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JP6730815B2 - Volume reduction processing method and volume reduction apparatus for hardly decomposable waste - Google Patents
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Volume reduction processing method and volume reduction apparatus for hardly decomposable waste Download PDF

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Description

本明細書に開示する技術は、リチウムを含有する難分解性廃棄物を減容処理する技術に関する。特に、原子力発電所で使用される、リチウムが付着したイオン交換樹脂の減容処理に好適に用いることができる技術に関する。 The technique disclosed in the present specification relates to a technique for reducing the volume of hardly decomposable waste containing lithium. In particular, the present invention relates to a technique that can be suitably used for volume reduction treatment of an ion exchange resin having lithium attached thereto, which is used in a nuclear power plant.

難分解性廃棄物としては、例えば、原子力発電所で使用されるイオン交換樹脂が知られている。即ち、原子力発電所では、機器の腐食防止のため、系統水の浄化や系統に注入する水の浄化に大量のイオン交換樹脂が使用されている。これらのイオン交換樹脂は性能が経年劣化するため、所定期間使用した後、廃棄物となる。従来、原子力発電所で発生する使用済のイオン交換樹脂は、放射能レベルにより分別され、それぞれ貯蔵タンクに水とともに貯留されていた。イオン交換樹脂は自然状態では安定で難分解性であるという特性を有するが、有機物質であるため長期的には変質する可能性がある。したがって、使用済のイオン交換樹脂を廃棄物として処分する際には、無機化し安定化することが必要となる。 As the hardly decomposable waste, for example, an ion exchange resin used in a nuclear power plant is known. That is, in a nuclear power plant, a large amount of ion exchange resin is used for purification of system water and purification of water to be injected into the system in order to prevent corrosion of equipment. Since the performance of these ion exchange resins deteriorates with age, they become waste after being used for a predetermined period. Conventionally, used ion-exchange resins generated in nuclear power plants have been sorted according to the level of radioactivity and stored together with water in storage tanks. Ion exchange resins have the property that they are stable and hardly decomposed in the natural state, but since they are organic substances, they may deteriorate in the long term. Therefore, when the used ion exchange resin is disposed of as waste, it is necessary to make it inorganic and to stabilize it.

原子力発電所で発生する使用済のイオン交換樹脂の処理方法として、焼却処理、熱分解処理、酸化分解処理など様々な無機化減容技術が開発されている。現在、一部の原子力発電所では、放射能レベルが低いものについて、800℃以上の高温焼却処理が行われている。一方、放射能レベルが比較的高いものについては、高温焼却処理時に使用される処理炉を構成する耐火物の処理問題や、高温焼却に伴うセシウム(Cs)の飛散の問題などがあり、高温焼却処理の採用は困難であり、そのまま水とともに貯蔵タンクに貯留されているのが現状である。これらの問題を解決するために、乾留装置を用いて使用済イオン交換樹脂を無機化減容処理する技術が開発されている(例えば、特許文献1等)。 As a method for treating used ion-exchange resin generated in a nuclear power plant, various mineralization volume reduction techniques such as incineration treatment, thermal decomposition treatment and oxidative decomposition treatment have been developed. Currently, at some nuclear power plants, high-temperature incineration treatment of 800°C or higher is carried out for those with low radioactivity levels. On the other hand, those with relatively high levels of radioactivity have problems such as the treatment of refractories that make up the treatment furnace used during high-temperature incineration and the problem of cesium (Cs) scattering associated with high-temperature incineration. It is difficult to adopt the treatment and it is currently stored in the storage tank together with water. In order to solve these problems, a technique for mineralizing and reducing the volume of a used ion exchange resin by using a carbonization device has been developed (for example, Patent Document 1).

特開昭63−171400号公報JP-A-63-171400

ところで、原子力発電所では、通常、系統水に添加されるホウ素(B)の酸性物質であるホウ酸を中和するために、水酸化リチウム(LiOH)が添加される。このため、使用済イオン交換樹脂にはリチウム(Li)が付着している。発明者らが鋭意研究した結果、イオン交換樹脂にリチウムが付着していると、イオン交換樹脂を乾留する時に残渣同士が結合して塊となる場合があることが分かった。この場合、残渣の熱分解が不十分となり、結果として使用済みイオン交換樹脂の減容率を十分に向上することができなくなる。 In a nuclear power plant, lithium hydroxide (LiOH) is usually added to neutralize boric acid, which is an acidic substance of boron (B) added to system water. Therefore, lithium (Li) is attached to the used ion exchange resin. As a result of intensive studies by the inventors, it has been found that when lithium is attached to the ion exchange resin, the residues may combine with each other to form a lump when the ion exchange resin is subjected to dry distillation. In this case, the thermal decomposition of the residue becomes insufficient, and as a result, the volume reduction rate of the used ion exchange resin cannot be sufficiently improved.

本明細書は、リチウムを含有する難分解性廃棄物の減容率をさらに高めることができる技術を開示する。 The present specification discloses a technique capable of further increasing the volume reduction rate of a hardly decomposable waste containing lithium.

本明細書に開示するリチウムを含有する難分解性廃棄物を減容処理する方法は、難分解性廃棄物にアルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加する工程と、添加剤が添加された難分解性廃棄物を乾留処理により熱分解する工程と、を有している。 A method of reducing the volume of a lithium-containing hardly-decomposable waste disclosed in the present specification includes a step of adding an additive containing an alkaline earth metal and not containing CO 3 to the hardly-decomposable waste, And a step of thermally decomposing the hardly-decomposable waste material to which the additive has been added by a dry distillation treatment.

この減容処理方法では、リチウムを含有する難分解性廃棄物にアルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加し、添加剤が添加された難分解性廃棄物を乾留処理により熱分解する。後述するように、本願の発明者らが行った実験によると、アルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加して難分解性廃棄物を乾留処理すると、残渣同士の結合による塊が生じ難くなることが分かった。上記の減容処理方法では、残渣同士の結合による塊が生じ難くなるため、難分解性廃棄物の減容率を向上することができる。 In this volume reduction treatment method, an additive that contains alkaline earth metal and does not contain CO 3 is added to a hardly-decomposable waste containing lithium, and the hardly-decomposable waste added with the additive is subjected to dry distillation treatment. Pyrolysis by. As will be described later, according to an experiment conducted by the inventors of the present application, when the persistent decomposition waste is subjected to carbonization treatment by adding an additive containing an alkaline earth metal and not containing CO 3 , the residues are bound to each other. It was found that the lumps caused by the are less likely to occur. In the above volume reduction treatment method, since it is difficult for lumps to be formed due to the binding of the residues to each other, the volume reduction rate of the hardly decomposable waste can be improved.

なお、リチウムを含有する難分解性廃棄物への添加剤の添加方法は種々の方法を採ることができる。具体的には、難分解性廃棄物へ添加剤を予め添加し、添加剤が添加された難分解性廃棄物を乾留炉等に供給してもよいし、あるいは、難分解性廃棄物と添加剤をそれぞれ個別に乾留炉等に供給するようにしてもよい。 Various methods can be used for adding the additive to the hardly-decomposable waste containing lithium. Specifically, the additive may be added to the hardly decomposable waste in advance, and the hardly decomposed waste to which the additive has been added may be supplied to a dry distillation furnace or the like, or the additive may be added together with the hardly decomposed waste. The agents may be individually supplied to a carbonization furnace or the like.

また、本明細書は、上記の課題を解決することができる新規な難分解性廃棄物を減容処理する装置を開示する。この減容処理装置は、乾留部と、乾留部の一端にリチウムを含有する難分解性廃棄物のスラリーを供給するスラリー供給手段と、乾留部の一端に供給されるスラリーにアルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加する添加剤添加手段と、を有する。この減容処理装置によると、上述した本明細書に開示する減容処理方法を好適に実施することができる。 In addition, the present specification discloses a novel apparatus for reducing the volume of persistent waste that can solve the above problems. This volume reduction apparatus comprises a carbonization part, a slurry supply means for supplying a slurry of hardly-decomposable waste containing lithium to one end of the carbonization part, and an alkaline earth metal to the slurry supplied to one end of the carbonization part. And an additive adding means for adding an additive that does not contain CO 3 . According to this volume reduction processing apparatus, the volume reduction processing method disclosed in the present specification described above can be suitably implemented.

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。 Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in detail in the modes for carrying out the invention and in the examples.

実施例に係る減容処理システムの全体構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the whole structure of the volume reduction processing system which concerns on an Example. 実施例に係るボール型乾留炉を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the ball type carbonization furnace which concerns on an Example. ボール型乾留装置の他の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other example of a ball type carbonization device.

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 The main features of the embodiments described below are listed. The technical elements described below are technical elements that are independent of each other, and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Absent.

