(57)【要約】【課題】  原子力発電施設で使用したゴム製又はプラステチック製の成形品を、低コストで効率的で安定的な焼却処理ができる方法を提供する。【解決手段】  原子力発電施設で使用したゴム製又はプラステチック製の成形品を焼却処理する方法において、前記成形品を超低温下の雰囲気中で凍結脆化させ、該凍結脆化した成形品を粒子状に粉砕した後、可燃性の結合剤と混合し、固化体に成形したのち、焼却することとしたものであり、前記超低温下の雰囲気は、−７０℃以下であり、粒子状に粉砕した成形品は、粒子径が５ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ以下がよく、結合剤は、融点が８０℃以下で、常温では固体の石油パラフィン又は植物性ワックスを用いることができ、結合剤と成形品の粉砕物との混合割合は、重量比で３／１〜１／３とすることができ、また、混合する際に、消石灰を混合してもよい。【選択図】  図２
2008107233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電施設で使用したゴム製又はプラステチック製の成形品を焼却処理する方法において、前記成形品を超低温下の雰囲気中で凍結脆化させ、該凍結脆化させた成形品を粒子状に粉砕した後、可燃性の結合剤と混合し、通常の焼却炉で焼却可能な固化体に成形したのち、焼却することを特徴とする焼却処理方法。
【請求項２】
前記超低温下の雰囲気は、成形品がゴム製の場合は−７５℃以下、成形品がプラステチック製の場合は−７０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の焼却処理方法。
【請求項３】
前記粒子状に粉砕した成形品は、粒子径が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼却処理方法。
【請求項４】
前記可燃性の結合剤は、融点が８０℃以下で、常温では固体である石油パラフィン又は植物性ワックスであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の焼却処理方法。
【請求項５】
前記可燃性の結合剤と成形品の粉砕物との混合割合は、重量比で３／１〜１／３であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の焼却処理方法。
【請求項６】
前記可燃性の結合剤と成形品の粉砕物との混合は、カルシウム化合物を添加して行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の焼却処理方法。
【請求項７】
前記ゴム製又はプラステチック製の成形品には、原子力発電施設で発生する放射性イオン交換樹脂を混合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の焼却処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電施設で使用した成形品の処理技術に係り、特に、機器運転や点検作業などで大量に発生するゴム手袋、ゴム長靴、難燃シートなどの放射性を含む成形品を凍結粉砕し、焼却処理する技術に関わるものであり、既設の焼却炉により放射性の成形品を容易に焼却処理ための有効的手段を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電施設の運転、定期点検、改造工事などにおいて発生する放射能を有するゴム手袋、ゴム長靴、難燃シートなどの放射性で焼却しにくい成形品（以下、難燃物という）は、発電施設内の焼却炉により、大量の可燃物と一緒に焼却処理している。最近、防災上の理由により発電施設内への可燃物の持ち込みが規制され可燃物が減少しており、これに伴い、難燃物の処理も円滑でなくなり、施設内に固体廃棄物として保管される量も増加している。また、上記の放射性難燃物はカサが大きいため、そのまま焼却処理した場合、十分に燃焼されず、焼却残渣が増加し、効率的な焼却ができない問題も持っている。更には、これら放射性難燃物は、通常の手段では粉砕することができない等取り扱い上の問題も持っている。
【０００３】
放射性難燃物質の処理方法としては、従来から多くの方法が提案され、適用が試みられている。
