JPS5944698A - 放射性廃棄物の加熱減容方法 - 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】 本発明は原子力発電所などにおいて発生する放射性廃棄
物を廃棄処理するのに便なるよう、加熱溶融して減容せ
しめる放射性廃棄物の加熱減容方法に関するものである
。

原子力利用産業が盛んになるにつれ、放射性廃棄物の処
理の問題も増大して来る。現在性なわれている処理方法
としては、放射性廃棄物を何等かの方法で減容固化した
ものをアスファルトやコンクリート中に封じ込んで海洋
や陸地の投棄場所に投棄している。しかしながら将来放
射性廃棄物の発生量は急激に増加することが予想され、
一方投棄場所には限度があるので、できるだけ減容する
ことが必要になって来る。

放射性廃棄物のうち、イオン交換樹脂、プレコートフィ
ルタスラッジ（セルローズ粉末、イオン交換せんい、イ
オン交換樹脂粉末など）は水分をまで行なわれず単に貯
留されている程度の処理しかなされていなかった。しか
し、この種の廃棄物も引続き発生量が増大するので対策
が必要である。

これらの含水放射性廃棄物も中間処理として減容するこ
とが必要となるが、最近、減容方法としてマイクロ波の
照射により加熱を行ない水分を除却し溶融を行ない減容
することが試みられている。

しかしながら、マイクロ波照射により加熱する場合は、
加熱が進んで含有水分が失なわれた時点でエネルギの吸
収が激減し、発熱作用が衰え、熱反応及び溶融を行なう
ことが困難であり、また、可能であっても非常に時間が
かかる欠点があった。

発明者らは、この欠点を除去するため多くの実験を行な
い、研究を重ね、そのときに得られた知見に基づき本発
明がなされた。

即ち誘電体にマイクロ波を照射したとき、マイクロ波が
誘電体中に吸収されるエネルギは、その誘電体が持つ比
誘電率εと誘電正接−δとの積である誘電損失６・−ａ
の大きさに比例する。そして、水は誘電率６二８０．５
　、誘電正接−δ＝　０．３１．　、　長１１ち誘電損
失は６・−δ＝２５であり、種々の誘電体の弓コでも非
常に大きな値を示し、従ってマイクロ波のエネルギをよ
く吸収して発熱する物質である。一方、前述の含水放射
性廃棄物の乾燥無水１司形分の誘電損失ｅ−ｔｓｎδの
値は非常に小さく、発熱量も極めて少ない。

例えば、イオン交換）ｙｆ脂はポリスチレンでｆしられ
ているが、ポリスチレンは比誘電率ｅ　＝　２．５４．
　。

誘電圧接−δ−２，３Ｘ　１０−’、従って誘電、損失
ε・Ｌ１δ＝　５．８４　Ｘ　１０＝となり、水に比べ
約４３０００分の１の微少値に過ぎない。また、プレコ
ートフィルタスラッジのセルローズについては乾燥セル
ローズ粉末の誘電損失ε・−δは水の約、５００分の１
に過ぎない。

原子力発電所で発生する放射性含水イオン交換樹脂やフ
ィルタスラ、ノジのスラリーは、沈降分離や遠心分離な
どの予備脱水を行なった後でも、７０〜９０重量％の水
分を含んでいる。また、放射性濃縮廃液に関しては、は
う酸系の濃縮廃液や洗たく排水の濃縮排液は約９０重量
％の水分を含み、硫酸ナトリウム系の濃縮廃液でも約８
０重量％の水分を含んでいる。

このような水分を多く含んでいる含水放射性廃棄物にマ
イクロ波を照射し続けていると、水分７５；残存してい
る間は盛んに発熱が行なオフれ蒸発するが、無水乾燥状
態に達するとマイクロ波の吸収有し力が著しく低下して
発熱作用がなくなり溶融減容が極めて困難となる。

マイクロ波エネルギの吸収能力が低下するということは
、照射したマイクロ波の大川−分７５；反射されてしま
い有効利用されないことにあるので、実際の操作におい
ては反射量を極力低減するためにマイクロ照射装置の導
波管中のＥ相チューナ、Ｈ相チューナを操作する必要が
ある。し力・も放射性物質からの放射線による操作員の
被ばくを避けるために遠隔操作をせねばならない。

本発明は、含水放射性廃棄物に予め誘電損失ε・−δの
大なる発熱促進物質を添加混合しておくことにより、マ
イクロ波照射の工程の途１１で、水分が蒸発し、無水乾
燥状態になっても引続き加熱溶融、熱分解、燃焼が有効
に行なわれ、途中で、反射抑制のだめの上記の操作など
を全く必要とせず、簡単なプロセスにて短時間で加熱減
容を行なうことができる放射性廃棄物の加熱減容方法を
提供することを目的とするものである。

本発明は、含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失ε・−
δが、前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よ
シも大なる値を有する発熱促進物質を添加したる後、マ
イクロ波を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融を行な
って減容することを特徴とする放射性廃棄物の加熱減容
方法である。

