(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸ナトリウムを混合したアスファルトの廃棄物固化物を、酸素を含まない雰囲気中で、硝酸ナトリウムの融点と分解点の間の第１の温度で加熱し、硝酸ナトリウムとアスファルトの組成有機物を反応せしめて、前記第１の温度で揮発した揮発性生成物を除去し、
引き続いて硝酸ナトリウムの分解点以上の第２の温度で加熱し、前記第２の温度で揮発した揮発性生成物を除去して、ナトリウム塩を含む減容されたコークス状の物質とし、
前記コークス状の物質を破砕して顆粒体とし、顆粒体にアスファルトを成形助材として熱間で混合した後に成型し、成型体を加熱して成形助材の揮発分を除去してなることを特徴とする硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記廃棄物固化物を前記第１の温度に加熱するに際して、前記廃棄物固化物に亜硝酸ナトリウムを添加する請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記第１の温度に加熱して行われる前記硝酸ナトリウムと前記アスファルトの組成有機物との反応は、発泡して容積が膨張するアスファルト熔融物が溢れださないような深さと開口面積を有する容器を用いて行われる請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記酸素を含まない雰囲気が炭酸ガス又は炭酸ガスと不活性気体の混合物であり、
炭酸ガスを硝酸ナトリウムの分解成分と反応させ炭酸ナトリウムを生成することにより、硝酸ナトリウムの分解生成物を炭酸ナトリウムに転化させる請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記成形助材が前記アスファルトの揮発性生成物の乾溜凝縮油である請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記顆粒体を加熱し、酸素又はオゾンを含んだ酸素を触れさせ、着火することなしに前記顆粒体を酸化炭素ガスと水等に酸化分解せしめ、主として炭酸ナトリウムからなる残留無機物とする硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法であって、前記顆粒体の加熱は前記炭酸ナトリウムの融点を超えない温度で行う請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記残留無機物を空間群が
0003858469.tif 000002
の記号で示される対称性を有する三次元結晶構造を有する燐酸ジルコニウム・ナトリウム（ＮａＺｒ2(ＰＯ4)3）の同結晶構造物質とするために必要な成分元素を酸化物又は熱分解性塩として添加し、
混合物を粉砕しながら成分が均一に分散した水スラリーとなし、スラリーを撹拌しながら燐酸を混合し、スラリーの水分を水の沸点以下に加熱して蒸発して乾燥した粉末とし、粉末を７００℃乃至１０００℃に焼成して前記燐酸ジルコニウム・ナトリウムの同結晶構造物質とし、さらに必要に応じて焼成粉末を冷間圧縮成型後に高温で焼結し、又は高温熱間圧縮成型して高密度の固化体とする請求項６の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項８】
前記残留無機物に前記酸化物又は前記熱分解性塩として添加する前記成分元素は、雑固体廃棄物の焼却灰，核燃料集合体金属廃棄物，廃溶媒に由来するものを含むものである請求項７の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項９】
前記顆粒体を酸素又はオゾンを含んだ酸素に触れさせながら着火することなしに行う加熱が、温度上昇速度と最高温度をそれぞれ制御しながら行うバッチ炉，水平方向温度分布と最高温度をそれぞれ制御しながら一定速度で炉内を水平方向に移動させて行う連続トンネル炉，回転傾斜管状トンネル炉、あるいは、高さ方向温度分布と最高温度をそれぞれ制御しながら炉内を重力移動させて行うサイロ状炉等の加熱炉で行われる請求項６の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項１０】
前記加熱炉に供給される酸素又はオゾンを含んだ酸素が、加熱炉の排出ガスから炭酸ガス，水等の凝縮性気体を除去した後に酸素及び酸素とオゾンを添加したものである請求項９の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項１１】
前記硝酸ナトリウムを混合したアスファルトの廃棄物固化物を、前記第１の温度又は前記第２の温度に保持すること、および前記成型体の加熱が、マイクロ波加熱で行われる請求項１の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項１２】
