JPH0351000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は危険な物質を処分することに関し、特
に危険物質の破壊に用いられる溶融物から塩を回
収する方法に関する。その一層特別な態様の一つ
として、本発明は乾燥粒状型でそのような塩を回
収する方法に関する。一層特別な態様の他のもの
として、本発明はプルトニウム含有廃棄物からプ
ルトニウム分（plutonium values）の如き価値
あるものを濃縮し、回収する方法に関する。 危険物質を処分する多くの異なつた方法が提案
されている。殺虫剤、爆薬、放射性廃棄物等の如
き危険廃棄物を処分する方法の一例は、そのよう
な危険物質を含む廃棄物を燃焼するのに溶融塩を
使用することである。 例えば米国特許第3642583号には水性材料を蒸
発及び燃焼するのに溶融した塩化物、臭化物、硝
酸塩、酸化物、水酸化物、或は硫酸塩又はそれら
の混合物を用いる汚水処理のための方法が記載さ
れている。 米国特許第3708270号には炭酸塩を基とする溶
融塩を使用することにより有機物質を燃焼する方
法が記載されている。 米国特許第3845190号には溶融塩中の酸化によ
つて有機殺虫剤を処理する方法が記載されてい
る。 米国特許第4145396号には溶融塩浴によつて有
機廃棄物からストロンチウム、セシウム、沃素及
びルテニウムの如き揮発性放射性物質を除去する
方法が記載されている。 米国特許第4246255号には溶融塩を用いてポリ
クロル化ビフエニル（PCB）を廃棄する方法が
記載されている。 従来の技術として記載されている方法は、危険
廃棄物を処分し、且つ廃棄生成物から価値ある物
質を回収する或る有用な方法を与えているが、そ
れら従来法の中で、危険物質と共に潜在的に価値
ある物質を廃棄することなく、実際的水準迄廃棄
物の体積を減少させるような仕方で危険廃棄物を
処分する手段を与えている。 従つて本発明の目的は、危険廃棄物中に存在す
る又はその破壊に用いられる有用な物質を回収し
ながら実際的水準迄危険廃棄物の体積を減少させ
る方法を与えることである。 本発明の他の目的は、そのような方法で、使用
済み溶融塩を溶融塩反応域から除去し、乾燥粒状
固体の形で回収する方法を与えることである。 本発明の他の目的は、使用済み溶融塩の水溶液
と溶融塩反応域からの熱排出ガスとの間の接触が
乾燥流動性の塩混合物と冷却されたガスとの生成
をもたらし、その塩混合物は溶融塩反応域へ再循
環でき、冷却されたガスはろ過してそこから危険
粒状物質を除去することができるような方法を与
えることである。 本発明の他の目的は、プルトニウム又は他の価
値あるアクチニドを含む廃棄物の如き放射性廃棄
物を処理するのに特に適用することができる方法
を与えることである。 本発明の更に他の目的は、危険廃棄物質の体積
を最小値へ減少する方法を与えることである。 本発明の他の目的及び利点は次の詳細な記載か
ら明らかになるであろう。 本発明の広義の態様に従えば、燃焼媒体として
溶融塩を用いた危険廃棄物の燃焼からの使用済み
溶融物を冷却して溶融塩からなる塩を含む水溶液
を形成し、燃焼からの熱排出ガスと直接接触さ
せ、それによつてガスを冷却し、そこから危険物
質の粒状物をろ過できるようにし、溶液を脱水し
て乾燥粒状固体生成物を生成させる。本発明の好
ましい具体例として、使用済み溶融物を含む水溶
液を噴霧乾燥器へ導入し、そこで危険廃棄物の燃
焼からの熱排出ガスと接触させ、乾燥流動性固体
へ変化させる。 本発明は、付図に関連してとつた或る好ましい
具体例についての詳細な記載を参照することによ
り一層明白に理解されるであろう。 本発明は、危険廃棄物を溶融塩を用いて破壊す
