JPS646438B2

JPS646438B2 -

Info

Publication number: JPS646438B2
Application number: JP15471582A
Authority: JP
Inventors: Tadamasa Hayashi; Mitsuhiko Nomi; Toyoji Mizushima
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1982-09-07
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1989-02-03
Also published as: JPS5944698A

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。現在行なわれ
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アルトやコン
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
ことが必要になつて来る。放射性廃棄物のうち、イオン交換樹脂、プレコ
ートフイルタスラツジ（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
多く含んだ状態で回収されるが、従来は最終処理
まで行なわれず単に貯留されている程度の処理し
かなされていなかつた。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、
可能であつても非常に時間がかかる欠点があつ
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tanδとの積で
ある誘電損失ε・tanδの大きさに比例する。そし
て、水は誘電率ε＝80.5、誘電正接tanδ＝0.31、
即ち誘電損失はε・tanδ＝25であり、種々の誘電
体の中でも非常に大きな値を示し、従つてマイク
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固
形分の誘電損失ε・tanδの値は非常に小さく、発
熱量も極めて少ない。例えば、イオン交換樹脂はポリスチレンで作ら
れているが、ポリスチレンは比誘電率ε＝2.54、
誘電正接tanδ＝2.3×10^-4、従つて誘電損失ε・
tanδ＝5.84×10^-4となり、水に比べ約43000分の
１の微少値に過ぎない。また、プレコートフイル
タスラツ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・tanδ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
樹脂やフイルタスラツジのスラリーは、沈降分離
や遠心分離などの予備脱水を行なつた後でも、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、ほ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80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、水分が
残存している間は盛んに発熱が行なわれ蒸発する
が、無水乾燥状態に達するとマイクロ波の吸収能
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部分が反射さ
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相チユーナ、Ｈ
相チユーナを操作する必要がある。しかも放射性
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・tanδ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中で、
水分が蒸発し、無水乾燥状態になつても引続き加
熱溶融、熱分解、燃焼が有効に行なわれ、途中
で、反射抑制のた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・tanδ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を行なつて減容することを
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イルタスラツジス
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（以下クラツドと称する）を含ん
でいる。このクラツドは、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・tanδ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損失
ε・tanδより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・
tanδ≧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つても加熱
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たつて取り扱いが
容易となり、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つても扱
い量が減り、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) クラツド、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、セラミツク質或
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
的適していること。 (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、SiO₂，Al₂O₃，CaO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、固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)の特性を有するもの (a) 900MHz〜11GHz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と誘電正接tanδが大きい。

【表】 (b) セラミツ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】 (c) 混合、焼成すれば(a)，(b)になるもの。例えばBaCO₃とTiO₂或いはCaCO₃とTiO₂と
を混合して添加しマイクロ波にて焼成すれば
BaTiO₃，CaTiO₃になる。 (d) スラグ状の固体を作り、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
チタン鉄鉱岩（イルメニタイト）等があり、そ
の組成は表３の如くである。

【表】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SiO₂，
Al₂O₃，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ツクとしては、 BaTiO₃−BaO−TiO₂−Al₂O₃系（ε＝1200，tanδ＝0.025） PbTiO₃−PbO−TiO₂−Al₂O₃−SiO₂系（ε＝100，tanδ＝0.008）などがあり、ガラスの成分であるPbO，NaO
とも共存する。 (3)の特性を有するもの (a) ガラス質形成のための材料（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，Na₂O，SiO₂，Al₂O₃，MgO，K₂O，
PbO，CaF₂等。 (b) PWRほう酸廃液（ほう硅酸ガラス固化体と
同じものが得られる）。 (5)の特性を有するもの酸化触媒として、酸化銅、酸化鉄（Fe₃O₄な
ど）、酸化コバルト、酸化ニツケル、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、その他のものは、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％としたもの
200ｇを用い、周波数2450MHz、印加電力5KWの
実験炉でマイクロ波照射を行なつたところ、約35
分間で微量の炭化物からなる粉粒状の灼熱成分約
10ｇを得た。同じ試験材料にBaTiO₃粉末10ｇ又は酸化触媒
としてFe₂O₃10ｇを予め添加混合したものに、同
様マイクロ波照射を行なつ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た。プロセス時間の
短縮は、設備の縮小或いは設備能力の拡大を意味
する。実験例２含水率65％のイオン交換樹脂86ｇに（水中での
体積330ml、重量350ｇ）BaTiO₃粉末10ｇを予め
添加混合したものを周波数2450MHz、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９ｇに減少した。この
うち樹脂の灼熱成分は２ｇ以下であつた。この減
容係数は以下の通りとなつた。減容係数：350／９＝39 即ち1/39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。減容係数＝処理前の廃樹脂スラリー量（ｇ）／処理後
の重量（ｇ）本発明は、含水状態の放射性廃棄物に、誘電損
失ε・tanδ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を行なつて減容することに
より、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。

Claims

【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・
tanδ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つて減容
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・tanδ≧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ε・
tanδ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
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
行なつ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・
tanδ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つて減
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・
tanδ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
行なつ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。