前記顆粒体を炭酸ナトリウムの融点を超えない温度に保持すること、および前記成型体の加熱が、マイクロ波加熱で行われる請求項６の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【請求項１３】
スラリーの水分を水の沸点以下に加熱して蒸発して乾燥した前記粉末を７００℃乃至
１０００℃に保持すること、および前記成型体の加熱が、マイクロ波加熱で行われる請求項７の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法に係り、特に、使用済燃料の再処理の工程で発生する、主として硝酸ナトリウムを成分とする濃縮廃液をアスファルトと混練して水分を蒸発させて生成した硝酸塩アスファルト混合廃棄物をより熱的に安定で、減容された廃棄物形態とすることに好適な硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、文献「動力炉・核燃料開発事業団東海事業所再処理工場技術開発部試験運転第２課：再処理工場の運転，１１．２アスファルト  固化技術開発施設：動燃技報，Ｎo.５５，ｐｐ.６４−６６，１９８５．９」に記載のように、再処理施設から発生する低放射性廃液とアスファルトを加熱混合，脱水し、安定なアスファルト固化体としてドラム缶に充填する方法が知られている。この方法は、
（１）  アスファルトが安価である。
【０００３】
（２）  プロセスが比較的簡単である。
【０００４】
（３）  水に対する固化体中の放射性物質の浸出性が低い。
【０００５】
の様な利点を持っている。
【０００６】
公開された情報「http:/www.pnc.go.jp/kenkyu/dbase/asf/a2.html」によれば処理廃液は、主要化学成分として硝酸ナトリウムと炭酸ナトリウムを含む濃縮廃液で、塩／アスファルト混合比は４０／６０〜５０／５０ｗｔ％である。ドラム缶に充填されたアスファルト固化体はアスファルト固化体貯蔵施設において貯蔵されていた。しかしながら、一旦固化，貯蔵されたアスファルト固化体を再び何らかの方法で熱的に安定で、減容された廃棄物形態に処理する従来の技術については公知ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１の発明は、可燃性の硝酸塩アスファルト混合廃棄物を耐火性に優れた非酸化性の塩と炭素を主成分とするコークス状物質の難燃性で減容された混合廃棄物に転化することが目的である。
【０００８】
請求項２の発明は、高温になってからの急激で多量の発泡を伴うような反応を抑制させることが目的である。
【００１０】
請求項３の発明は、酸化剤としての硝酸成分と還元剤となっているアスファルト揮発成分の相互反応による発泡に起因して反応容器から溶融物が溢れださないようにすることが目的である。
【００１１】
請求項４の発明は、融点の高い炭酸塩を生成させて、熔融相の生成を防いで硝酸成分とアスファルト揮発成分との相互反応を進行させ、既に存在している炭酸塩の分解を抑制することが目的である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の発明に関連し、二次廃棄物の発生を減少することが目的である。
【００１３】
請求項６の発明は、難燃性となった炭素を主成分とするコークス状物質を主として炭酸ガスに酸化分解せしめ、残留無機物を主として炭酸塩として分離することが目的である。
【００１４】
請求項７の発明は、主として炭酸塩からなる可溶性の無機物を不溶性の無機結晶鉱物質として耐熱性，耐浸出性を与えることが目的である。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７の発明に関連し、無機成分の耐熱性，耐浸出性物質化のために添加される元素が他の再処理廃棄物等に由来することにより全再処理廃棄物量を低減することが目的である。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項６の発明に関連し、アスファルトの乾溜生成物を酸化分解するために最適な装置を提供することが目的である。
【００１７】
請求項１０発明は、請求項９の発明に関連し、廃ガスの発生を低減することが目的である。
【００１８】
請求項１１の発明は、加熱手段のエネルギー効率を高めることが目的である。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の特徴は、本来可燃性である硝酸塩アスファルト混合物を酸素を含まない雰囲気中で徐々に温度を高めることによって、酸化剤としての硝酸成分と還元剤となっているアスファルト揮発成分を制御できる状態で反応させて双方を分解除去し、非酸化性の塩と炭素を主成分とする難燃性のコークス状物質の混合物とすることにある。
