JPH05507354A - 廃棄物ガラス化の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 廃棄物ガラス化の方法および装置 技術分野 本発明は、廃棄物をガラス化する方法および装置に関する。さらに詳細には、本 発明は、溶融し回収し固体ガラス化材料を作る溶解装置に供給されるガラス化可 能な材料および廃棄物材料を混合、泡立てる羽根車を有しているガラス溶融炉に 関する。

背景技術 危険な廃棄物の処理は、緊急な環境問題である。原子炉からの放射性物質のよう な危険な廃棄物は、固体廃棄物処理の従来の方法を不適切なものにする長期の放 射能を存している。固体廃棄物処理設備から浸出し、水道に入るそのような材料 の危険性は重大である。

危険な固体廃棄物のガラス化か提案され、そして比較的小規模で実施されてきた 。今まで開発されて来たガラス化プロセスに関連した問題は、低処理量によって 危険な廃棄物材料のユニット当り高処理コストにたることである。本願で使用さ れているような、放射性廃棄物、危険な廃棄物および存寄な化学物質は「危険な 廃棄物」と呼ばれる。

他の６ケ国と共に共同技術交流で研究している米国エネルギー省は、ホウケイ酸 ガラス内に放射性廃棄物材料をガラス化する方法を開発した。米国エネルギー省 の計画か電気ガラス炉の開発となった。開発されたこのガラス炉は、電力を供給 されそして４０％固形分を有する水性の廃棄物の流れに働く。廃棄物の流れの中 の固体は、約６０％のホウケイ酸ガラスフリフトと、４０％の放射性廃棄物スラ リである。この結果得られた静的ガラス炉に存する主な問題は、その生産量が、 炉表面積平方フィート当り一時間に４ボンドのガラス化した廃棄物の割合に制限 されたことであった。

ホウケイ酸ガラスは、その化学的耐久性および低融点から選択された。特殊なホ ウケイ酸ガラスが廃棄物材料と結合されて、ガラス化した生産物を形成する、そ れを本願ては［廃棄物ガラス（Ｗａｓｔｅ　ｇｌａｓｓ）　Ｊと呼ぶ。

この炉は、炉の電極および他の部品としてインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）　６９ ０の使用する。（インコネルはインターナショナル　ニッケル　コーボレーショ シの商標である） 電気炉の低処理量に加えて、共同プロジェクトで開発された溶解装置のコストは かなりのものであった。さらにスタートおよび停止手順にかなりの時間を要する 。

混合要素と電気加熱装置を有しているソーダ石灰ガラス溶解装置か、ソーダ石灰 ガラス製造プロセスの生産性を改良のため開発された。そのような溶解装置の例 か、米国特許第３．８５０．６０６号に概略またベレット（Ｐｅｌ　１ｅｔ）な どについて米国特許第３．８１９．３５０号に開示されている。

そのような溶解装置は、オーエンス・イリノイによって試みられたが、しかしガ ス吸蔵の受け入れ得るレベルを有している高品質ガラスを生成する溶解装置の能 力不足のため放棄した。溶解装置の意図した電気流路は、溶解装置の床から上方 に延びている電極と、混合要素との間にあった。この一般的な配置は、羽根車の 先端に高放電集中をもつ問題を生じ、これが羽根車の過度の摩耗および消耗を生 じた。さらに、高容積の廃棄物処理は、取替えなければならない構成部品の使用 によって悪影響を与える。

これらのおよび他の問題は、下記に要約したように、本発明ののガラス化溶解装 置によって克服される。

本発明は、回転可能な羽根車を有している容器内で行なわれる廃棄物ガラス化方 法に関する。このプロセスは、供給流を容器内に導入するステップを含む。この 供給流は、それから、泡状材料を形成するため羽根車によって容器内の溶融ガラ ス内に混合される。この溶融ガラスは、ガラスバッチ材料を溶融し、そして溶融 ガラス化した生産物を形成するため、容器側部と羽根車との間に電気エネルギー を加えることによって容器内で電気的に加熱される。ｉｉに、溶解ガラス化した 生産物は、容器から回収される。