(特徴1) 本明細書に開示するリチウムを含有する難分解性廃棄物を減容処理する方法は、添加剤が水酸化カルシウムと酸化カルシウムと水酸化バリウムの少なくとも一つを含有していてもよい。 (Characteristic 1) In the method for reducing the volume of hardly-decomposable waste containing lithium disclosed in the present specification, even if the additive contains at least one of calcium hydroxide, calcium oxide and barium hydroxide. Good.

(実施例) 以下、実施例に係る減容処理システムについて説明する。本実施例の減容処理システムでは、原子力発電所における系統水の浄化等で使用されたイオン交換樹脂を減容処理する。系統水にはリチウム(Li)が添加されているため、使用済イオン交換樹脂にはLiが付着している。図1に示すように、減容処理システムは、樹脂受入タンク1と、過熱水蒸気供給装置4と、ボール型乾留炉3と、排ガス処理装置5と、制御装置2を備えている。なお、以下では、使用済イオン交換樹脂を単に「イオン交換樹脂」と称することもある。 (Example) Hereinafter, a volume reduction processing system according to an example will be described. In the volume reduction system of this example, the volume of the ion exchange resin used for purification of system water in a nuclear power plant is reduced. Since lithium (Li) is added to the system water, Li is attached to the used ion exchange resin. As shown in FIG. 1, the volume reduction processing system includes a resin receiving tank 1, a superheated steam supply device 4, a ball type carbonization furnace 3, an exhaust gas processing device 5, and a control device 2. In the following, the used ion exchange resin may be simply referred to as “ion exchange resin”.

樹脂受入タンク1は、原子力発電所で発生した使用済のイオン交換樹脂を5〜15%スラリー(樹脂5〜15%、水分85〜95%)として貯留する。樹脂受入タンク1に貯留されるスラリーの量及びスラリーの濃度は、制御装置2に入力される。樹脂受入タンク1の樹脂供給口には供給ポンプ6が接続されている。供給ポンプ6が作動すると、樹脂受入タンク1内のスラリーが供給路を通ってボール型乾留炉3に供給されるようになっている。 The resin receiving tank 1 stores the used ion exchange resin generated in the nuclear power plant as a 5 to 15% slurry (5 to 15% of resin and 85 to 95% of water content). The amount and concentration of the slurry stored in the resin receiving tank 1 are input to the control device 2. A supply pump 6 is connected to the resin supply port of the resin receiving tank 1. When the supply pump 6 operates, the slurry in the resin receiving tank 1 is supplied to the ball-type carbonization furnace 3 through the supply passage.

樹脂受入タンク1には、電気伝導度測定装置30が接続されている。電気伝導度測定装置30には、樹脂受入タンク1内のイオン交換樹脂のスラリーが所定の量だけ抜き取られて送られる。電気伝導度測定装置30では、当該スラリーに濃度が既知のLi溶解液を滴下しながら、スラリーの電気伝導度を測定する。使用済イオン交換樹脂が未反応のスルホ基(−SOH)を含む場合(即ち、イオン交換能を有する場合)は、滴下されるLi溶解液中のLiがスルホ基によってイオン交換されるため、非電解質であるスラリーの電気伝導度は変化しない。Li溶解液の滴下を続け、イオン交換樹脂が飽和すると、その後に滴下されるLi溶解液の量に応じてスラリー(厳密にはスラリーとLi溶解液の混合体)の電気伝導度が上昇する。 An electric conductivity measuring device 30 is connected to the resin receiving tank 1. A predetermined amount of the ion-exchange resin slurry in the resin receiving tank 1 is extracted and sent to the electric conductivity measuring device 30. The electrical conductivity measuring device 30 measures the electrical conductivity of the slurry while dropping a Li solution having a known concentration into the slurry. When the used ion exchange resin contains an unreacted sulfo group (—SO 3 H) (that is, when it has ion exchange ability), Li in the dropped Li solution is ion-exchanged by the sulfo group. The electric conductivity of the non-electrolyte slurry does not change. When the addition of the Li solution is continued and the ion-exchange resin is saturated, the electrical conductivity of the slurry (strictly speaking, a mixture of the slurry and the Li solution) rises according to the amount of the Li solution dropped thereafter.

電気伝導度測定装置30は、電気伝導度が上昇し始めたときのLi溶解液の合計滴下量、Li溶解液の濃度、及び樹脂受入タンク1から測定装置30に送られたスラリーの量を制御装置2に入力する。制御装置2では、これら3つの値と、外部から入力される樹脂受入タンク1に貯留されているスラリーの量及び濃度と、外部から入力されるイオン交換樹脂中の硫黄(S)の含有率と、に基づいて、樹脂受入タンク1内のイオン交換樹脂に付着しているLiの物質量(モル)を算出する。 The electric conductivity measuring device 30 controls the total amount of the Li dissolved liquid when the electric conductivity starts to increase, the concentration of the Li dissolved liquid, and the amount of the slurry sent from the resin receiving tank 1 to the measuring device 30. Input to device 2. In the control device 2, these three values, the amount and concentration of the slurry stored in the resin receiving tank 1 input from the outside, and the content rate of sulfur (S) in the ion exchange resin input from the outside. , The amount of Li substance adhering to the ion exchange resin in the resin receiving tank 1 (mol) is calculated.

なお、イオン交換樹脂の全てのスルホ基がLiと反応するわけではない。例えば、Sの含有率が約8.7wt%のイオン交換樹脂において、当該イオン交換樹脂のスルホ基の全てがLiと反応すると仮定したときのLiの量は、8.7wt%×6.941/32.07=約1.9wt%である。ここで、6.941はLiの原子量であり、32.07はSの原子量である。しかしながら、実際には、Sの含有率が約8.7wt%のイオン交換樹脂に付着するLiは、理論値である約1.9wt%よりも少ない。このため、Li溶解液の滴下により電気伝導度が上昇し始めたときであっても、イオン交換樹脂にはスルホ基が残存している。このため、使用済イオン交換樹脂に付着しているLiの物質量(モル)は、理論的に付着可能なLiの最大量(モル)を基準とするのではなく、実際にイオン交換樹脂に付着可能なLiの最大量(モル)を基準として算出される。即ち、(使用済イオン交換樹脂に付着しているLiの量)=(実際にイオン交換樹脂に付着可能なLiの最大量)−(Li溶解液の滴下により添加されたLiの量)によって算出される。なお、実際にイオン交換樹脂に付着するLiの最大量(モル)は、当該イオン交換樹脂のSの含有率によって決まるため、Sの含有率に応じてLiの最大付着量(モル)は変化する。Sの含有率が約8.7wt%のイオン交換樹脂では、経験的にLiの最大付着量は約1.3wt%と言われている。このような経験則から、イオン交換樹脂に付着するLiの最大量(モル)を特定することができる。 Not all sulfo groups of the ion exchange resin react with Li. For example, in an ion exchange resin having a S content of about 8.7 wt %, the amount of Li is 8.7 wt%×6.941/when all of the sulfo groups of the ion exchange resin are assumed to react with Li. 32.07=about 1.9 wt %. Here, 6.941 is the atomic weight of Li and 32.07 is the atomic weight of S. However, in reality, the amount of Li attached to the ion exchange resin having an S content of about 8.7 wt% is less than the theoretical value of about 1.9 wt %. Therefore, the sulfo group remains in the ion exchange resin even when the electric conductivity starts to increase due to the dropping of the Li solution. Therefore, the substance amount (mol) of Li attached to the used ion exchange resin is not based on the theoretically maximum amount (mol) of attachable Li, but actually attached to the ion exchange resin. It is calculated based on the maximum amount (mol) of possible Li. That is, calculated by (amount of Li adhering to the used ion exchange resin)=(maximum amount of Li actually adhering to the ion exchange resin)−(amount of Li added by dropping the Li solution) To be done. Since the maximum amount (mol) of Li actually attached to the ion exchange resin is determined by the S content rate of the ion exchange resin, the maximum Li attachment amount (mol) changes depending on the S content rate. .. It is empirically said that the maximum amount of Li deposited is about 1.3 wt% in an ion exchange resin having a S content of about 8.7 wt %. From such an empirical rule, the maximum amount (mol) of Li adhering to the ion exchange resin can be specified.

樹脂受入タンク1には、添加剤供給装置24が接続されている。添加剤供給装置24は、樹脂受入タンク1に添加剤を供給する。添加剤としては、粉体状の水酸化カルシウム(Ca(OH))が用いられる。添加剤供給装置24から供給される添加剤は、樹脂受入タンク1内でイオン交換樹脂のスラリーと混合される。添加剤が混合されたイオン交換樹脂のスラリーがボール型乾留炉3に供給される。 An additive supply device 24 is connected to the resin receiving tank 1. The additive supply device 24 supplies the additive to the resin receiving tank 1. As the additive, powdery calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) is used. The additive supplied from the additive supply device 24 is mixed with the slurry of the ion exchange resin in the resin receiving tank 1. The slurry of the ion exchange resin mixed with the additive is supplied to the ball type carbonization furnace 3.