【００２０】
請求項２の発明の特徴は、酸化剤としての硝酸成分と還元剤となっているアスファルト揮発成分の相互反応を比較的低い温度から開始させるために亜硝酸塩を添加し、高温になってからの急激で多量の発泡を伴うような反応を抑制することにある。
【００２１】
請求項３の発明の特報は、請求項４の発明に関連し、亜硝酸塩の添加量を最適とすることにある。
【００２２】
請求項４の発明の特徴は、酸化剤としての硝酸成分と還元剤となっているアスファルト揮発成分の相互反応による発泡に起因して反応容器から溶融物が溢れださないように容器の開口面積を大きくすることにある。
【００２３】
請求項５の発明の特徴は、雰囲気中の炭酸ガス濃度を高めて硝酸成分の分解生成物が溶融性とならないように炭酸塩に転化しやすくし、炭酸塩の分解を抑制することにある。
【００２４】
請求項６の発明の特徴は、請求項１の発明に関連し、アスファルト成分の乾溜凝縮油分を乾溜生成物の成形助材として利用することにある。
【００２５】
請求項７の発明の特徴は、難燃性となった炭素を主成分とするコークス状物質を主として炭酸ガスに酸化分解せしめ、主として炭酸塩からなる残留無機物とすることにある。
【００２６】
請求項８の発明の特徴は、主として炭酸塩からなる可溶性の無機物を不溶性であり、さらに、構成元素が多種，多様の元素と置換して固定する結晶鉱物質とすることにある。
【００２７】
請求項９の発明の特徴は、請求項８の発明に関連し、無機成分の不溶性物質化のために添加される元素が雑固体廃棄物焼却灰，核燃料集合体金属廃棄物，廃溶媒に含まれる燐酸等の無機性廃棄物に由来するものとすることにある。
【００２８】
請求項１０の発明の特徴は、請求項７の発明に関連し、アスファルトの乾溜生成物を酸化分解するために最適な方法を提供することにある。
【００２９】
請求項１１の発明の特徴は、請求項１０の発明に関連し、アスファルトの乾溜生成物の酸化分解して発生するガスを除いた後に酸素又は酸素とオゾンを富化して酸化装置に還流することにある。
【００３０】
請求項１２の発明の特徴は、酸化剤としての硝酸成分と還元剤となっているアスファルト揮発成分の相互反応を進行させ、コークス状顆粒体の酸化反応を進行させ、燐酸ジルコニウム・ナトリウム同構造物質の合成を進行させ、かつ、焼結するための加熱手段をマイクロ波加熱法とすることにある。
【００３１】
【発明の実施の形態】
代表的な硝酸塩アスファルト混合廃棄物は、硝酸ナトリウムを主成分とする塩類の４５重量％と、アスファルト５５重量％からなる。アスファルトは原油中に含まれる最も重質な成分で、その構造は複雑な（芳香族）多環構造を有する高分子化合物である。一般に、アスファルトは、ｎ−ヘプタン可溶成分とｎ−ヘプタン不溶成分（アスファルテン）からなり、前者はさらに飽和脂肪成分，ナフテン芳香族成分，極性芳香族成分に分類される。
【００３２】
代表的なアスファルトの重量組成は、飽和脂肪成分２５％，ナフテン芳香族成分３５％，極性芳香族成分１５％，アスファルテン２５％である。代表的なアスファルトの元素組成は炭素８９.５％，水素１０.５％であり、飽和脂肪族成分の平均元素重量組成は炭素８５％，水素１５％、その他の芳香族成分の平均元素重量組成は炭素９１％，水素９％である。
【００３３】
従って、代表的な硝酸塩アスファルト混合廃棄物の１kgには、硝酸ナトリウム０.４５kg（５.２９ｇ−mol），飽和脂肪族成分０.１３８kg(Ｃ：９.７ｇ−mol,Ｈ：２０.６ｇ−mol）及び芳香族成分０.４１２kg（Ｃ：３１.３ｇ−mol，Ｈ：３７.１ｇ−mol）を含むことになる。
【００３４】
請求項１，請求項２，請求項３，請求項４及び請求項５の発明の作用は、硝酸塩アスファルト混合廃棄物の熱分解特性に基づいている。
【００３５】
アスファルト自体の軟化点は約８５℃であるが、硝酸塩アスファルト混合廃棄物は約１７５℃で熔融して容器に充填されている。硝酸塩アスファルト混合廃棄物は２００℃になると発熱反応が始まり、約３００℃（ＮａＮＯ3融点３０６.８℃）ではアスファルトの分解生成物の揮発による発泡層が５０mm程度になり定常化するが、３８０℃付近（ＮａＮＯ3 分解温度３８０℃）では激しい発熱反応を起こして暴走反応状態になると言われる。アスファルト自体は３００℃では熱分解しないことから、約３００℃における熱分解は硝酸ナトリウムとの反応に依存しているものである。
【００３６】
