(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状あるいは粉末状の被処理物質よりなる粉体を導入する粉体導入手段と、導入された粉体にラセン運動を生じさせるサイクロン手段と、導入された処理ガスの活性化プラズマを生成し、サイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体に該活性化プラズマを作用させて化学反応処理するプラズマ処理手段と、化学反応処理された処理済物質を回収する処理済物質回収手段と、プラズマ処理手段およびサイクロン手段を排気する排気手段と、排気手段より排出されるガスを無害化する排出ガス無害化処理手段を備え、粉体はプラズマ処理手段の上部から供給され、排気手段は、プラズマ処理手段の上部からプラズマ処理空間に連結された排気配管である、ことを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粉体の処理装置において、前記プラズマ処理手段が、円筒状の電気絶縁管と、該電気絶縁管の外側に同軸に配された誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電流を通電する高周波電源を備えてなり、処理ガスを導入し、誘導コイルに高周波電流を通電して電気絶縁管内に誘導結合プラズマを発生させ、該誘導結合プラズマによって前記サイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段であることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粉体の処理装置において、前記プラズマ処理手段が、電気絶縁性窓を備えた金属製反応容器と、該電気絶縁性窓に対向して配された電極と、該電極に高周波電圧を印加する高周波電源を備えてなり、処理ガスを導入し、前記の電極と金属製反応容器との間に高周波電圧を印加して金属製反応容器の内部に容量結合プラズマを発生させ、該容量結合プラズマによって前記サイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段であることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の粉体の処理装置において、前記プラズマ処理手段が、対向電極を内蔵する反応容器と、該対向電極に直流電圧あるいは交流電圧を印加する電源を備えてなり、処理ガスを導入し、前記の対向電極に直流電圧、あるいは交流電圧を印加して反応容器の内部にプラズマを発生させ、該プラズマによって前記のサイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段であることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体の処理装置において、
前記排気手段が水封式ポンプを備えてなることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体の処理装置において、
前記排気手段に、排出ガス中に含まれる微量の金属物質を捕捉するための水シャワーが備えられていることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の粉体の処理装置において、
前記排気手段の前段に、プラズマ処理手段より排出されるガスに含まれる粉体を除去する粉体除去手段が備えられていることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の粉体の処理装置において、前記粉体除去手段がサイクロンであることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の粉体の処理装置において、前記粉体除去手段がプラズマを用いて加熱する二次燃焼室であることを特徴とする粉体の処理装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の粉体の処理装置において、前記の粒状あるいは粉末状の被処理物質が、放射性廃棄物、ＰＣＢにより汚染された土壌、ダイオキシンにより汚染された土壌のうちのいずれかであることを特徴とする粉体の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所で生じる放射性廃棄物やＰＣＢによる汚染土壌等の粒状および粉末状物質の処理方法、およびその処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原子力発電所で生じる放射性廃棄物の処理には、バーナーを利用した焼却法、不燃ガス中で高温に加熱して分解する熱分解法、さらには過酸化水素を用いた酸化分解法が使用され、あるいはその適用が検討されている。