を用いて、濃縮廃液、使用済イオン交換樹脂、
フイルタスラツジなどを乾燥粉末化した後、熱
硬化性樹脂と均一混合してドラム缶内に充填固
化する。 (3) (2)と同様の方法で乾燥粉末化した後、造粒機
によりペレツト化して保管する。さらに、最終
処分に対応してドラム缶内にペレツドを充填し
固形化材を注入して固化することも可能であ
る。 上記いずれの方式においても、多種多様の廃棄
物を単一の装置を用いて一括処理する方法をとつ
ており、これにより装置のコンパクト化と運転の
信頼性向上を図つている。」 上記の減容固化処理装置は、いずれも技術的な
点や安全性の点からは十分な実績があり、その点
では問題はないが、使用済イオン交換樹脂の処理
については、その特質から設備の能力を大きくし
たり、特別な設備を必要としたりという問題があ
る。以下、上記個々の処理装置に関して、問題点
を述べる。(1)については、使用済イオン交換樹脂
がプラスチツクである特質から発熱量が
1⁴ ₄kcal／Kgと可燃性雑固体の３倍程度大きく、
この点から流動層炉の温度暴走を防ぐための処理
が施されている。たとえば、可燃性雑固体など低
発熱量の放射性廃棄物との混合投入装置が設けら
れている。 また、(2)については、固化剤として熱硬化性樹
脂を用いるが、熱硬化性樹脂は、その中にわずか
でも水分が混入すると、固化剤としての所期の性
能が発輝できない。 すなわち、固化時に水分が持ち込まれると、熱
硬化性樹脂中の硬化促進剤（ナフテン酸コバルト
など）が分解され、熱硬化性樹脂が硬化しなくな
るため、熱硬化性樹脂の一部が添加時の状態（液
体）のまま存在するためである。 そして、使用済イオン交換樹脂は注意深く乾燥
しても、水分を完全に除去できない場合がある。 よつて、わずかでも水分を含む使用済イオン交
換樹脂と熱硬化性樹脂を混合して固化すると、強
度の高い固化体を得ることができないこととな
る。このため、遠心薄膜乾燥機で乾燥された粉体
は、中性子水分計などの含水量測定器によつて測
定され、徹底した水分の管理が行なわれている。
さらに(3)については、使用済イオン交換樹脂の乾
燥粉末は水を吸着して体積が変化する特質から、
ペレツト保管時の水分によつてペレツトの破損が
生ずる。これを防止するため、ペレツト保管用の
貯槽の空気の湿度管理が行なわれる。また、使用
済イオン交換樹脂の乾燥粉末またはそのペレツト
を、セメントなどの水硬性固化剤やケイ酸アルカ
リ溶液を用いた固化剤で固化する際には、固化時
の反応に大量の水が介在するため前記使用済イオ
ン交換樹脂の乾燥粉末またはペレツトが水を吸収
して体積増加をまねく。このため、通常放射性廃
棄物の固化体として用いられる200ドラム缶へ
の充填量が比較すると、水硬性固化剤、ケイ酸ア
ルカリ固化剤では、上述(2)の方式110Kg−乾燥樹
脂／200ドラム缶の１／２〜１／３した充填で
きない。 以上のように、使用済イオン交換樹脂の処理方
法には、イオン交換樹脂の特質から種々の欠点が
生じる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、主に使用済イオン交換樹脂か
らなる放射性廃棄物を、簡単な方法で大幅に減容
固化することができ、しかも一軸圧縮強度の高い
固化体を得ることができる放射性廃棄物の処理方
法および処理装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明の第１の特徴は、主に使用済イオン交換
樹脂からなる放射性廃棄物の処理方法において、
まず、該放射性廃棄物を加熱することにより、該
使用済イオン交換樹脂のイオン交換基が熱分解
し、炭素化する。これにより該放射性廃棄物は疎
水性を有すると共に、気体の吸着性を有する。 次に、最後に形成される固化体の高減容比、高
一軸圧縮強度を得るための障害となる該放射性廃
棄物に吸着された気体を脱気させる。 最後に、脱気された該放射性廃棄物と固化剤を
混合して、減容比が大きく、一軸圧縮強度の高い
固化剤を形成するものである。 本発明の第２の特徴は、主に使用済イオン交換
樹脂からなる放射性廃棄物の処理装置において、
前記方法を達成するため、該放射性廃棄物を加熱
して炭素化する熱分解装置と、炭素化された該放
射性廃棄物に吸着した気体を脱気するための脱気
手段と、脱気後の前記放射性廃棄物を固化する固
化手段等を有するものである。 〔発明の実施例〕 本発明の基本原理を説明する。発明者らはイオ
ン交換樹脂のイオン交換基が120℃〜350℃、好ま
しくは200℃〜300℃程度で熱分解できることを見
い出した。さらに、この熱分解時にイオン交換樹
脂の高分子基体であるスチレン・ジビニルベンゼ
ン共重合体が、炭素化することを見い出した。ま
た熱分解によるイオン交換樹脂の高分子基体の炭
素化に伴ない、炭素化する以前のイオン交換樹脂
の吸水、乾燥によつて現われていた膨張、収縮が
全く認められなくなり、その代りに、空気などの
気体の吸着現象が現われることを見い出した。こ
のような現象が生ずる原因として、次のようなこ
とが考えられる。すなわち、弾力性のある網目状
の分子構造が、グラフアイトに代表されるち密な
分子構造に変化すると共に、吸水性を持つイオン
交換基がなくなるため、膨張・収縮がなくなる。
同時に親水性のイオン交換基がなくなり、疎水性
の炭素になるため、空気などのガスを吸着しやす
くなるためと考える。 以下、具体的な例をあげて説明する。 陽イオン交換樹脂は、スチレン