硝酸塩による酸化反応は、温度が硝酸ナトリウムの分解温度近くまで高くなり、硝酸の還元生成物である亜硝酸イオンが一定濃度以上にまで蓄積すると急激に進行して制御が困難になる。従って、最初から亜硝酸イオンが存在していれば低い温度でも硝酸による酸化反応が進行し急激な反応を避け制御することができる。亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ2 の融点２７１℃，分解点３２０℃）を添加することによって、硝酸ナトリウムの分解温度より低い温度の２７０℃〜３２０℃において定常的に高い反応速度を与えることができる。経験的に必要な亜硝酸量は硝酸量の１〜５％である。
【００３７】
一般に、硝酸イオンは以下の反応に従って１ｇ−molのＮＯ3-は１ｇ−molの酸素と等価の酸化性を示す。
【００３８】
２ＮＯ3- −２ｅ → ＮＯ＋ＮＯ2＋２Ｏ
代表的な硝酸塩アスファルト混合廃棄物の１kgに含まれる硝酸ナトリウム0.45kg（５.２９ｇ−mol）が飽和脂肪族成分と優先的に反応するものとすれば、飽和脂肪族成分を炭酸ガスと水に酸化するために必要な酸素当量（２９.７ｇ−mol）に比較して１７.８％に相当するため、飽和脂肪族成分のうち２４.５ｇは硝酸ナトリウムとの反応で分解する。しかし、実際に反応生成物は炭酸ガスと水のみではなく、炭水化物の蒸気を含む可能性があり、より多量の飽和脂肪族成分が分解するものと考えられる。
【００３９】
硝酸塩アスファルト混合物が非酸化性雰囲気中で７００℃程度まで加熱されれば少なくとも硝酸イオンとの反応に関与する飽和脂肪族成分の１７.８％ を除いて分子量の小さい炭化水素に熱分解されて凝縮物となる。一方、芳香族成分は熱分解過程において、７００℃までは主としてＣＨ4 を発生しながら重合し、より高温では水素を発生しながら重合して行く。７００℃までの加熱では芳香族成分の２５％が揮発した場合に、水素含有量は９％から３.６２％ に低下し、残留するコークス状の物質は炭素含有量が９６.３８％ になる。さらに炭酸ナトリウムの融点である８５１℃まで加熱すると、水素含有量は１.８６％ に低下して、コークス状物質の量は０.３０４kgとなり、炭素含有量は９８.１４％になる。結果的に、アスファルト成分の４％が硝酸イオンとの反応によって炭酸ガスと水になり、４１％が何らかの炭化水素又は水素となって揮発し、５５％がコークス状物質となって残留する。
【００４０】
一方、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ3；融点３０６.８℃）５.２９ｇ−molが炭化水素と反応してＮＯｘの５.２９ｇ−molに分解し、生成する炭酸ガス及び水と定量的に反応すると、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3；融点８５１℃）１.８３ｇ− molと水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ融点３１８.４℃）１.６４ｇ−molを生成する。雰囲気中に過剰の炭酸ガスが存在すれば硝酸ナトリウムの反応生成物は全て炭酸ナトリウムに転化する。従って、当初の硝酸塩アスファルト混合廃棄物の１kgに含まれる硝酸ナトリウム０.４５kg（５.２９ｇ−mol）とアスファルト０.５５kgは、炭酸ナトリウム０.２８１kg(２.６５ｇ−mol）とコークス状乾留生成物０.３０４kgで、合計して０.５８５kgになる。
【００４１】
原料アスファルトの比重は１.０４であり、硝酸ナトリウム(比重＝２.２６１)との混合物の比重は１.５８であり、炭酸ナトリウム（ｓｇ＝２.５３２）を含んだコークス状乾留生成物（比重＝２.１５）の嵩比重は１.２であり、コークス状乾留生成物を破砕して生成した粒径が３０ｍｅｓｈ以下の顆粒体の充填比重は１.５（６９.７％）である。顆粒体の重量あたりに５％のアスファルトを添加して熱間で混合した後に加圧成形すると成形体の比重は１.８になり、非酸化雰囲気中で８５１℃まで徐々に温度を高めて焼結すれば重量は２.３％ 減少し、比重は１.８である。当初、重量が１kgであり、容積が０.６３３リットルであった硝酸塩アスファルト混合廃棄物は、最終的に重量が０.６０kgで、容積が０.３３３リットルに減量する。
【００４２】
コークス状顆粒体の成型体化は型込め圧縮成型，押しだし成型，ブリケット成型等の通常炭素製品の製造に利用される技術を用いることができる。
【００４３】
