JPS6045839B2 - マイクロ波加熱連続ガラス固化方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射性廃液等の被処理溶液のマイクロ波加熱
連続ガラス固化方法及びその装置に関するものである。

近年、高レベル放射性廃液等の処理技術としては、ガラ
ス固化方法が有望視されている。このガラス固化方法に
は、前処理として一旦廃液の仮焼固体を作り、これにガ
ラス素材を添加してガラス固化体とする方法で、前処理
方法としては流動床法、スプレー法及びロータリキルン
法などの仮焼プロセスが用いられている方法と、廃液に
直接ガラス素材を添加してガラス固化体を作る、ポット
法及びジュールヒート法などのガラス固化法とがある。

しカルながら、上記仮焼プロセス及びガラス固化法のい
ずれの方法においても、１３００℃から１５００℃の高
温のもとでガラスを溶融するため、その装置材料の腐食
対策が課題となつている。

そこで本発明は、前記廃液のガラス固化の新しい技術と
してマイクロ波加熱の特性に着目し、所要の廃液／ガラ
ス素材の混合比で、マイクロ波加熱室に連続的に廃液と
ガラス素材とを供給し、廃液の蒸発、乾固、仮焼及びガ
ラス固化をいつきに遂行する方法及びその装置を提供す
ることを目的としたものである。

即ち本発明は、その上部に被処理溶液を含浸させたガラ
ス素材を連続して供給可能な溶液／ガラス素材供給口を
有し、かつ、その下部を開放した竪型管状のマイクロ波
加熱室に、排気管及びマイクロ波発生装置を配設せしめ
ると共に、その上部にガラス素材繊維供給装置を配設し
、かつ、その下部を閉塞するようにガラス溶融物の回収
装置を配設せしめ、被処理溶液を順次、蒸発、乾固及び
仮焼せしめた上、その仮焼物とガラス素材繊維束とを溶
融せしめた後、溶隔滴下せしめガラス溶隔物に固化せし
め、回収せしめる装置により構成される。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。

まず、第１図は本発明の実施例１におけるマイクロ波加
熱連続ガラス固化装置の側断面図であり、竪型管状構造
のマイクロ波加熱室１及びその開放された下部を閉塞す
るように配設されたガラス溶融物の回収装置である容器
２は、それぞれマイクロ波反射材で構成されており、こ
のマイクロ波加熱室１内にはマイクロ波発生装置１４か
ら導波管６によりマイクロ波が導入され、照射される。

ガラス素材ａ−ｏは、例えば長繊維状に加工したものを
使用し、ローラ等からなるガラス素材供給装置１２によ
つて一定速度で連続供給される。一方、被処理溶液を流
量調整器５（または定量ポンプ）により溶液供給ライン
４から定量供給し、溶液／ガラス素材供給口３の上部に
設けた溶液溜め１３にて上方から送入されるガラス素材
繊維束ａ−１の空隙に含浸させる。被処理溶液を含浸さ
せたガラス素材繊維束ａ−１は、溶液／ガラス素材供給
口３を通してマイクロ波加熱室１内に連続的に導入され
る。

ここで、溶液溜め１３内の被処理溶液はガラス素材繊維
束ａ−１によりシールされるのでマイクロ波加熱室１内
に漏れ出すことはなく、被処理溶液を含浸したガラス素
材繊維束ａ−１はマイクロ波加熱室１内を下方に移動し
ながら、マイクロ照射を受け、順次、含浸した被処理溶
液は蒸発、乾固及び仮焼して、さらにはガラス素材繊維
束ａ−１と共に、溶融してガラス溶融物ａ−４となり、
ガラス素材繊維束ａ−１の下端部に示すガラス溶融物ａ
−４からガラス溶融物滴ａ−３のように滴下せしめる。