また、低気圧下で酸素プラズマにより酸化分解して灰化減容処理する方法や、特願平2000―127020号に示されているようなプラズマにより燃焼させて灰化減容処理する方法も提案されている。
【０００３】
また、有害金属や放射性核種を含む廃液の処理には、加熱蒸発させて分離する方法や吸着材に吸着させて分離する方法が用いられているほか、特願平2001―069017号に示されているような、プラズマにより燃焼させて処理する方法も提案されている。
また、粉体の処理には、リアクターを用いて溶液中で化学反応処理する方式の装置や、オートクレーブ反応炉、アニール炉等が用いられている。
【０００４】
この他、ＰＣＢやダイオキシンで汚染された土壌から汚染物質を除去する際にも、上記と同様のバーナーを用いた焼却法が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の焼却法による廃棄物の処理においては、廃棄物の燃焼に伴って発生するガスに加えて、燃焼用の高温空気を得るためのバーナーからの燃焼排ガスが生じ、さらには不完全燃焼を防止するための二次燃焼用の高温空気の導入も必要となるので、処理装置全体から発生する排気ガス量が膨大となり、大規模な排ガス処理装置を付設しなければならないという問題点がある。また、焼却法による処理においては、焼却炉の炉壁材が高温に曝されるので損傷を生じやすく、頻繁に補修する必要があるので、メンテナンス費用が高くなるという難点がある。
【０００６】
一方、上記の熱分解法による廃棄物の処理においては、熱分解に伴い例えば放射性核種を含有する多量のタール質のミストが発生するので、これを捕捉するために後段に大容量のフィルタを備える必要があり、システムが大型化するという問題点がある。また、このフィルタはタール質のミストによって容易に目詰まりするため、頻繁に交換する必要があり、メンテナンス費用も高くなるという難点がある。
【０００７】
この他、前述のようにＰＣＢやダイオキシンで汚染された土壌から汚染物質を除去する際にも焼却法が用いられているが、効率よく除去するには至っていない。また、 SiF6 等の地球温暖化ガスをプラズマ化し、粉末の CaOや MgOと反応させて無害化する方法や、二酸化チタン粉末を水素プラズマにより処理して可視光応答性を持たせる方法（化学と工業  第53巻  12号(2000) p.1425 参照）など、粉末状化学物質とプラズマ化したガスとを反応させて処理する技術が近年発表されてきたが、多量の粉体をプラズマ処理する効果的な装置は未だ発明には至っていない。
【０００８】
本発明は、上記のごとき技術の現状を考慮してなされたもので、本発明の目的は、例えば、放射性廃棄物、ＰＣＢにより汚染された土壌、ダイオキシンにより汚染された土壌、あるいは金属酸化物や触媒等の粒状あるいは粉末状の物質が、プラズマ化されたガスと効率よく化学反応して、高速で化学処理される粉体のプラズマ処理方法、ならびにその処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
（１）粒状あるいは粉末状の被処理物質よりなる粉体、例えば、放射性廃棄物、あるいはＰＣＢにより汚染された土壌、あるいはダイオキシンにより汚染された土壌、あるいは金属酸化物、あるいは触媒の粉体を、サイクロンによりラセン状に運動させてプラズマ処理容器に供給し、前記サイクロン、あるいは前記プラズマ処理容器のガス導入口より導入された処理ガスの活性化プラズマと化学反応させて処理することとする。
【００１０】
また、この粉体のプラズマ処理方法を適用する処理装置を、