この方法はまた、泡材料か濃縮した材料とガス状材料に分離される静止ゾーン内 に泡材料を送ることによって泡材料を濃縮するステップを含む。

混合および加熱ステップは、好ましくは容器内の混合ゾーンで同時に行なわれる 。加熱は、濃縮した材料を、回収ステップ後まて、注入可能状態に保つため、濃 縮した材料の残留する熱を維持しなから、濃縮ステップで減らされる。

静止ゾーンは、混合ゾーンと同じ容器内でもよいし、あるいは、静止ゾーンは別 の容器でもよい。静止ゾーンか別の容器にあれば、混合ゾーンおよび静止ゾーン は、泡材料か混合ゾーンから静止ゾーンに流体の流動によって送られるように、 流動連絡している。

本発明の他の見地によれば、廃棄物ガラス化装置か開示されている。廃棄物ガラ ス化装置は、ガラス化可能な材料と、懸濁状態の処理されるべき廃棄物材料とを 育している水性の流れをガラス化する。廃棄物ガラス化装置は、導電性材料で形 成された容器を含み、その中にまた導電性材料で形成された混合羽根車か配置さ れている。駆動軸か容器内に延びており、そして混合羽根車に接続されている。

駆動軸および羽根車を回転する手段が、容器内の溶融ガラス内に廃棄物の流れの 成分を分配するため設けられている。ガラス化可能な材料が液体状態に溶融し、 そして廃棄物材料と溶融ガラス化可能材料とを含む凝固可能な生産物を形成する まで、廃棄物の流れを十分加熱するため、電力回路が、十分な電圧および電流を 容器と羽根車との間に供給する。この装置はここを通って、凝固可能な生産物が 、冷却および凝固のためのコンテナー内に注入される開口を待っている。

容器は好ましくは、沈澱ゾーン上方に配置された混合ゾーンを有している。水性 の流れが装置内に供給されると、それは羽根車によって混合され、そして同時に 羽根車と容器壁との間の電流によって加熱される。材料が混合され、加熱される と、システム内の水か蒸発し、そして池の成分かガスを放出し、泡状材料ができ る。プロセスか進行するにつれて、泡材料は重力によって、容器内の混合ゾーン の下方にある沈澱ゾーン内に移動し、ここで泡材料内に含まれたガス物質の一部 が、濃縮した凝固可能な生産物を残して除去される。

本発明の１見地によれば、駆動軸および羽根車は、容器内の種々の高さに位置づ け可能である。混合羽根車は、したかって凝固可能な生産物の濃度を制御するた め、容器内の種々の高さに位置づけ可能である。凝固可能な生産物中のガス吸蔵 を完全に除去する必要はないか、受は入れ可能な比重範囲は廃棄物ガラスの真比 重の７０％であり、そして好ましくは、９０％以上である。

本発明の目的は、ガラス化可能なバッチ材料を速やかに溶融する高能率の危険な 廃棄物をガラス化する方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、６０％のホウケイ酸塩ガラスバッチと、４０％の廃棄物と を含む水性の４０％固体原料を変換可能であり、かつ濃いガラス化した凝固可能 な生産物を生成する廃棄物ガラス化方法および装置を提供することである。

本発明の池の目的は、携帯可能な、または現地の危険な廃棄物処理ユニツトとし て構成できる小型廃棄物ガラス化装置を提供することである。

本発明の他の目的は、廃棄物処理要求によって、連続または間断使用に適してい る廃棄物ガラス化装置を提供することである。

本発明のこれらおよび他の目的は、本発明を実施するための最良モートについて の下記の説明に照し、添付図面を吟味するとより完全に理解される本発明の方法 および装置によって達成される。

