JPS6016600B2 - 水性の放射性廃棄物の固化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、硝酸ないし硝酸塩を含有する水性の放視性廃
棄物を連続的に蟻酸を以て脱硝し、蹟霧乾燥および蝦暁
し、ガラス又はセラミック状のブロックに硬化するため
、噴霧容器、この内部に配置された頃霧ノズル、溶融る
つぼおよび廃棄ガスを浄化するための炉過装置を備えた
水性の放射性廃棄物の固化装置に関する。

放射性廃棄物の安全な取扱い、運搬および貯蔵のため、
特に貯蔵が長期に亘つて行われなければならない場合に
は化学的、機械的および放射線分解的に高い耐力を有す
る固化生成物だけが考慮に値する。

放射性の高い廃棄物の固化生成物は、更に熱的にも耐力
を持つ必要がある。さて棚珪酸ガラス類が上記廃棄物に
対する固化母材として適していることが立証されており
、それらの中天然産のものも１０万年に達するまでの寿
命を以て現存している。これらのガラスは、廃棄物より
生じた分解生成酸化物および腐食生成物を高度に含有し
得ると同時に、上記分解生成酸化物と腐食生成物のその
都度の組成に関しては比較的条件がゆるやかであるとい
う特性を持っている。廃棄物を固化する場合には、溶解
工程において溶解るつぼ内にある間に完全な均等化を施
す要がある。

溶解るつぼの材料の熱的安定性は約１２００ｑｏまでに
しか達しないので、固化する溶融物の最高温度はそれに
よって制限される。他方において粘性は１００ポアズ以
下であることが求められる。このような所要条件は冷却
によってガラスの流れを中断できるように、溶融物排出
口の構造によって制約される。ガラス固化生成物の軟化
点（１ぴポアズ）はその後例えば岩塩の中に貯蔵するた
め７００００以上でなければらない。

模擬的な則ち不活性の分解生成物の混合体を用いた溶融
物実験から、固化生成物の２５重量％までの量において
放射性廃棄物からの放射性分解生成酸化物およびその他
の固体の混合物を収納するためのガラス原料を作るには
次のような組成のガラス成分が充分に使用可能なことが
判明した（ガラス成分を重量比で表わす）。Ｓｉ０２、
Ｔｉ０２、ＡＩ２０３、Ｂ０３、Ｃａ０、Ｎａ２０、５
２．５１０．０２．５１０．０５．０２０．腕剛珪酸ガ
ラス母材の中に封入される典型的な水性の放射性廃棄物
としては、活性の高い硝酸廃棄溶液（ＨＡＷ）が挙げら
れる。即ちこれは抽出法の最初のサイクルにおけるウラ
ンおよびプルトニウムの同時抽出後の使用済核燃料ない
し増殖性物質の再処理の際に生ずるものである。脱硝に
よる余剰硝酸の蒸発およびこれと同時的な部分的分解に
よって得られた上述のＨＡＷ−溶液の濃縮物（ＩＷＷ）
を中間貯蔵後に固化しようとするならば、先づ成るべく
は蟻酸を用いて実質的に完全な脱硝を施さなければなら
ない。“Ｓｙｍｐｏｓｌｗｍ ｏｎ ｔｈｅ Ｍａｎａ
袋ｍｅｎｔ ｏｆＲａｄｉｏａｃｔｉｖｅ Ｗａ
ｓｔｅｓ Ｆｒｏｍ ＦｕｅｌＲｅＰｒｏ
ｃｅｓｓｌｎｇ ”、 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏ
ｆ ａＳのｍｐｏｓｌ皿ｍ ｏｒ鱗ｎｉｓｅｄ ｊｏ
ｉｎｔｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ＯＥＣＤＮ比ｌｅａｒ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ａｇｅｎｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ Ｉｎｔｅ
ｒｎ，Ａｔ，Ｅｎｅｒｇｙ Ａ鞍ｎｃｙ ； ＯＥＣ
Ｄ − Ｐａｒｉｓ ２のｈＮｏｖｅｍＰｒ一ｌｓｔ
Ｄｅｃｅｍ戊ｒ ｌ９７２；Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏ
ｎのｒ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｃｏ − ○ｐｅ
ｒａｔｉｏｎ ａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｅｍｅｎｔ第４
８９乃至５１２項に記載されたＷ．Ｇ倣ｅ篤等の方法に
よれば、脱硝作業は別個の脱硝装置の中で連続的に或は
バッチ式に蟻酸を用いて行われる。