添加剤の添加量は、樹脂受入タンク1に貯留されているイオン交換樹脂に付着しているLiの物質量(モル)に応じて決定される。上述したように、イオン交換樹脂に付着しているLiの物質量(モル)は、電気伝導度測定装置30の測定結果から算出することができる。Liの物質量(モル)が算出されると、その算出したLiの物質量(モル)を用いてCa(OH)の添加量(モル)が決定できる。具体的には、1モルのLiと当量〜2倍(即ち、0.5〜1モル)のCa(OH)が添加される。なお、本実施例では、電気伝導度測定装置30により電気伝導度を測定することで、イオン交換樹脂に付着しているLiの物質量(モル)を算出し、この算出したLiの物質量(モル)に応じて添加剤の添加量(モル)を決定したが、本明細書に開示の技術はこのような例に限られない。例えば、使用済みイオン交換樹脂に付着するLiの含有率(wt%)が経験的に判明している場合、添加剤の添加量は、樹脂受入タンク1に貯留されているイオン交換樹脂(使用済イオン交換樹脂)に付着しているLiの含有率(wt%)に応じて決定してもよい。1wt%のLiと当量のCa(OH)は、1wt%×0.5×74.09/6.941=5.3wt%である。ここで、74.09はCa(OH)の式量である。上述したように、使用済みイオン交換樹脂に付着しているLiの当量〜2倍のCa(OH)を添加するため、使用済みイオン交換樹脂のLi含有率(wt%)がa(wt%)である場合、約5.3×a〜10.6×a(wt%)のCa(OH)を添加すればよい。具体的には、使用済みイオン交換樹脂のLi含有率が経験的に1wt%である場合は、使用済みイオン交換樹脂の約5〜10wt%のCa(OH)を添加すればよい。 The additive amount of the additive is determined according to the substance amount (mol) of Li adhering to the ion exchange resin stored in the resin receiving tank 1. As described above, the substance amount (mol) of Li attached to the ion exchange resin can be calculated from the measurement result of the electric conductivity measuring device 30. When the substance amount (mol) of Li is calculated, the added amount (mol) of Ca(OH) 2 can be determined by using the calculated substance amount (mol) of Li. Specifically, 1 mol of Li and equivalent to 2 times (that is, 0.5 to 1 mol) of Ca(OH) 2 are added. In this example, the amount of Li substance adhering to the ion exchange resin (mol) was calculated by measuring the electric conductivity with the electric conductivity measuring device 30, and the calculated amount of Li substance ( Although the addition amount (mol) of the additive is determined according to (mol), the technique disclosed in the present specification is not limited to such an example. For example, if the content (wt%) of Li adhering to the used ion-exchange resin is empirically known, the amount of the additive added depends on the amount of the ion-exchange resin (used It may be determined according to the content rate (wt%) of Li adhering to the ion exchange resin). 1 wt% Li and equivalent Ca(OH) 2 are 1 wt%×0.5×74.09/6.941=5.3 wt %. Here, 74.09 is the formula weight of Ca(OH) 2 . As described above, since Ca(OH) 2 equivalent to Li which is attached to the used ion exchange resin is doubled, the Li content (wt %) of the used ion exchange resin is a (wt %). ), approximately 5.3×a to 10.6×a (wt%) of Ca(OH) 2 may be added. Specifically, when the Li content of the used ion exchange resin is empirically 1 wt %, Ca(OH) 2 of about 5 to 10 wt% of the used ion exchange resin may be added.

過熱水蒸気供給装置4は、水タンク7と、供給ポンプ8と、蒸気発生器9と、蒸気過熱器10を備えている。水タンク7の供給口には供給ポンプ8が接続されている。供給ポンプ8が作動すると、水タンク7内の水が蒸気発生器9に供給される。蒸気発生器9は、水タンク7から供給される水を水蒸気とする。蒸気発生器9には蒸気過熱器10が接続されており、蒸気発生器9で発生した水蒸気は蒸気過熱器10に供給される。蒸気過熱器10は、蒸気発生器9から供給される水蒸気を過熱して過熱水蒸気とする。蒸気過熱器10で生成された過熱水蒸気は、ボール型乾留炉3に供給される。 The superheated steam supply device 4 includes a water tank 7, a supply pump 8, a steam generator 9, and a steam superheater 10. A supply pump 8 is connected to the supply port of the water tank 7. When the supply pump 8 operates, the water in the water tank 7 is supplied to the steam generator 9. The steam generator 9 converts the water supplied from the water tank 7 into steam. A steam superheater 10 is connected to the steam generator 9, and the steam generated by the steam generator 9 is supplied to the steam superheater 10. The steam superheater 10 superheats the steam supplied from the steam generator 9 into superheated steam. The superheated steam generated by the steam superheater 10 is supplied to the ball type carbonization furnace 3.

ボール型乾留炉3は、樹脂受入タンク1内に貯留されるイオン交換樹脂のスラリーと、過熱水蒸気供給装置4から供給される過熱水蒸気とを接触させ、イオン交換樹脂を熱分解する。熱分解により生じたガスは排ガス処理装置5に送られ、また、イオン交換樹脂の熱分解後の残渣は固化設備に送られる。ボール型乾留炉3の詳細な構成については、後で詳述する。 The ball-type carbonization furnace 3 brings the slurry of the ion exchange resin stored in the resin receiving tank 1 into contact with the superheated steam supplied from the superheated steam supply device 4 to thermally decompose the ion exchange resin. The gas generated by the thermal decomposition is sent to the exhaust gas treatment device 5, and the residue after the thermal decomposition of the ion exchange resin is sent to the solidification equipment. The detailed structure of the ball-type carbonization furnace 3 will be described later.

排ガス処理装置5は、ボール型乾留炉3から供給される排気ガスを処理し、無害化して大気に排気する。排ガス処理装置5は、ボール型乾留炉3から供給される排気ガス中の可燃分を燃焼させる二次燃焼器と、二次燃焼器から排気される排気ガス中の微粒子を除去する複数のHEPAフィルタを有している。HEPAフィルタを通過後のガスを大気に排出することで、排ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散することを防止することができる。 The exhaust gas processing device 5 processes the exhaust gas supplied from the ball-type carbonization furnace 3, detoxifies it, and exhausts it to the atmosphere. The exhaust gas treatment device 5 includes a secondary combustor for burning combustible components in the exhaust gas supplied from the ball-type carbonization furnace 3, and a plurality of HEPA filters for removing fine particles in the exhaust gas exhausted from the secondary combustor. have. By discharging the gas that has passed through the HEPA filter to the atmosphere, it is possible to prevent the fine particles contained in the exhaust gas from diffusing into the atmosphere.

制御装置2は、減容処理システムを構成する各装置を制御する制御装置である。制御装置2は、例えば、樹脂受入タンク1に供給される添加剤の供給量と、ボール型乾留炉3に供給されるイオン交換樹脂の供給量(時間当たりの供給量)と、ボール型乾留炉3に供給される過熱水蒸気の供給量(時間当たりの供給量)と、ボール型乾留炉3内の雰囲気温度を制御する。即ち、制御装置2は、添加剤供給装置24を制御することで添加剤の供給量を制御し、供給ポンプ6を制御することでイオン交換樹脂の供給量を制御し、過熱水蒸気供給装置4を制御することで過熱水蒸気の供給量を制御し、ボール型乾留炉3のヒータ出力を制御することで雰囲気温度を制御する。制御装置2の動作については、後で詳述する。 The control device 2 is a control device that controls each device that constitutes the volume reduction processing system. The control device 2 uses, for example, the additive supply amount supplied to the resin receiving tank 1, the ion exchange resin supply amount (supply amount per hour) supplied to the ball-type carbonization furnace 3, and the ball-type carbonization furnace. The amount of superheated steam supplied to the No. 3 (the amount of supply per hour) and the atmospheric temperature in the ball-type carbonization furnace 3 are controlled. That is, the control device 2 controls the additive supply device 24 to control the additive supply amount, controls the supply pump 6 to control the ion exchange resin supply amount, and controls the superheated steam supply device 4. By controlling it, the supply amount of superheated steam is controlled, and by controlling the heater output of the ball-type carbonization furnace 3, the ambient temperature is controlled. The operation of the control device 2 will be described later in detail.

