(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀が担持されたペレット状又は粉末状のゼオライトで放射性ヨウ素ガスを捕集する工程と、
前記ヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成炉に入れて前記ゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る工程と
を含むソーダライト型廃棄物固化体の製造方法。
【請求項２】
焼成中に焼成炉にキャリアガスを流し、前記焼成炉から排出されるキャリアガスの流路に銀が担持されたペレット状又は粉末状の排ガス捕集用のゼオライトを配置して前記ゼオライトにより前記キャリアガス中に含まれる放射性ヨウ素ガスを捕集する請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
焼成中に焼成炉にキャリアガスを流しながらヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成した後、キャリアガスを吸引して前記キャリアガスに含まれる余剰の放射性ヨウ素ガスを銀が担持されたペレット状又は粉末状の排ガス捕集用のゼオライトにより捕集する請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
キャリアガスに含まれる放射性ヨウ素ガスを捕集した排ガス捕集用のゼオライトを焼成炉に入れて前記ゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る請求項２又は３記載の製造方法。
【請求項５】
放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉(11)と、前記焼成炉(11)の内部にキャリアガスを供給するガス供給手段(12)と、前記焼成炉(11)の内部から前記キャリアガスを排出するガス排出手段(13)とを備え、
前記ガス排出手段(13)が前記焼成炉(11)に接続されたガス排出管(18)と前記ガス排出管(18)に接続された排出ポンプ(19)とを有し、前記ガス排出管(18)の途中に前記キャリアガスに含まれる放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタ(21,22)が設けられたソーダライト型廃棄物固化体の焼成装置。
【請求項６】
前記ガス供給手段(12)がキャリアガスが貯留されたキャリアガス源(27)と、前記ガス源(27)に第１ガス供給管(28)を介して接続された供給ポンプ(29)と、前記供給ポンプ(29)と焼成炉(11)との間に接続された第２ガス供給管(31)とを有し、フィルタ(21)の下流側のガス排出管(18)から分岐して前記第１ガス供給管(28)にガス還流管(33)が接続された請求項５記載の焼成装置。
【請求項７】
放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉を備え、
前記焼成炉のガス排出側に放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタが設けられたソーダライト型廃棄物固化体の焼成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料の再処理施設から発生する放射性ヨウ素を効果的にソーダライトで固定化するソーダライト型廃棄物固化体の製造方法及びその焼成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゼオライトは結晶中に空洞を持つ多孔質媒体であり、その構造により様々な物質を取り込むことができるため、各種吸着剤として広く利用されている。合成ゼオライトに銀を担持させた廃銀吸着剤は、使用済み核燃料の再処理施設から発生する放射性ヨウ素の捕集剤として利用されている。ソーダライトはゼオライトの一種であり、その三次元骨格構造により塩化物やヨウ化物等のハロゲン化物を保持することが可能であることが知られている。
【０００３】
一般に使用済み核燃料の再処理施設で多量に発生する放射性ヨウ素を含むハロゲン化物の処分では、これを長期間にわたり安定に固定化し、外部に流出及び拡散しないような措置を講ずる必要がある。使用済み核燃料の再処理により発生する放射性廃棄物の場合、一般にガラス中に固定化する技術が確立している。しかし、このガラス固定化に用いられる乾式再処理法や乾式群分離から発生する廃棄物中の塩化物によりガラス化が阻害され、結果としては塩化物形態をなすこれらの廃棄物固化体としては適していないという問題があった。またガラス固化体に適する酸化物への転換を経てガラス固化体にする方法は、塩化物から酸化物への転換が熱力学的に難しく、仮に酸化物へ転換しても、その際に余剰となった塩素が塩素ガスや塩化水素ガス等の形態で発生することからその取扱いが困難になり、プロセスが複雑になるという問題があるためガラス固化には適していない。