図面の簡単な説明 図１は、本発明によるガラス溶融装置の断面概略図である。

図２は、本発明のガラス溶融装置の部分斜視図である。

図３、本発明の方法のステップを概略的に例示しているフローチャートである実 施例 図１を参照すると、好ましくはガラスバッチおよび廃棄物の水性スラリを含む供 給流１２を収容する本発明の廃棄物ガラス化装置１０が示されている。供給流１ ２は、装置１０内に供給される乾いたガラスバッチまたは溶融したガラスバッチ および廃棄物材料であってもよい。ガラスバッチは、９５０°Ｃないし１０５０ °Ｃ範囲の低融点のホウケイ酸バッチか好ましい。他の組成か、容器の熱および 化学的制限によって使用されてもよい。本願に使用されているような、用語ガラ スバッチは、ガラス製造のための原料およびフリットまたはカレントとして知ら れているガラス製造に使用される溶融したおよび部分的に溶融した材料の双方を 色合している。使い捨てされる廃棄物は、放射能廃棄物、危険な化学廃棄物、あ るいは耐久力のある使い捨て媒体を必要とする他の廃棄物のいづれかである。

容器１４は、供給流１２を溶融ガラス＋３に収容するため設けられている。混合 羽根車】６が、容器１４内の駆動軸１８上に配置されている。容器１４は好まし くは、インコネル（ｌｎｃｏｎｅｌ）　６９０　（インコネルはインターナショ ナルニッケルコーポレーションの商標である）のような、導電性、高温ニッケル 合金で形成されている。混合羽根車および駆動軸１Ｂもまたインコネル６９０て 形成されるのか好ましい。モリブデン、プラチナあるいは池の高温合金のような 、他の適切な高温、導電性材料も、処理される材料によって使用できる。

混合ゾーン２０か、容器１４の上部部分に設定されている。沈澱ゾーンｎか、容 器１４内の混合ゾーン２０の下方に設けられている。あるいはまた、沈澱ゾーン ηは、容器１４の混合ゾーン２０と流体連絡している別の容器（図示せず）に設 けることができる。

「ティーポットｊ型の出口２４は、廃棄物ガラス化装置ｌＯの生産物を流出する ため、好ましくは容器１４上に設けられている。開口２６が沈澱ゾーンηの底部 に容器１４内に形成されている。生産物は、開口２６を通り、溶融状態で出口２ ４に送られて、回収される。

次に図１および図２を参照すると、廃棄物ガラス化装置ＩＯが、詳細に描かれて いる。容器１４は、壁３０によって囲まれている。壁３０は、耐火煉瓦または他 の断熱材料で形成される。インコネル層３４が容器１４の頂部に設けられている 。層３４もまた耐火性の蓋３８によって断熱されている。

駆動軸１８を収容する袖開口４０が、層３４および耐火性の蓋３８を通り設けら れている。入口４２か層３４および蓋３８内に設けられており、これを通って水 性供給流１２が容器１４に入る。溶融物１３からガスおよび水蒸気を逃かすため の出口３６か、容器１４内、すなわち層３４および蓋３８内に設けられている。

逃かされたガスまたは水蒸気は、それらの成分によって適切な手段によりさらに 処理される。非導電性ブッシング４１か穴４０に設けられていて、駆動軸１８が 、層３４に接触または短絡するのを防止している。

出口通路４４は、開口２６と出口２４との闇に設けられている。出口通路４４は 好ましくは壁３０内に配置され、そして凝固可能な装置１０の生産物を開口２６ から出口２４まてのその通過中、溶融状態に保つため高温に維持される。

混合羽根車Ｉ６は好ましくは、約４５度の方向に向けられた刃４６を有していて 、混合ゾーン２０内に軸線方向の混合流を生しさせる。混合羽根車Ｉ６によって 誘起された流れは、図１の矢印へによって示されている。軸線方向の混合流は、 溶融ガラス１３に入るとき、水性供給流１２の成分を完全に分散する。他の羽根 車のデザインもまた、溶融ガラス内て供給流の適切な混合を行なわせるのに使用 できる。

容器１４内の混合羽根車１６の位置は、所定の範囲内で調整可能である。混合羽 根車１６の位置の調整か、混合ゾーン２０の位置を変化し、かつまた沈澱ゾーン 四の膨張または収縮を可能にし、装置ｌＯの凝固可能な生産物の濃度ｉ１１御を 行う。駆動軸Ｊ８は、上下の断熱取付具４８および５０に取付けられる。駆動軸 １８は、軸取付具４８および５０によって上下することができる。非導電性材料 のシール５１か好ましくは、駆動軸１８をシールするため頂部３８に設けられる 。矢印りは、例示した実施例における混合羽根車１６の所定の調整範囲内で利用 できる移動の場合を例示している。