具体的には、化学処理方式として、過酸化水素の酸化力を利用して分解する湿式分解方式（「廃樹脂減容装置の開発」；ＦＡＰＩＧ  第１２１号・１９８９−３；ｐ．４２〜４６）や、圧力容器内に水を入れて温度及び圧力を上昇させて得られる気一液一体の臨界状態の活性化された水分子を利用して有機分子を分解する超臨界水処理方式（「超臨界水を用いた廃棄物処理システム」；東芝レビュー  Ｖｏｌ．５６Ｎｏ．９（２００１）；ｐ．５８〜６１）などが提案されている。熱分解方式として、ロータリーキルン法や、ＩＣプラズマ（高周波誘導結合プラズマ）法（「実規模１Ｃプラズマ廃樹脂減容装置の実証性能試験」；火力原子力発電
Ｖｏｌ．５４Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００３）などが提案されているが、これらは水分の存在を嫌うので、予め樹脂粒内水まで除くことが必要である。スチーム方式として、水蒸気を接触させて分解させるスチームリフォーマ一法（ＴＨＯＲ法：Ｔｈｅｒｍａｌ０ｒｇａｎｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱有機還元法）が提案されている（「放射性廃棄物処理における最近の動き」；ＦＡＰＩＧ  Ｎｏ．１５７（２００１−３），ｐ１８）が、装置が大型化してしまい設備投資及びランニングコストが高いという問題がある。溶融処理方式として、高周波により溶融させた金属中に合成樹脂を添加して溶融させる高周波溶融処理法（「放射性固体廃棄物の高周波溶融処理システム開発」；ＦＡＰＩＧ  Ｎｏ．１６２（２００２−１１）；ｐ．１８〜２３）が開発段階にある。直接処理方式として、焼却処理する方法（「使用済イオン交換樹脂の焼却」；火力原子力発電  Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．５，Ｍａｙ１９９０；ｐ．７０〜７７）が実用化に向けての研究が行われているが、合成樹脂焼却時のＳＯｘ発生の問題がある。また、セメント中に合成樹脂を添加する脱水セメント固化法（「放射性廃棄物管理日本の技術開発と計画」日本原子力産業会議１９９７年７月３１日；ｐ．８０〜８２）が提案されているが、減容ができず、処分費用が高くなりすぎてしまう、という問題がある。
【０００４】
このように、これまで提案されている種々の方式では、装置が複雑で制御が困難であること、処理コストがかかり過ぎること、安定した運転ができないこと、故障が多いこと、材料上に問題があること、などの種々の理由によって実用化されていないか、または実用化されていても問題が多いのが現状である。
なお、本発明に関連する従来技術として、ＲＤＦ（廃棄物固形）燃料があるが、この技術は、廃棄物を細断の後、加圧成型する方法であり、ごみの燃料化が目的であるので、当該技術のようにバインダーによる混合体形成により、放射能を含んだ廃棄物を安全、且つ容易に処分する技術とは根本的に相違する技術である。
【０００５】
【非特許文献１】「廃樹脂減容装置の開発」；ＦＡＰＩＧ  第１２１号・１９８９−３；ｐ．４２〜４６
【非特許文献２】「超臨界水を用いた廃棄物処理システム」；東芝レビューＶｏｌ．５６Ｎｏ．９（２００１）；ｐ．５８〜６１
【非特許文献３】「実規模１Ｃプラズマ廃樹脂減容装置の実証性能試験」；火力原子力発電  Ｖｏｌ．５４Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００３
【非特許文献４】「放射性固体廃棄物の高周波溶融処理システム開発」；ＦＡＰＩＧＮｏ．１６２（２００２−１１）；ｐ．１８〜２３
【非特許文献５】「使用済イオン交換樹脂の焼却」；火力原子力発電  Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．５，Ｍａｙ１９９０；Ｐ．７０〜７７
【非特許文献６】「放射性廃棄物処理における最近の動き」；ＦＡＰＩＧ  Ｎｏ．１５７（２００１−３），Ｐ１８
【非特許文献７】「放射性廃棄物管理日本の技術開発と計画」日本原子力産業会議１９９７年７月３１日；ｐ．８０〜８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の焼却処理に属するものであり、従来技術の問題点である難燃物の粉砕ができない（焼却処理に必要な粒子化が不可能）、可燃物の確保が難しい、従来の焼却炉での焼却の難しさ（カサがあり、炉底部に溜まり十分に焼却されない）などを全て解消し、低コストで効率的、且つ安定的な焼却処理を可能にした焼却処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、原子力発電施設で使用したゴム製又はプラステチック製の成形品を焼却処理する方法において、前記成形品を超低温下の雰囲気中で凍結脆化させ、該凍結脆化させた成形品を粒子状に粉砕した後、可燃性の結合剤と混合し、通常の焼却炉で焼却可能な固化体に成形したのち、焼却することを特徴とする焼却処理方法としたものである。