（２）粒状あるいは粉末状の被処理物質よりなる粉体、例えば、放射性廃棄物、あるいはＰＣＢにより汚染された土壌、あるいはダイオキシンにより汚染された土壌、あるいは金属酸化物、あるいは触媒の粉体を導入する粉体導入手段と、導入された粉体にラセン運動を生じさせるサイクロン手段と、導入された処理ガスの活性化プラズマを生成し、サイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体にこの活性化プラズマを作用させて化学反応処理するプラズマ処理手段と、化学反応処理された処理済物質を回収する処理済物質回収手段と、プラズマ処理手段およびサイクロン手段を排気する排気手段と、排気手段より排出されるガスを無害化する排出ガス無害化処理手段を備えて構成することとし、
さらに、上記の（２）の粉体の処理装置において、プラズマ処理手段を、
（３）円筒状の電気絶縁管とこの電気絶縁管の外側に同軸に配された誘導コイルとこの誘導コイルに高周波電流を通電する高周波電源を備えて構成し、処理ガスを導入し、誘導コイルに高周波電流を通電して電気絶縁管内に誘導結合プラズマを発生させ、この誘導結合プラズマによってサイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段とする。あるいは、
（４）電気絶縁性窓を備えた金属製反応容器とこの電気絶縁性窓に対向して配された電極と電極に高周波電圧を印加する高周波電源を備えて構成し、処理ガスを導入し、電極に高周波電圧を印加して金属製反応容器の内部に容量結合プラズマを発生させ、この容量結合プラズマによってサイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段とする。あるいは、
（５）対向電極を内蔵する反応容器とこの対向電極に直流電圧あるいは交流電圧を印加する電源を備えて構成し、処理ガスを導入し、対向電極に直流電圧あるいは交流電圧を印加して反応容器内部にプラズマを発生させ、このプラズマによってサイクロン手段より送られたラセン運動をする粉体を化学反応処理するプラズマ処理手段とする。
【００１１】
（６）さらに、上記の（２）〜（５）において、排気手段の前段に、例えばサイクロンあるいはプラズマ式二次燃焼室のごとき粉末除去手段を備えることとする。
上記の（１）のごとく、放射性廃棄物、あるいはＰＣＢにより汚染された土壌、あるいはダイオキシンにより汚染された土壌、あるいは金属酸化物、あるいは触媒等の粒状あるいは粉末状の被処理物質よりなる粉体を、サイクロンによりラセン状に運動させてプラズマ処理容器に供給し、サイクロンあるいはプラズマ処理容器のガス導入口より導入した処理ガスの活性化プラズマと化学反応させて処理することとすれば、被処理用の粉体は、サイクロンによりラセン状に高速運動しながら活性化プラズマと接触して化学反応を生じることとなるので、活性化プラズマとの接触確立が向上し、より早い速度で処理されることとなる。
【００１２】
また、上記（２）のごとく粉体の処理装置を構成し、プラズマ処理手段を、例えば（３）、あるいは（４）、あるいは（５）のごとく構成すれば、上記の（１）のごとき処理方法での粉体のプラズマ処理が可能となる。さらに（６）のごとくに構成すれば、排出ガスに含まれる粉体が効果的に捕捉され、効率がよく、かつより安全な粉体のプラズマ処理が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例を用いて説明する。
＜実施例１＞
図１は、本発明の粉体の処理装置の第１の実施例の基本構成を示す模式図である。図において、１はプラズマ処理手段、２は被処理用の粉体をラセン状に高速運動させながらプラズマ反応手段へと供給するサイクロンである。また、３は粉末除去手段、４は排気手段、５は無害化処理手段である。
【００１４】
このうち、プラズマ処理手段１は、誘導結合プラズマを発生させる方式のもので、円筒状の電気絶縁管１１と、この電気絶縁管１１の外側に同軸に配された誘導コイル１２と、この誘導コイル１２に高周波電流を通電する高周波電源１３を備えて構成されており、さらに電気絶縁管１１の下端には処理済物質を回収するための開閉用シャッター１４が組み込まれてる。また、電気絶縁管１１は、内筒と外筒の二重円筒からなり、二つの円筒の間隙に冷却水を通水することによって高温のプラズマから保護されている。また、プラズマ処理手段１の上部に組み込まれたサイクロン２は、図２に平面図を示したごとく、円筒状のサイクロン本体２１とこれに偏心して取付けられた粉体の導入口２２により構成されており、導入口２２から供給される粉体を軸方向流と旋回流とからなるキャリアガスによって送りこみ、さらに得られた粉体の旋回流がサイクロン本体２１内部を旋回しつつ、ラセン運動をしながら下部のプラズマ処理手段１のプラズマ処理空間に達するよう構成されている。