【式】とジビニルベンゼン

【式】との共重合 体を高分子基体とし、これにイオン交換基である
スルホン酸基（SO₃H）を結合させた架橋構造を
もち、かつ立体構造を有し、次のような構造式で
あらわされる。又、分子式は、（C₁₆H₁₅O₃Ｓ）ｎ
であらわされる。 一方、陰イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂
と同じ高分子基体にイオン交換基である４級アン
モニウム基（NR₃OH）を結合させたもので、次
のような構造式であらわされる。又、分子式は、
（C₂₀H₂₆ON）ｎであらわされる。 次に、イオン交換樹脂の各成分間の結合部の結
合エネルギーを説明する。第２図は、陽イオン交
換樹脂の骨格構造を示したものであるが、陰イオ
ン交換樹脂の場合でも基本的に同じであり、イオ
ン交換基が異なるだけである。第２図において、
各成分間の各結合部分１，２，３，４の結合エネ
ルギーを第１表に示す。

【表】 イオン交換樹脂の熱分解を行なつた場合、結合
エネルギーの最も小さいイオン交換基がまず分解
し、次に高分子基本の直鎖部分が、最後にベンゼ
ン環部分が分解する。 次に、第３図に、示差熱天秤を用いて空気雰囲
気でイオン交換樹脂の熱重量分析（TGA）を行
なつた結果を示す。ただし、70℃〜110℃で起こ
る水の蒸発に伴う重量減少は示されていない。実
線は陰イオン交換樹脂の熱重量変化を示し、破線
は陽イオン交換樹脂のそれを示す。また、第３図
に示される各給合部分の分解温度を第２表にあら
わす。