ガラス素材ａ−ｏは繊維状であり、被処理溶液に較べれ
ばマイクロ波を透過しやすいので、ガラス素材繊維束ａ
−１の中心部まで被処理溶液は均一に加熱され、また、
溶融滴下するガラス滴も継続してマイクロ波加熱され、
しかもガラスは温度が上昇するほどマイクロ波の加熱効
率が向上するので、高い溶融温度が得られる。なお、容
器２内のガラス溶融物ａ−４″を継続してマイクロ波加
熱することも可能である。

ここで、蒸発及び仮焼に伴い発生する蒸気Ｌ１及び分解
ガスｂ−２はガラス素材繊維束ａ−１の間隙からマイク
ロ波加熱室１内に逃散し、パージガス供給ライン１１、
またはマイクロ波加熱室１の下部の間隙から導入される
パージ空気によりパージされて、排気ブロワ８によつて
排気ライン７から排気される。

なお、マイクロ波加熱室１の形状は断面が円形、または
矩形等の適切な形状とすることができることは自明であ
り、溶液の処理量にあわせて適当な形状、寸法に設計す
ればよい。

また、マイクロ波加熱室１下部の回収装置である、ガラ
ス溶融物溜めａ−６を有する容器２の代りに、ベルトコ
ンベヤ型のガラス溶融物ａ−４″の回収装置を設けて、
連続的にガラス溶融物ａ−４″、もしくはその冷却固化
したものを搬出し、回収することも容易である。

次に、第２図は本発明の実施例２における高レベル放射
性廃液である被処理溶液をガラス固化するためのマイク
ロ波加熱連続ガラス固化装置の側断面図であり、第１図
の実施例１と同じ部品は同じ部品番号で示している。

この高レベル放射性廃液の代表例としては、下記の表に
示されるものがあり、これは核分裂生成物（以下本説明
ではＥＰと略称する）と腐食生成物のクラッド、あるい
は他の不純物を含んだ硝酸性溶液である。

また、高レベル放射性廃液のガラス固化に使用されるガ
ラス素材ｄ−ｏの代表例としては下記の表に示されるホ
ウケイ酸ガラス系のものがある。

なお、現在有望視されている高レベル放射性廃液である
被処理溶液のガラス固化における溶液／ガラス素材の混
合比は、ガラス固化体でＦＰオキサイドの含有率が１０
から３０％である。また、高レベル放射性廃液のガラス
固化プロセスに想定される昇温曲線を第４図で示してい
るが、図中の横軸には回分処理の場合の操作時間Ｔ１ま
たは連続処理の場合のマイクロ波加熱室１内の移動距離
Ｄをとり、縦軸には温度ｔ℃をとつている。

この昇温曲線は、昇温Ｍ１溶液蒸発濃縮Ｎ１乾固０１溶
液仮焼Ｐ１及びガラス溶融Ｑで示すごとく、順次高温と
なるが矢印Ｒはガラス軟化点を示し、矢印Ｓは溶融ガラ
ス滴下点（または流下点）を示している。

そこで、第２図によつて本発明の高レベル放射性廃液の
マイクロ波加熱連続ガラス固化装置の実施例２を説明す
る。

まず、ガラス素材繊維束ａ−１を図示していない連続送
り装置によつて溶液／ガラス素材供給口３上部に供給し
、配管等を介して流量調整器５（または定量ポンプ）に
よつて定量供給される高レベル放射性の被処理溶液を溶
液供給ライン４から供給して、これをガラス素材繊維束
ａ−１に含浸させた後、溶液／ガラス素材供給口３から
マイクロ波加熱室１に供給する。

この実施例２においては、マイクロ波加熱室１内の中央
部に電波シール兼連通口を形成する管状．部材１０Ａ及
び１０Ｂをそれぞれ有する隔壁９Ａ及び９Ｂを設けて、
溶液蒸発室Ａ、溶液仮焼室Ｂ及びガラス溶融室Ｃを形成
している。