る間に使われる溶融塩反応媒体を構成する塩を回
収する方法を与える。本方法は溶融塩反応媒体へ
塩を再循環する手段を与えることにより、之等の
塩を廃棄する必要をなくしている。亦、本発明は
危険廃棄物の破壊で生じたガスから危険物質を分
離するのを促進する手段を与えるものである。 本発明の方法は、溶融塩反応媒体から危険物質
を分離することが必要で、且つ溶融塩反応媒体を
構成する塩をできるだけ多く回収することが望ま
しい場合に有用である。この方法を用いることに
より、危険物質と共に棄てなければならない有用
物質の量が最小になる。本発明は、危険物質の唯
一の実際的廃棄手段が貯蔵又は埋めるしかない場
合に特に重要になる。なぜなら本発明は貯蔵又は
埋めなければならない物質の量を最小にする手段
を与えるからである。 本発明の他の利点は、溶融塩反応媒体で生じ熱
排出ガスからの危険物の分離を容易にすることに
あり、その排出ガスは本発明の方法に従つて処理
された後、汚染の危険なく大気中へそれを放出す
ることを可能にするのに充分な程度迄精製するこ
とができる。従つて本発明の方法は、ガス状生成
物が形成されるどんな廃棄物処理法に対しても補
助手段として極めて重要である。 本発明の方法を実施する場合、空気、酸素或は
富化（enriched）空気の如きガス状酸素源及び危
険廃棄物を、アルカリ金属炭酸塩からなる溶融塩
中へ導入する。溶融塩は約400〜1000℃の範囲の
温度及び約0.5〜10気圧の範囲内の圧力に維持し、
危険廃棄物の有機成分を酸化する。完全燃焼が一
般に好ましい。そのような条件下では危険廃棄物
の体質は実質的に減少し、固体及びガス状燃焼生
成物が形成される。ガス状燃焼生成物は、もし燃
焼が完全に行われると二酸化炭素と水蒸気から本
質的になる。固体生成物は廃棄物の無機灰成分か
らなる。金属化合物を含む廃棄物の場合、金属は
溶融塩中に維持される。 溶融塩は単一のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸
塩又は二種以上のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸
塩の混合物から形成することができ、約１重量％
〜約25重量％のアルカリ金属炭酸塩を含んでいて
もよい。硫酸塩を含有させる利点は、米国特許第
3567412号に記載の如く、有機物質の燃焼速度が
大きくなることである。アルカリ金属炭酸塩が好
ましく、特に炭素リチウム、炭酸ナトリウム及び
炭酸カリウムが好ましい。 比較的低い温度で危険廃棄物の燃焼を行うのが
望ましい場合、アルカリ金属炭酸の低融点二成分
又は三成分系混合物を用いてもよい。例えばリチ
ウム、ナトリウム及びカリウムの炭酸塩が43.5、
31.5及び25.0モル％からなる三成分アルカリ金属
炭酸塩共融物は約397℃で溶融する。好ましい二
成分系混合物は約710℃で溶融する炭酸ナトリウ
ム−炭酸カリウム共融物である。溶融塩のコスト
が主として考慮される時には、特に好ましい塩混
合物は炭酸ナトリムからなり、任意に約１〜25重
量％の硫酸ナトリウムを含み、約750゜〜1000℃の
温度で用いることができる。 用いられる正確な圧力及び温度は特に限定する
必要はないが、それらは塩又は塩混合物の融点よ
り高く、その分解温度よりは低くあるように選択
されるものとする。一般に温度は約700゜〜1000℃
の範囲内にあり、圧力は約0.5〜10気圧の範囲内
にあるであろう。約800〜900℃の温度及び約0.8
〜1.0気圧の圧力が一般に好ましく、炭酸ナトリ
ウムが溶融塩として用いられる場合には特にそう
である。 典型的な危険廃棄物質は実質的な量の有機成分
を含んでおり、燃焼した時溶融塩を希望の温度に
維持するのに充分な高い加熱能力（heating