本発明につき、実施例も含め以下説明する。

例えば原子力発電所で発生する濃縮液、使用済みイオン
交換樹脂スラリーや゛フィルタスラッジスラリには、原
子炉系統の水配管系から発生する放射性腐蝕生成物（以
下クラッドと称する）を含んでいる。コノクラッドは、
Ｍｎ−５４、Ｆｅ−５９、Ｃｏ−５９、Ｃｏ−６０等を
主たる放射性物質とするマンガン、鉄、コバルトの水酸
化物や酸化物が主成分である。

このような放射性廃棄物をマイクロ波照射するに当たり
、有効な加熱減容を行なうために、添加物質を加える。

その添加物質としては次の如き特性を有するものが選ば
れる。

（１）誘電損失ε・―δの値が大きいこと。

放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電排去ε・篩δ　よ
シも大きい値のものを選ぶ。この値はできるだけ大きい
ことが望ましいが、ε・−δ≧０．０１とすることが好
ましい。この特性を選択することにより、前述されたる
如く、発熱促進物質として作用し無水状態になっても加
熱が続行され、何等中間的な操作を要することなく、有
効な加熱溶融減容を行なうことができる。

以上の如く、有効な減容を行なうことができれば、次の
工程として固化或いは固体の中に封じ込める固形化を行
なうに当だって取り扱いが容易となシ、設備規模も縮小
せしめることができ、設備費、保守費を低減することが
できるほか、さらに最終工程である投棄に当たっても扱
い量が減シ、投棄場所不足の問題を緩和し、また、投棄
設備を小規模として設備費、保守費を低減することがで
きる。

さらに、マイクロ波照射プロセスと同時に固化を行なう
場合には、次の如き特性の一つ或いは複数種の特性を有
する添加物質を更に予め添加しておく。

（２）　　クラッド、特にその放射性物質を封じ込める
能力、保留する能力或いは親和力が強いこと。

（３）その溶融固化物がガラス質、セラミック質或いは
スラグ状のものであり、放射性廃棄物の加熱減容残滓を
固形化ないし固定化するのに比較的遠していること。

（４）最終減容固化物としてガラス状固化体を製造する
ことがあるため、Ｓ＋０２　、　Ａｔ２０３　、　Ｃａ
Ｏ等と溶融固化物中に共存し得ること。

また、酸化触媒を用いて発熱促進を行なうこともできる
。

（５）放射性廃棄物をマイクロ波で燃焼させる場合、残
渣に炭素が残ると燃焼が持続しないので、炭素の酸化を
促進する性能があること。即ち、酸化触媒を用いて発熱
が促進される。

（６）上記の酸化触媒（鉄、銅などの酸化物など）と共
存するか、同容体となり得ること。

以上の添加物質の例を次に挙げる。

（１）　、　（２）　、　（３）　、　（４）の特性を
有１子−辺一？（ａ）　　９００　ＭＨｚ　〜１１　Ｇ
Ｈｚのマイクロ波領域においてチタン酸塩及びチタン酸
は、表１に示す如く比誘電率εと誘電圧接−δが大きい
。

表１ （ｂ）　　セラミック的性質を有するものとしては、表
２に示す如きチタン磁器及びチタン酸磁器が用いられる
。

表２ （Ｃ）　　混合、焼成すれば（ａ）　、　（ｂ）になる
もの。

例えばＢａＣＯ３とＴ　ｉ　０２或いはＣａＣＯ３とＴ
ｉＯ２とを混合して添加しマイクロ波にて焼成すればＢ
ａＴｉＯ３。

ＣａＴｉＯ３になる。

（ｄ）　　スラグ状の同体を作り、かつ鉄の酸化物との
共存性を有する（前記（６）の特性）という特性のもの
としては、チタン鉄鉱（イルメナイト）やチタン鉄鉱者
（イルメナイト）等があり、その組成は表３の如くであ
る。

表　３　（組成チ） ここに見られるようにＴｉＯ２は鉄とよく共存するのみ
ならず、ガラスの成分であるＳ　ｉ０２　、　Ａｔ２０
３゜ＣａＯとも共存し得る。

その他、チタン酸化物やチタン酸塩を少なからず含有す
る鉱物の粉粒体を用いてもよい。

（ｅ）　　イルメナ・イト系溶接棒の被覆材はチタンを
含むイルメナイト系鉱物を原料としており、この原材料
、半製品或いは製品を用いてもよい。この材料は溶融し
た後冷却するとガラス状の物質を形成する。

（ｆ）　　強誘電性のガラスセラミックとしては、Ｂａ
ＴｉＯ３−Ｂａ０−ＴｉＯｚ−Ａｔ？ｏａ系（ε＝１２
００．−δ＝０．０２５） ＰｂＴｉ０３−ＰｂＯ−Ｔｉ０２−Ａ１２０３−８ｉＯ
３系（ε＝ｉｏｏ、−δ＝　ｏ、ｏｏｓ　）などがあり
、ガラスの成分であるＰｂＯ、ＮａＯとも共存する。

