JPH0736040B2

JPH0736040B2 - 放射性廃棄物処理方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0736040B2
Application number: JP61285846A
Authority: JP
Inventors: ジヨンラムエリツク
Original assignee: オ−ストラリアンニュークリアサイエンスアンドテクノロジオーガニゼイション; ザオーストラリアンナショナルユニバーシテイ
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1986-11-29
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS62215898A; CA1282950C; US4806279A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、振動を利用する放射性廃棄物処理方法および
その装置に関し、特に、アクティブセル中で固形粒子状
の合成ロック前駆物質に高レベル放射性廃棄物を含む液
を含浸させるのに使用できる放射性廃棄物処理方法およ
び装置に関する。

〈従来の技術〉本件出願人（オーストラリア原子力エネルギ委員会）お
よびオーストラリア国立大学は、この分野における一連
の発明の所有者である。オーストラリア特許出願NO.AU
−B65176/80（オーストラリア特許第531.250号参照）に
は一軸高温圧縮法が記載されている。この方法に従う実
施例として、ベローズ状の形状をしたほぼ円筒状の壁を
有するキャニスタが、プレスされる供給材料を入れるた
めに使用され、加熱されている間に液圧プレス装置によ
って圧力を加える例が示されている。合成ロックは、上
記キャニスタが軸線方向に圧縮されることによって形成
される。

典型的な例でいえば、合成ロック前駆物質は、細かい粉
状であり、高レベルの放射性廃棄物は、液体である。こ
の液体は、アクティブセル中で粉末に含浸されなければ
ならない。また、プレス工程もアクティブセル中で行わ
なければならない。遠隔マニプレータを通してのみ作業
および修理が行われる状態で、設備が何十年も作動する
ことが望ましいので、極めて信頼性の高い機械的取り扱
い方法および装置が必要とされる。

〈発明が解決しようとする問題点〉本発明の目的は、本質的に簡単で、長い動作寿命と遠隔
マニプレータを用いての保守が得られる設備によって、
信頼性の高いアクティブセル方法を容易とすることので
きる放射性廃棄物処理方法および装置を提供することで
ある。

〈問題点を解決するための手段〉本発明の第１面にかかる方法は、粒状材料が振動しつつ
連続的に移動される細長い通路を有し、振動利用運搬手
段へ合成ロック前駆物質を送給する工程と、装置の吐出
端に向かって連続的に進行する粒状材料に、放射性廃棄
物を含む液体が吸収されるように、細長い通路連続的に
細長い部分に亘って上記液体を粒状材料に噴霧する工程
と、上記液体が含浸し合成ロック前駆物質を吐出す工程
とから成る。

本発明の第２面にかかる方法は、一軸高温圧縮方法にお
いて使用される合成ロックを製造する方法を含む。粒状
の合成ロック前駆物質に放射性廃棄物を含む液体が含浸
する。上記調整方法は、下流側に行くに従って低くなる
ように傾斜した細長いチューブ状導管の上流端へ材料を
送り込む工程と、チューブ状導管を振動させることによ
り粒状材料を進行させ、この粒状材料を燬焼させるよう
に高温で加熱する工程と、装置の下流端において、され
た粒状材料を吐出する工程とから成る。

本発明の第３面にかかる放射性廃棄物処理装置は、放射
性廃棄物と一体となった燬焼合成ロック前駆物質にチタ
ン粉を混入させる装置を有する。この混合装置は、下流
側に行くに従って低くなるように傾斜した、振動するチ
ューブ状コンベアを有する。チタン粉は、合成ロック前
駆物質入口の下流端でチタン状コンベアに導入される。
この結果、粒状材料の均一混合が連続的によく制御され
た状態で行われる。このように処理済みの粒状材料は、
受け入れホッパに対して行われ、このホッパの下方に配
置されたベローズ状容器に投入される。処理済の粒状材
料は、ホッパを介さず、直接、ベローズ状容器に投入す
ることもできる。このようにすれば、注入された処理済
の粒状材料は、そのまま、一軸高温圧縮方法に使用する
ことができる。