従来の電動機からなる駆動モータ５２は、駆動ベルト５４によって駆動軸１８に 連結されて駆動される。モータプーリー５８か回転されると、駆動ベルト５４か 軸プーリー５６を駆動する。

駆動軸１８は好ましくは、本発明によって要求される強力な混合を行なうような 速度で回転される。本発明の混合ステップは、外周が毎分５０フィート程度また はそれ以下で回転する従来技術の撹拌器とは異なり、本発明の羽根車１６は、そ の外周か、毎分２５０フィート以上の速度、そしてさらに好ましくは、毎頒ＯＯ フィート以上で動くように回転するよう意図されている。

この廃棄物ガラス化装置１０は、容器１４にある間に溶融物１３を通る電気放電 によって溶融ガラスＩ３を電気加熱する。好ましくはブラシまたは回転可能な接 点盟の軸電気接点６０か駆動軸１８に連結される。容器１４は、容器リート６２ を持つ。軸ケーブル６４および容器ケーブル６６は、それぞれ、軸電気接点６０ および容器リード６２に接続され、電気回路になる。電圧および電流は、供給流 を溶融ガラスに変換するため十分な熱を供給しなけれはならない。

駆動軸１８は、好ましくは循環冷却液を有している中空軸である。冷却水か駆動 軸１Ｂの中央チューブ内に導入される冷却水入口６８と、駆動軸１８の外側チュ ーブ部分に連結している冷却水出ロア０とか冷却水流体の流れのため設けられて いる。冷却液は、冷却液入口６８に入り、そして駆動軸１８を通り、好ましくは 層３４の下方そして溶融ガラスの上面の点まで循環後、冷却液出ロア０から出る 。

図２に示したように、補助予熱コイル７２を、装置１０の予熱のため設けてもよ い。補助予熱コイルは、装置の最初のスタートのためを意図している。プロセス が作動した後、十分な熱か発生されるので、補助予熱コイル７２は切られる。

出口加熱コイル７４は、出口ボート２４のいかなる凍結をも防止するため設けら れている。処理される廃棄物の形によっては、出口ボート２４を加熱するのにガ スバーナーか使用されてもよい。図示しない他の補助ヒーターが、必要であれば 、廃棄ガラスの溶融温度以上に装置ｌＯの開口２６または底部を保つのに設けら れてもよい。

さて次に図３を参照すると、本発明の詳細な説明されている。この方法は８０で 供給流を装置ｌＯに導入することから始まる。

供給流は容器１４内に収容されると、それは参照番号８２によって示されたよう に羽根車１６によって混合ゾーン２０内の溶融ガラス１３内に混合される。好ま しくは同時に、溶融ガラス１３は参照番号８０で、容器１４の壁と羽根車Ｉ６と の間の放電および羽根車１６の高速回転の組合せ作用によって溶融池材料を形成 するため加熱される混合および加熱後、泡材料は、濃縮ステップ８６が行なわれ る沈澱ゾーンに送られる、そこで泡材料は濃縮した材料とガス状成分とに分離さ れる。濃縮した材料は好ましくは、廃棄ガラスの理論比重の７０％と９０％との 間（または好ましくは９０％以上）に濃縮される。理論比重との偏差は、ガラス 化した廃棄ガラス内に含まれるガス吸蔵によって生じた泡から生ずる。

濃縮した材料はそれから、参照番号８８における凝固可能な生産物として容器か ら回収される。この生産物は次に参照番号９０て容器内に注入さ札固化したガラ ス材料を形成するため冷却され、それによって貯蔵設備からの廃棄物の浸出を防 止するため廃棄物を永久的に包み込んでしまう。

放射性廃棄物をシュミレートするための非放射性材料でのテスト運転における水 性供給流の組成は、標準的に重量で６０％の水および４０％の固体であった。固 形分は、約２８％粒子スラジと、８％溶融固体と、６４％のホウケイン酸過多の ガラスフリットとてあった。