〔発明の効果〕

本発明によれば、主に使用済イオン交換樹脂か
らなる放射性廃棄物を、簡単な方法で、大幅に減
容固化することができ、しかも一軸圧縮強度の高
い固化体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施しうるに効果的な熱分
解・固化の一連システムの一例のフローを示した
図、第２図はイオン交換樹脂の骨格図、第３図は
イオン交換樹脂の空気雰囲気における熱重量分析
結果を示す図、第４図は陽イオン交換樹脂の熱重
量分析結果を示す図で熱分解時の雰囲気依存性を
示す図、第５図は陰イオン交換樹脂の熱重量分析
結果を示す図で熱分解時の雰囲気依存性を示す
図、第６図は乾燥イオン交換樹脂と本発明による
炭素化樹脂の水浸漬時の体積変化を示した図、第
７図は両樹脂の水浸漬時の現象をミクロに示した
図、第８図は炭素化樹脂に残留する吸着気体の量
と固化体強度および炭素化樹脂充填量の関係を示
した図、第９図はケイ酸アルカリ溶液浸漬時にお
ける粒状イオン交換樹脂の炭素化樹脂の脱泡状態
を示した図、第１０図はケイ酸アルカリ溶液浸漬
時における形状の異なつた炭素化樹脂の脱泡状態
を示した図、第１１図は水浸漬時における粒状イ
オン交換樹脂の炭素化樹脂の脱泡状態を示した
図、第１２図は水浸漬時における形状の異なる炭
素化樹脂の脱泡状態を示した図、第１３図は本発
明により作成した固化体の断面を示した図、第１
４図は従来方法により作成した固化体の断面を示
した図、第１５図は本発明を実施しうるに効果的
な熱分解・固化の一連システムの他の例のフロー
を示した図、第１６図は本発明を実施しうるに効
果的な他の例のフローを示した図、第１７図は乾
燥イオン交換樹脂ペレツトと炭素化樹脂ペレツト
の長期保管時の強度変化を示した図である。 ５１…粉状イオン交換樹脂、５２…廃樹脂タン
ク、５６…反応器、５７…加熱装置、５８…炭素
化樹脂、６０…排ガス処理装置、６２…ドラム
缶、６３…添加水タンク、６４…撹拌翼、６５…
固化剤ホツパ、６６…硬化剤ホツパ、８０…不活
性ガス供給配管、８１…バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主に使用済イオン交換樹脂からなる放射性廃
   棄物の処理方法において、前記放射性廃棄物を加
   熱して、前記使用済イオン交換樹脂のイオン交換
   基を熱分解し、前記放射性廃棄物を炭素化した
   後、該炭素化された放射性廃棄物を液体中に浸漬
   することにより前記放射性廃棄物に吸着されてい
   る気体を脱気させ、その後、前記放射性廃棄物を
   固化することを特徴とする放射性廃棄物の処理方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、液体は水で
   あることを特徴とする放射性廃棄物の処理方法。 ３ 特許請求の範囲第２項において、固化は、前
   記放射性廃棄物と前記水と水硬化性固化剤である
   セメントとを混合することにより行うことを特徴
   とする放射性廃棄物の処理方法。 ４ 特許請求の範囲第２項において、固化は、前
   記放射性廃棄物と前記水とケイ酸アルカリ粉末と
   硬化剤とを混合することにより行うことを特徴と
   する放射性廃棄物の処理方法。 ５ 特許請求の範囲第１項において、液体はケイ
   酸アルカリ溶液であることを特徴とする放射性廃
   棄物の処理方法。 ６ 特許請求の範囲第５項において、固化は、前
   記放射性廃棄物と前記ケイ酸アルカリ溶液と硬化
   剤とを混合することにより行うことを特徴とする
   放射性廃棄物の処理方法。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記脱気
   は、炭素化された放射性廃棄物を真空脱気した後
   に行うことを特徴とする放射性処理方法。 ８ 主に使用済イオン交換樹脂からなる放射性廃
   棄物の処理装置において、前記放射性廃棄物を加
   熱して、炭素化する熱分解装置と、前記熱分解装
   置内で発生するガスを熱分解装置外に排出して処
   理する排ガス処理装置と、記放射性廃棄物に吸着
   されている気体を脱気させるため前記炭素化され
   た放射性廃棄物を浸漬させる液体を収容する脱気
   装置と、脱気後の前記放射性廃棄物を固化する固
   化手段とを有することを特徴とする放射性廃棄物
   の処理装置。