請求項７の発明の作用は、炭酸ナトリウムを含んだコークス状乾留生成物の比較的低温の加熱酸素中において酸化分解特性に基づいている。炭酸ナトリウムを含んだコークス状乾留生成物を破砕して生成した顆粒体容器にいれて酸素に触れさせて、徐々に加熱温度を高め、温度が３００℃を超え５００℃以下において炭素成分が酸化してまず重量が増加し、続いて酸化炭素ガスを生成して徐々に重量が減少する。酸素にオゾンが含まれるとより低温でも同様の酸化反応が進行する。ただし、オゾンの濃度が高いと爆発の可能性があるので、オゾンの濃度は５％以下とする必要がある。炭素成分の酸化による重量増加が最大値に達するまでに温度が高すぎると反応熱が蓄積して着火し、容器内の顆粒体が全て燃焼する。顆粒体は赤熱し一酸化炭素ガスが燃焼して炎を発生し、無機分が飛散する可能性がある。炭素成分の酸化による重量増加が最大値に達したら温度を高めて着火することなく酸化炭素ガス化反応を早めることができる。炎が発生しなければ無機分が飛散することはない。硝酸塩アスファルト混合廃棄物には放射性炭素を含む炭酸塩を含有していることがある。炭酸塩は温度が謂分解点に達しなくても融点を超えるナトリウム塩を生成しやすい物質と反応して分解する可能性がある。本発明では、温度を炭酸塩の融点以下に保つことによって炭酸塩の分解を防止し、放射性炭素の遊離を防止することができる。最終的に、炭酸成分を除く炭素成分は全てガスとなって失われ、当初、重量が１kgであり、容積が０.６３３ リットルであった硝酸塩アスファルト混合廃棄物は、重量が０.２８１kg の炭酸ナトリウムとなる。
【００４４】
請求項８及び請求項９の発明の作用は、請求項７の発明によって生成した無機物が汚染物質を含む炭酸ナトリウムを水に不溶性の物質に転化するものである。燐酸ジルコニウム・ナトリウム(ＮＺＰと略記する)は分子式がＮａＺｒ2Ｐ3Ｏ12（分子量：４９０.３４ｇ)であり、ＺｒＯ6８面体が６個のＰＯ4４面体と酸素原子を共有して結合し各々のＰＯ4４面体が４個のＺｒＯ6８面体と酸素原子を共有して結合して、基本構成単位が（Ｚｒ2Ｐ3Ｏ12- ）であるリボン構造を構成し、リボン構造がＰＯ4４ 面体で結合されて三次元結晶構造となっている。結晶構造式は一般的にＭ′Ｍ″3［ＡIV2］［ＸV3］Ｏ12と表され、Ａ位置をＺｒイオンが占め、Ｘ位置をＰイオンが占める。リボン構造内に空孔Ｍ′があり、Ｎａイオンが配位する。隣接するリボン構造の間に別の空孔Ｍ″があるが、ＮＺＰにおいては満たされていない。
【００４５】
Ｍ′，Ａ，Ｘ等の各位置は、多様な異原子価イオンで置換されても結晶構造が変わらない特徴がある。Ｍ′位置は最も大きな陽イオンが、Ｘ位置は最も小さな陽イオンが、Ａ位置は中間の大きさの陽イオンがそれぞれほぼ選択的に置換する。一般にＮＺＰの構成原子が置換されても構造が変化しない物質を［ＮＺＰ］と表記する。
【００４６】
Ｍ′位置：Ｎａ+，Ｒｂ+，Ｃｓ+，Ａｇ+，Ｍｇ2+，Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+，Ｚｎ2+，Ｃｄ2+，Ｐｂ2+
Ａ位置：Ｔｉ4+，Ｃｒ3+，Ｆｅ3+，Ｃｏ2+，Ｎｉ2+，Ｙ3+，Ｚｒ4+，Ｔｃ4+，Ｒｕ4+，Ｒｈ3+，Ｉｎ3+，Ｌａ3+，Ｃｅ4+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+,Ｐｍ3+,Ｓｍ3+，Ｅｕ3+，Ｇｄ3+，Ｕ4+，Ｎｐ4+，Ｐｕ4+，Ａｍ3+，Ｃｍ3+
Ｘ位置：Ａｌ3+，Ｓｉ4+，Ｐ5+，Ａｓ5+，Ｓｅ6+，Ｍｏ6+，Ｓｎ4+，Ｓｂ5+，Ｔｅ4+
Ｍ′位置で多価の原子価状態のイオンは当量分のＮａと置換する。Ｍ″位置はＡ又はＸ位置に置換したイオンの電荷を補償するため、当量分の１価のアルカリ金属が配位する。
【００４７】
廃棄物の主成分であるナトリウムイオンで［ＮＺＰ］を合成すると、他の構成元素を選択することにより、［ＮＺＰ］の１分子あたりにＮａを４原子まで固定することが可能である。汚染成分として含まれる核分裂生成物元素の殆ど全ては［ＮＺＰ］内で元素を置換して固定される。また、［ＮＺＰ］は広範な元素の組み合わせで合成が可能である。基本的な化合物がＮａ，Ｚｒ，Ｐで構成されるにも関わらず、特にＺｒはより安価で原子量が小さいチタン又は鉄に置き換えて合成することが望ましい。燐は必須元素であるが、より多量のＮａを固定する目的で必要に応じて硅素に置き換える場合がある。
【００４８】
再処理廃棄物に含まれる核分裂生成物元素，ＭＡ元素，腐食生成物元素，プロセス薬品構成元素等は陰イオンとなって存在するものを除き全て［ＮＺＰ］の構成元素を置換して固定される。
【００４９】
［ＮＺＰ］を合成するための添加元素は他の再処理廃棄物から供給することができる。例えば、ジルカロイ（ハル、チャンネルボックス）に含まれるＺｒ，Ｆｅ，Ｓｎ，ステンレス鋼（エンドピース）に含まれるＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ、ニッケル合金（スペーサ）に含まれるＮｉ，Ｆｅ、雑固体焼却灰に含まれるＣａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｎ，燐酸塩（廃溶媒）等である。
【００５０】