次に、図2を参照してボール型乾留炉3の詳細な構成について説明する。図2に示すように、ボール型乾留炉3は、ボール充填部である金属製の密閉式反応容器11と、反応容器11の内部を容器外から加熱する外部ヒータ25(図1に図示)と、反応容器11の内部に充填されたセラミック製または金属製のボール12と、ボール12を機械的に撹拌できる撹拌翼13と、反応容器11の上部からボール12上へイオン交換樹脂を供給するイオン交換樹脂供給ノズル16と、反応容器11の上部からボール12上へ過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給ノズル15から構成されている。 Next, the detailed configuration of the ball-type carbonization furnace 3 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the ball-type carbonization furnace 3 includes a metal closed reaction vessel 11 which is a ball filling portion, an external heater 25 (shown in FIG. 1) for heating the inside of the reaction vessel 11 from outside the vessel. , Ceramic or metal balls 12 filled in the reaction vessel 11, stirring blades 13 capable of mechanically stirring the balls 12, and ions for supplying an ion exchange resin from the upper portion of the reaction vessel 11 to the balls 12 It is composed of an exchange resin supply nozzle 16 and a superheated steam supply nozzle 15 for supplying superheated steam from the upper part of the reaction vessel 11 onto the balls 12.

なお、過熱水蒸気供給ノズル15から過熱水蒸気を供給するか否かは任意であり、イオン交換樹脂供給ノズル16から供給されるイオン交換樹脂の水分率に応じて適宜決定することができる。例えば、イオン交換樹脂の水分率が高い場合は、過熱水蒸気供給ノズル15からの過熱水蒸気の供給を停止してもよく、一方、イオン交換樹脂の水分率が低い場合は、過熱水蒸気供給ノズル15から過熱水蒸気を供給してもよい。 Whether or not the superheated steam is supplied from the superheated steam supply nozzle 15 is arbitrary, and can be appropriately determined according to the water content of the ion exchange resin supplied from the ion exchange resin supply nozzle 16. For example, when the water content of the ion exchange resin is high, the supply of superheated steam from the superheated steam supply nozzle 15 may be stopped, while when the water content of the ion exchange resin is low, the superheated steam supply nozzle 15 may be used. Superheated steam may be supplied.

密閉式反応容器11は、径が例えば400mmで長さが500mmである金属製の円筒体により構成され、反応容器11内の圧力を−0.5〜−10kPaに維持する圧力制御機構を備えている。なお、反応容器11の長さは、500mmに限られず、処理するイオン交換樹脂の種類等に応じて適宜決定することができる。なお、高水分率のイオン交換樹脂のスラリーを反応容器11内に直接投入する場合、イオン交換樹脂の温度が上昇し難いため、反応容器11の長さを500mm以上とすることが好ましい。反応容器11の長さを500mm以上とすることで、反応時間を充分に長くすることができ、投入されたイオン交換樹脂を好適に熱分解することができる。 The closed reaction vessel 11 is composed of a metal cylindrical body having a diameter of 400 mm and a length of 500 mm, for example, and is provided with a pressure control mechanism for maintaining the pressure inside the reaction vessel 11 at −0.5 to −10 kPa. There is. The length of the reaction vessel 11 is not limited to 500 mm and can be appropriately determined according to the type of ion exchange resin to be treated. In addition, when the slurry of the ion exchange resin having a high water content is directly charged into the reaction vessel 11, the temperature of the ion exchange resin is hard to rise, so that the length of the reaction vessel 11 is preferably 500 mm or more. By setting the length of the reaction vessel 11 to 500 mm or more, the reaction time can be sufficiently lengthened, and the charged ion exchange resin can be preferably thermally decomposed.

反応容器11の軸心部には回転軸14が設けられている。回転軸14は駆動モータ(図示省略)によって所定の速度(約0.1〜2.0rpm、好ましくは0.5rpm以上)で回転される。回転軸14の周部には、螺旋状の撹拌翼13が取り付けられている。撹拌翼13は、回転軸14を囲むように延びる螺旋状の外枠部13aと、外枠部13aと回転軸14とを接続する複数の板状の翼部13bを有する。外枠部13aは、反応容器11の内周面近傍に位置している。複数の翼部13bは、外枠部13aの上端から下端に亘って、互いに間隔をあけて分散して配置されている。このため、隣接する2つの翼部13bの間には空間が形成されている。なお、翼部13bの形状は平板状であってもよいし、曲面を有する板状であってもよい。 A rotary shaft 14 is provided at the axial center of the reaction container 11. The rotating shaft 14 is rotated at a predetermined speed (about 0.1 to 2.0 rpm, preferably 0.5 rpm or more) by a drive motor (not shown). A spiral stirring blade 13 is attached to the peripheral portion of the rotary shaft 14. The stirring blade 13 has a spiral outer frame portion 13 a extending so as to surround the rotating shaft 14, and a plurality of plate-shaped blade portions 13 b connecting the outer frame portion 13 a and the rotating shaft 14. The outer frame portion 13 a is located near the inner peripheral surface of the reaction container 11. The plurality of wings 13b are arranged in a distributed manner at intervals from the upper end to the lower end of the outer frame portion 13a. Therefore, a space is formed between the two adjacent blades 13b. The wing portion 13b may have a flat plate shape or a curved plate shape.

反応容器11内のボール12は、耐蝕性のあるセラミックボールあるいは、高ニッケル系合金であるハステロイ又はインコネル製であって、10〜25mmの粒径を有している。ボール12は、撹拌翼13により撹拌されながら反応容器11内の周縁部を上昇し、これに伴って形成される空間部に、反応容器11内の上部に位置しているボールが順次下降していく。 The balls 12 in the reaction vessel 11 are made of corrosion-resistant ceramic balls or high nickel alloy Hastelloy or Inconel, and have a particle size of 10 to 25 mm. The balls 12 ascend along the periphery of the reaction vessel 11 while being stirred by the agitating blades 13, and the balls located at the upper portion of the reaction vessel 11 descend sequentially in the space formed with this. Go

反応容器11の下端には、ボール12を反応容器11内に保持するための保持板23が配置されている(図1に図示)。保持板23は、ボール12の通過を禁止する一方、ガス及びイオン交換樹脂の残渣の通過を許容する。これにより、反応容器11内に充填されたボール12が粉体貯留部19に落下することが防止される一方、反応容器11内で熱分解されなかった残渣及び熱分解により発生したガスが粉体貯留部19に移動することができる。 A holding plate 23 for holding the balls 12 in the reaction container 11 is arranged at the lower end of the reaction container 11 (illustrated in FIG. 1 ). The holding plate 23 prohibits the balls 12 from passing therethrough, while allowing the gas and the residue of the ion exchange resin to pass therethrough. This prevents the balls 12 filled in the reaction container 11 from falling into the powder storage portion 19, while the residue not thermally decomposed in the reaction container 11 and the gas generated by the thermal decomposition are powdered. It can be moved to the storage unit 19.

なお、保持板23の下面の略中央には温度センサ22(図1に図示)が配置されている。温度センサ22は、反応容器11の下端(即ち、乾留部の下端)の温度を検出する。温度センサ22は、制御装置2に接続されている。温度センサ22で検出された温度は制御装置2に入力される。 A temperature sensor 22 (shown in FIG. 1) is arranged substantially at the center of the lower surface of the holding plate 23. The temperature sensor 22 detects the temperature of the lower end of the reaction container 11 (that is, the lower end of the dry distillation section). The temperature sensor 22 is connected to the control device 2. The temperature detected by the temperature sensor 22 is input to the control device 2.

反応容器11の下方には粉体貯留部19が設けられている。粉体貯留部19は、反応容器11から排出されるガスから固体(イオン交換樹脂の残渣等の粉体)を分離し、分離した粉体を貯留する。粉体貯留部19の下端には、過熱水蒸気供給ノズル21が設けられている。過熱水蒸気供給ノズル21には、過熱水蒸気供給装置4から過熱水蒸気が供給される。過熱水蒸気供給ノズル21から粉体貯留部19内に供給される過熱水蒸気は、イオン交換樹脂の残渣に含まれる未分解分を分解するために用いられる。また、粉体貯留部19内に供給された過熱水蒸気の一部は、反応容器11内に流れ、反応容器11内でイオン交換樹脂と接触してイオン交換樹脂の熱分解に用いられる。 A powder storage section 19 is provided below the reaction container 11. The powder storage unit 19 separates solids (powder such as residue of ion exchange resin) from the gas discharged from the reaction container 11 and stores the separated powder. A superheated steam supply nozzle 21 is provided at the lower end of the powder reservoir 19. Superheated steam is supplied from the superheated steam supply device 4 to the superheated steam supply nozzle 21. The superheated steam supplied from the superheated steam supply nozzle 21 into the powder reservoir 19 is used for decomposing undecomposed components contained in the residue of the ion exchange resin. In addition, a part of the superheated steam supplied into the powder reservoir 19 flows into the reaction vessel 11, contacts the ion exchange resin in the reaction vessel 11, and is used for the thermal decomposition of the ion exchange resin.