そして、この溶液蒸発室Ａ１溶液仮焼室Ｂ及びガラス溶
融室Ｃのそれぞれの長さＨｌ，Ｉ（７及びＨ３−は第４
図に図示した溶液蒸発濃縮Ｎの工程、溶液仮焼Ｐの工程
及びガラス溶融Ｑの工程等のマイクロ波加熱室１内の所
要の移動距離Ｄを考慮して定められる。

更に、溶液蒸発室Ａ１溶液仮焼室Ｂ及びガラス溶融室Ｃ
にはそれぞれ蒸気及び分解ガス排出用の排気ブロワ８Ａ
，８Ｂ，８Ｃ付の排気ライン７Ａ，７Ｂ，７Ｃ及びパー
ジ空気等を供給するためのパージガス供給ライン１１Ａ
，１１Ｂ，１１Ｃが設けられており、かつ、マイクロ波
発生装置１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとマイクロ波を導入す
るための導波管６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられている。

これにより、第４図に示す放射性廃液のガラス・固化の
プロセスの各工程及びそれぞれの物質状態に最適なマイ
クロ波加熱特性を考慮したマイクロ波加熱装置が可能と
なる。なお、図中ａ−２は溶液の蒸発乾固物＋ガラス素
材を示し、またａ−３は溶液仮焼物＋ガラス素材を示し
ている。

一方、被処理溶液の金属塩濃度が小さく、被処理溶液と
ガラス素材繊維束ａ−１との容積比が過大であり、ガラ
ス素材繊維束ａ−１の毛管現象等による被処理溶液の把
持が困難な場合においては、例えば、第３図の本発明の
実施例３の装置に示すごとき、被処理溶液を含浸せるガ
ラス素材繊維束ａ−１の供給方法が有効となる。

即ち、長繊維状のガラス素材繊維ら，は繊維径１０ミク
ロン前後が通常であるが、これに前処理として吸水性の
材料をコーティングした吸水性材料Ｃ−２を溶液／ガラ
ス素材供給口３上部の管状部に供給し、これに溶液供給
ライン４から高レベル放射性廃液てある被処理溶液Ｃ−
３を注入し、その被処理溶液Ｃ−３を前述の吸水性材料
Ｃ−２に含浸させて、粘稠とし、または、さらにゲル状
にしてガラス素材繊維束ａ−１に付着し、懸垂させるこ
とにより、溶液／ガラス素材の混合比を一定に保ちなが
ら、しかも、ガラス素材繊維束ａ−１の送り速度を一定
に制御することにより、低速度の連続供給が可能となる
。

なお、第３図でＡで示すのは、第２図と同様に、マイク
ロ波加熱室１内の溶液蒸発室である。

また、吸水性材料Ｃ−２はマイクロ波加熱室１でマイク
ロ波照射により加熱され、蒸散または焼失する材料で、
硝酸に耐性を有するものであれば良く、最終製品のガラ
ス溶融物Ｌ４″中の残留不純物が極力小さいものを選定
すればよく、例えばゼラチン、セルローズ、または澱粉
等が考えられる。前記実施例１及び２に示すガラス溶融
物滴下ａ−５は、マイクロ波加熱室１内を落下してマイ
クロ波加熱室１下部に接続された容器２に捕集して回収
されるが、この容器２は電気ヒータ、またはその他の方
法の外熱によつて加熱され、更に高い溶融温度に保つこ
とも可能であるし、他の方法として容器２内にマイクロ
波を照射して直接加熱することも可能である。また、他
の方法として、マイクロ波加熱室１内に開口した徐冷部
を設けるか、更には容器２の外壁を適当な冷却装置によ
り冷却して、ガラス溶融物ａ−５を滴状のまま冷却しビ
ーズ状で固化せしめ、容器２に捕集し回収することもで
きる。

従つて、本発明のマイクロ波加熱連続ガラス固化方法及
びその装置を適用すれば、高レベル放射性廃液のガラス
固化の連続化を可能にする上で有効である。また、その
ガラス溶融物の回収装置である容器そのものは加熱され
ないので、その容器材料温度を低くすることが可能とな
り、通常の耐蝕材料の使用が可能となるという利点があ
る。