【０００４】
このような上記諸問題を解決する方策として、天然に産する鉱物で塩化物を安定に固定化していることが知られているソーダライトを利用した塩廃棄物の固化体合成方法が開発されている（特開平７−２７０５９６）。この固化体の合成方法は、ＮａＯＨ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2をＡｒ雰囲気下で混合し、６００〜９００℃で加熱反応させて水蒸気を放出し、アルミノケイ酸塩の中間反応体を合成し、この中間反応体と核分裂生成物のハロゲン化物を混合し６００〜９００℃で加熱するか、或いはＮａＡｌＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2を混合し６００〜９００℃で加熱して中間反応体をあらかじめ合成し、この中間反応体と核分裂生成物のハロゲン化物を混合し７００℃以上で加熱することによりソーダライト型放射性廃棄物固化体を得る方法である。上記方法により合成された固化体は天然において塩化物を含む鉱物の一種類であるソーダライト石と同じ三次元骨格構造により核分裂生成物のハロゲン化物を保持することができ、そのアルミノケイ酸塩のソーダライト籠構造内に保持されたハロゲン化物の形態を持つ放射性廃棄物、例えば水に溶け易いヨウ素を含む廃棄物を安定に固化することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−２７０５９６号公報に示された固化体合成方法では、ハロゲン化物及びＳｉＯ2並びにＮａＡｌＯ2等の試薬類を出発物質としてソーダライトを合成しているため、ゼオライト等で捕集した有害元素である放射性ハロゲン元素を一旦ハロゲン化物の形態に転換し、ＳｉやＡｌ等のソーダライトの成分元素を試薬等を添加して調整することが必要となる。このようにゼオライト等で捕集した放射性ハロゲン元素をハロゲン化物として回収する処理を施すことにより、処理時において放射性元素が飛散したり消失するリスクが拡大する問題が発生し、飛散や消失等により放射性元素の収率が低下し、更に処理プロセスが複雑になるため、処理の経済性が低下する等の問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、ゼオライトからハロゲン化物として回収することなく放射性ヨウ素を捕集したゼオライトから直接ソーダライト型廃棄物固化体の製造するための簡便且つ経済性に優れた方法及びその焼成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、銀が担持されたペレット状又は粉末状のゼオライトで放射性ヨウ素ガスを捕集する工程と、ヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成炉に入れてゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る工程とを含むソーダライト型廃棄物固化体の製造方法である。
請求項１に係る発明では、上記工程を経ることにより放射性ヨウ素ガスを捕集したゼオライトからヨウ素を回収することなく、そのままソーダライト化して、このソーダライトの三次元骨格構造により放射性ヨウ素を保持し、ソーダライト籠構造内に保持された放射性ヨウ素を含む廃棄物を安定に固化する。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、焼成中に焼成炉にキャリアガスを流し、焼成炉から排出されるキャリアガスの流路に銀が担持されたペレット状又は粉末状の排ガス捕集用のゼオライトを配置してゼオライトによりキャリアガス中に含まれる放射性ヨウ素ガスを捕集する製造方法である。
請求項２に係る発明では、キャリアガス中に含まれる放射性ヨウ素ガスをキャリアガス流路にゼオライトを配置することにより捕集する。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、焼成中に焼成炉にキャリアガスを流しながらヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成した後、キャリアガスを吸引してキャリアガスに含まれる余剰の放射性ヨウ素ガスを銀が担持されたペレット状又は粉末状の排ガス捕集用のゼオライトにより捕集する製造方法である。
請求項３に係る発明では、焼成後、キャリアガスを装置内より排出してソーダライト型廃棄物固化体を取出す際に、ゼオライトによりキャリアガス中に含まれる余剰の放射性ヨウ素を捕集する。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明であって、キャリアガスに含まれる放射性ヨウ素ガスを捕集した排ガス捕集用のゼオライトを焼成炉に入れてゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る製造方法である。