前記焼却処理方法において、超低温下の雰囲気は、成形品が凍結脆化できる温度であればよく、成形品がゴム製の場合は−７５℃以下、成形品がプラステチック製の場合は−７０℃以下とするのがよく、前記粒子状に粉砕した成形品は、粒子径が５ｍｍ以下、特に、１．５ｍｍ以下であるのがよく、また、前記可燃性の結合剤は、融点が８０℃以下で、常温では固体である石油パラフィン又は植物性ワックスであるのがよく、前記可燃性の結合剤と成形品の粉砕物との混合割合は、重量比で３／１〜１／３であるのがよい。
さらに、前記可燃性の結合剤と成形品の粉砕物との混合においては、焼却する際に有害なＳＯｘなどのガスの発生を防止するために、カルシウム化合物、望ましくは、消石灰を添加することができ、前記焼却処理するゴム製又はプラステチック製の成形品には、原子力発電施設で発生する放射性イオン交換樹脂を混合することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、通常での取り扱いが難しい、これら放射性難燃物を液体窒素ガスなどに接触させて凍結粉砕し、石油パラフィンなどの低融点可燃性物質で固形化し、容易に搬送し、既設の焼却設備により焼却処理が可能な状態にすることにより、放射性廃棄物処理の問題を解決する画期的手段である。
本発明は、原子力発電施設において、適切な処理方法がないため保管量が増加しつつあり、今後もプラントの高経年化により増加することが予測されているゴム手袋、ゴム長靴、難燃性プラスチックシートなどの放射性難燃物をシュレッター等でひも状に切断し、液体窒素などによる超低温雰囲気下で凍結し、粒子状に粉砕した後、粒状石油パラフィン等の可燃性結合材と均一に混合し、混錬式押出し成型機により適切な寸法の固化体に成型することにより、各施設が放射性雑固体の焼却のために設置している既設の焼却設備により、容易に焼却可能にする技術を提供するものである。
これにより、原子力発電施設に大量に保管されている放射性難燃物を既設の焼却設備を改造することなく、従来の雑固体を焼却する要領で容易に、且つ効率的に、低コストで焼却することが可能となるため、放射性廃棄物処理コストの低減につながる技術であり、その波及効果は絶大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
原子力発電施設では、可燃性廃棄物の処理を行うため、焼却装置を有している。一般には、ゴム手袋、ゴム長靴、難燃性プラスチックシートなどの難燃物質は、難燃性ではあるが高温で分解して燃焼が可能であるため、他の廃棄物と混合して焼却炉に投入し焼却を行っている。しかしながら、ゴム手袋、ゴム長靴、難燃性プラスチックシートなどはカサが大きいため、未焼却のまま残ってしまう。
このため、現状の各原子力発電施設においては、これら放射性難燃物は、大量の可燃性廃棄物と一緒に少量づつ焼却処理しているが、処理量が発生量に追いつかず、各施設内の固体廃棄物保管場所に保管され、その保管量も増加しつつある。
今後、発電施設の高経年化により、年間発生する放射性難燃物もさらに増加することが予想される。そのため、これら放射性難燃物の処理は、原子力発電所にとって最優先課題の一つになっている。
本発明は、これら保管中のゴム手袋、ゴム長靴、難燃性プラスチックシートなどの放射性難燃物を凍結粉砕した後、石油パラフィンや植物性ワックスなどの比較的低融点で、且つ常温で固体である粒状物質と混合し、混錬押出し成型法などにより、通常の焼却炉に容易に装荷、焼却可能なサイズの球状、棒状などの塊状固化体に成型することにより、原子力発電施設で所有する既設の焼却施設によって処理可能な手段を提供するものである。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で焼却処理されるゴム製又はプラスチック製の成形品としたは、ゴム手袋、ゴム長靴、難燃性プラスチックシート等であり、これらは通常の燃焼では、ガサが大きく炉底に溜まり未焼却のまま残ってしまう難燃性の物質であり、本発明では、これらを難燃物と称している。
本発明では、前記成形品を適宜裁断して凍結処理でき、超低温雰囲気下とは、前記の成形品が凍結脆下される温度であり、これらの温度は、ゴムでは−７５℃以下、プラステチックでは−７０℃以下であり、例えば、液体窒素（−１９５．８℃）、液体空気（−１９５．８℃℃）、液体酸素（−１８３℃）などの超低温冷媒と接触させる方法、或いは、ドライアイス又はドライアイスとメタノール、エタノール、アセトン、エーテル等の溶剤との寒剤を用いることができる。
【００１１】