更に、装置のプロセス流体または固体との接触部の構造
も簡単になり、除染及び保守が容易となり、放射性物質
の処理には好適である。

一方、マイクロ波加熱特性から、被処理溶液の蒸発、乾
固は高い加熱効率のもとで直接加熱が可能であり、また
、仮焼及びガラスの溶融ではガラス素材の加熱効率は温
度上昇に従い加速される傾向を有するので、その装置の
コンパクト化がはかれると共に、高い溶融温度の達成が
はかれるという効果がある。

また、ガラス素材を長繊維束状にする等により、被処理
溶液の供給方法を工夫すれば、均一な溶液／ガラス素材
の混合比の制御及び供給が可能となり、これによつて均
一な溶液／ガラス素材の溶融混合物が得られ、均一組成
のガラス固化物の製造が可能となるという利点がある。

図面の簡単な説明第１図は本発明の実施例１におけるマ
イクロ波加熱連続ガラス固化装置のフローを示す概略側
断面図、第２図は本発明の実施例２における高レベル放
射性廃液に応用したマイクロ波加熱連続ガラス固化装置
のフローを示す概略側断面図、第３図は本発明の実施例
３におけるマイクロ波加熱連続ガラス固化装置の溶液含
浸ガラス素材繊維束の供給方法を示す要部拡大の側断面
図、第４図は第２図に示すマイクロ波加熱連続ガラス固
化装置の溶液／ガラス素材の昇温カーブ線図である。

１・・・・・マイクロ波加熱室、２・・・・・・容器、
３・・・溶液／ガラス素材供給口、４・・・・・・溶液
供給ライン、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ・・・・・・導波管
、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ・・・・・・排気ライン、８，
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ・・・・・・排気ブロワ、１２・・・
・・・ガラス素材供給装置、１３・・・・・・溶液溜め
、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ・・・・・・マイクロ
波発生装置、Ａ・・・・・・溶液蒸発室、Ｂ・・・・・
・溶液仮焼室、Ｃ・・・・・・ガラス溶融室、ａ−１・
・・・・・ガラス素材繊維束、ａ−４・・・・・・ガラ
ス溶融物、ａ−５・・・・・・ガラス溶融物滴、ａ−６
・・・・・・ガラス溶融物溜め。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 竪型管状のマイクロ波加熱室の頂部から、被処理溶
   液を含浸させたガラス素材繊維束を連続的に供給すると
   共に、該マイクロ波加熱室内で連続的にマイクロ波を照
   射することにより、該ガラス素材繊維束の移動方向に、
   順次被処理溶液を蒸発、乾固及び仮焼せしめ、さらには
   、その仮焼物とガラス素材繊維束との溶融を生ぜしめ、
   ついには、ガラス素材繊維束の下端部より溶融滴下せし
   め、該マイクロ波加熱室底部において回収するマイクロ
   波加熱連続ガラス固化方法。 ２ ガラス素材繊維束の下端部より溶融滴下せしめるガ
   ラス溶融物を、マイクロ波加熱室内に開口して設けられ
   た冷却装置により、ビーズ状のガラス溶融物に固化せし
   め、回収する特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波加
   熱連続ガラス固化方法。 ３ その上部に被処理溶液を含浸させたガラス素材繊維
   束を連続して供給可能な溶液／ガラス素材供給口を有し
   、かつ、その下部を開放した竪型管状のマイクロ波加熱
   室に、排気管及びマイクロ波発生装置を配設せしめると
   共に、その加熱室上部の溶液／ガラス素材供給口の上部
   に、ガラス素材繊維供給装置を配設し、かつ、マイクロ
   波加熱室の開放した下部を閉塞するように、ガラス溶融
   物の回収装置を配設せしめてなるマイクロ波加熱連続ガ
   ラス固化装置。