(57)【要約】【課題】金属を含む廃棄物を溶融して溶融金属と溶融スラグからなる溶融物を得、該溶融物を鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法において、凝固スラグ中の気泡残存による嵩密度の低下を防止する廃棄物の減容化方法を提案する。【解決手段】金属を含む廃棄物を溶融して溶融金属と溶融スラグからなる溶融物を得、該溶融物を鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法において、前記溶融物を鋳型内に注入する直前又は注入過程において、前記溶融金属内に窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤を添加することとする。【選択図】          図１
2004184358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む廃棄物を溶融して溶融金属と溶融スラグからなる溶融物を得、該溶融物を鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法において、
前記溶融物を鋳型内に注入する直前又は注入過程において、前記溶融金属内に窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤を添加することを特徴とする廃棄物の減容化方法。
【請求項２】
気泡生成阻止剤はチタン、ジルコニウムのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の減容化方法。
【請求項３】
気泡生成阻止剤はさらにアルミニウムを含むものであることを特徴とする請求項２記載の廃棄物の減容化方法。
【請求項４】
気泡生成阻止剤を、溶融炉内の溶融金属に対して添加することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物の減容化方法。
【請求項５】
気泡生成阻止剤を、溶融物を鋳型に注入するときの注入流に対して添加することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物の減容化方法。
【請求項６】
気泡生成阻止剤を、鋳型内に前置きすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物の減容化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃棄物の減容化方法に係り、特に金属を含む廃棄物を溶融し溶融スラグととも鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業活動や市民生活の結果として発生する廃棄物は、リサイクルによる有効資源の再利用が極力図られている。しかしながら、廃棄物の形態、性質によってはリサイクルの困難なものがあり、その場合には減容化処理して所定の施設に保管、埋設する等の手段が取られる。
【０００３】
このような廃棄物の減容化方法として、溶融炉を用いて廃棄物を溶融し、生成した溶融物を緻密に凝固させる手段が発達していてきている。そのような手段の一つとして、たとえば重金属や、低レベルの放射性元素を含む廃棄物を金属とともに溶融し、得られた溶融物を鋳型に注入して金属と凝固スラグからなる減容化廃棄物とする手段がある（たとえば特許文献１参照）。このような減容化廃棄物は鋳型内に有害物質がコンパクトに閉じ込められた状態にあるので、そのまま処理施設等において長期間保管、埋設処理することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２８２９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手段によって金属を含む廃棄物を減容化処理すると、鋳型内に下層にメタル、上層にスラグが凝固した固形物が生じるが、スラグ内部に気泡が残存した状態で凝固するという現象がしばしば見られ、上記減容化処理の目的が十分に達成できない場合が生ずる。本発明は、金属を含む廃棄物を溶融して溶融金属と溶融スラグからなる溶融物を得、該溶融物を鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法において、凝固スラグ中の気泡残存による嵩密度の低下を防止する廃棄物の減容化方法を提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決のため、凝固スラグ中に残存する気泡の発生原因を調査した。その結果、この気泡は主として溶融金属中に溶解していた気体元素が、凝固過程における温度降下による溶解度の低下に伴い気泡となって凝集し、その浮上分離過程において鋳型中スラグ部にトラップされて残存したものであるとの知見を得た。また、気泡中のガス成分の多くは窒素ガスであることの知見も得た。本発明は上記知見に基づき完成されたものであって、具体的には以下の事項によって特定される。
【０００７】
本発明は、金属を含む廃棄物を溶融して溶融金属と溶融スラグからなる溶融物を得、該溶融物を鋳型内に注入して凝固させる廃棄物の減容化方法において、前記溶融物を鋳型内に注入する直前又は注入過程において、前記溶融金属内に窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤を添加することとするものである。
【０００８】