【００１５】
また、プラズマ処理手段１のプラズマ処理空間に連結された排気配管６には、プラズマ処理後の排気ガス中に含まれる粉末を除去するための粉末除去手段３として粉末除去用サイクロン３１が組み込まれている。また、排気手段４として、圧力調整バルブ４１、メカニカルブースターポンプ４２、ドライポンプ４３が組み込まれている。また、大気に放出する排ガスを無害化するための排ガス無害化処理手段として、可燃性フィルター５１、ＨＥＰＡフィルター５２、スクラバー５３が組み込まれている。被処理物に塩素やイオウ、窒素原子を含む場合には化学反応に伴って HClや SOx、NOx が生じるので、本実施例の装置では、排ガス無害化処理手段に小型のスクラバー５３が付加されている。
【００１６】
本処理装置における粉体のプラズマ処理は以下のごとく行われる。
まず、サイクロン２の導入口２１より粉体を含まない処理ガスを導入し、排気手段４により排気し、圧力調整バルブ４１を調整してプラズマ処理手段１のプラズマ処理空間の内部圧力を設定する。次いで、プラズマ処理手段１の電気絶縁管１１の円筒の間隙に冷却水を通水し、13.56 MHz の高周波電力を高周波電源１３より誘導コイル１２へと供給して、プラズマ処理空間の内部に処理ガスの誘導結合プラズマを発生させる。次に、導入口２１より被処理用の粉体と処理ガスを導入する。導入された粉体はサイクロン２中をラセン状に高速運動しながら下部のプラズマ処理空間へと移行し、処理ガスの誘導結合プラズマにより加熱され化学反応処理される。反応の進行に伴ってプラズマ処理空間の下部に堆積した残さは、処理作業終了後、下端の開閉用シャッター１４を開けて外部へと回収される。また、排気ガス中に含まれる被処理物の粉体は、粉末除去用サイクロン３１において除去、回収される。
【００１７】
本処理装置において、 MgO粉末を被処理粉体とし、アルゴンガスと SF6ガスとの混合ガスを処理ガスとして実施した処理実験によれば、 MgO粉末を 5 g/min、処理ガスを200 sccm導入し、 0.6 kPaの圧力下で 1.5 kW のプラズマを照射して処理を行ったとき、、排気系より排出されるガスの成分分析により、プラズマ照射によって SF6が 85 ％以上分解し、 MgOが無害の MgF2 と MgSO4に変化していることが確認された。
【００１８】
なお、図１の処理装置では、プラズマ化させる処理ガスを被処理用粉体の導入口と同一の導入口から供給する構成が採られているが、プラズマ処理手段１あるいはサイクロン２に別途処理ガスの導入口を設置する構成としてもよい。
また、本実施例の構成の処理装置において、排気手段に水封式ポンプを組み込み、真空封止用の水を化学調整して循環使用する構成とすれば、排気系へと散逸する有害物質が効果的に捕捉され、分離回収することが可能となる。
【００１９】
また、本実施例の構成の処理装置において、排ガス無害処理手段に水シャワーを備えれば、排ガス中に含まれる金属を効果的に回収することができる。
＜実施例２＞
図３は、本発明の粉体の処理装置の第２の実施例の基本構成を示す模式図である。
【００２０】
本実施例の処理装置の特徴は、プラズマ処理手段１のプラズマ処理空間に連結された排気配管６に組み込まれた粉末除去手段３として、第１の実施例の粉末除去用サイクロン３１に替わって、図３に見られるごとくプラズマ式の二次燃焼室３２が組み込まれていることにあり、他の構成要素の構成は第１の実施例と同一である。
【００２１】
本実施例の処理装置に組み込まれているプラズマ式の二次燃焼室３２は、管外に同軸に巻かれたコイルに高周波電力を供給することによって管内を流れるガスをプラズマ化して加熱するものである。この二次燃焼室３２によって、プラズマ処理手段１からの排ガスに含まれる未処理の粉体の処理が行われ、第１の実施例と同様の効果が得られることとなる。
【００２２】
＜実施例３＞
図４は、本発明の粉体の処理装置の第３の実施例の要部の基本構成を示す模式図である。本実施例の処理装置の実施例１あるいは２との差は、粉体と反応させる処理ガスプラズマの発生方式にあり、実施例１あるいは２の処理装置では誘導結合プラズマが用いられているのに対して、本実施例の処理装置では容量結合プラズマが用いられている。その他の構成は実施例１あるいは２と同一である。