また、粉体貯留部19の壁面には、外部電気式ヒータ20が設けられている(図1に図示)。ヒータ20によって、粉体貯留部19内の雰囲気温度がイオン交換樹脂の残渣が熱分解可能な温度に制御される。 An external electric heater 20 is provided on the wall surface of the powder storage portion 19 (shown in FIG. 1). The heater 20 controls the atmospheric temperature in the powder storage portion 19 to a temperature at which the residue of the ion exchange resin can be thermally decomposed.

粉体貯留部19の上面には、焼結金属フィルタ17が配置されている。粉体貯留部19内のガスは、焼結金属フィルタ17によって濾過される。焼結金属フィルタ17によって濾過された排ガスが排ガス出口18より排ガス処理装置5に送られる。なお、本実施例では焼結金属フィルタを用いたが、これに限られず、例えばセラミックフィルタを用いてもよい。 The sintered metal filter 17 is arranged on the upper surface of the powder reservoir 19. The gas in the powder reservoir 19 is filtered by the sintered metal filter 17. The exhaust gas filtered by the sintered metal filter 17 is sent from the exhaust gas outlet 18 to the exhaust gas processing device 5. Although the sintered metal filter is used in this embodiment, the present invention is not limited to this, and a ceramic filter may be used, for example.

次に、本実施例に係る減容処理システムによりイオン交換樹脂を減容処理する方法について説明する。まず、電気伝導度測定装置30を作動して、樹脂受入タンク1に貯留されているイオン交換樹脂に付着しているLiの物質量を測定する。制御装置2は、添加剤供給装置24を制御して、樹脂受入タンク1にLiの物質量の0.5〜1倍の物質量のCa(OH)を添加剤として供給する。樹脂受入タンク1では、図示しない撹拌装置によってイオン交換樹脂のスラリーと添加剤とが撹拌され、両者が均一に混合される。次いで、制御装置2は供給ポンプ6を駆動してイオン交換樹脂のスラリーをボール型乾留炉3の反応容器11に供給すると共に、過熱水蒸気供給装置4を駆動して過熱水蒸気をボール型乾留炉3の粉体貯留部19に供給する。この際、反応容器11に単位時間当り供給されるイオン交換樹脂の水分量と、粉体貯留部19に単位時間当たりに投入される過熱水蒸気の水分量とを調整することで、ボール型乾留炉3内の雰囲気温度がイオン交換樹脂を熱分解するために必要な温度(約460〜700℃)に好適に維持される。 Next, a method of reducing the volume of the ion exchange resin by the volume reduction processing system according to the present embodiment will be described. First, the electric conductivity measuring device 30 is operated to measure the amount of Li substance adhering to the ion exchange resin stored in the resin receiving tank 1. The control device 2 controls the additive supply device 24 to supply Ca(OH) 2 having a substance amount of 0.5 to 1 times the substance amount of Li to the resin receiving tank 1 as an additive. In the resin receiving tank 1, the ion-exchange resin slurry and the additive are agitated by an agitator (not shown), and both are uniformly mixed. Next, the controller 2 drives the supply pump 6 to supply the ion-exchange resin slurry to the reaction vessel 11 of the ball-type carbonization furnace 3, and drives the superheated steam supply device 4 to supply the superheated steam to the ball-type carbonization furnace 3. To the powder storage section 19 of At this time, the water content of the ion exchange resin supplied to the reaction vessel 11 per unit time and the water content of the superheated steam fed to the powder storage unit 19 per unit time are adjusted to adjust the ball-type carbonization furnace. The ambient temperature in 3 is preferably maintained at the temperature (about 460 to 700° C.) necessary for thermally decomposing the ion exchange resin.

反応容器11に供給されたイオン交換樹脂のスラリーは、イオン交換樹脂供給ノズル16から反応容器11内に供給される。反応容器11内に供給されたイオン交換樹脂は、初期には5〜15%スラリーの含水状態であり、基本的にはボール12の表面に付着して、炉内を移動する。このため、イオン交換樹脂の反応容器11内での滞留時間はボール12の下降時間と同じとなる。ボール12の下降時間は、撹拌翼13の寸法、回転数、ボール12の寸法、充填層高さで自由に調節可能であるが、ボール12の下降時間(即ち、イオン交換樹脂の反応容器11内での滞留時間)は減容率向上には長い程好ましい。具体的には、ボールの径を小さくする、回転軸14の回転数を小さくする、ボール12が充填される充填層の長さを長くする方法を採用することができる。 The ion-exchange resin slurry supplied to the reaction container 11 is supplied from the ion-exchange resin supply nozzle 16 into the reaction container 11. The ion exchange resin supplied into the reaction vessel 11 initially has a water content of 5 to 15% slurry, and basically adheres to the surface of the balls 12 and moves in the furnace. Therefore, the residence time of the ion exchange resin in the reaction container 11 is the same as the descent time of the balls 12. The descent time of the balls 12 can be freely adjusted by the dimensions of the stirring blade 13, the number of revolutions, the dimensions of the balls 12, and the height of the packed bed. The longer the retention time is, the better for improving the volume reduction rate. Specifically, a method of reducing the diameter of the ball, reducing the number of rotations of the rotating shaft 14, and increasing the length of the filling layer filled with the ball 12 can be adopted.

粉体貯留部19内に供給される過熱水蒸気は、過熱水蒸気供給ノズル21から粉体貯留部19内に供給される。粉体貯留部19内に供給された水蒸気の一部は、反応容器11内に進入し、ボール12の表面に付着したイオン交換樹脂へ供給される。 The superheated steam supplied into the powder reservoir 19 is supplied from the superheated steam supply nozzle 21 into the powder reservoir 19. A part of the water vapor supplied into the powder reservoir 19 enters the reaction container 11 and is supplied to the ion exchange resin attached to the surface of the ball 12.

本実施例では、制御装置2が、温度センサ22で検出される温度が適切な温度となるように、反応容器11に供給されるイオン交換樹脂のスラリーの量と、粉体貯留部19に供給される過熱水蒸気の量と、各種ヒータ20、25の出力を制御する。これによって、反応容器11の下端の温度がイオン交換樹脂の分解に必要な充分な温度に維持され、反応容器11内でイオン交換樹脂を十分に減容化することができる。 In the present embodiment, the control device 2 supplies the amount of the ion-exchange resin slurry supplied to the reaction container 11 and the powder storage unit 19 so that the temperature detected by the temperature sensor 22 becomes an appropriate temperature. The amount of superheated steam to be generated and the outputs of the various heaters 20 and 25 are controlled. As a result, the temperature of the lower end of the reaction vessel 11 is maintained at a sufficient temperature necessary for decomposing the ion exchange resin, and the volume of the ion exchange resin in the reaction vessel 11 can be sufficiently reduced.

反応容器11内での分解によって発生した残渣は、粉体貯留部19に排出される。本実施例では、粉体貯留部19の下部に過熱水蒸気を供給し、また、ヒータ20により粉体貯留部19を加熱している。これによって、粉体貯留部19に排出された残渣内の未分解分が分解され、更に、イオン交換樹脂の減容率を向上することができる。 The residue generated by the decomposition in the reaction container 11 is discharged to the powder storage section 19. In this embodiment, superheated steam is supplied to the lower portion of the powder storage portion 19, and the powder storage portion 19 is heated by the heater 20. As a result, the undecomposed portion in the residue discharged to the powder reservoir 19 is decomposed, and the volume reduction rate of the ion exchange resin can be further improved.

反応容器11内での分解によって発生した分解ガス(CO、CxHy等)及び、硫酸ガス、亜硫酸ガスなどは、焼結金属フィルタ17を経て排ガス出口18から排出され、排ガス処理装置5で処理される。このため、原子力発電所で発生する使用済のイオン交換樹脂を、放射能による環境汚染の危険を伴わず安全に減容処理することができる。 Decomposition gas (CO, CxHy, etc.) generated by decomposition in the reaction vessel 11, sulfuric acid gas, sulfurous acid gas, etc. are discharged from the exhaust gas outlet 18 through the sintered metal filter 17, and are processed by the exhaust gas processing device 5. .. Therefore, the used ion exchange resin generated in the nuclear power plant can be safely volume-reduced without the risk of environmental pollution due to radioactivity.

また、添加剤の添加量を、樹脂受入タンク1に貯留されているイオン交換樹脂に付着しているLiの物質量に応じて決定することにより、過不足なく添加剤を供給することが可能となり、添加剤の過剰供給を抑制できる。 Further, by determining the additive amount of the additive according to the amount of the Li substance adhering to the ion exchange resin stored in the resin receiving tank 1, it becomes possible to supply the additive without excess or deficiency. It is possible to suppress the excessive supply of the additive.