請求項４に係る発明では、キャリアガスに含まれる余剰の放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成炉に入れて焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体が得られる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、図１に示すように、放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉１１と、焼成炉１１の内部にキャリアガスを供給するガス供給手段１２と、焼成炉１１の内部からキャリアガスを排出するガス排出手段１３とを備え、ガス排出手段１３が焼成炉１１に接続されたガス排出管１８とこのガス排出管１８に接続された排出ポンプ１９とを有し、ガス排出管１８の途中にキャリアガスに含まれる放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタ２１，２２が設けられたソーダライト型廃棄物固化体の焼成装置である。
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明であって、図１に示すように、ガス供給手段１２がキャリアガスが貯留されたキャリアガス源２７と、ガス源２７に第１ガス供給管２８を介して接続された供給ポンプ２９と、供給ポンプ２９と焼成炉１１との間に接続された第２ガス供給管３１とを有し、フィルタ２１の下流側のガス排出管１８から分岐して第１ガス供給管２８にガス還流管３３が接続された焼成装置である。
請求項５又は６に係る発明では、上記構成を有する焼成装置を用いて放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成することにより、放射性ヨウ素の飛散や消失を抑制でき、放射性元素の収率を向上させることができる。更に処理プロセスが簡易であるため、処理の経済性が向上する。
【００１２】
請求項７に係る発明は、放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉を備え、焼成炉のガス排出側に放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタが設けられたソーダライト型廃棄物固化体の焼成装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に適応する放射性ヨウ素を含むヨウ化物としては、ＮａＩ、ＡｇＩ、ＰｂＩ2、ＣｄＩ2等が挙げられる。
【００１４】
本発明のソーダライト型廃棄物固化体の製造方法は、銀が担持されたペレット状又は粉末状のゼオライトで放射性ヨウ素ガスを捕集する工程と、ヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成炉に入れてゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る工程とを含む。これらの工程を経ることにより放射性ヨウ素を捕集したゼオライトから放射性ヨウ素を回収することなく、ゼオライトから直接ソーダライト化することができる。
【００１５】
本発明で使用されるゼオライトは３〜１０Åの均一な細孔を有する無機多孔性物質であり、その表面及び細孔に銀を担持させて排ガス捕集用、特に放射性ヨウ素の吸着剤としたものである。このゼオライトに放射性ヨウ素ガスを含むガスを接触させることによってガス中に含まれる放射性ヨウ素ガスをヨウ化銀（ＡｇＩ）の形態で細孔内に吸着させ、ガス中から放射性ヨウ素ガスのみを除去する。本発明で用いられる銀が担持されたペレット状又は粉末状のゼオライトの好ましい粒径は１〜２ｍｍである。この範囲内の粒径のゼオライトを使用した場合、高い回収率が得られる。
【００１６】
この工程で用いられるゼオライトは一般的に用いられている気固接触装置、例えば固定層や流動層において使用できる。また、ゼオライトとヨウ素ガスを含むガスとの接触を容易にするため、ゼオライトをペレット状又は粉末状に成型したり、ゼオライトを担体に担持して使用することもできる。更にゼオライトをカートリッジの中に充填する方法、織物や不織布の間に挟み込む方法等によりフィルター状に成形して用いることもできる。ヨウ素ガスを含むガスとゼオライトとを接触させる好ましい時間は、処理すべき対象ガスの濃度や温度、湿度等の処理時雰囲気により変動するため一概には決められないが、数秒から数時間、場合によっては数日である。また、ヨウ素ガスを含むガスとゼオライトとの使用割合は、ゼオライトにおけるヨウ素ガスの吸着量が、ゼオライトの吸着容量を越えない範囲で適宜調整することができる。例えば、ヨウ素（Ｉ2）１ミリモル当たりゼオライトを１．０ｇ以上とすることが好ましい。この使用割合はヨウ素ガスを除去する条件、例えばヨウ素ガスを含むガスとゼオライトとの接触時間や接触方法等によっても調整することができる。
【００１７】