本発明の、放射性廃棄物処理方法は、互いに隔てて設け
られた上流端と下流端との間に細長い通路が延長された
連続処理設備として実施されることが望ましいが、異な
る構造を有する通路で作動するようにいることもでき
る。また、本発明の放射性廃棄物処理方法は、粒状の合
成ロック前駆物質に放射性廃液を噴霧しているとき振動
利用運搬手段が適当な容器の内部において上記粒状合成
ロック前駆動物質を回転させるバッチシステム中で作動
するようにすることもできる。例えば、ほぼ正方形状の
樋を使用し、振動利用運搬手段が粒状材料を樋内で循環
させるようにしてもよい。

本発明の重要な一実施態様によれば、放射性廃棄物が含
浸した合成ロック前駆物質を加熱することにより、この
合成ロック前駆物質から水分を蒸発させて実質的に合成
ロック前駆物質を乾燥状態に保ち、放射性廃棄物が含浸
した放射性材料を得る。加熱温度は、例えば比較的低い
300℃とするのが望ましい。このようにすれば、粉末
は、流動性を保つことができるとともに、高温で揮発す
る放射性廃棄物中の成分は、合成ロック中にほぼ残存す
る。コンベアは、下流側に行くに従って高くなるように
配置されていても、または、下流側に行くに従って低く
なるように配置されていてもよい。もちろん、コンベア
は、水平に配置されていてもよい。これは、合成ロック
前記駆動物質の物理的形状に左右される。

本発明の放射性廃棄物処理装置は、全体的に樋状の振動
コンベアとして実施されることが望ましい。また、本発
明の放射性廃棄物装置は、この装置の上流端近傍に取り
付けられた振動装置を有する。本発明の放射性は廃棄物
処理装置の下流端は、可撓取付具に支持されているが、
実質的に固定されている。

一連のスプレーヘッドは、樋状のコンベアに沿って互い
に間隔をあけて設置されていることが望ましい。

本発明の好適な実施態様においては、微粉状の合成ロッ
ク前駆物質を予め造粒し、注入性及び充填密度を高くし
ておく。この結果、一軸高温圧縮後に製造された最終の
合成ロックの全体に亘って上述のように造粒された合成
ロック前駆物質の粒子に対して放射性成分が極めて効果
的な状態で均一に分散する。

本発明の放射性廃棄物処理装置は、その作動温度がほぼ
750℃となるように構成されていることが望ましい。

燬焼装置は、振動数が可変の振動装置を有することが望
ましい。振動装置は、チューブの下流端においては起振
するように配置されている。チューブの上流端は適当な
可撓取付具に取り付けられ、実質的に固定されているこ
とが望ましい。

絶縁材料によって取り巻くことのできる炉に対して誘導
加熱を利用することができる。このようにすれば、効果
が大きい。

また、本発明の第２面にかかる方法においても最も効果
的実施態様によれば、チューブ状導管は、ガス循環シス
テムに結合されている。このようにすれば、制御された
雰囲気は、チューブ状導管を通じて対向流として通過さ
せることができる。このようにすれば、放射性廃棄物か
ら生じた揮発性の放射性成分を通して除去することがで
きる。

最も効果的、かつ、重要な実施態様においては、本発明
の上述した３個の面が連続した組合わせで使用されてい
る。また、他の発明的組合わせは、以下の通りである。
この発明的組合わせにおいては、本発明の上述した３個
の面が、発明された他の工程（本件出願人のオーストラ
リア特許出願中の発明であって、その名称は、セラミッ
クスの製造方法である）と組合わせて使用されている。
また、この発明的組合わせによれば、合成ロック成分を
内蔵する耐熱性金属キャニスタ（ベローズ状に構成され
たほぼ円筒状の壁を有する）の一軸高温圧縮装置が構成
される。この一軸高温圧縮装置は、キャニスタの底部を
支持する耐熱性フェーシングを上部に有し上向きに作動
する液圧プレス装置のラムと、固定された上端当接部材
と、上端当接部材の真下に位置し一軸高温圧縮工程中に
キャニスタを取り巻く加熱ゾーンと、キャニスタが耐熱
性フェーシング上に載置され、ラムが上方に移動するこ
とによって部分的に室温で圧縮されるように、加熱ゾー
ンの下方において液圧プレス装置内に横から挿入される
後退自在のプラテンとからなる。