本発明者らは、上記の減容処理システムを用いて、(i)未使用のイオン交換樹脂と、(ii)Ca(OH)を添加していない使用済イオン交換樹脂と、(iii)Ca(OH)を添加した使用済イオン交換樹脂、の計3種類の試料に対して減容処理を行った(実験1)。なお、未使用イオン交換樹脂にはLiが付着しておらず、使用済イオン交換樹脂にはLiが付着している。実験1では、反応容器11の温度を550℃とした。実験1に用いたイオン交換樹脂に含まれるSは、未使用のイオン交換樹脂の約8.7wt%である。また、使用済イオン交換樹脂に付着しているLiは、未使用のイオン交換樹脂の約1wt%である。実験1では、添加剤として、使用済イオン交換樹脂の約7wt%のCa(OH)を添加した。 The present inventors have used the above volume-reducing treatment system to provide (i) an unused ion exchange resin, (ii) a used ion exchange resin to which Ca(OH) 2 has not been added, and (iii) Volume reduction processing was performed on a total of three types of samples, that is, a used ion exchange resin to which Ca(OH) 2 was added (Experiment 1). In addition, Li is not attached to the unused ion exchange resin, and Li is attached to the used ion exchange resin. In Experiment 1, the temperature of the reaction container 11 was set to 550°C. S contained in the ion exchange resin used in Experiment 1 is about 8.7 wt% of the unused ion exchange resin. Further, Li attached to the used ion exchange resin is about 1 wt% of the unused ion exchange resin. In Experiment 1, Ca(OH) 2 of about 7 wt% of the used ion exchange resin was added as an additive.

実験1の結果、(i)では減重率が98%(ドライ重量ベース)であり、残渣同士の結合による塊は生じていなかった。(ii)では減重率は90%であり、残渣同士の結合による塊が生じていた。(iii)では減重率が95%であり、残渣同士の結合による塊は生じていなかった。なお、実験1では、減容の指標として、処理前後の試料の重量(ドライベース)により減重率として評価した。また、(iii)で生じた残渣をXRD(X線回折分析)で分析したところ、中規模の量のLiSO及びCaSOが検出された。一方、未反応のCaは検出されなかった。さらに、(iii)では、排ガス処理装置5に送られるガス(SOx)が減少したことが確認された。なお、ここでいう「中規模の量」とは、対象試料中における相対的な量の評価であり、他の試料と比較した量を表すものではない。後述する「多量」、「少量」についても同様である。 As a result of Experiment 1, in (i), the weight loss rate was 98% (on a dry weight basis), and no lump was formed due to the binding of the residues. In (ii), the weight loss rate was 90%, and lumps were formed due to the binding of the residues. In (iii), the weight loss rate was 95%, and no lumps due to the binding of the residues were generated. In Experiment 1, the weight reduction index was evaluated by the weight of the sample before and after the treatment (dry basis) as an index of volume reduction. When the residue generated in (iii) was analyzed by XRD (X-ray diffraction analysis), medium-scale amounts of Li 2 SO 4 and CaSO 4 were detected. On the other hand, unreacted Ca was not detected. Further, in (iii), it was confirmed that the gas (SOx) sent to the exhaust gas treatment device 5 decreased. The “medium-scale amount” here is an evaluation of the relative amount in the target sample, and does not represent the amount compared with other samples. The same applies to "large amount" and "small amount" described later.

実験結果から、Liが残渣同士の結合による塊が生じる原因であると考えられる(後述)。また、イオン交換樹脂にLiが付着していても、Ca(OH)を添加することにより、残渣同士の結合による塊の発生を抑制できることが分かる。さらに、Liが付着したイオン交換樹脂においては、Ca(OH)を添加することにより減容率を向上できることが分かる。なお、上述した残渣の塊は、脆くて砕けやすい状態であった。このことから、残渣の塊は、溶融固着により生じたものではなく、焼結(又はこれに類する現象)により生じたものであると推測される。なお、本発明者らは、実験1の(iii)におけるCa(OH)の添加量を、使用済イオン交換樹脂の約5wt%とした場合と約10wt%とした場合についてもそれぞれ実験を行った。実験の結果、いずれの場合も焼結(又はこれに類する現象)が生じないことが確認された。 From the experimental results, it is considered that Li is the cause of the formation of lumps due to the bonding of the residues (described later). It is also found that even if Li is attached to the ion exchange resin, the addition of Ca(OH) 2 can suppress the generation of lumps due to the binding of the residues. Further, in the ion exchange resin to which Li is attached, it can be seen that the volume reduction rate can be improved by adding Ca(OH) 2 . The above-mentioned lump of residue was brittle and easily broken. From this, it is speculated that the lump of the residue is not caused by melt-fixing but is caused by sintering (or a phenomenon similar thereto). The inventors of the present invention also conducted an experiment in the case where the addition amount of Ca(OH) 2 in (iii) of Experiment 1 was about 5 wt% and about 10 wt% of the used ion exchange resin. It was As a result of the experiment, it was confirmed that sintering (or a phenomenon similar thereto) did not occur in any case.

本実施例の減容処理システムでは、イオン交換樹脂に添加剤として水酸化カルシウム(Ca(OH))を添加し、この添加剤が添加されたイオン交換樹脂をボール型乾留炉3で乾留処理する。上記の実験結果から明らかなように、本実施例の減容処理システムによると、残渣同士の結合による塊(典型的には、焼結又はこれに類する現象)が生じることを抑制することができる。このため、残渣を十分に熱分解することが可能となり、使用済イオン交換樹脂の減容率を従来よりもさらに向上できる。 In the volume reduction treatment system of this example, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) was added to the ion exchange resin as an additive, and the ion exchange resin added with this additive was subjected to dry distillation treatment in the ball-type dry distillation furnace 3. To do. As is clear from the above experimental results, according to the volume reduction processing system of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of lumps (typically, sintering or a similar phenomenon) due to the bonding of residues. .. Therefore, the residue can be sufficiently thermally decomposed, and the volume reduction rate of the used ion exchange resin can be further improved as compared with the conventional case.

また、本発明者らは、(i)粉体状の硫酸リチウム(LiSO)(融点859℃)と、(ii)LiSOに未使用のイオン交換樹脂を混合した混合体と、(iii)固体状の水酸化リチウム(LiOH)(融点477℃)と、(iv)LiOHに未使用のイオン交換樹脂を混合した混合体、の計4種類の試料を準備し、過熱水蒸気と反応させる実験を行った(実験2)。実験2は550℃の温度下で行われた。実験2の結果、(i)では試料は変化しておらず、粉体状のままであった。(ii)では焼結体と思われる脆い塊が生じた。また、XRDにより多量のLiSOが検出された。(iii)では、溶融後に凝固したと思われる硬い塊が生じた。(iv)では、溶融後に固着したと思われる硬い塊が生じた。また、XRDにより少量のLiSO及びLiOHと、中規模の量の酸化リチウム(LiO)が検出された。 In addition, the inventors of the present invention have (i) powdery lithium sulfate (Li 2 SO 4 ) (melting point 859° C.) and (ii) a mixture of Li 2 SO 4 and an unused ion exchange resin. , (Iii) solid lithium hydroxide (LiOH) (melting point 477° C.), and (iv) a mixture of unused LiOH and an ion-exchange resin, a total of four types of samples were prepared, and superheated steam and An experiment of reacting was conducted (Experiment 2). Experiment 2 was carried out at a temperature of 550°C. As a result of Experiment 2, in (i), the sample did not change and remained in powder form. In (ii), brittle lumps that appeared to be sintered were formed. In addition, a large amount of Li 2 SO 4 was detected by XRD. In (iii), a hard lump that appears to have solidified after melting occurred. In (iv), a hard lump that appeared to be fixed after melting occurred. In addition, a small amount of Li 2 SO 4 and LiOH and a mesoscale amount of lithium oxide (Li 2 O) were detected by XRD.

実験結果から、LiSOは融点が実験温度よりも高いため単独では変化しないものの、イオン交換樹脂を混合すると焼結(又はこれに類する現象)が生じることが分かった。他方、LiOHは融点が実験温度よりも低いため、単独でも、或いはイオン交換樹脂との混合体でも、試料が溶融して凝固(固着)することが分かった。実験1で生じた残渣同士の結合による塊は、実験2の(ii)を過熱水蒸気と反応させることで生じた塊の状態と最も類似していることから、実験1において残渣の塊が生じる原因となる物質は、LiOHではなくLiSOであると考えられる。具体的には、過熱水蒸気雰囲気下、又はイオン交換樹脂の分解雰囲気下で、R−SOLi(Rはイオン交換樹脂の母体)からLiSOが分離し、分離したLiSOにより残渣同士が焼結するものと考えられる。 From the experimental results, it was found that although Li 2 SO 4 has a melting point higher than the experimental temperature and does not change by itself, sintering (or a phenomenon similar thereto) occurs when the ion exchange resin is mixed. On the other hand, since the melting point of LiOH is lower than the experimental temperature, it was found that the sample melts and solidifies (fixes) either alone or in a mixture with the ion exchange resin. The cause of the residue lumps in Experiment 1 is that the residue lumps produced in Experiment 1 are most similar to the lumps produced by reacting (ii) in Experiment 2 with superheated steam. It is considered that the substance that becomes is Li 2 SO 4 instead of LiOH. Specifically, Li 2 SO 4 is separated from R—SO 3 Li (R is a matrix of the ion exchange resin) under an atmosphere of superheated steam or a decomposition atmosphere of the ion exchange resin, and the separated Li 2 SO 4 is used. It is considered that the residues are sintered together.

