(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル中にジルカロイを含む放射性金属廃棄物を密封するとともにカプセル内を酸素欠乏状態にし、このカプセルを真空容器内に装入し、当該真空容器内に加熱した不活性ガスを供給して当該ガスでカプセルを加熱することによりカプセル内の有機物を分解、無機化することを特徴とする放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法。
【請求項２】
上記カプセル内の放射性金属廃棄物にジルコニウムゲッターを添加することによりゲッター機能を強化することを特徴とする請求項１記載の放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法。
【請求項３】
上記放射性金属廃棄物をカプセル中に封入する前に、予め浮遊選別により有機物を粗除去することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法。
【請求項４】
ジルカロイを含む放射性廃棄物をカプセル中に収納して圧縮し、このカプセル圧縮体を真空容器内に装入し、当該真空容器内に加熱した不活性ガスを供給して当該ガスでカプセル圧縮体を加熱することにより、カプセル圧縮体中の有機物を分解、無機化することを特徴とする放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
再処理工場から出る放射性金属廃棄物にはジルカロイハルなどを含む放射性金属廃棄物やこれに随伴するポリシートなどの有機物があり、この有機物は貯蔵中あるいは処分時に放射線分解により水素ガスを発生し、水素爆発や処分時に有機物が起因して環境に移行する放射性核種による被曝量が増大する可能性があるために、これらを除去または無害化しておく必要がある。従来、放射性金属廃棄物の処理方法として、例えば特開昭５５−６５８１７号公報では、放射性金属廃棄物を熱分解炉で熱分解させることにより分解残渣にし、これを燃焼器で燃焼させて燃焼排ガスとすることにより焼却、減容させる方法が開示されている。また特開昭６３−２８２７８号公報では、放射性固体廃棄物を硫酸と硝酸の混合液で消化処理する方法を開示しており、これは放射性固体廃棄物を硫酸と硝酸との混合液に十分に接触させるために酸消化槽内を撹拌するようにしているが、その撹拌方法として、酸消化槽内を２つの区域に区分し、硫酸および硝酸と被処理物との反応によって発生するガスを撹拌駆動用ガスとして利用し、酸消化液を循環撹拌させるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭５５−６５８１７号公報に記載の方法では、燃焼排ガスが多量に発生することになり、この排ガスの処理に多大の費用がかかるとともに、ジルカロイハルの加熱時にファインが空気中の酸素と反応して発火する可能性があるためにその防止を図る手段が必要となる。また特開昭６３−２８２７８号公報に記載の方法では、消化反応によって生じたスラッジなどの二次廃棄物の処理の問題がある。また処理後、ジルカロイハルに付着した硫酸と硝酸との混合液を十分に洗浄して除去する必要があり、このための対策が必要となる。
【０００４】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、簡単な方法で安価に処理することができ、しかも処理設備の放射能汚染も少ない放射性金属廃棄物に随伴する有機物の無機化方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、カプセル中にジルカロイを含む放射性金属廃棄物を密封するとともにカプセル内を酸素欠乏状態にし、このカプセルを真空容器内に装入し、当該真空容器内に加熱した不活性ガスを供給して当該ガスでカプセルを加熱することによりカプセル内の有機物を分解、無機化するようにしたものである。
【０００６】
請求項１の発明では、カプセル中に密封された放射性金属廃棄物は加熱によって有機物は無機化され、無害化されるとともに、発生した酸素、窒素、炭素などの放射性核種はカプセル中に閉じ込められる。そしてジルカロイ自体がゲッターとなり、とくに水素の多くをジルコニウム中に閉じ込めることができる。
【０００７】
また、カプセルが加熱中に酸化するのが防止されるとともに、万一カプセルが破損しても内容物が酸素と接触しないようにして、ハルファインの発火が防止される。
【０００８】
請求項２の発明は、上記カプセル内の放射性金属廃棄物にジルコニウムゲッターを添加することによりゲッター機能を強化するようにしたものである。
【０００９】
請求項２の発明では、加熱分解によって発生した水素、酸素、窒素などに対するゲッター機能を強化することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、上記放射性金属廃棄物をカプセル中に封入する前に、予め浮遊選別により有機物を粗除去するようににしたものである。
【００１１】