value）をもつている。しかし危険廃棄物質の加
熱能力が希望の温度を維持するのに不充分である
場合、その加熱能力を増大するため石炭、ター
ル、石油残渣等の如き炭素質材料を供給物に添加
してもよい。 危険廃棄物及び酸素源を溶融塩中、手軽なやり
方としては溶融塩浴中に導入する。経済的な問題
から、用いられる酸素源は空気であろう。従つて
排出ガスは窒素を含むであろうし、未反応の酸素
を含んでいてもよい。しかし、ガス状生成物の体
積を減少させることが望ましい時には、純粋な酸
素を用いることができる。別法として、酸素に富
む空気を用いることができる。 溶融塩に行き亘つている条件の下で、廃棄物の
体積は実質的に減少し、本質的に熱い二酸化炭素
と水蒸気排出ガスから本質的になるガス状流出物
を含む燃焼生成物が形成されるであろう。このガ
ス状流出物は、好ましくは冷却して一連のろ過器
に通して全ての微量の危険物質を除去した後、大
気中に放出することができるが、その危険物質は
排出ガス中に入つていた粒状アルカリ金属塩と同
様、ガス状流出物に含まれているかも知れないも
のである。残りの燃焼生成物は使用済み溶融物中
に維持されている。 燃焼生成物を含む使用済み溶融物の少なくとも
一部を取り出し、水又は塩水溶液の如き水性急冷
用媒体と混合する。次に急冷溶融物をろ過又は遠
心分離のようなものにより処理し、不溶性燃焼生
成物を除去し、それによつて実質的に固体を含ま
ない溶液を形成する。除去された不溶性燃焼生成
物は、放射性元素が存在していた場合にはそれら
を含み、或は非放射性危険廃棄物の場合には溶融
塩浴中で分解しなかつたそれらの危険物質を含
む。別法としてもし望むなら、急冷した溶融物溶
液を炭酸塩化して、回収前又は回収中に、ナトリ
ウム溶解度を減ずるようにしてもよい。次に不溶
性燃焼生成物を無機酸で浸出することによつて可
溶化する。可溶化された生成物、例えば放射性元
素の塩を次に当分野で既知のイオン交換樹脂分離
法又は溶剤抽出の如き慣習的手段により回収する
ことができる。 分解しなかつた危険廃棄物又は放射性元素が分
離されてしまつた溶液を次に、脱水してそこに存
在する塩を固化するため、溶融塩燃焼からの熱流
出ガスと接触させる。この目的のためには適当な
気・液接触装置はどれでも用いることができる。
この目的に好ましい装置は噴霧乾燥器で、その中
に使用済み塩を含む溶液を噴霧してガス状燃焼生
成物と接触させる。熱いガスと噴霧した溶液との
接触は、粒状固体が形成されるような仕方でその
乾燥をもたらし、乾燥した自由流動性の固体生成
物を与え、それは溶融塩反応域へ再循環すること
ができる。更に、熱ガス状生成物を、ろ過のため
に用いるフイルターに害を与えることなく残留す
る粒状物をろ過することができる温度迄冷却す
る。希望の温度迄冷却することは、ガスがその露
点より低い温度迄冷却されない限り許容できる。
一般にガスは約700〜1000℃の範囲の温度から約
50〜250℃へ冷却する。約70゜〜120℃の範囲の温
度へ冷却するのが好ましい。 適当なろ過器にはバツグハウス（baghouse）
フイルター及びHEPAフイルターが含まれ、そ
れらは上述の如き冷却後、含まれていた固体を除
去するのに有効である。ろ過で純粋にした排出ガ
スは大気中へ放出するか又は希望に従い別に処理
することができる。 本発明の方法に従つて、放射性廃棄物によつて
例示されるような危険廃棄物の処分に溶融塩浴を
使用すること、及び使用済み溶融物から再生され
た塩類の再循環、及びガス状生成物の精製につい
て一層詳しく記載するために付図を次に参照す
る。放射性廃棄物を供給器１２へ導管１０を経て
導入する。供給器１２からの廃棄物は導管１４を
経て溶融塩燃焼器１６へ送る。空気を導管１８を