請求項１０の発明の作用は、温度上昇速度と最高温度をそれぞれ制御しながら行う回分式マッフル炉、水平方向温度分布と最高温度をそれぞれ制御しながら一定速度で炉内を水平方向に移動させて行う連続トンネル炉又は回転傾斜管状トンネル炉、あるいは、高さ方向温度分布と最高温度をそれぞれ制御しながら連続的又は回分的に炉内に装荷して重力移動させるサイロ状炉などいずれを用いてもよい。トンネル炉又はサイロ状炉において、酸素又はオゾンを含んだ酸素の供給は酸化反応生成物の取り出し側から行うことが好ましい。
【００５１】
請求項１１の発明の作用は、加熱炉の排出ガスに酸素を富化して循環することにより、放射性物質を含むガスを循環系統内に閉じ込め管理を容易にすることができる。
【００５２】
請求項１２，１３及び１４の発明の作用は、被加熱物体自身が発熱体となることが特徴であるマイクロ波加熱であることによる。通常の加熱方法は主として熱伝導を利用するため、被加熱物体の温度分布が均一になりにくく、ホットスポットを発生し、局所的に反応が発生する可能性がある。一方、マイクロ波加熱法では被加熱物体の温度分布がより均一になり、局部的反応も起こり難い。
【００５３】
マイクロ波加熱は温度を高めることによって化学反応を促進する現象だけでなく、粒子間の固相拡散反応，焼結反応をエネルギー効率的に進行させる効果がある。マイクロ波加熱法は、保守が必要なマイクロ波発生源を生体遮蔽外に設置して、導波管によって生体遮蔽内に導き容器内の放射性物質を熱処理するために適している。
【００５４】
〔実施例１〕
本発明の好適な一実施例である硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法を、硝酸塩アスファルト混合廃棄物装置を示す図１を用いて説明する。硝酸塩アスファルト混合物の処理を行う耐熱金属製のマッフル炉１は、耐熱金属製の容器２を内蔵する。容器２は、開口面積が０.２ｍ2，深さが１５cmである。予め流動化されて、亜硝酸ナトリウム１％を含む硝酸塩アスファルト混合物が、容器２内に深さ７.５cm まで充填されている。この硝酸塩アスファルト混合物の装荷容積は１５リットルであり、装荷量は２３kgである。３はガスの循環系、４は炭酸ガス供給系、５は酸素供給系（オゾン発生装置を含む）、６は油分凝縮器、７は吸着塔、８は気体凝縮器、９は油分取り出し口、１０は洗浄水取り出し口、１１は吸着塔洗浄液供給口である。吸着塔７はゼオライト系吸着材を充填している。
【００５５】
炭酸ガス供給系４から供給された炭酸ガスは、循環ガスとして、マッフル炉１，油分凝縮器６，吸着塔７，気体凝縮器８及びマッフル炉１と循環する。この状態で、マッフル炉１内の温度を２７０℃から３８０℃にまで徐々に高めて、容器２内で硝酸塩アスファルト混合物の組成物である硝酸塩と炭化水素の反応を進行させる。硝酸塩アスファルト混合物に含まれている油分は、その加熱により揮発し、油分凝縮器６で凝縮される。凝縮された油分は、油分取り出し口９から装置外に取り出される。マッフル炉１内での熱分解で発生したＮＯｘは、吸着塔７内のゼオライト系吸着材に吸着されて除去される。気体凝縮器８は、循環ガスを凝縮してこれに含まれる水分等を除去する。揮発物及び水分を含まない循環ガスが、気体凝縮器８からマッフル炉１に戻される。
【００５６】
揮発物が発生しなくなってからマッフル炉１の温度を８５０℃まで高めて、容器２内の物質を加熱する。この加熱終了後、マッフル炉温度が室温に戻ってから容器２内に残留した１３.４５kg のコークス状物質を、マッフル炉１から取り出す。このコークス状物質は、破砕機（図示せず）で３０mesh以下に粉砕されて顆粒体にされる。
【００５７】
顆粒体は、アスファルトを５％添加された状態で約１２０℃に加熱される。この加熱状態で顆粒体とアスファルトは混合される。その後、この混合物は、冷却された後に、内径３０cmの金型中で杵により０.３ton／cm2 の圧力で圧縮成型され、高さ１１cmの円柱形の成型体にされた。この成型体の嵩比重は１.８ であった。成型体は、容器２に載せられてマッフル炉１内に入れられ、不活性雰囲気  （炭酸ガス雰囲気）中で８時間で最終的に８５０℃にまで徐々に温度を高めて焼結された。この焼結体はマッフル炉１から取り出される。焼結体は、重量が13.8kg，直径が２８.５cm，高さが１０.５cm、及び嵩密度が２.０６ であった。処理前に１５リットルであった硝酸塩アスファルト混合物容積が、本実施例の処理により６.７リットルに減容された。
【００５８】
マッフル炉１から焼結体を取り出した後に、酸化工程の処理が実行される。酸化工程においては、酸素供給系５からオゾンを含む酸素が上記処理装置内に供給される。ゼオライト系吸着材に吸着されたＮＯxは酸素及びオゾンの作用でＮＯ2に酸化される。洗浄液供給口１１から吸着塔７内に供給される供給液で吸着材を洗浄することにより、ＮＯ2 は硝酸として回収される。この硝酸は、洗浄液取り出し口１０から取り出される。