請求項３の発明では、ハルなどに随伴する有機物量が多い場合でも浮遊選別によりカプセル中に随伴する有機物を低減することができ、これによって加熱による有機物の分解、無機化をより確実にすることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、ジルカロイを含む放射性廃棄物をカプセル中に収納して圧縮し、このカプセル圧縮体を真空容器内に装入し、当該真空容器内に加熱した不活性ガスを供給して当該ガスでカプセル圧縮体を加熱することにより、カプセル圧縮体中の有機物を分解、無機化するようにしたものである。
【００１３】
請求項４の発明では、廃棄物を収納したカプセルを圧縮してコンパクトにした後に加熱処理するために、加熱炉が小型のものでよく、またこの加熱は圧縮工程とは切り離して任意の時期に行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、真空容器１は一側壁に開口部２０が形成されてなり、この開口部２０を開閉する開閉蓋２が取付けられ、この開閉蓋２は遠隔操作可能なシリンダからなる開閉手段２１により開閉されるようにし、閉鎖状態ではパッキン２２によりシールされて容器内部が密閉空間となるように構成されている。この真空容器１の他側壁にはガス導入管５１および排気管５２が接続され、このガス導入管５１の他端部は不活性ガス供給装置７に接続され、また排気管５２の他端部は真空排気装置８に接続されている。また真空容器１の上壁には容器内の温度を測定する温度計６が取付けられている。さらに真空容器１の底壁には多数のローラ３が並べられて、その上を重量物が容易に動くように構成され、上記開口部２０の外側の移送手段３０を通してカプセル４の搬入、搬出が容易に行なわれるようにしている。また上記真空容器１には、図示しないオフガス処理装置が接続され、このオフガス処理装置にはフィルタが設けられ、このフィルタによりオフガス中に漏洩した放射性核種を捕集処理するようにしている。
【００１５】
上記不活性ガス供給装置７には、図示しない加熱手段を設けて、加熱した不活性ガスをガス導入管５１を通して真空容器１内に供給するようにしている。また真空容器１内の加熱は、電気ヒータや誘導加熱手段を設けてこれらにより行なうようにしてもよく、あるいは加熱された不活性ガスと電気ヒータなどによる加熱とを併用するようにしてもよい。この不活性ガスによる加熱では、電気ヒータを使用する場合に比べて電気系統の故障の可能性が低いことから、保守の頻度を低減することが期待できる。しかしながら、放射能で汚染された不活性ガスはそのまま排出することができないため、フィルタなどを通して汚染の除去をする必要がある。
【００１６】
つぎにこの発明の処理方法を、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず真空容器１の外部においてカプセル４に被処理物である放射性金属廃棄物を充填する（ステップＳ１）。この際、カプセル４内には、ジルコニウムゲッター材を装入してゲッター機能を強化するようにしてもよい。またジルカロイをカプセルに充填する前あるいは後にハルに付着している水分を除去するために乾燥する。このハルの充填されたカプセル４内を真空脱気した後、蓋をして溶接により密封する（ステップＳ２）。これによってカプセル４内を酸素欠乏状態にして、加熱中にカプセル４内のハルなどが酸化するのを防止するとともに、ハルファインの発火防止を図る。
【００１７】
つぎに、真空容器１の開閉蓋２を開いてカプセル４を真空容器１中に装入した後、開閉蓋２を閉じて真空容器１内を不活性ガス雰囲気または真空状態にして酸素欠乏状態とする（ステップＳ３）。すなわち、真空排気装置８により真空容器１内のガスを排気管５２を通して排出させて真空容器１内を真空状態にし、あるいはさらにその後、不活性ガス供給装置７によりガス導入管５１を通して不活性ガスを真空容器１内に導入することにより、内部を不活性ガス雰囲気にする。これによって、ステンレス鋼製あるいは銅製のカプセル４が加熱中に酸化するのが防止されるとともに、万一カプセル４が破損しても内容物が酸素と接触しないようにして、ハルファインの発火が防止される。
【００１８】
ついで、カプセル４を加熱し、内部の有機物を分解・無機化する（ステップＳ４）。この際の加熱は、導入される不活性ガスを加熱したガスとすることにより容器内を不活性ガス雰囲気とすると同時に加熱を行なうようにしてもよく、あるいは真空容器１に別の加熱手段を設けておいて、その加熱手段により加熱してもよい。また加熱温度は、ジルカロイハル、ハードウェアなどの内容物およびカプセルの融点より下の温度にする。
【００１９】
つぎに、加熱を停止して放置することによりカプセル４を冷却し、一定温度まで冷却された後、真空容器１からカプセル４を取り出す（ステップＳ５）。上記加熱により分解した各元素はカプセル内に閉じ込められるとともに、ジルカロイハルに固溶し、あるいは化合物としてトラップされる。ついで、カプセル４を公知の圧縮装置により圧縮して減容する（ステップＳ６）。
【００２０】