（ａ）　　ガラス質形成のだめの材料（ガラス質形成物
質） 次のもののうちの一つ又は複数種類。

ＣａＯ＋　Ｎａ　２０　ｒ　Ｓ　ｒ　０２　ｔ　ＡＺ　
２０３　＋　ＭｇＯ＋　１（２０ｒ　ＰｂＯＴ　Ｃａ　
ｒ２等。

Φ）　　ＰＷＲはう酸廃液（はう硅酸ガラス固化体と同
じものが得られる）。

酸化触媒として、酸化銅、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４など）、
酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化クロム等。

なお以上の（１）〜（６）の特性を有する添加物質は、
（１）に属するものの少なくとも一種類のものは必ず含
まれるが、その他のものけ、なくとも、或いは、一つ又
は任意の複数の種類を組み合わせて用いてもよい。

これらの添加物質の量は、多過ぎると減容率が小になる
ので、放射性廃棄物の乾燥固形分に対し、２〜５０％の
範囲、好ましくは１０〜２０％の範囲で加えるのがよい
。

次に実験例を示す。

実験例１ 放射性含水廃棄物を模擬した試験材料としてカチオン粉
末樹脂とアニオン粉末樹脂とを乾燥重量比３：１に混合
し、水分は７０重量％としだもの２００ｆを用い、周波
数２４５０１’ＶＩＨｚ　、印加電力５ＫＷの実験炉で
マイクロ波照射を行なったところ、約３５分間で微量の
炭化物からなる粉粒状の灼熱成分約１０２を得た。

同じ試験材料にＢａＴｉＯ３粉末１０　ｆ又は酸化触媒
としてＦｅ２Ｏ３１０ｆを予め添加混合したものに、同
様マイクロ波照射を行なったところそれぞれ約２０分後
又は約２２分後に熱分解、燃焼、灼熱が終了し、時間短
縮することができだ。プロセス時間の短縮は、設備の縮
小成いは設備能力の拡大を意味する。

実験例２ 含水率６５チのイオン交換樹脂８６りに（水中での体積
３３０　ｍ／　、重量３５Ｑ　ｆ　）　ＢａＴｉＯｓ粉
末１０　ｆを予め添加混合したものを周波数２４５０Ｍ
Ｈｚ、マイクロ波印加電力５ＫＷの実験炉で照射した。

約２５分後の灼熱成分はＢａＴｉＯ３も含め９ｆに減少
した。このうち樹脂の灼熱成分は２ｙ以下であった。こ
の減容係数は以下の通シとなった。

即ちｌ／３９に減少したことになる。

なお、ここでいう減容係数とは次式で表わされるものを
いう。

本発明は、含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失ε・−
δが、前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よ
シも犬なる値を有する発熱促進物質を添加したる後、マ
イクロ波を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融を行な
って減容することにょシ、水分が失なわれても発熱が続
行され、引続き加熱、溶融、燃焼、熱分解を行ない、短
時間で有効な減容を行なうことができる放射性廃棄物の
加熱減容方法を提供することができ、実用上、保安上極
めて大なる効果を有するものである。

特許出願人　株式会社荏原製作所 代理人弁理士　端　　山　　五　　− 同　　　　　　　　　　千　　　１）　　　　　　稔５
３７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失ε・−δが、
   前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よりも大
   なる値を有する発熱促進物質を添加したる後、マイクロ
   波を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融、燃焼又は熱
   分解を行なって減容することを特徴とする放射性廃棄物
   の加熱減容方法。 ２、前記発熱促進物質の誘電損失が、 ε＠−δ≧０．０１ である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、　前記発熱促進物質の添加率が、前記廃棄物の乾燥
   無水固形分に対し、重量比で２〜５０％である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４　前記発熱促進物質が、チタン化合物である特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ５　含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失δ・論δが、
   前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よシも大
   なる値を有する発熱促進物質及び酸化触媒を添加したる
   後、マイクロ波を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融
   、燃焼又は熱分解を行なって減容することを特徴とする
   放射性廃棄物の加熱減容方法。 ６、　含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失ε・−δが
   、前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よりも
   大なる値を有する発熱促進物質及び溶融してガラス質を
   形成するガラス質形成物質を添加しだる後、マイクロ波
   を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融、燃焼又は熱分
   解を行なって減容することを特徴とする放射性廃棄物の
   加熱減容方法。 ７、　含水状態の放射性廃棄物に、誘電損失ε・−δが
   、前記放射性廃棄物の乾燥無水固形分の誘電損失よりも
   大なる値を有する発熱促進物質、酸化触媒及び溶融して
   ガラス質を形成するガラス質形成物質を添加したる後、
   マイクロ波を照射し、水分の蒸発除去及び加熱溶融、燃
   焼又は熱分解を行なって減容することを特徴とする放射
   性廃棄物の加熱減容方法。