(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維を解繊した原料原綿と、無機結合剤と水とで原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させたことを特徴とする放射性廃液処理用カートリッジの製造法。
【請求項２】
前記無機結合剤として、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項１記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃液を廃棄処分するに際し、被処理物の放射性廃液を含浸させて加熱溶融し、ガラス固化させるのに使用される放射性廃液処理用カートリッジの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電において使用された使用済み燃料を再処理工場において再処理するに際して、ウラン、超ウラン元素及び核分裂生成物を含んだ硝酸を含む高レベル放射性廃液が副生する。そこで、かかる放射性廃液を安全にかつ効率的に廃棄する技術が望まれている。
【０００３】
従来、このような放射性廃液を処理するには、放射性廃液を直接または脱硝濃縮してスラリー状とし、ガラス原料と混合して高温のガラス溶融炉に供給し、炉内で廃液中の液体成分を蒸発させると共に放射性物質をガラス中に溶融させて、この溶融ガラスをステンレス製の容器に注入して固化する技術が開発されてきている。
【０００４】
このような廃液処理技術においては、ガラス溶融炉内で廃液が激しく沸騰する際に、多量の放射性物質を含む粉塵が発生し、排ガスに同伴して流出するため、この粉塵の飛散を防止することが重要となる。
【０００５】
この種の先行技術としては、特公平４−２４０号公報において、ガラス繊維を型中に充填し、これを加熱処理して部分的に融着させ、所定形状に成形された放射性廃液処理用カートリッジを用意して、上記放射性廃液をこのカートリッジに含浸させて加熱溶融し、ガラス固化させる放射性廃液処理用カートリッジに関する技術がすでに提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記技術のカートリッジを用いると、加熱溶融炉に搬送するときの粉塵発生量が多く、装置トラブルが生じたり、装置の清掃メンテナンスに非常に手間がかかる等の問題があり、しかも、カートリッジは結合剤を用いることなくガラス繊維の部分的融着だけで成形しているため、充分な圧縮強度・衝撃強度が得られない問題や使用時の粉落ちの問題がある。
【０００７】
また、前記技術のカートリッジを用いると、ガラス繊維板を丸めて型内に押し込むこことにより型内に充填し、これを加熱処理して部分的に融着させ、所定形状に成形するようにしているため、大量生産に不向きで、大量個数を製造するのに多大の時間を要することからコストアップにもつながる問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、従来の放射性廃液処理用カートリッジが持つ充分な圧縮強度・衝撃強度を保有し、かつ、大量生産に向いた放射性廃液処理用カートリッジの製造法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射性廃液処理用カートリッジの製造法は、前記目的を達成するべく、請求項１の通り、ガラス繊維を解繊した原料原綿と、無機結合剤と水とで原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法は、請求項１記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法において、前記無機結合剤として、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた１種または２種以上を用いることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、ガラス繊維を解繊して原料原綿とし、前記原料原綿と無機結合剤を水に添加して原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させて放射性廃液処理用カートリッジを得る。
【００１２】
本発明の原料スラリーを型内へ流し込む方法としては、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を１槽の調合槽へ一定供給して上層部で調合して前記原料スラリーとしながら、同時に前記調合槽の下層部から前記原料スラリーを、１槽のサービスタンクを介して複数の型内へ一定供給する方法がある。
【００１３】
また、他方法として、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を調合槽Ａへ供給して調合して前記原料スラリーとして調合後に、前記調合槽Ａから前記原料スラリーを、サービスタンクを介して複数の型内へ一定供給し、次に、別の調合槽Ｂへ前記原料原綿と前記無機結合剤と水を供給して調合して前記原料スラリーを準備しておき、前記調合槽Ａと切り替え使用する方法がある。