また、実験1によると、Ca(OH)を添加した使用済イオン交換樹脂を減容処理した結果、残渣からはLiSOとCaSOが検出されると共に、排ガス処理装置5に送られるガス(SOx)が減少した。このことから、CaSOは、添加剤であるCa(OH)がイオン交換樹脂中に残存するスルホ基と反応することにより生成されるものであると考えられる。実験1、2によると、LiSOは残渣が焼結する原因となる物質であると考えられるが、減容処理中にCaSOが生成されれば、たとえLiSOが残存していても、残渣同士の焼結を抑制できると考えられる。また、Ca(OH)を添加することにより排ガス処理装置5に送られるガスが減少するため、排ガス処理装置5を小型化できる。 Further, according to Experiment 1, as a result of the volume reduction treatment of the used ion exchange resin added with Ca(OH) 2 , Li 2 SO 4 and CaSO 4 are detected from the residue and are sent to the exhaust gas treatment device 5. Gas (SOx) decreased. From this, it is considered that CaSO 4 is produced by reacting the additive Ca(OH) 2 with the sulfo group remaining in the ion exchange resin. According to Experiments 1 and 2 , Li 2 SO 4 is considered to be a substance that causes the residue to sinter, but if CaSO 4 is produced during the volume reduction treatment, Li 2 SO 4 remains even if it is produced. However, it is considered that the sintering of the residues can be suppressed. Further, since the gas sent to the exhaust gas treatment device 5 is reduced by adding Ca(OH) 2 , the exhaust gas treatment device 5 can be downsized.

また、本発明者らは、過熱水蒸気の代わりに窒素雰囲気下で、Ca(OH)が添加されていない使用済イオン交換樹脂を乾留する実験を行った。実験は、550℃の温度下で行われた。実験の結果、窒素雰囲気下では、Ca(OH)を添加しないにもかかわらず残渣が焼結しなかった。このことから、残渣が過熱水蒸気と反応することも残渣が焼結する原因の1つであると考えられる。 In addition, the present inventors conducted an experiment to dry-distill a used ion exchange resin to which Ca(OH) 2 was not added under a nitrogen atmosphere instead of superheated steam. The experiment was carried out at a temperature of 550°C. As a result of the experiment, under the nitrogen atmosphere, the residue did not sinter even though Ca(OH) 2 was not added. From this, it is considered that the reaction of the residue with the superheated steam is one of the causes of the sintering of the residue.

(変形例1) 本発明者らは、酸化カルシウム(CaO)を添加剤として添加したイオン交換樹脂を過熱水蒸気と反応させる実験を行った(実験3)。実験3は、550℃の温度下で行われた。添加剤の添加量は、樹脂受入タンク1のイオン交換樹脂に付着しているLiの物質量の当量〜2倍の物質量とした。実験3の結果、焼結は生じなかった。 (Modification 1) The present inventors conducted an experiment of reacting an ion exchange resin added with calcium oxide (CaO) as an additive with superheated steam (Experiment 3). Experiment 3 was carried out at a temperature of 550°C. The amount of the additive added was a substance amount equivalent to twice the amount of the substance of Li adhering to the ion exchange resin in the resin receiving tank 1. As a result of Experiment 3, sintering did not occur.

実験3の結果から、添加剤が酸化カルシウム(CaO)である場合も、実施例と同様の作用効果を奏することができることが分かる。 From the results of Experiment 3, it can be seen that even when the additive is calcium oxide (CaO), the same operational effects as those of the example can be obtained.

実験1、3より、添加剤としてカルシウムの水酸化物又はカルシウムの酸化物を使用すると、残渣同士の焼結を抑制でき、使用済イオン交換樹脂の減容率を向上できることが分かった。本発明者らは、添加剤としてカルシウムの炭酸塩(炭酸カルシウム(CaCO))を使用して、実験3と同様の条件で実験を行った(実験4)。実験4の結果、残渣同士の焼結が生じ、使用済イオン交換樹脂の減容率は向上できないことが分かった。 From Experiments 1 and 3, it was found that when calcium hydroxide or calcium oxide was used as an additive, the sintering of the residues could be suppressed and the volume reduction rate of the used ion exchange resin could be improved. The present inventors conducted an experiment under the same conditions as Experiment 3 using calcium carbonate (calcium carbonate (CaCO 3 )) as an additive (Experiment 4). As a result of Experiment 4, it was found that the residues were sintered and the volume reduction rate of the used ion exchange resin could not be improved.

(変形例2) 本発明者らは、カルシウムと同じ第2族元素であるバリウム及びマグネシウムに対して、これらの水酸化物(即ち、水酸化バリウム(Ba(OH))、水酸化マグネシウム(Mg(OH)))を添加剤としてそれぞれ使用した場合についても、実験3と同様の条件で実験を行った(実験5)。実験5の結果、水酸化バリウム(Ba(OH))については焼結は生じなかったが、水酸化マグネシウム(Mg(OH))の場合は焼結が生じた。 (Modification 2) With respect to barium and magnesium which are the same Group 2 elements as calcium, the present inventors have prepared hydroxides thereof (that is, barium hydroxide (Ba(OH) 2 ), magnesium hydroxide ( An experiment was conducted under the same conditions as in Experiment 3 (Experiment 5) also when Mg(OH) 2 ) was used as an additive. As a result of Experiment 5, sintering did not occur with barium hydroxide (Ba(OH) 2 ), but sintering did occur with magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ).

本発明者らは、実験4の結果を受けて、バリウム及びマグネシウムに対して、これらの炭酸塩(即ち、炭酸バリウム(BaCO)、炭酸マグネシウム(MgCO))を添加剤としてそれぞれ使用した場合についても、実験3と同様の条件で実験を行った(実験6)。実験6の結果、実験4と同様に、いずれの場合も残渣同士の焼結が生じた。 Based on the results of Experiment 4, the present inventors have found that when barium and magnesium carbonates (ie, barium carbonate (BaCO 3 ), magnesium carbonate (MgCO 3 )) were used as additives, respectively. The experiment was performed under the same conditions as in Experiment 3 (Experiment 6). As a result of Experiment 6, as in Experiment 4, in each case, sintering of the residues occurred.

以上の実験から、添加剤として、アルカリ土類金属であるカルシウム及びバリウムの水酸化物、及びカルシウムの酸化物を使用する場合は、残渣同士の焼結が生じないことが分かった。一方、添加剤として、第2族元素ではあるがアルカリ土類金属ではないマグネシウムの水酸化物を使用する場合は、残渣同士が焼結することが分かった。また、炭酸塩の場合は、カルシウム、バリウム、マグネシウムのいずれの炭酸塩を添加剤として使用しても、残渣同士が焼結することが分かった。このことから、アルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を使用することにより、残渣同士の焼結を抑制でき、使用済イオン交換樹脂の減容率が向上できることが分かった。 From the above experiment, it was found that when the hydroxides of calcium and barium which are alkaline earth metals and the oxide of calcium are used as the additives, sintering of the residues does not occur. On the other hand, when magnesium hydroxide, which is a Group 2 element but not an alkaline earth metal, is used as an additive, it was found that the residues sinter. Further, in the case of carbonate, it was found that the residues sinter with each other when any of calcium, barium and magnesium carbonate is used as an additive. From this, it was found that by using an additive containing an alkaline earth metal and not containing CO 3 , sintering of the residues can be suppressed and the volume reduction rate of the used ion exchange resin can be improved.

以上、本明細書に開示する技術の一実施例について詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although one embodiment of the technology disclosed in the present specification has been described above in detail, this is merely an example and does not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

上述した実施例では、イオン交換樹脂に付着しているLiの付着量に応じて添加剤の添加量が決定されたが、添加剤の添加量には種々の決定方法がある。例えば、Sの含有率が約8.7wt%であるイオン交換樹脂においてLiの含有率が不明である場合は、最大付着量であるLi(即ち、約1.3wt%)の当量から2倍のCa(OH)(即ち、約6.8〜13.7wt%)を一律に添加する構成であってもよい。 In the above-mentioned examples, the additive amount of the additive was determined according to the amount of Li adhering to the ion-exchange resin, but there are various determining methods for the additive amount. For example, when the Li content in the ion exchange resin having an S content of about 8.7 wt% is unknown, it is twice as much as the equivalent amount of Li (that is, about 1.3 wt%), which is the maximum deposition amount. Ca(OH) 2 (that is, about 6.8 to 13.7 wt%) may be uniformly added.