〈作用〉放射性廃棄物中の放射性成分が合成ロック前駆物質の全
体に亘って均一に分散される。また、最終的に充填され
るキャニスタに対して注入性のよい固体が得られる。

〈実施例〉以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図に示されているように、本発明の放射性廃棄
物処理装置は、３個の工程に対応した部分から構成され
ている。これは、以下の通りである。

A.高レベル放射性廃棄物の振動利用含浸装置 B.振動利用燬焼装置 C.振動利用粉末ミキサ上記振動利用浸透装置（振動利用運搬手段）Ａは、下流
側に行くに従って次第に低くなるように傾斜した細長い
通路としての樋１を有する。樋１は、複数個（図では、
２個）可撓取付具２を有し、上流端に振動装置３を有す
る。また、樋１は、この上方を覆うフード４および一連
の液体スプレーヘッド（液体を噴霧する手段）５を有す
る。液体スプレーヘッド５は、高レベルの放射性廃棄物
を供給するチューブ６に接続されている。

上記フード４は、その上流端に入口ホッパ７を有する。
粉末状または望ましくは造粒された合成ロック前駆物質
は、入口ホッパ７を通じて連続供給される。上述した粉
末は、アクティブセルの外で形成され、放射性を有しな
い。振動装置３の作動によって、粉末は、連続して、し
かも、定常的に樋１を下流へ移動する。樋１の下流端に
おいて、粉末は、吐出ホッパ（吐出する手段）８内へ吐
出される。

合成ロック前駆物質が樋１内を下流へ移動するに従っ
て、この合成ロック前駆物質に、液体スプレーヘッド５
を介して高レベルの放射性廃液が含浸する。噴霧速度
は、粉末が流動化され連続供給される状態を保つ程度に
十分乾燥した状態にあるように、制御される。第１図に
示されているように、輻射加熱装置（加熱手段）９は、
一定速度で放射性廃液から水分を蒸発させる。放射性廃
液が含浸した合成ロック前駆物質は、吐出ホッパ８を介
して吐出チューブ10、および振動利用燬焼装置Ｂの閉鎖
チューブ（チューブ状導管）12の上流端内に吐出され
る。

上記閉鎖チューブ12は、下流側に行くに従って低くなる
ように傾斜しており、閉鎖チューブ12の下流端に設けら
れた可撓カップリング13を介して吐出チューブ14に結合
されている。吐出チューブ14は、還元ガス（典型的には
N₂−３体積％H₂またはH₂のみ）を導入するための吸気パ
イプ15を有する。還元ガスは、吐出チューブ14内を上昇
して、吐出チューブ14の上流端近傍に設けられたガス吐
出チューブ16に達する。このようにして、燬焼中に生じ
た揮発性の放射性成分は、採取されろ過される。

上記閉鎖チューブ12の中央部を取巻いて炉（燬焼する加
熱手段）13Aが設けられている。炉13Aは、合成ロック前
駆物質の一部に鉱物変成を引き起こす。高レベルの放射
性廃棄物と結合した硝酸塩（またはエステル）は、分解
される。僅少の揮発性放射性成分が追出されることもあ
る。炉13Aは、粒状の合成ロック前駆物質の温度を約750
℃まで上昇させる。

上記閉鎖チューブ12の上流端において、可撓取付具17が
閉鎖チューブ12を支持している。他方、閉鎖チューブ12
の下流端に、振動数が可変の振動装置18が可撓取付具19
とともに設けられている。

振動装置18は、その振動数および振幅を変えることによ
って、合成ロック前駆物質の所望の流速が得られるよう
に調整される。燬焼され吐出された粉末は、振動利用ミ
キサＣ（振動利用コンベア）内に落下する。振動利用ミ
キサＣは、起振機20および可撓取付具21を有する。チタ
ン粉末を導入するために、二次入口23が設けられてい
る。燬焼された合成ロック前駆物質の粉末およびチタン
粉末は、傾斜したチューブ23aを通過して吐出ホッパ24
の方へ吐出される際に、均一に混合される。ベローズ状
のキャニスタ25は、吐出ホッパ24を介して処理済の合成
ロック前駆物質によって充填される。