【００１４】
更に、他方法として、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を１本のスパイラルチューブに一定供給し、前記スパイラルチューブの上端部で原料スラリーを調合しながら同時に前記スパイラルチューブの下端部から前記原料スラリーを複数の型内へ一定供給する方法があるが、特に、原料スラリーの調製方法に限定はない。
【００１５】
本発明の前記無機結合剤としては、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた１種または２種以上の結合剤を付与するのが好ましい。
【００１６】
ガラス繊維は加熱処理によってその交差点で互いに融着して相互に固定されるが、結合剤を付与しない場合、融着の程度、融着の箇所はわずかであり、従ってガラス繊維同士の固定は不充分であって、ガラス繊維は相対的に動きやすく、高い圧縮強度は得られない。また、ガラス繊維の固定箇所が少なく、固定箇所間の距離が大きいため、衝撃を与えた場合、ガラス繊維が折れ、粉塵となって飛散しやすいものとなる。
【００１７】
これに対し、結合剤を付与した場合、結合剤自身によりガラス繊維同士がその交差点で結合されると共に、結合剤がフラックスとして作用し、ガラス繊維同士の融着が促進される。この結果、ガラス繊維同士の固定も強固となり、固定箇所も増大するため、圧縮強度・衝撃強度が増大し、粉塵の発生も減少する。
【００１８】
なお、結合剤の付与は、溶液状態や粉末状態でガラス繊維原料と共に原料スラリー中に添加すればよいが、好ましくは溶液状態で付与する。例えば水溶液などの溶液状態とし、これにガラス繊維を浸漬させたり、あるいはガラス繊維にスプレー塗布すればよい。この結合剤の付与は、ガラス繊維の繊維化工程で行ってもよい。
【００１９】
本発明のガラス繊維の平均繊維径は、原料原綿製造方法の観点から０．５〜４０μmのものを使用できる。特に生産性、カートリッジへの廃液染み込み速度を速くするために、１０〜２０μmが好ましい。平均繊維径が１０μm未満の場合には廃液染み込み速度が低下する。また、平均繊維径が２０μmを超えると、脱水成型時の形状保持が難しく生産性を低下させてしまう。
【００２０】
本発明のガラス繊維の平均繊維長は、０．５〜５mm、特に１〜２mmが好ましい。平均繊維長が０．５mm未満の場合には、加熱融着時に繊維１本当たりの接着が少なくなり、落下した際の粉落ちが多くなる。また、長が５mmを超えると、落下した際の割れによる分割が生じやすい。
【００２１】
本発明のガラス繊維の密度は、２４０〜２６０kg/m3となるように調整することが好ましい。密度が２４０kg/m3未満の場合には、充分な圧縮強度が得られない。また、密度が２６０kg/m3を超えると、放射性廃液の染み込み量が少なくなる。
【００２２】
本発明のガラス繊維の加熱融着温度及び加熱融着時間は、６７０〜７３０℃にて７０〜１５分間が好ましいが、加熱融着時の生産性及び外部表面の溶融等の発生を防ぐため、特に６９０〜７１０℃にて４０〜２０分間が好ましい。加熱融着温度が６７０℃よりも低く、あるいは加熱時間が１５分間よりも短い場合には、ガラス繊維の融着が充分になされず、保形性が悪くなる。また、加熱温度が７３０℃よりも高く、あるいは加熱時間が７０分間よりも長い場合には、ガラス繊維が表面又は内部まで溶融して収縮し、保水性が悪くなり割れやすくなる。
【００２３】
そして、この加熱処理の際に、ガラス繊維に塗布された結合剤が酸化され、さらに溶融してガラス繊維にコーティングされ、接着効果並びに被膜形成効果がもたらされる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００２５】
まず、本発明のカートリッジの製造工程について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００２６】
図１は解繊工程を示しており、遠心法で繊維化され、特に結合剤を用いることなく集綿され、ロール状に巻き取られた平均繊維径１３μm、軟化点６５０℃のガラス繊維１１は、ベルトコンベア１２でフェザーミル（解繊装置）１３へ搬送される。前記フェザーミル（解繊装置）１３で繊維長１〜２mm程度に解繊された解繊物１４は、脱粒装置１５でショットを脱粒し原料原綿１６とされる。その際に塵埃は、ブロワ１７で吸引してサイクロン装置１８で分離し、集塵機１９で捕集して排気される。
【００２７】
図２は湿式成型工程を示しており、前記ガラス原料原綿１６と、無機結合剤であるホウ酸２０と、新水２１を１槽の調合槽２２へ一定供給して上層部２２ａで調合して原料スラリー２３としながら、同時にこの調合槽２２の下層部２２ｂから前記原料スラリー２３を、１槽のサービスタンク２４を介して４個の脱水装置２５、２５、２５、２５内へ一定供給するようになっている。
【００２８】