【００２３】
すなわち、本実施例の処理装置のプラズマ処理手段は、電気絶縁性窓１６を備えた金属製反応容器１５と、この電気絶縁性窓１６に対向して配された電極１７と、この電極に高周波電圧を印加する高周波電源１８を備えており、さらに、この金属製反応容器１５の上部にサイクロン手段２Ａが組み込まれている。
本実施例の処理装置では、導入口より処理ガスを導入し、電極１７に高周波電圧を印加して金属製反応容器１５の内部に容量結合プラズマ１０Ｂを発生させ、サイクロン手段２Ａより送られたラセン運動をする粉体をこの容量結合プラズマ１０Ｂによって化学反応処理することによって、粉体のプラズマ処理が行われる。金属製反応容器１５でプラズマ処理された後の排気ガスは、排出口１５ａより図１に示した粉末除去手段３、排気手段４、無害化処理手段５を備えた排気系統へと送られ、粉末除去および無害化処理が行われ、同時に金属製反応容器１５の内圧の制御が行われる。
【００２４】
＜実施例４＞
図５は、本発明の粉体の処理装置の第４の実施例の要部の基本構成を示す模式図である。本実施例の処理装置の特徴も、粉体と反応させる処理ガスプラズマの発生手法にあり、本実施例では対向電極間に直流電圧を印加して生じるプラズマが用いられている。その他の構成は実施例１、２あるいは３と同一である。
【００２５】
すなわち、本実施例の処理装置のプラズマ処理手段は、対向電極１７Ａを内蔵する反応容器１５Ａと，この対向電極１７Ａに直流電圧を印加する電源１９を備えて構成されており、さらに反応容器１５Ａの上部にサイクロン手段２Ｂが組み込まれている。
本実施例の処理装置では、導入口より処理ガスを導入し、対向電極１７Ａに直流電圧を印加して反応容器１５Ａの内部にプラズマ１０Ｃを発生させ、サイクロン手段２Ｂより送られたラセン運動をする粉体をこのプラズマ１０Ｃによって化学反応処理することによって、粉体のプラズマ処理が行われる。なお、反応容器１５Ａの排出口１５ｂは、金属製反応容器１５Ａの内圧の制御と粉末除去および無害化処理を行う図示しない排気系統へと接続される。
【００２６】
なお、本実施例では対向電極１７Ａに直流電圧を印加してプラズマを発生させることとしているが、対向電極１７Ａに交流電圧を印加してプラズマを発生させることとしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように、本発明の参考例によれば、
（１）粒状あるいは粉末状の被処理物質の粉体を化学反応処理することとした
ので、被処理物質の粉体がプラズマ化されたガスと効率よく化学反応することになり、高速で化学処理することができることとなった。
【００２８】
本発明によれば、
（２）粒状あるいは粉末状の被処理物質の粉体の処理装置を、請求項１、さらには請求項２〜１０に記載のごとく構成することとしたので、上記の（１）のごとき高速でのプラズマ処理が可能で、かつ、周辺への汚染の危険性のない処理装置が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体の処理装置の第１の実施例の基本構成を示す模式図
【図２】第１の実施例の粉体の処理装置に用いられているサイクロンでの流れを示す平面図
【図３】本発明の粉体の処理装置の第２の実施例の基本構成を示す模式図
【図４】本発明の粉体の処理装置の第３の実施例の要部の基本構成を示す模式図
【図５】本発明の粉体の処理装置の第４の実施例の要部の基本構成を示す模式図
【符号の説明】
１    プラズマ処理手段
２    サイクロン
３    粉末除去手段
４    排気手段
５    無害化処理手段
６    排気配管
１０    プラズマ
１１    電気絶縁管
１２    誘導コイル
１３    高周波電源
１４    開閉用シャッター
２１    サイクロン本体
２２    導入口
３１    粉末除去用サイクロン
３２    二次燃焼室
４１    圧力調整バルブ
４２    メカニカルブースターポンプ
４３    ドライポンプ
５１    可燃性フィルター
５２    ＨＥＰＡフィルター
５３    スクラバー
【図１】
0004507468.tif 000002
【図２】
0004507468.tif 000003
【図３】
0004507468.tif 000004
【図４】
0004507468.tif 000005
【図５】
0004507468.tif 000006