以下、第２図および第３図に基づいて、処理済の合成ロ
ック前駆物質によって充填されたキャニスタ25が一軸方
向にプレスされる方法を説明する。

第２図および第３図に示されているように、液圧プレス
装置は、固定ベース31と、上下方向に延び開口したフレ
ーム32と、固定した上端プレス枠33と、耐熱性の上端パ
ッド（上端当接部材）34と、上端パッド34の真下に設け
られた加熱装置とから成る。この加熱装置は、電気誘導
コイル35を有する。電気誘導コイル35は、感受スリーブ
として作動する金属円筒36を有する。また、液圧プレス
装置は、上向きに働く液圧ラム37を有する。液圧ラム37
は、ピストン38を有する。ピストン38の上端には、耐熱
性の底部パッド（フェーシング）39が取り付けられてい
る。

上記キャニスタ25の予め低温で圧縮する目的で、液圧プ
レス装置は、後退自在のプレート状プラテン40を有す
る。プラテン40は、ラム41の作動によってガイド（図示
せず）中を、水平方向に滑動自在に移動できる。

第２図には、キャニスタ25が耐熱性の底部パッド39上に
載置された第１段階が示されている。キャニスタ25は、
例えばインコネル601のような耐熱合金または銅にって
作られている。吐出ホッパ24を介して充填されるにつれ
て（第１図参照）、燬焼され放射性廃液が含浸した合成
ロックは、典型的な場合において、最終製品としての合
成ロックの理論最大密度の19％の密度を有する。予め低
温で圧縮する工程は、次のようにして行われる。まず、
ラム41を作動させてプラテン40を水平方向に移動させ、
第３図に示された位置を占めさせる。その後、液圧ラム
37が上方に移動し、キャニスタ25プラテン40に当接させ
る。合成ロック粉末の密度が室温において達成されうる
最大値、例えば理論最大密度の35％に達するまで、圧力
は、維持される。典型的な例では、液圧プレス装置は、
20MPaの水準で作動する。プレス動作の時間は、３分間
の水準である。

その後、液圧ラム37は、若干、下降する。ラム41が作動
し、プラテン40を後退させる。また、別置された余熱炉
を使用しないのであれば、液圧ラム37は、上昇、キャニ
スタ25を加熱ゾーンに置き、破線で示された位置42′を
占めさせる。1050℃〜1260℃の範囲内の典型的な温度ま
で、キャニスタ25およびその内容物を加熱しなければな
らない。また、加熱時間は、典形的な場合に、40cmの直
径を有するベローズ状キャニスタに対して510分間とな
る。その後、ベローズ状キャニスタが上端パッド34に当
接するように、液圧ラム37を介して、圧力が加えられ
る。また、ベローズ状キャニスタの完全な圧縮が生じ論
最大密度の約99％が達成されるまで、14MPa以上の圧力
が数時間に亘って加えられる。

正常作動中には、電気誘導コイル35は、連続して作動
し、熱損失を減らすために適当な熱絶縁材料が液圧プレ
ス装置の上部を取り巻いている。しかし、底部パッド39
は、非常に高い温度まで上昇し、キャニスタ25が底部パ
ッド39上に載置されるとすぐに、キャニスタ25の周壁を
形成する金属に熱が伝わる。しかし、上述したような態
様で効果的な予備締固めを行うことができるとともに、
最終の一軸高温圧縮工程中に達成されたベローズ状キャ
ニスタの形状は高精度に予測でき、繰り返すことができ
る。

＜発明の効果＞本発明によれば、各段階において、乾燥した注入性のよ
い固体は別として、その他の固体は実質的に取り扱わず
にすむ、コンパクトで信頼性の高い方法を提供すること
により、合成ロックとして高レベルの放射性廃棄物を固
定する最も効果的な設備をつくるのに貢献する。

また、上述した本発明の第２面にかかる実施態様によれ
ば、信頼性が高く、非常にコンパクトで生産性の高い資
本設備を構成することができる。この結果、例えば、回
転燬焼装置のような装置に対して必要となる複雑さおよ
び相当大きな規模が不要となる。この結果、例えば、回
転燬焼装置等のアクティブセル内の装置において複雑な
機構が不要となり、設備の規模を小さくすることができ
る。