２つの分析方法によって分析された、テスト運転のガラス化した生産物サンプル の重量比組成か下記に示されている。

成分　方法Ａ　方法Ｂ Ｃａ０　１．５　１．５ Ｃｕ０　０．２　０．２ Ｍｇｏ　１．０　＋、Ｏ Ｍ口０　２．３　２．４ Ｚ口０　０．１　０．１ ＡＩ２０３　３．７　３．８ Ｆｅ２０３　１２．　Ｉ　１２．０ Ｌｉ２０　３．９　３．７ Ｎａ２Ｇ　Ｉ＋、、２　− Ｎｉ０　０．９　１．０ Ｔｉ０２　０．８　０．８ に２０　＋、７　− ３ｉ０２　４８．９　− Ｂ２Ｏ２８，１− ５ｒＯ−０，０２ Ｃｒ２０３　−　０．０８ Ｐ２０５　−　０．０５ 実際の放射性廃棄ガラスも同体の組成から成っているであろう４：と、しかしま た放射性物質を含むであろうことか予想される。

上記の説明は、本発明実施の最良モートである。上述の方法および装置の変更は 当業者にとりで明らかであろう。本発明の範囲は、請求の範囲を参照して解釈さ れるへきである。

要約書 軸１極（６のとして機能する回転可能な混合羽根車（１６）と、容器電極（６２ ）として機能する金属容器（１４）とを有している廃棄物ガラス化装置（１０） 。廃棄物材料とガラス化可能な材料の流れ（１２）が、ガラス化のため容器（１ ４）内で混合され、溶融される。廃棄物ガラス化方法は、泡状材料を形成するた め、溶融ガラス（Ｉ３）内に供給流を混合し、そして供給流（１２）のガラスバ ッチを溶融することによって供給流（１２）を変換する。その流れは、泡を形成 するため羽根車（１６）によって分散され、それが次に沈澱ゾーン（２２）で濃 縮され、出口（２４）を通り回収され、そして貯蔵コンテナー内に凝固される。

沈澱ゾーン（２２）の深さを変化するため、容器（１４）内の混合羽根車（１６ ）の位置を調整する手段か設けられている。羽根車（１６）は循環冷媒の流れが ある駆動軸（１８）に取付けられている。