前記脱水装置２５は、前記原料スラリー２３を一定供給するためのポンプ２５ａ、前記原料スラリー２３を貯めるバット槽２５ｂ、前記原料スラリー２３を流し込む円筒型２５ｃ、前記原料スラリー２３から水分を分離するネット２５ｄから構成されている。
【００２９】
脱水装置２５内へ一定供給された前記原料スラリー２３は、ブロワ２６で吸引サクションされて、内径７０mm、外径９０mm、高さ９０mmの前記円筒型２５ｃ内で円筒体２７に湿式成型される。
【００３０】
サクションにより分離された水は、脱水槽２８を経由して、リターン水２９として前記調合槽２２へ戻される。前記円筒体２７は１００℃で乾燥されて、密度２５０kg/m3、直径７０mm、高さ７０mmとされる。
【００３１】
図３は加熱融着工程を示しており、図４はそれに使用する加熱融着用円筒型の全体図である。
【００３２】
前記円筒型２５ｃに、５mmφの空気穴３２ａを５個有する上蓋３２と、下蓋３３とで蓋をした加熱融着用円筒型３４を、縦７列×横７列４９個を３段積みにして、加熱融着炉３０にて加熱融着温度７００℃、加熱融着時間３０分間で加熱融着してガラスファイバーカートリッジ３１を作成する。
【００３３】
前記製法により得られた本発明のガラスファイバーカートリッジと、比較例として先願の特公平４−２４０号に開示されたガラスファイバーカートリッジを作成した。後者は、まず、ガラス繊維をシート状に成形し、該シートを圧延しながら所定の径になるように巻き上げて、２つ割りのステンレス製の型に充填し、ガラス繊維の密度が２５０kg/m3となるようにして、次に、加熱融着温度７００℃、加熱融着時間３０分間で加熱融着して、ガラス繊維を融着して直径７０mm、高さ７０mmのガラスファイバーカートリッジとして形成した。得られた、両カートリッジについて、その性能を試験した。その結果を下記表１に示した。
【００３４】
【表１】
0004283402.tif 000002
【００３５】
試験方法
Ｉ．粉塵発生量（g/個）
直径８０mm×３mのパイプを垂直に立て、カートリッジ２０個を同時に落下させたときの最下部カートリッジの試験前後重量変化量を測定した。
【００３６】
試験前重量（g/個）−試験後重量（g/個）＝粉塵発生量（g/個）
II．圧縮強度
カートリッジの直径方向と軸方向に１０kgの加重を掛け、その際のカートリッジ変化量を測定した。
【００３７】
III．落下強度
直径８０mm×３mのパイプを垂直に立て、カートリッジ２０個を同時に落下させたときの最下部カートリッジの外観部を検査した。
【００３８】
外観状況：著しい毛羽、割れ、欠け等のないこと。
【００３９】
上記試験によれば、実施例は圧縮強度及び落下強度については従来技術である比較例と遜色なく目標値をクリアーしており、比較例は生産性及び粉塵発生量が目標値に達しておらず問題があったが、実施例は目標値５０個/h・人以上、粉塵発生量の目標値０．８g/個以下を満足していた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、湿式成形技術を用いることで大量生産が可能となり、即ち、単位時間当たり、単位人数当たりの生産個数多くなり、カートリッジの製造コストが低減できる放射性廃液処理用カートリッジが得られる。また、従来の充填シートを圧延しながら所定の径になるように巻き上げて充填する方法による歪みがないので、成型後の粉落ち・割れ欠けが少なく、圧縮破壊強度が強い放射性廃液処理用カートリッジが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの解繊工程の製造工程図である。
【図２】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの湿式成型工程の製造工程図である。
【図３】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの加熱融着工程の製造工程図である。
【図４】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの加熱融着工程に使用する加熱融着用円筒型の全体図である。
【符号の説明】
１１    ガラス繊維
１２    ベルトコンベア
１３    フェザーミル（解繊装置）
１４    解繊物
１５    脱粒装置
１６    原料原綿
１７    ブロワ
１８    サイクロン装置
１９    集塵機
２０    ホウ酸
２１    新水
２２    調合槽
２２ａ  上層部
２２ｂ  下層部
２３    原料スラリー
２４    サービスタンク
２５    脱水装置
２５ａ  ポンプ
２５ｂ  バット槽
２５ｃ  円筒型
２５ｄ  ネット
２６    ブロワ
２７    円筒体
２８    脱水槽
２９    リターン水
３２    上蓋
３２ａ  空気穴
３３    下蓋
３４    加熱融着用円筒型
【図１】
0004283402.tif 000003
【図２】
0004283402.tif 000004
【図３】
0004283402.tif 000005
【図４】
0004283402.tif 000006