その場合遊離硝酸および遷移金属の硝酸塩が分解される
。

例えば大抵の遷移元素は、ＰＨ値が約２において溶解し
難い酸化物、水酸化物、蟻酸塩として、そして希金属は
元素の形で存在する。ガス状の反応生成物はＣ０２、Ｎ
０２およびＮ２、ＮＯの痕跡である。脱硝の目的は、硝
酸ガスおよびその関連生成物による腐食の低減、廃気ガ
スに硝酸ガスが負荷されないようにすること、および引
続いて施される高温処理工程において酸化作用を有する
環境内で生じる揮発し易いＲｕ０４のルテニウムの揮発
を確実に低下させることである。脱硝されたＩＷＷの溶
液は別個の贋霧蝦焼装置の中で乾燥され、更に蝦暁され
、同様に別個の炉過繋の中で分解され、そして溶解工程
へ移される。ここで得られた焼成体は、添加された固体
のガラス成分、即ちガラス形成物質の混合物乃至予め調
製された粒状ガラス原材料と混合され、そして溶解るつ
ぼの中で溶解される。溶解るつぼ内の充填状態に応じて
、ガラス栓で閉塞されているその排出口が時々溶融され
、従って溶融ガラスが冷し型へ移され得ることになる。
頃霧蝦焼装置からの廃棄ガスには焼結金属より成るカー
トリッジ式炉過器を通して第１回目の浄化が施され、そ
して固形物質を除去されるが、この場合の全除梁係数は
約１ぴ‘こ達する。

しかし上述のような方法には一連の欠点が避けられない
、即ちこの方法は煩雑であり、時間に関しても人員に関
しても高価につく。

更に純理論的に考察すると脱硝装置の被裂が完全には排
除されない。このような確率の低い事故は理論的に言え
ば、例えば供給溶液が間断なく添加されているときに加
熱装置に故障を生じて反応が停止し、その後無制御状態
のもとで加熱が再開された場合爆発的発熱反応が生じる
場合に起り得る。Ｓ．Ｄｒｏｂｎｉｋは、脱硝、頃霧乾
燥および暇隣の諸工程が一つの作業工程において連続的
に遂行される可能性を研究した〔日．Ｋｒａｕｓｅ：Ｊ
ａｈｒｅＳ−戊ｒｉｃｈｔ１９７０一 Ａｂにｉｌｕｎ
ｇ Ｄｅｋｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ −ｓ戊ｔｒｉｅ
ｂｅ ； Ｂｅｒｉｃｈｔ ｄｅｒ Ｃもｓｅｌｌｓｃ
ｈａｆｔ ｆ雌ｒＫｅｒｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｍｂＨ
．Ｋａｒｌｓｕｈｅ Ｎｏ．ＫＦＫ−１５００（１９７
２王６月）第３７〜第４０責〕。

このため上端に頃霧ノズルが設けられ電気的に加熱し得
る高さ３の、直径７仇舷の特殊鋼の管の中へ、模擬的な
非活性の分解生成物の硝酸溶液および蟻酸がノズルから
供給された。更に引続き行われる廃棄ガスのガスクロマ
トグラフ検査を容易ならしめるため、駆動ガスとしてヘ
リウムが導入された。噴霧乾燥装置を通した後乾燥され
た生成物はサイクロンの中で分離され、蒸気は冷却器の
中で復水された。この実験においては装入量の小さな装
置（実験用装置）が使用された。１回の実験毎に５．２
モルの水素イオンと約７．１モルの硝酸塩イオンを含有
する２５０そのモデル溶液と、ＨＣＯＯＨ：日十＝２．
５５のモル比の９８％の蟻酸とが毎分約５の‘の速度で
５００ｏｏに加熱された贋霧室へ注入された。

ヘリウムの流量は１．８そ／ｈに保たれた。乾燥された
生成物は２２０ｏ乃至３００つ０の温度に達した。上記
装置の上部においては蟻酸と硝酸および硝酸塩の一部と
の間に反応が起ったことが認められた。下方の部分にお
いては残りの硝酸塩が酸化物と硝酸ガスに分解し、この
ガスは更に余剰量の蟻酸によってＮ２、ＱＯおよびＮＯ
に還元された。何れの場合にもルテニウムの揮発は認め
られていない。しかし上述のような方法も煩雑で且つ多
くの時間を必要とする。