本実施の形態では、図１に示すような焼成装置を用いて放射性ヨウ素を捕集したゼオライトからソーダライト型廃棄物固化体を製造する。この焼成装置１０は、放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉１１と、この焼成炉１１の内部にキャリアガスを供給するガス供給手段１２と、焼成炉１１の内部からキャリアガスを排出するガス排出手段１３とを備える。焼成炉１１の周囲にはヒータ１４が設けられ、焼成炉１１内部には放射性ヨウ素を捕集したゼオライト１６を収容する焼成用容器１７が設置される。ガス排出手段１３は焼成炉１１に接続されたガス排出管１８とこのガス排出管１８に接続された排出ポンプ１９とを有する。このガス排出管１８の途中にはキャリアガスに含まれる放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填されたフィルタが設けられる。フィルタの数は１つでもよいし２つ以上設けても良い。なお、図１ではフィルタの数は第１フィルタ２１及び第２フィルタ２２の２つである。第１フィルタ２１と焼成炉１１の間には第１バルブ２３が設けられ、第２フィルタ２２と排出ポンプ１９の間には第２バルブ２４が、排出ポンプ１９の下流側には第３バルブ２６がそれぞれ設けられる。ガス供給手段１３はキャリアガスが貯留されたキャリアガス源２７と、このガス源２７に第１ガス供給管２８を介して接続された供給ポンプ２９と、供給ポンプ２９と焼成炉１１との間に接続された第２ガス供給管３１とを有する。第２ガス供給管３１の途中には第４バルブ３２が設けられる。第１フィルタ２１の下流側であって、第２フィルタ２２の上流側のガス排出管１８から分岐して第１ガス供給管２８にガス還流管３３が接続される。ガス排出管１８とガス還流管３３の分岐には第１三方弁３４が設けられ、ガス還流管３３と第１ガス供給管２８の接続部には第２三方弁３６が設けられる。
【００１８】
このような構成を有する焼成装置を用いてソーダライト型廃棄物固化体の焼成工程を説明する。
先ず、放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成用容器１７に入れ、この焼成用容器１７を焼成炉１１内部に設置する。次いで第４バルブ３２を開け、キャリアガス源２７のキャリアガスが第１ガス供給管２８、第２ガス供給管３１を通って焼成炉１１に流れるように第２三方弁３６を切り換える。更に第１バルブ２３を開け、キャリアガスがガス排出管１８からガス還流管３３に流れるように第１三方弁３４を切り換える。供給ポンプ２９を駆動してキャリアガス源２７からキャリアガスを第１ガス供給管２８、第２ガス供給管３１、焼成炉１１、ガス排出管１８及びガス還流管３３の順に循環させる。キャリアガスは特にその組成は制限されないが、好ましくはアルゴン、窒素である。次に、ヒータ１４により焼成炉１１を６００〜１０００℃の温度に加熱し、焼成炉１１内部のゼオライト１６を大気圧下で１〜８時間焼成する。この焼成により放射性ヨウ素を捕集したゼオライトはソーダライト化されてソーダライト型廃棄物固化体となる。８００℃〜９００℃の温度で３〜８時間焼成することが好ましい。６００℃未満又は１時間未満であるとゼオライトがソーダライトに変化せずそのまま残るため、放射性ヨウ素を固化体内に完全に保持することができない。焼成温度が１０００℃を越えるとソーダライト以外の鉱物に構造が変化してしまい放射性ヨウ素の保持能力に劣る。焼成時間が８時間を越えても得られるソーダライト型廃棄物固化体に顕著な違いは見られない。焼成中にキャリアガスを循環させることにより、焼成中の固化体から発生する余剰の放射性ヨウ素がキャリアガスに含まれるが、キャリアガスが第１フィルタ１８を通過する際にゼオライトにより放射性ヨウ素は捕集される。
【００１９】
焼成してソーダライト型廃棄物固化体を得た後は、供給ポンプ２９を止め、第１バルブ２３、第４バルブ３２をそれぞれ閉じ、第２バルブ２４及び第３バルブ２６をそれぞれ開け、更に第１三方弁３４を切り換えて排出ポンプ１９を駆動させることによりキャリアガスは排出ポンプ１９に吸引され第１フィルタ２１及び第２フィルタ２２をそれぞれ通過して系外に排出される。このときキャリアガス中に含まれる余剰の放射性ヨウ素ガスは第１フィルタ２１及び第２フィルタ２２のゼオライトにより捕集される。キャリアガスを排出した後、焼成して得られたソーダライト型廃棄物固化体を焼成炉１１より取出し、冷却後、所定の廃棄物処理方法により埋設される。
【００２０】
第１フィルタ１８及び第２フィルタ１９中の放射性ヨウ素ガスを捕集した排ガス捕集用のゼオライトは、焼成炉１１に入れてゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得ることができる。
【００２１】
また別の焼成装置では、放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉と、この焼成炉のガス排出側に放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタを設けた構成としてもよい。このような構成を有する焼成装置では、焼成中の固化体から余剰の放射性ヨウ素が発生して焼成炉のガス排出口から排出されるが排出側に設けられたフィルタを通過する際にゼオライトにより放射性ヨウ素は捕集される。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