また、実施例及び変形例で列挙した添加剤(Ca(OH)、CaO及びBa(OH))は、個別に用いるだけではなく、混合して用いてもよい。 Further, the additives (Ca(OH) 2 , CaO and Ba(OH) 2 ) listed in the examples and the modified examples may be used not only individually but also as a mixture.

また、添加剤はボール型乾留炉3に直接投入されてもよい。反応容器11内でボール12が撹拌されることにより、添加剤は、反応容器11内でイオン交換樹脂と適切に接触、反応する。このため、添加剤をボール型乾留炉3に直接投入しても、実施例と同様の作用効果を奏することができる。 Further, the additive may be directly charged into the ball type carbonization furnace 3. By stirring the balls 12 in the reaction container 11, the additive appropriately contacts and reacts with the ion exchange resin in the reaction container 11. Therefore, even if the additive is directly charged into the ball-type carbonization furnace 3, the same effect as that of the embodiment can be obtained.

また、上述した実施例では、ボール型の乾留炉を用いてイオン交換樹脂を処理したが、乾留装置の形式は種々のものを用いることができる。例えば、スクリューフィーダ式の乾留装置を用い、スクリューフィーダの一端にイオン交換樹脂を供給し、スクリューフィーダの他端から分解ガス及び残渣を排出するような構成としてもよい。 Further, in the above-described examples, the ion exchange resin was treated using the ball type carbonization furnace, but various types of carbonization devices can be used. For example, a screw feeder type dry distillation device may be used, and the ion exchange resin may be supplied to one end of the screw feeder and the decomposition gas and the residue may be discharged from the other end of the screw feeder.

また、上述した実施例では、常温のイオン交換樹脂のスラリーを反応容器11に供給したが、イオン交換樹脂のスラリーを供給する機器等にヒータを設け、反応容器11に供給されるイオン交換樹脂のスラリーを加熱するようにしてもよい。これによって、反応容器11の上層部の温度が低下することが抑制され、反応容器11を小型化することができる。 Further, in the above-described examples, the slurry of the ion exchange resin at room temperature was supplied to the reaction vessel 11, but a heater is provided in a device or the like for supplying the slurry of the ion exchange resin to remove the ion exchange resin slurry supplied to the reaction vessel 11. The slurry may be heated. As a result, the temperature of the upper layer of the reaction container 11 is suppressed from decreasing, and the reaction container 11 can be downsized.

さらに、上述した実施例では、乾留処理を行う反応容器11と、残渣を貯留する粉体貯留部19と、排ガスから異物を除去する焼結金属フィルタ17が一体化されたボール型乾留炉3を用いたが、本明細書に開示の技術は、このような例に限られない。例えば、図3に示すように、乾留炉32と、フィルタ部34とが別体となった乾留装置31を用いてもよい。すなわち、乾留装置31は、ボール型反応部38を有する乾留炉32と、乾留炉32からの排ガスを濾過するフィルタ40を備えたフィルタ部34によって構成される。乾留炉32とフィルタ部34は、ガス配管36によって接続される。このように乾留炉32とフィルタ部34を別体とすることで、乾留炉32を被処理物の熱分解に適した温度とすると共に、フィルタ部34を排ガスの処理に適した温度とすることができる。これによって、被処理物の減容処理を適切に行うことができる。 Further, in the above-described embodiment, the ball-type carbonization furnace 3 in which the reaction vessel 11 for performing the carbonization treatment, the powder storage portion 19 for storing the residue, and the sintered metal filter 17 for removing foreign matters from the exhaust gas are integrated is provided. Although used, the technique disclosed in this specification is not limited to such an example. For example, as shown in FIG. 3, a dry distillation apparatus 31 in which a dry distillation furnace 32 and a filter section 34 are separate bodies may be used. That is, the carbonization device 31 is composed of a carbonization furnace 32 having a ball-type reaction section 38, and a filter section 34 having a filter 40 for filtering the exhaust gas from the carbonization furnace 32. The dry distillation furnace 32 and the filter section 34 are connected by a gas pipe 36. By making the dry distillation furnace 32 and the filter part 34 separate from each other in this way, the dry distillation furnace 32 is brought to a temperature suitable for the thermal decomposition of the object to be treated and the filter part 34 is made a temperature suitable for the treatment of the exhaust gas. You can As a result, the volume reduction process of the object to be processed can be appropriately performed.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of purposes at the same time, and achieving the one purpose among them has technical utility.

1 樹脂受入タンク
2 制御装置
3 ボール型乾留炉
4 過熱水蒸気供給装置
5 排ガス処理装置
6 供給ポンプ
7 水タンク
8 供給ポンプ
9 蒸気発生器
10 蒸気過熱器
11 密閉式反応容器
12 ボール
13 撹拌翼
14 回転軸
15 過熱水蒸気供給ノズル
16 イオン交換樹脂供給ノズル
17 焼結金属フィルタ
18 排ガス出口
19 粉体貯留部
20 外部電気式ヒータ
21 過熱水蒸気供給ノズル
22 温度センサ
23 保持板
24 添加剤供給装置
25 外部電気式ヒータ
30 電気伝導度測定装置
1 Resin Receiving Tank 2 Control Device 3 Ball Type Carbon Distillation Furnace 4 Superheated Steam Supply Device 5 Exhaust Gas Treatment Device 6 Supply Pump 7 Water Tank 8 Supply Pump 9 Steam Generator 10 Steam Superheater 11 Sealed Reaction Vessel 12 Ball 13 Stirring Blade 14 Rotation Shaft 15 Superheated steam supply nozzle 16 Ion exchange resin supply nozzle 17 Sintered metal filter 18 Exhaust gas outlet 19 Powder reservoir 20 External electric heater 21 Superheated steam supply nozzle 22 Temperature sensor 23 Holding plate 24 Additive supply device 25 External electric type Heater 30 electric conductivity measuring device

Claims (3)

リチウムを含有するイオン交換樹脂を減容処理する方法であり、
イオン交換樹脂の電気伝導度を測定する工程と、
イオン交換樹脂にアルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加する工程と、
添加剤が添加されたイオン交換樹脂を乾留処理により熱分解する工程と、を有し、
前記添加する工程では、添加剤の添加量が、前記測定する工程で測定された前記電気伝導度に基づいて、乾留処理されるイオン交換樹脂の残渣が結合することを抑制する量に調整されている、減容処理方法。
A method for reducing the volume of an ion exchange resin containing lithium,
A step of measuring the electric conductivity of the ion exchange resin,
A step of adding an additive containing an alkaline earth metal and not containing CO 3 to the ion exchange resin,
A step of thermally decomposing the ion exchange resin to which the additive is added by a dry distillation treatment,
In the adding step, the addition amount of the additive is adjusted based on the electrical conductivity measured in the measuring step to an amount that suppresses binding of the residue of the ion-exchange resin subjected to dry distillation treatment. There is a volume reduction method.
添加剤が水酸化カルシウムと酸化カルシウムと水酸化バリウムの少なくとも一つを含有する、請求項1に記載の減容処理方法。 The volume reduction method according to claim 1, wherein the additive contains at least one of calcium hydroxide, calcium oxide, and barium hydroxide. イオン交換樹脂を減容処理する装置であり、
乾留部と、
乾留部の一端にリチウムを含有するイオン交換樹脂のスラリーを供給するスラリー供給手段と、
イオン交換樹脂のスラリーの電気伝導度を測定する電気伝導度測定手段と、
乾留部の一端に供給されるスラリーにアルカリ土類金属を含有すると共にCOを含有しない添加剤を添加する添加剤添加手段と、を有し、
前記添加剤添加手段は、前記電気伝導度測定手段で測定された前記電気伝導度に基づいて、添加剤の添加量を、乾留処理されるイオン交換樹脂の残渣が結合することを抑制する量に調整する、減容処理装置。
It is a device to reduce the volume of ion exchange resin,
The carbonization section,
A slurry supply means for supplying a slurry of an ion exchange resin containing lithium to one end of the carbonization section,
An electrical conductivity measuring means for measuring the electrical conductivity of the ion-exchange resin slurry,
An additive adding means for adding an additive containing an alkaline earth metal and containing no CO 3 to the slurry supplied to one end of the carbonization section,
The additive addition means, based on the electric conductivity measured by the electric conductivity measuring means, the amount of added pressurizing agent, the amount suppresses the residue of the ion exchange resin to be carbonized processed binds Adjust the volume reduction device.
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