外部から加熱される特殊鋼の管は廃棄溶液の僅かな装入
量だけを許容する。更に上記の文献の第４１頁〜第６１
頁には本願明細書冒頭に述べた固化装置も記載されてい
る。しかしこの装置ではフィルタプラグを備えた炉過装
置と溶解るつぼは頃霧容器とは別個に離れて配置されて
いる。本発明の目的は、水性の放射性廃棄物をガラス、
ガラスセラミック或はガラスセラミック状材料の中に固
化するための確実な方法を実施するための装置を提供し
、この装置により装入量が多大な場合にも故障発生率を
低下し、運転安全性を高め、これにより放射線に対する
環境の安全性を改良することにある。

更に廃棄物の暇焼およびその暇暁体の溶融は比較的コン
パクトな装置で行われるようにすることにある。この目
的は本発明によれば、炉過装置が噴霧容器の内側室の中
に頃霧ノズルの周りに配置され、贋霧容器の下端が容器
の下側に設けられた熔解るつぼに接続されることにより
達成される。

本発明によれば、ダストの飛散帯城が狭くなり、廃棄ガ
ス炉過装置の負荷が軽減される。

これにより大きな菱入量を以て運転することが可能とな
る。本発明の装置はコンパクトに構成され、充分なコン
トロールが可能で、比較的小さいホットセルの中に据付
けることができる。

従って所要空間の低減および高放射性作業のためのホッ
トセルに対する価格の節減も十分に図れる。次に図面を
参照して、本発明の一実施例につき本発明を更に具体的
に説明する。

但し本発明は、この実施例に限定されるものではない。
第１図は本発明の実施例の概略図で、隣霧ノズル６が容
器１の上部、例えばその内部室５の上部に配置されてい
る。

第２図はこれに対し頃霧ノズル６ａが容器ｌａの下部に
配置されている実施例の概略図である。ＩＷＷの溶液が
６．５乃至３０そ／ｈの流量で供給導管１４或は１４ａ
を介して、又９８％の蟻酸が１乃至１２夕／ｈの流量で
供給導管１５を介して頃霧ノズル６或は６ａに導入され
、そして８乃至３０ｋ９／ｈの流量で供給導管１７を通
る２５０ｏ乃至３００ｏｏの贋霧蒸気によって贋霧化さ
れる。

腐食および目詰りを少なくするため噴霧ノズル６或は６
ａは冷蝶、例えば水で冷却されるが、この水は供給導管
１７を通ってノズルへ導入され、そして排出導管１８を
経て再び排出されるようになっており、従って上記噂霧
蒸気に対する供給導管１６は贋霧化ノズル６或は６ａの
範囲において熱的絶縁が施されている。硝酸塩イオンと
蟻酸との発熱反応、および蒸気取入口９を通る２００乃
至３５０ｋ９／ｈの量の６０００乃至６５０００の推進
媒体として使用される循環蒸気の供給により、容器１或
はｌａの内側室５の贋霧ノズル６或は６ａ付近は、約４
５０００に加熱され、従って上記ＩＷＷの溶液は脱硝さ
れ、乾燥され、そして乾燥物質は噴霧ノズル６或は６ａ
の周囲付近を離脱する以前に蝦焼される。中空の２重壁
を有しかつ下方へ細くなっている円錐形をなし、その上
部に贋霧ノズル６が配置されている容器１が使用される
場合にはガラス材料或はガラス形成材調量装置８の範囲
内に落下する蝦焼物質は、約４２０００の温度を示して
いる。

贋霧化圧力が３ゲージ圧の場合、壁を生長させないため
に、運転温度は４２０００に保たれなければならない。
噴霧ノズル６と容器の内壁２１との間に配置されている
多数の小孔を有するデフレクタ１９も、前記生長を阻止
する補助装置を構成する。硝酸塩分鰯生成物等を含む廃
棄ガスは噂霧ノズル６から入釆して容器１より流出する
以前に、先づ循環蒸気および暇焼物と共に下方へ案内さ
れ、次に容器の下部内で蝦焼物を分解され、そして下側
の部分で内側室５に向って開放している内壁２１、およ
び容器１の２重壁の中に存在する炉過装置７を構成する
カートリッジ形の素子２０を介して再び上向きに案内さ
れ、そして廃棄ガス吐出孔１１を経て容器から流出する
。上記蝦焼物は供給溶液１〆当りｌｏｏ乃至２００のこ
対応する量のガラス材料或はガラス形成物質と共に、約
１１５０００に加熱されている溶融るつぼ２の中へ落下
する。