国際調査報告

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．壁と回転可能な羽根車を有する容器で行なわれる廃棄物ガラス化方法におい て、 容器内に廃棄物材料を含む供給流を導入すること；前記供給流をメルトに分散し て泡状材料を形成するため、羽根車によって容器内て供給流を溶融ガラスに混合 すること；溶融ガラス化した生産物を形成するため、容器の壁と羽根車との間の 前記泡状材料を通り電流を送ることによって前記容器内の泡状材料を加熱するこ と溶融ガラス化生産物を回収すること、のステップを含むことを特徴とする廃棄 物ガラス化方法。
2. ２．前記供給流がさらにガラスバッチを含む請求項１に記載の廃棄物ガラス化方 法。
3. ３．前記供給流が水性混合物である請求項１に記載の廃棄物ガラス化方法。
4. ４．前記供給流が、重量で約６０％の水と、４０％の固体である請求項３に記載 の廃棄物ガラス化方法。
5. ５．前記固体がフリットを含む請求項４に記載の廃棄物ガラス化方法。
6. ６．前記供給流が、廃棄物材料の第１の供給流と、ガラスバッチの第２の供給流 とを含む請求項２に記載の廃棄物ガラス化方法。
7. ７．前記混合ステップが、２５０フィート／分以上の速度で運動する外面部分を 有している羽根車によって行なわれる請求項１に記載の廃棄物ガラス化方法。
8. ８．前記混合ステップが、５００フィート／分以上の速度で運動する外面部分を 有している羽根車によって行なわれる請求項１に記載の廃棄物ガラス化方法。
9. ９．泡状材料の前記混合および加熱ステップが、容器内で同時に行なわれる請求 項１に記載の廃棄物ガラス化方法。
10. １０．溶融したガラス化可能な生産物を形成するため、泡状材料のガス状成分の １部分が泡状材料から分離される静止ゾーン内に泡材料を送ることによって、泡 材料を濃縮するさらに他のステップを含む請求項１に記載の方法。
11. １１．回収ステップ後まで、注入可能状態に溶融ガラス化した生産物を維持する ため、前記加熱が濃縮ステップ中続けられる請求項１０に記載の方法。
12. １２．さらに、凝固したガラス伏材料を形成するため、溶融ガラス化した生産物 の冷却ステップを含む請求項１０に記載の方法。
13. １３．前記供給流が、放射性物質を含む請求項１に記載の方法。
14. １４．前記ガラスパッチ材料が、ホウケイ酸塩ガラスである請求項２に記載の方 法。
15. １５．壁を有する容器であって、前記容器内の２点間に電流を発生する電気回路 を有している容器と、回転可能な羽根車とで少くとも部分的に行なわれる廃棄物 ガラス化方法において、 容器内に固体廃棄物材料とガラスバッチの混合物を導入すること；羽根車によっ て容器内でその混合物を混合すること：容器内の２点間に電気エネルギーを加え るこどによって泡材料を形成するため、前記容器内で混合物を加熱し、そしてガ ラスバッチを溶融すること；泡材料が濃縮部分とガラス状部分に分離される静止 ゾーン内に泡材料を送ることによって泡材料を濃縮すること、 濃縮した部分を回収することのステップを含むことを特徴とする廃棄物ガラス化 方法。
16. １６．泡材料を混合および加熱する前記ステップが、容器内で同時に行なわれる 請求項１５に記載の廃棄物ガラス化方法。
17. １７．回収ステップ後まで、濃縮した材料を注入可能状態に維持するため、濃縮 ステップ中、残留熱が維持される請求項１５に記載の方法。
18. １８．ガラス化可能材料および廃棄物材料を有している供給流をガラス化する廃 棄物ガラス化装置において、少くとも部分的に導電性材料で形成されており、溶 融ガラスを含み、かつ混合ソーンを区画している容器と；少くとも部分的に導電 性材料で形成された混合羽根車と；前記容器の前記混合ゾーン内に延びており、 前記羽根車が連結されている駆動軸と；供給流の成分を溶融ガラス内に分散する ため、前記混合ゾーン内の駆動軸および前記羽根車を回転する手段と；ガラス化 可能な材料が、廃棄物材料および溶融したガラス化可能な材料を含んでいる凝固 可能な生産物を形成する液状に溶融するまで、廃棄物供給流を加熱するのに十分 な電流を容器と前記羽根車との間に発生する手段と；前記凝固可能な生産物が、 開口を通り冷却および凝固のためのコンテナー内に送られる、容器内の開口と； を具備することを特徴とする廃棄物ガラス化装置。
19. １９．沈澱ゾーンが前記混合ゾーンの下方に前記容器内に設けられており、前記 開口が、沈澱ゾーンと直接流体流動に連絡している請求項１８に記載の装置。
20. ２０．沈澱ゾーンの大きさを変化し、それによって凝固可能な生産物の密度を変 更するため、容器に対する混合羽根車の位置を調整する手段を含む請求項１８に 記載の装置。
21. ２１．前記導電性材料が、容器の内側をおおっているライニングである請求項１ ８に記載の装置。
22. ２２．前記羽根車および駆動軸が金属で形成されている請求項１８に記載の装置 。
23. ２３．前記供給流が、ガラスバッチおよび廃棄物材料を含む水性スラリである請 求項１８に記載の装置。
24. ２４．前記供給流が、重量で約６０％の水と、４０％の固体とを含む請求項２３ に記載の装置。
25. ２５．前記供給流が、廃棄物の第１の供給流と、ガラスバッチの第２の供給流と を含む請求項１８に記載の装置。
26. ２６．前記羽根車が、２５０フィート／分以上の速度でその外周を回転可能であ る請求項１８に記載の装置。
27. ２７．前記羽根車が、５００フィート／分以上の速度でその外周を回転可能であ る請求項１８に記載の装置。