経て燃焼器１６へ導入し、補充塩を導管２０を経
て導入する。ガスは導管２２を経て溶融塩燃焼器
１６を出、噴霧乾燥器２４へ導入する。使用済み
溶融物は導管２６を経て燃焼器１６から周期的に
取出し、固化器２８へ導入し、そこから固化され
た溶融物を導管３０を経て急冷タンク３２へ送
る。任意的なやり方として、使用済み溶融物は予
かじめ固化することなく、急冷タンクへ直接導入
してもよい。水又は適当な水溶液を導管３４を経
て急冷タンク３２へ導入する。急冷された使用済
み溶融物は導管３６を経て急冷タンク３２を出、
遠心分離機３８へ送られ、そこで溶融塩燃焼器１
６からの使用済み塩の水溶液を含む遠心分離物を
導管４０を経て取り出し、噴霧乾燥器２４へ導入
し、そこで溶液を噴霧して溶融塩燃焼器１６から
の熱排出ガスと接触させる。乾燥粒状固体と冷却
したガスとの混合物は導管４２を経て噴霧乾燥器
２４を出、バツグハウスろ過器４４へ導入され、
そこで固形物をガスから分離し、導管４６を経て
溶融塩燃焼器１６へ再循環し、流れ出た固体の流
れは導管４８を経て廃棄するように送られる。バ
ツグハウスろ過器４４からのガス状生成物は、導
管５０を経てHEPA５２へ送り、そこで残つて
いた粒状物を除去し、純粋にしたガス状生成物を
導管５４を経て煙突５６へ送り、そこから精製し
たガスを導管５８を経て大気中へ放出する。もし
望むのなら、噴霧乾燥器を出る冷却ガスはろ過前
にサイクロンにかけ、ろ過器の袋にかかる粒状物
の負担を減ずるようにしてもよい。 遠心分離機３８で除去された固形物は導管６０
を経て１〜6Nの鉱酸の入つた浸出タンクへ導入
し、浸出した固形物をスラリーとして導管６４を
経て遠心分離機６６へ除去し、そこで残りの固形
物を取り出して導管６８を経て廃棄する。遠心分
離機６６からの遠心分離物は導管７０を経て陽イ
オン交換樹脂を含むイオン交換コラム７２へ導入
し、そこで放射性陽イオンは捕捉され、酸溶液は
導管７４を経て取り出され、浸出タンク６２へ再
循環される。放射性化合物はイオン交換コラム７
２から周期的に溶出され、導管７６を経てか焼器
７８へ取り出し、放射性酸化物、主として二酸化
プルトニウムPuO₂を導管８０を経て回収する。
別法として、プルトニウムはもし望むならか焼前
に修酸塩として析出させることができる。 本発明は次の実施例を参照することにより一層
よく理解されるであろう。それら実施例は本発明
の方法の具体例を例示しているだけで、本発明の
範囲を限定するものと考えるべきではない。 実施例 １ 溶融塩燃焼器で危険廃棄物を燃焼して生じた急
冷した炭酸塩化溶融塩に似せて96IbのNaHCO₃、
4IbのNaCl及び300IbのH₂Oを含むスラリーをボ
ーエン（BoWen）噴霧乾燥器へ噴霧ノズルを通
して0.10〜0.20ガロン／分（gpm）の供給速度で
導入した。溶融塩燃焼器で危険廃棄物を燃焼する
ことによつて生じた排出ガスに似せて、1.6％の
H₂、18％のCO₂、４％のCo、1.8％のO₂、76％の
N₂及び0.2％のCH₄を含む排出ガスを噴霧乾燥器
中で噴霧したスラリーと接触させ、排出ガスの冷
却と乾燥流動性固体生成物の生成をもたらした。
噴霧乾燥器への入口での熱排出ガスの温度と、噴
霧乾燥器の出口での冷却排出ガスの温度及びスラ
リー流速についての種々の時間での値を次の表１
に示す。

【表】

【表】 この実施例は、溶融塩燃焼器からの排出ガス
を、本発明の方法を用い、噴霧乾燥中での乾燥流
動性固体生成物の生成と同時に冷却することがで
きることを示している。 実施例 ２ 次の実施例は、アクチニド含有有機廃棄物を燃
焼してその体積を減少させ、次に燃焼生成物から
アクチニドを回収する方法を例示するために記述