この場合熔解るつぼは、例えばインコネルより作られた
金属製溶解炉で差支えない。均質な塊体を得るには少く
とも３時間を要するが、出口管１２および加熱し得る薄
い管より成る試料採取装置１３は溶融中は全然加熱され
ないか、或は溶融物が流れ得る程には加熱されない。試
料採取装置１３は試料採取のため、溶融物が点滴的に流
出し得る程度に加熱される。例えば最初の１庇商が放棄
され、次の１戊商が瓶集されて検査される。加熱が打切
られると栓が形成されて、これが再び前記装置１３を閉
鎖する。溶融物が均質となれば、冷し型担体３の中に収
容された冷し型４の中へ溶融物が流出し得るように出口
管１２が高温に加熱される。冷し型担体３の加熱により
固化生成物は尚少くとも２時間７０００のこ保たれ、そ
して暁鈍される。本発明の装置が第２図に示されている
ように構成される場合には、約５倍の装人量が得られる
。

ノズル飴は容器ｌａの下部に配置され、容器は単一壁の
みを有し、そしてセラミック製のるつば或は溶解炉２２
と連結されている。容器ｌａの直径はより大きくされか
つその壁はやや円錐形に構成されているので、炉過装置
７は垂直に配置される。この場合炉過装置は必ず保護覆
い２４により、溶融体表面２３よりの鰭射熱による強力
な負荷から遮蔽されている。第１図の装置１２および１
３と同じ作用をする出口管２５と試料採取装置２６とを
有するセラミック製るつぼ２２は溶融物の中の温度が約
１３５０ｑｏまで上昇することを許し、従って蝦焼物質
とガラス材料或はガラス形成材との急速にして良好な混
合を許すと共に、より大きな容積の材料の収容を可能な
らしめる。これにより固化生成物の著しく大きな装入量
が得られることが分る。炉過装置７のカートリッジ形素
子２０が目語りした場合には蒸気取入口を介して毎分５
ｋ９の量と６乃至９バールの圧力で約３５０ｑｏの蒸気
を吹き込めば、カートリッジ形素子２０は再び有効にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明装置の異なる実施例を示す
概略断面図である。 １，ｌａ・・・・・・容器、２・・…・るつぼ、３・・
・・・・冷し型担体、４・・・・・・冷し型、６，６ａ
・…・・噴霧ノズル、７・・・・・・炉過装置、８・・
…・ガラス材調量装置、９，１０・・・・・・蒸気取入
口、１１・・・・・・廃棄ガス吐出口、、１２，２５・
・・…出口管、１３，２６・・・・・・試料採取装置、
１４，１４ａ・…・・溶液供給導管、１５・・・…蟻酸
供給導管、１６……曙霧蒸気供給導管、１７・・・・・
・冷煤供給導管、１８・・・・・・冷煤排出導管、１９
……デフレクタ、２２……セラミック製るつぼ、２４・
・・・・・保護覆い。 Ｆｉｇ．ｌ Ｆｉｇ，２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硝酸ないし硝酸塩を含有する水性の放射性廃棄物を
   連続的に蟻酸を以て脱硝し、噴露乾燥および■焼し、ガ
   ラス、ガラスセラミツク或はガラスセラミツク状のブロ
   ツクに硬化するため、噴霧容器１，１ａ、この内部に配
   置された噴霧ノズル６，６ａ、溶融るつぼ２，２２およ
   び廃棄ガスを浄化するためのろ過装置７を備えた装置に
   おいて、ろ過装置７が噴霧容器１，１ａの内側室５の中
   に噴霧ノズル６，６ａの周りに配置され、噴霧容器１，
   １ａの下端が容器の下側に設けられた溶融るつぼ２，２
   ２に接続されることを特徴とする水性の放射性廃棄物の
   固化装置。 ２ 噴霧容器１，１ａがろ過装置７の逆洗浄のための蒸
   気取入口１０を備えることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３ 噴霧ノズル６，６ａが蟻酸のための供給導管１５を
   備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ４ 噴霧ノズル６ａが噴霧容器１ａの下側部分に配置さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ５ ろ過装置７と溶融るつぼ２２との間に熱輻射に対す
   る保護覆い２４が配置されることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の装置。 ６ 噴霧ノズル６が噴霧容器１の上側部分に配置され、
   噴霧ノズル６とろ過装置７との間にデフレタ１９が配置
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ７ ろ過装置７が噴霧容器１の内側室５の下方に向って
   開放する容器１の２重壁の中に配置されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。