粒径が１〜２ｍｍの銀が担持されたペレット状のゼオライトを用意した。また放射性ヨウ素ガスを含むガスの模擬ガスとして127Ｉガスを含むガスを用意した。このゼオライトに127Ｉガスを含むガスを通過させてゼオライトで127Ｉガスを捕集した。127Ｉガスを捕集したゼオライトを図１に示す装置の焼成炉に配置し、８００℃の温度で２時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得た。
【００２３】
＜実施例２＞
１０００℃で２時間焼成した以外は実施例１と同様にしてソーダライト型廃棄物固化体を得た。
【００２４】
＜比較例１＞
４００℃で２時間焼成した以外は実施例１と同様にしてソーダライト型廃棄物固化体を得た。
＜比較例２＞
実施例１の銀が担持されたゼオライトを用い、このゼオライトで127Ｉガスを捕集し、ゼオライトを焼成せずに、これを廃棄物固化体とした。
＜比較例３＞
実施例１の銀が担持されたゼオライトを用い、127Ｉガスを捕集させず、更にゼオライトを焼成せずに、これを廃棄物固化体とした。
【００２５】
＜比較評価１＞
実施例１，２及び比較例１〜３でそれぞれ得られた廃棄物固化体をＸ線回折装置で測定し、廃棄物固化体のソーダライト結晶化の程度を観察した。図２にＸ線回折結果を示す。
【００２６】
図２より明らかなように、比較例１の４００℃の温度で焼成した廃棄物固化体ではソーダライトのピークがわずかに得られているが、十分に結晶化しているとはいえない範囲である。また比較例２及び３のそれぞれ焼成していない廃棄物固化体はソーダライトのピークは得られていなかった。これらに対して、実施例１及び２で得られた廃棄物固化体は強いピークが観察され、結晶化に適切な焼成条件であることが判る。
【００２７】
＜比較評価２＞
実施例１及び比較例２で得られた廃棄物固化体をそれぞれ２つに分け、一方を酸化性雰囲気に、他方を還元性雰囲気に曝し、この雰囲気中で廃棄物固化体を純水に浸けて廃棄物固化体中から127Ｉが溶解する割合を測定した。実施例１及び比較例２で得られた廃棄物固化体の純水に対する溶解度を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003846332.tif 000002
【００２９】
表１より明らかなように、比較例２の廃棄物固化体は大気雰囲気を模した酸化性雰囲気では溶解度は極めて低く127Ｉを安定な状態で保持しているが、地下でよく見られる還元性雰囲気中では極めて溶解度が高く、そのままでは埋設には不向きであることは明らかである。これに対して、ソーダライト化した実施例１の廃棄物固化体は大気雰囲気中、還元性雰囲気中のどちらの雰囲気でも浸出特性は変わらず、127Ｉは安定して廃棄物固化体中に保持されていることが判る。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のソーダライト廃棄物固化体の製造方法では、銀が担持されたペレット状又は粉末状のゼオライトで放射性ヨウ素ガスを捕集する工程と、ヨウ素ガスを捕集したゼオライトを焼成炉に入れてゼオライトを大気圧下、６００〜１０００℃の温度で１〜８時間焼成することによりソーダライト型廃棄物固化体を得る工程とを含む。また、本発明の焼成装置は放射性ヨウ素を捕集したゼオライトを焼成してソーダライト型廃棄物を得る焼成炉と、この焼成炉の内部にキャリアガスを供給するガス供給手段と、焼成炉の内部からキャリアガスを排出するガス排出手段とを備え、ガス排出手段が焼成炉に接続されたガス排出管とこのガス排出管に接続された排出ポンプとを有し、ガス排出管の途中にキャリアガスに含まれる放射性ヨウ素を捕集可能な銀が担持されたゼオライトが充填された１又は２以上のフィルタが設けられる。これらの工程を経ることにより、また上記焼成装置を用いて製造することにより、ゼオライトからハロゲン化物を回収することなく簡便且つ経済性に優れた方法で放射性ヨウ素を捕集したゼオライトから直接ソーダライト型廃棄物固化体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の焼成工程で用いるソーダライト型廃棄物固化体焼成装置の概略図。
【図２】実施例で得られた廃棄物固化体のＸ線回折結果を示す図。
【符号の説明】
１０  焼成装置
１１  焼成炉
１２  ガス供給手段
１３  ガス排出手段
１８  ガス排出管
１９  排出ポンプ
２１  第１フィルタ
２２  第２フィルタ
２７  キャリアガス源
２８  第１ガス供給管
２９  供給ポンプ
３１  第２ガス供給管
３３  ガス還流管
【図１】
0003846332.tif 000003
【図２】
0003846332.tif 000004