上記操作において、熱分解によって発生した各種気体のうち、ガス爆発のおそれのある水素の多くは金属廃棄物中の大部分を占めるジルカロイ中に吸蔵され、固定化される。また酸素、窒素もジルカロイに固溶またはジルカロイと化合物を形成しやすく、ジルカロイ自体がゲッターとなり、これらの元素の多くをジルカロイハルに閉じ込めることができる。またジルカロイ中に閉じ込められなかった残分についても無機化され、カプセル中に閉じ込められる。これによってカプセル４中の有機物は無機化され、無害化される。
【００２１】
上記方法の他に、ジルカロイを含む放射性廃棄物をカプセル４中に収納して予め圧縮しておき、このカプセル圧縮体を、真空または不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、カプセル圧縮体中の有機物を分解、無機化するようにしてもよい。このカプセル４としては、延性の優れたステンレス鋼あるいは銅を使用するが、圧縮時に微小なクラックが生じる可能性がある。このクラックが発生するような場合には、加熱炉などにオフガス処理装置を設け、このオフガス処理装置のフィルタにより、少量の放射性核種がカプセル外に漏洩した場合でも捕集処理するようにする。また圧縮によりコンパクト化した適宜の数のカプセルを新たなカプセルに装入した後、脱気封入し、図１に示すような加熱装置を利用して加熱し、分解、無機化するようにしてもよい。
【００２２】
このように、廃棄物を収納したカプセルを圧縮してコンパクトにした後に加熱処理するようにすれば、加熱炉が小型のものでよく、またこの加熱は圧縮工程とは切り離して任意の時期に行なえばよい。
【００２３】
なお、ジルカロイは極めて活性な元素であり、有機物を構成する各元素との結合性は強い。各元素との結合性は以下の通りである。
【００２４】
（１）ジルカロイと水素との関係
ジルカロイは原子炉内での使用中に１００〜２００ｐｐｍの水素を吸収し、これらの水素は常温ではジルカロイにはほとんど固溶せず、水素化物を形成してジルカロイ中に分散析出している。
【００２５】
したがって、高温加熱により有機物が分解して発生する水素の多くは、常温では水素化物としてジルカロイ中に分散析出することとなる。高温加熱により放出された水素は一部カプセル容器外に逃散するが、カプセル容器内に溜った水素は冷却中に再び水素化物としてジルカロイ中にトラップされる。
【００２６】
（２）ジルカロイと酸素との関係
ジルカロイと酸素との結合性も強く、またジルコニウムと酸素の二元状態図によると、常温では酸素は約６．５％までジルコニウムに固溶する。したがって、有機物が分解して発生する酸素は酸化膜形成に消費されるか、またはジルカロイに固溶される。この他に、一部、一酸化炭素や二酸化炭素の形でカプセル内に閉じ込められる。
【００２７】
ジルカロイと炭素との関係ジルカロイと炭素との結合性も強く、またジルコニウムと炭素との二元状態図によると、常温では約７．５％までジルコニウムに固溶する。有機物が分解して発生する炭素は炭素のまま一酸化炭素、二酸化炭素の形でカプセル内に閉じ込められるものが多いと考えられるが、一部、ジルコニウムと炭化物を形成し、ジルカロイにトラップされるものと考えられる。
【００２８】
（３）ジルカロイと窒素との関係
ジルカロイと窒素との結合性も強く、また常温では約４．２％までジルコニウムに固溶する。したがって、有機物が分解して発生する窒素の多くはジルカロイに固溶し、または窒化物を形成して存在するものと考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明では、カプセル中に密封された放射性金属廃棄物は加熱によって有機物は無機化され、無害化されるとともに、発生した水素、酸素、窒素、炭素などの放射性核種はカプセル中に閉じ込められる。そしてジルカロイ自体がゲッターとなり、これらの元素の多くをジルカロイ中に閉じ込めることが期待できる。
【００３０】
また、非酸化性の雰囲気で処理されるために、カプセルが加熱中に酸化するのが防止されるとともに、万一カプセルが破損しても内容物が酸素と接触しないようにして、ハルファインの発火が防止される。
【００３１】
請求項２の発明では、加熱分解によって発生した水素、酸素、窒素、炭素などに対するゲッター機能を強化することができる。
【００３２】
請求項３の発明では、ハルなどに随伴する有機物量が多い場合でも浮遊選別によりカプセル中に随伴する有機物を低減することができ、これによって加熱による有機物の分解、無機化をより確実にすることができる。
【００３３】
請求項４の発明では、廃棄物を収納したカプセルを圧縮してコンパクトにした後に加熱処理するために、加熱炉が小型のものでよく、またこの加熱は圧縮工程とは切り離して任意の時期に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を実施する装置の１例を示す断面説明図である。
【図２】  この発明の方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    真空容器
２    開閉蓋
３    ローラ
４    カプセル
７    ガス供給装置
８    真空排気装置
５１    ガス導入管
５２    排気管
【図１】
0003851373.tif 000002
【図２】
0003851373.tif 000003