また、凍結脆下された成形品は、ハンマーミル、ボールミル等の一般に使用されている粉砕機を用いて容易に粉砕でき、粉砕された成形品の粒子径は、可燃性結合剤と混合して固化体とした際の強度、形状を考慮すると、５ｍｍ以下、特に１．５ｍｍ以下とするのがよい。
本発明において用いることができる可燃性結合剤は、融点が８０℃以下で且つ常温で固体である物質からなることが好ましい。好ましくは、融点が５０℃〜７０℃程度であることが好ましく、特に５０℃以上６０℃以下であることが好ましい。融点が８０℃を越える可燃性結合剤を用いることができないわけではないが、可燃性結合剤を液化する為に要するエネルギーが増加するので好ましくない。
また、本発明において可燃性結合剤を混練する場合には、可燃性結合剤を融点以下の軟化した状態で用いることが好ましい。
【００１２】
本発明において用いることができる可燃性結合剤としては、石油パラフィン、植物性ワックス、木蝋、白蝋などを好ましく挙げることができる。石油パラフィンとしては、融点が５０℃以上のパラフィンワックス、例えばＪＩＳＫ２２３５に規定されている１２５Ｐ、１３０Ｐ、１３５Ｐ、１４０Ｐ、１４５Ｐ、１５０Ｐ、１５５Ｐなどを好ましく用いることができる。可燃性結合剤を液状で用いる場合には、１３０Ｐが好ましい。可燃性結合剤を粉末又は粒状で用いる場合には、１５５Ｐ（粒状、顆粒状、紛状）や１４０Ｐ（顆粒状）が好ましい。なお、パラフィンワックスについて「融点」とは、溶融した試料を既定の条件で放冷したとき、試料の温度降下速度が規定の速度以下となったときの温度である（ＪＩＳＫ２２３５）。
本発明において、可燃性結合剤と成形品の粉砕物との混合割合は、重量比で３／１〜１／３がよく、より好ましくは２／１〜１／２の範囲がよい。また、これらの混合では、カルシウム化合物、特に消石灰を、処理する成形品の硫黄分の含有量に応じて適宜に添加することができる。通常、処理する成形品の５重量％以下で十分である。
【００１３】
本発明の粉砕物と結合剤との固化体の形状、寸法は、特に限定されるものではないが、汽力発電施設などが保有する通常の焼却設備で焼却処理可能な形状、寸法であることが好ましい。例えば、焼却設備の火格子を通過しない程度の寸法、好ましくは、直径２〜３ｃｍ、長さ３〜５ｃｍ程度の寸法で、球状、円柱状、角柱状などの形状であることが好ましい。
また、該固化体は、一般的な原子力発電所が保有する焼却設備で焼却することができるような強度を有する。具体的には、焼却設備に投入した際に破砕しない程度の強度、典型的には、直径３ｃｍ、長さ５ｃｍの集合固化体を３メートルの高さ位置からコンクリートの平坦な床に自由落下させた場合に、目視観察で有意な変形やひび割れが生じない程度の強度を有することが好ましい。
【００１４】
次に、原子力発電施設で保有している難燃性物質と同等と見なせる、ゴム手袋を使用した焼却処理例を示す。
原子力発電施設で使用されているゴム手袋と同等と見なせる使用済ゴム手袋を大量に準備し、必要に応じてシュレッターなどで裁断する。
裁断されたゴム手袋は、コンベアなどにより冷凍室に移送され、冷凍室内で−１９６℃の液体窒素のミストが裁断されたゴム手袋に降りかけられると、ミストは直ちに蒸発し、裁断されたゴム手袋の熱が奪われ、脆化する。窒素ガスを冷凍室内に循環することにより、冷却効果を促進させることができる。
凍結されたゴム手袋は、コンベアなどにより、粉砕工程に移送され、ハンマーミルなどにより粉砕される。
粉砕時の粒径は、０.５〜１.０mm程度に調整される。
【００１５】
この粉砕物を固定するため１例として、粒子状の石油パラフィンを用いた。その混合比は、重量割合で以下の通りとした。
ゴム手袋の粉砕物：７０部  石油パラフィン：３０部
結合材としての粒状石油パラフィンとゴム手袋の粉砕物を計量、混合した後、混錬式押出し成型機に投入し、焼却炉で成型可能な混合固化体を製造する。
製造した固化体は、抜き取りで、外観、形状、硬度、強度を検査し、規格に収まっていることを確認する。
外観：目視により、樹脂とバインダーが均一に混合されていること、有害な割れ、引け巣などがないことを確認する。
寸法：φ２０×３０mm程度
強度：３m程度の高さから落下させ、割れないことを確認。
形状：変形、つぶれ等がないことを目視により確認する。 
各原子力発電施設が保有している焼却炉等を使用し、上述の手段により製造した固化体を焼却温度７００〜８００℃で焼却する。
【００１６】
次に、本発明の処理フローの一例を示す図１及び図２のフロー構成図を用いて説明する。