する。三つの燃焼試験をプルトニウム汚染廃棄物
を用いて行なつた。廃棄物は紙、紙製品、プラス
チツク（ポリエチレンとポリ塩化ビニルとの混合
物）及びゴムの混合物であつた。廃棄物は既知の
量のプルトニウム硝酸塩、硫酸塩及び塩化物の溶
液を廃棄物に添加することにより、プルトニウム
で汚染させた。汚染後、廃棄物を完全に混合し
た。試験のうちの二つは、廃棄物中のプルトニウ
ム濃度が廃棄物１ｇ当り９×10^-5ｇで、一つの試
験ではプルトニウム濃度は1.1×10^-3ｇ／ｇであ
つた。それらは夫々低水準及び中間水準のアクチ
ニド含有廃棄物に予想されるプルトニウムの水準
に大体相当する。 廃棄物を約850〜905℃の範囲内の温度に維持し
た溶融炭酸ナトリウム浴中に導入した。各試験か
らの排出ガスを検査し、プルトニウム含有量につ
いて分析した。差からプルトニウムの約99.9％が
溶融物中に保持されたことが決定された。 アクチニド（プルトニウム）が使用済み塩から
回収されたことを示すため、前記試験からの固化
された炭酸塩を水に溶解し、ろ過した。不溶性灰
（プルトニウム含有）を種々の無機酸で浸出した。
それらの結果を表２中に示す。

【表】 前記表から、プルトニウムの90％より多くのも
のが回収されることが分る。 本発明は、回収される有用生成物の量を最大に
し、貯蔵又は埋めなければならない危険物質の量
は最少にするような仕方で危険廃棄物を処理する
方法を与えることが分る。 勿論、種々の変更を本発明の本質から離れるこ
となく本発明の設計及び操作に加えることが出来
ることは分るであろう。例えば気・液接触域から
回収される有用な生成物から危険物質を分離する
のに他の手段を用いることができ、もし望むなら
ばここで例示した噴霧乾燥器とは別の形式の気・
液接触装置を用いることができる。斯様に本発明
の原理、好ましい設計及び操作方法を例示し、最
もよい具体例を現在表すと考えられるものを例示
し、記述してきたが、本願特許請求の範囲に記載
の範囲内で、特に例示し且つ記述してきたものと
は別のやり方で本発明を実施することができるこ
とを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

図面は、放射性廃棄物を溶融塩浴中で燃焼し、
使用済み溶融物を急冷し、噴霧乾燥器で乾燥し、
乾燥流動性固体を生成させ、それを溶融塩浴へ再
循環する、本発明の方法の好ましい具体例を例示
する概略的工程図である。 １２…供給器、１６…燃焼器、２４…噴霧乾燥
器、３２…急冷タンク、３８…遠心分離器、４４
…ろ過器、６２…浸出タンク、７２…イオン交換
コラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プルトニウム含有廃棄物を濃縮する方法であ
   つて、 アルカリ金属炭酸塩からなる溶融塩中で前記プ
   ルトニウム含有廃棄物を燃焼し； 該燃焼から約700℃〜1000℃の範囲の温度を有
   するガス状生成物と、使用済みアルカリ金属炭酸
   塩及び酸化プルトニウムを含む溶融物とを回収
   し； 該溶融物を溶解してアルカリ金属炭酸塩溶液中
   に灰成分と酸化プルトニウムとの混合物を含むス
   ラリーを形成し； 該スラリーから前記灰成分・酸化プルトニウム
   混合物を分離し； 該混合物からプルトニウム分を回収し； 前記灰分・酸化プルトニウム混合物を分離して
   除いた溶液を噴霧乾燥域中で前記ガス状生成物と
   噴霧接触させるように導入し； 前記噴霧乾燥域から、約50℃〜250℃の範囲の
   温度をもつ冷却されたガス状生成物とアルカリ金
   属炭酸塩含有固体流動性生成物とを分離し； 該冷却されたガス状生成物から該アルカリ金属