【００５９】
本実施例により以下の効果が得られる。
【００６０】
（１）難燃性の硝酸塩アスファルト混合廃棄物を、減容された炭素質廃棄物固化体に転化できる。
【００６１】
（２）硝酸塩アスファルト混合廃棄物に炭酸塩として含まれていた放射性炭素を、炭素質廃棄物固化体中に保存できる。
【００６２】
〔実施例２〕
実施例１で生成したコークス状顆粒体を容器２に装荷し、図１に示す装置においてマッフル炉１内に入れる。顆粒体の充填容積は９リットルであり、充填深さは４.５cm であった。オゾンを５％以下含んだ酸素（酸素供給系５から供給）を循環ガスとしてマッフル炉温度を３００℃に保ち酸化反応を進行させた。２４時間かけて温度を５００℃に高めた後に最終的に８５０℃で８時間酸化してから室温まで冷却した。容器２中には６.５kg(６１.３３ｇ−mol）の主として炭酸ナトリウムからなる無機化された物質が残留した。
【００６３】
無機化残留物に、ＴｉＯ2(８１.７７ｇ−mol），ＳｉＯ2(８１.７７ｇ−mol）を添加して湿式粉砕して十分均一化し、攪拌しながらＨ3ＰＯ4（４０.８８ｇ− mol)を添加して炭酸塩を分解し、９０℃に保持して水分を蒸発させて乾燥した。乾燥体を約１００meshに粉砕し、アルミナるつぼにいれて空気中で７００℃において４時間加熱した。生成した粉末の重量は１８.１５kg であり、元素組成はＮａ3Ｔｉ2ＰＳｉ2Ｏ12であり、Ｘ線回折分析の結果ＮａＺｒ2Ｐ3Ｏ12 と同構造体の単一鉱物相であることがわかった。粉末の真比重は３.３であった。
【００６４】
粉末に結合材として少量のビニールアルコール水溶液を添加し、乾燥してから内径３０cmの金型中で杵により０.３ton／cm2の圧力で圧縮成型し高さ１０.７cmの円柱形成型体とした。成型体の嵩比重は２.４ であった。成型体を容器２に載せてマッフル炉１内に戻し、空気雰囲気中で８時間で最終的に１０００℃にまで徐々に温度を高めて焼結した。焼結体は、重量が１８.１kg，直径が２８.５cm，高さが１０.２cm、嵩密度が２.７８であった。処理前の硝酸塩アスファルト混合物容積が１５リットルであったものが、本実施例により６.５ リットルに減容された。
【００６５】
本実施例によって実施例１と同様な効果が得られた。
【００６６】
〔実施例３〕
（具体例１）
実施例１で生成したコークス状顆粒体を容器２に装荷し、図１の装置においてマッフル炉１内に戻した。顆粒体の充填容積は９リットルであり、充填深さは４.５cm であった。酸素を循環ガスとして用いてマッフル炉温度を３００℃に保ち酸化反応を進行させた。２４時間かけて温度を５００℃に高めた後に最終的に８５０℃で８時間酸化してから室温まで冷却した。容器２中には６.５kg（61.33ｇ−mol）の炭酸ナトリウムからなる無機化された物質が残留した。
【００６７】
硝酸塩アスファルト混合廃棄物の他にも、再処理工場では燃料集合体構成金属廃棄物並びに雑固体焼却灰等の廃棄物が発生する。それぞれの内訳は、以下の通りである。
【００６８】
（ａ）燃料集合体構成金属廃棄物
Ｚｒ      １１.６９kg      １２８.１５ｇ−mol
Ｆｅ        １.０３kg        １８.４４ｇ−mol
Ｃｒ        ０.２９kg        ５.５７ｇ−mol
Ｎｉ        ０.３３kg        ５.６２ｇ−mol
Ｓｎ        ０.１８kg        １.５２ｇ−mol
合計      １３.５２kg
（ｂ）雑固体焼却灰
ＣａＯ      ２.０４kg      ３６.３１ｇ−mol
ＳｉＯ2  ０.８１kg      １２.２６ｇ−mol
Ａｌ2Ｏ3 ０.５７kg        ５.５９ｇ−mol
Ｆｅ2Ｏ3 ０.２０kg        １.２５ｇ−mol
ＺｎＯ      ０.１７kg        ０.９９ｇ−mol
ＭｇＯ      ０.１２kg        ２.９８ｇ−mol
合計        ３.９１kg
硝酸塩アスファルト混合物を処理して残留した炭酸ナトリウム，燃料集合体構成金属廃棄物から生成した酸化物及び雑固体焼却灰の酸化物に添加物として3.01kgのＳｉＯ2を加えて混合し、最後に１６.５２kgのＨ3ＰＯ4を添加して燐酸ジルコニウム・ナトリウムの同構造体であり、下記の組成式を有する単一相の鉱物  （分子量＝５０５.５３ｇ）の４０.７９kgを合成した。
【００６９】
Ｎａ1.52Ｃａ0.45Ｚｎ0.01Ｍｇ0.04［Ｚｒ1.58Ｆｅ0.26Ｃｒ0.07Ｎｉ0.07
Ｓｎ0.02］Ｓｉ0.15Ａｌ0.14(Ｐ2.09Ｓｉ0.62)Ｏ12