図１において、原子力発電施設で使用したゴム手袋等の成形品を貯槽１に保管し、保管した成形品を貯槽１から取り出して、超低温雰囲気下の凍結脆下装置１０に導入して凍結脆下し、凍結脆下した成形品を粉砕装置２０で粒子状に粉砕し、粉砕物を搬送手段３０を用いて混合槽４０に供給する。混合槽４０は、撹拌装置を備えており、混合槽４０では、可燃性結合剤として石油パラフィンを溶解槽５０で溶解させて、溶解した石油パラフィンを８０℃程度に保温しながら、前記成形品の粉砕物と均一になるまで混合してスラリーを形成させる。
得られたスラリーを成形機６０で成形して固化体を得、固化体受槽７０に送られて、焼却処理に供されるまで保管される。
【００１７】
図２は、本発明のもう一つの例を示すフロー構成図であり、図２においては、次のようなフローで処理される。
使用済みゴム手袋を準備する→シュレッターにかけて裁断する→冷凍室に移送し液体窒素で凍結し脆化させる→破砕工程に送られハンマーミルで粉砕される→計量された後、石油パラフィンと混合される→混錬式押出し成型機に投入される→成型した固化体を搬送容器に受けて、焼却炉に運搬し焼却処分する。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
原子力発電施設で使用しているゴム手袋と同等と見なせるゴム手袋を準備し、シュレッターでひも状に切断するし、金属製容器に切断したゴム手袋を入れ、液体窒素を注入し、切断したゴム手袋が脆化し変色したら、取り出し、乳鉢に入れ粉砕する。
粉末の粒度を０.５mm程度に調整する。
石油パラフィン０〜１５ｇ、粉砕したゴム手袋５ｇ、を計量する。
使用する石油パラフィンは、炭化水素１００％のＣｎＨ２ｎ＋２で表される顆粒状の固形パラフィンであり、融点が６９℃、引火点が２７０℃のものを用いた。
石油パラフィンをビーカに入れ、８０℃に加熱し溶解し、溶解した石油パラフィンに粉砕したゴム手袋を投入し、撹拌機により目視で均一になるまで撹拌する。
【００１９】
石油パラフィンと粉砕したゴム手袋の混合物を、予め準備した円筒の型枠に流し込み室温にて冷却固化する。
十分に冷却した後、型枠を外して固化体を取り出し、外観及び形状の確認、硬度計による硬度の測定を行い、焼却可能な固化体であることを確認した。（図３及び硬度データの通り）また、固化体の落下試験の結果、破損もなく、焼却炉への投入についても強度上問題ないことを確認した。
固化体は、実際の焼却炉と同等の温度条件の電気炉を使用し焼却処分を行い、完全に焼却できることを確認した。（図５〜７の通り）
なお、比較のために、ゴム手袋をそのまま焼却した際の焼却状態を図４に示す。
固化体は、粉砕したゴム手袋と結合剤の比率を変えて複数個作成し、結合剤／粉砕したゴム手袋の比率が重量比で３／１から１／３まで成型及び焼却が可能であることを確認した。
結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2008107233.tif 000003
【００２１】
結合材の種類については、石油パラフィン以外に植物性ワックスについても同様の試験を実施した結果、石油パラフィンと同等の満足行く結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の焼却処理方法の処理フローの一例を示すフロー構成図である。
【図２】本発明の処理フローの別の例を示すフロー構成図である。
【図３】実施例１において成形した本発明の固化体を示す写真である。
【図４】比較のために、ゴム手袋をそのまま焼却した際の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。
【図５】実施例１において成形した本発明の固化体の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。
【図６】実施例１において成形した本発明の固化体の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。
【図７】実施例１において成形した本発明の固化体の焼却処理後の残渣状態を示す写真である。
【符号の説明】
【００２３】
１：原料貯槽、１０：凍結脆化装置、２０：粉砕装置、３０：搬送手段、４０：混合槽、６０：成形機、７０：固化体受槽
【図１】
2008107233.tif 000004
【図２】
2008107233.tif 000005
【図３】
2008107233.tif 000006
【図４】
2008107233.tif 000007
【図５】
2008107233.tif 000008
【図６】
2008107233.tif 000009
【図７】
2008107233.tif 000010