   炭酸塩含有固体流動性生成物を分離し； 次いで該アルカリ金属炭酸塩含有固体流動性生
   成物を前記溶融塩中に再循環する； ことを含む前記方法。 ２ 前記灰成分・酸化プルトニウム混合物を無機
   酸で浸出し； 得られる可溶性プルトニウム塩を前記灰成分か
   ら分離し； イオン交換処理によつて該可溶性プルトニウム
   塩を精製し； 次いで精製された可溶性プルトニウム塩を焼い
   て乾燥二酸化プルトニウム生成物を回収すること
   を含む工程によつて前記プルトニウム分を回収す
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記灰成分・酸化プルトニウム混合物を無機
   酸で浸出し； 得られる可溶性プルトニウム塩を前記灰成分か
   ら分離し； イオン交換処理によつて該可溶性プルトニウム
   塩を精製し； 精製された可溶性プルトニウム塩を不溶性プル
   トニウム修酸塩に交換し； 次いで該不溶性プルトニウム修酸塩を焼いて乾
   燥二酸化プルトニウム生成物を回収することを含
   む工程によつて前記プルトニウム分を回収する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記アルカリ金属炭酸塩含有固体流動性生成
   物を濾過によつて前記冷却されたガス状生成物か
   ら分離する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 溶融塩中でプルトニウム含有廃棄物を燃焼し
   て生成する使用済み溶融物の少なくとも１部を取
   り出し； 取り出した使用済み溶融物と水性急冷用媒体と
   を混合して、アルカリ金属炭酸塩水性溶液中に灰
   成分と酸化プルトニウムとの混合物を含むスラリ
   ーを形成し； 該スラリーから灰成分・酸化プルトニウム混合
   物を分離し； 分離して除いた溶液を、プルトニウム廃棄物の
   燃焼で生成する加熱されたガス状生成物を含む噴
   霧乾燥領域で噴霧乾燥し； 噴霧乾燥領域から、冷却されたガス状生成物と
   アルカリ金属炭酸塩含有固体流動性生成物とを回
   収し； 該冷却されたガス状生成物から該アルカリ金属
   炭酸塩含有固体流動性生成物を分離し； 次いで該アルカリ金属炭酸塩含有固体流動性生
   成物を前記溶融塩中に再循環することを含む特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ６ プルトニウム含有廃棄物とガス状酸素源と
   を、アルカリ金属炭酸塩を含む溶融塩中に導入
   し； 該溶融塩を約700℃〜1000℃の範囲の温度で且
   つ約0.5〜10気圧の範囲内の圧力に維持して、二
   酸化炭素と水蒸気を含む加熱されたガス状生成物
   と、無機灰成分と酸化プルトニウムを含む使用済
   み溶融物とを生成し； 該溶融物の少なくとも１部を取り出し； 取り出した使用済み溶融物を水性溶液で急冷し
   て、アルカリ金属炭酸塩水性溶液中に無機灰成分
   と酸化プルトニウムとの混合物を含むスラリーを
   形成し； 該スラリーから該無機灰成分・酸化プルトニウ
   ム混合物を分離し； 該無機灰成分・酸化プルトニウム混合物を処理
   し； 得られるアルカリ金属炭酸塩溶融液を前記加熱
   されたガス状生成物と噴霧乾燥域中で接触させ
   て、該ガス状生成物を冷却して約50℃〜250℃の
   範囲の温度に冷却し、アルカリ金属炭酸塩水性溶
   液からアルカリ金属炭酸塩含有固体流動性生成物
   を形成し； 該冷却されたガス状生成物から該固体流動性生
   成物を濾過し； 次いで得られる該固体流動性生成物を前記溶融
   塩中に再循環する特許請求の範囲第１項記載の方
   法。