この固化体は、当初の硝酸塩アスファルト混合廃棄物量（２３kg）と比較して１７７％に増量しているが、再処理廃棄物を利用して廃棄物自体を固体化しているもので、固化体重量を占める本来の廃棄物の重量比率は５８.７％ である。廃溶媒に含まれる燐酸分もこの合成に利用できる。
【００７０】
本具体例によって以下の効果が得られる。本具体例も実施例１で得られる効果を生じる。
【００７１】
（１）従来は個別に固化処理されていた再処理廃棄物を利用して硝酸塩アスファルト混合物廃棄物を、耐熱性，耐浸出性の一体化された廃棄物固化体に転化できる。
【００７２】
（具体例２）
具体例１の場合と異なり、硝酸塩アスファルト混合廃棄物の発生量が他の廃棄物と比較して多い場合に、硝酸塩アスファルト混合物の処理によって発生する無機化された残留物である炭酸ナトリウムを最大限に含有した固化体として、燃料集合体構成金属廃棄物の６.８５kgから生成した酸化物と雑固体焼却灰の２.７０kgの混合物に添加物として２.４１kgのＳｉＯ2 を加えて混合し、最後に４.８２kgのＨ3ＰＯ4を添加して燐酸ジルコニウム・ナトリウムの同構造体であり、下記の組成式を有する単一相の鉱物（分子量＝５３２.３０ｇ）の２１.７６kgを合成した。
【００７３】
Ｎａ3.00Ｃａ0.45Ｚｎ0.01Ｍｇ0.04［Ｚｒ1.58Ｆｅ0.26Ｃｒ0.07Ｎｉ0.07
Ｓｎ0.02］Ｓｉ0.15Ａｌ0.14(Ｐ0.61Ｓｉ2.10)Ｏ12
この固化体は、当初の硝酸塩アスファルト混合廃棄物量（２３kg）と比較して９４.６％ に減量しているにすぎないが、再処理廃棄物を利用して廃棄物自体を固体化しているもので、固化体重量を占める本来の廃棄物の重量比率は７３.７％である。廃溶媒に含まれる燐酸分もこの合成に利用できる。
【００７４】
本具体例によって以下の効果を得ることができる。本具体例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【００７５】
（１）従来は個別に固化処理されていた再処理廃棄物を利用して硝酸塩アスファルト混合物廃棄物を、耐熱性，耐浸出性の一層減量された廃棄物固化体に転化できる。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、本来可燃性危険物である硝酸塩とアスファルトの混合物を難燃性のコークス状物質の固化体とし、処理前の硝酸塩アスファルト混合物の容積を４５％に低減できる。
【００７７】
請求項２の発明によれば、硝酸塩とアスファルトの反応速度を制御可能とし、爆発的な反応を防止できる。
【００７８】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果を最適化できる。
【００７９】
請求項４の発明によれば、硝酸塩とアスファルトの反応による発泡で熔融物が容器から溢れださないように制御できる。
【００８０】
請求項５の発明によれば、硝酸塩とアスファルトの反応生成物がより融点の高い炭酸塩となる手段を与え、塩類が熔融して反応を阻害しないようにでき、さらに、炭酸塩として固定されている放射性炭素の放出を抑制できる。
【００８１】
請求項６の発明によれば、コークス状顆粒体の成型剤としてアスファルトの乾留凝縮油分を利用することにより二次廃棄物の発生を抑制できる。
【００８２】
請求項７の発明によれば、コークス状顆粒体を酸化炭素ガスと水に分解して無機化された塩類のみを分離できる。
【００８３】
請求項８の発明によれば、無機化された塩類を耐熱性で耐浸出性の結晶鉱物化し、処理前の硝酸塩アスファルト混合物の容積を４５％に低減できる。
【００８４】
請求項９の発明によれば、無機化された塩類を他の再処理廃棄物と混合し、最少の添加物により耐熱性で耐浸出性の結晶鉱物化し、処理前の全廃棄物を73.7％含有する固化体にできる。
【００８５】
請求項１０の発明によれば、コークス状顆粒体の酸化による脱炭素化を工業的に行う手段を提供できる。
【００８６】
請求項１１の発明によれば、酸素を含んだガスを再循環することにより放射能を含んだガスの管理を容易にできる。
【００８７】
請求項１２，１３及び１４の発明によれば、全ての熱処理工程においてマイクロ波加熱を適用することにより、エネルギー消費の節約に加えて、加熱工程の制御を容易とし、加熱装置の保守を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である硝酸塩アスファルト混合廃棄物の処理方法を適用する硝酸塩アスファルト混合廃棄物装置の構成図である。
【符号の説明】
１…マッフル炉、２…容器、３…ガス循環系、４…炭酸ガス供給系、５…酸素供給系（オゾン発生装置）、６…油分凝縮器、７…吸着塔、８…気体凝縮器、９…油分取り出し口、１０…洗浄水取り出し口、１１…吸着塔洗浄液供給口。
【図１】
0003858469.tif 000003