上記発明において、気泡生成阻止剤はチタン、ジルコニウムのいずれかを含むものとするのがよく、さらにアルミニウムを含むものとすることができる。また、その添加方法を溶融炉内の溶融金属に対して添加すること溶融物を鋳型に注入するときの注入流に対して添加すること、あるいは鋳型内に前置きすることによつて溶融金属中に添加することとするのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は金属を含んだ雑固体廃棄物、たとえば原子炉関連設備から発生する放射性物質を低レベルで含有するものの廃棄物を溶融処理して減容化するのに好適に適用される。また、重金属類を含む飛灰や下水汚泥のようにリサイクルが困難な廃棄物も適当な金属廃棄物とを同時に処理することによって本発明を適用して減容化処理できる。
【００１０】
これら雑固体廃棄物を溶融することによって、溶融金属と溶融スラグからなる溶融物が得られる。そのための溶融炉は、雑固体廃棄物の形態、性質によって選択すればよいが、一般に密閉されたチヤンバー内に熱発生手段、たとえばプラズマトーチを備え、金属とともにスラグ生成源を効率的に溶融できるものを選択するのがよい。また、溶融炉内において溶融金属層と溶融スラグ層を分離できるものを選択することもでき、その場合、本発明による溶融金属の処理を溶融炉内で行うことが可能になる。
【００１１】
上記工程によって得られた溶融物は、鋳型に注入されて凝固、固化させる。その際、本発明においては鋳型内に注入する直前又は注入過程において溶融金属内に窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤を添加する。これにより、凝固後のスラグ中に残存する気泡の生成原因である溶融金属中に溶解している窒素が固定され、凝固過程の温度低下に伴って窒素の気泡が形成され、スラグ層中に上昇して残存するのが防止される。
【００１２】
窒化物形成元素としてはチタン、ジルコニウムの金属単体あるいはこれらを含んだ合金剤、たとえばフェロチタン、フェロジルコニウムを利用し得る。その添加量は、溶融金属中に溶存している窒素を窒化物として完全に固定する量とすればよい。その量は、溶解法、あるいは廃棄物の性質によっても異なるので、予備実験等により定めておくのがよい。金属が鉄を主成分とするものである場合、一般には、溶融金属１ｔ当たり２０ｋｇ程度とすればよい。
【００１３】
上記の窒化物形成元素に加え、脱酸剤であるアルミニウムを予め添加すること、あるいは前記チタン、ジルコニウムと複合添加することもできる。これにより、溶融過程で酸化した廃棄物金属の脱酸を進行せしめ、チタン、ジルコニウムの酸素による消費を抑制し、その原単位を下げることができる。また、凝固過程でのＣＯ反応によるパブリングを押さえ、それによる気泡の残存を防止できる。
【００１４】
これら、窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤の添加時期は極力、溶融物の鋳型への注入直前とするのがよい。チタン、ジルコニウムが酸化によりスラグ中に入り、窒化物を形成できなくなるからである。具体的には、鋳型への注入開始前５分以内とすることが好ましい。なお、アルミニウムを添加する場合には、窒化物形成元素の添加前に行うのがよい。
【００１５】
窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤の添加手段は、溶融金属中に確実に添加できるものであればよい。溶融炉内の溶融金属に対して添加し、その後鋳型内へ注入すること、溶融物を鋳型に注入するときの注入流に対して添加すること、あるいは鋳型内に前置きすることによって溶融金属中に添加すること等が自由に選択できる。
【００１６】
【実施例】
図１に示すプラズマを熱源とする溶融炉を用い、表１に示す組成（質量比）を有する雑固体廃棄物を図１に示す溶融炉を用いて溶解した。溶解完了後、フェロチタン（Ｆｅ：２８ｍａｓｓ％、Ｔｉ：７２ｍａｓｓ％）を溶融金属に対して次の▲１▼〜▲４▼の方法によって添加し、鋳型中に注入して凝固させた。
▲１▼溶融炉内に形成されている溶融金属層にランスを通ずるインジェクションによって溶融金属に対してフェロチタン２ｍａｓｓ％を添加し、直ちに溶融金属をスラグとともに鋳型中に注入する（発明例１）。
▲２▼溶融金属をスラグとともに鋳型中に注入する際に、注入流に対してフェロチタン２ｍａｓｓ％を添加して、そのまま凝固させた（発明例２）。
▲３▼鋳型中にフェロチタン２％を前置きし、その上に溶解炉から直接溶融金属と溶融スラグを注入し、そのまま凝固させた（発明例３）。
▲４▼溶解後直ちに溶融金属と溶融スラグを鋳型中に注入し、そのまま凝固させた（比較例）。
【００１７】
凝固後、鋳型内における凝固物層の高さを測定するとともに、スラグ層及び金属層の断面を観察し、気泡の残存状態から減容化の程度の良否を評価した。評価結果は表２に示す。表２から分かるように本発明にしたがい溶融金属中に窒化物形成元素を含む気泡生成阻止剤を添加した後、凝固させた場合には、鋳型内凝固物高さが低く、また断面観察によっても気泡の残存がほとんど認められなかった。
【００１８】
【表１】
2004184358.tif 000003
【００１９】
【表２】
2004184358.tif 000004
【００２０】
本発明により、金属を含んだ雑固体廃棄物の減容化を窒素による気泡の残存を伴うことなく行うことができ、緻密な金属部及びスラグ部を有する減容化廃棄物体を得ることができ、たとえば、原子炉関連設備から発生する放射性物質を低レベルで含有する廃棄物を確実に減容化することができ、その処理施設内での埋設スペースを節減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられるプラズマを熱源とする溶融炉の概念図である。
【図１】
2004184358.tif 000005