アクティブセル内の設備においては遠隔操作等を行う必
要があり、このような特殊な設備の単位面積あたりのコ
ストは非常に高くなる。従って、上記のように設備を小
規模とすることで、放射性材料を安全に廃棄するために
必要となるコストを大きく引き下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は合成ロック前駆物質に放射性廃液を含浸させる
とともに、合成ロックを製造するための一軸高温圧縮法
に使用されるベローズ状キャニスタを充填する工程の概
略説明図である。第２図は、アクティブセル中に配置さ
れ、予め低温で圧縮する工程の第１段階に対して準備さ
れた液圧装置の概略側断面図である。第３図は、第１図
と同様の図であって、予備低温圧縮工程を示す。Ａ……振動利用含浸装置、１……樋、３……振動装置、
５……スプレーヘッド、７……入口ホッパ、８……突出
ホッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エリツクジヨンラムオーストラリア，ニユーサウスウエールズ 2229，リリイピリイ，イマルナプレイス 10 (56)参考文献特開昭57−118200（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−165884（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−81499（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−15630（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒状材料が振動しつつ連続的に移動される
細長い通路を有し、振動利用運搬手段へ粒状の合成ロッ
ク前駆物質を送給する工程と、装置の吐出端に向かって進行する合成ロック前駆物質
に、放射性廃棄物を含む液体が吸収されるように上記通
路の細長い部分に亘って、上記液体を合成ロック前駆物
質に噴霧する工程と、上記液体含浸した合成ロック前駆物質を吐出する工程
と、から成ることを特徴とする放射性廃棄物処理方法。
【請求項２】振動利用運搬手段は、互いに隔てられた上
流端と下流端との間に延びた細長い通路を有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射性廃棄物処
理方法。
【請求項３】上記通路の細長い部分を加熱し上記液体に
含まれた水分を蒸発させて、合成ロック前駆物質を実質
的に乾燥状態に維持する工程を含むことを特徴とする特
許求の範囲第１項または第２項記載の放射性廃棄物処理
方法。
【請求項４】上記通路を通過する合成ロック前駆物質の
温度が、300℃の水準に維持されることを特徴とする特
許請求の範囲第３項記載の放射性廃棄物処理方法。
【請求項５】振動利用運搬手段は、ほぼ樋状であって、
振動利用運搬手段の上流端近傍に結合された振動装置を
有し、振動利用運搬手段の下流端は、可撓取付具に取り
付けられるとともに支持され、実質的に固定状態に維持
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれかに記載の放射性廃棄物処理方法。
【請求項６】振動利用運搬手段は、通路に沿って、か
つ、通路の上方に隔置された複数個のスプレーヘッドを
有し、スプレーヘッドから上記液体を噴霧することを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
に記載の放射性廃棄物処理方法。
【請求項７】合成ロック前駆動物質を粉末にする工程
と、粉末状の合成ロック前駆物質を粒状にする工程と、
粒状の合成ロック前駆物質を振動利用運搬手段に送給す
る工程とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第６項のいずかに記載の放射性廃棄物処理方
法。
【請求項８】流動自在の粒子として形成され上記液体が
含浸した合成ロック前駆物質を、下流側に行くに従って
低くなるように傾斜した細長いチューブ状導管内に進め
る工程と、チューブ状導管を振動させる工程と、合成ロ
ック前駆物質がチューブ状導管を通過する間に燬焼され
るように高温で合成ロック前駆物質を加熱する工程と、
チューブ状導管の下流端において燬焼された合成ロック
前駆物質を吐出する工程とから成ることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載の放
射性廃棄物処理方法。
【請求項９】燬焼工程において、チューブ状導管を下降
しつつある合成ロック前駆物質の温度が750℃の水準に
なるような設定されることを特徴とする特許請求の範囲
第８項記載の放射性廃棄物処理方法。
【請求項１０】チューブ状導管を振動させる工程は、チ
ューブ状導管の下流側に結合された振動装置によって行
われ、チューブ状導管の上流端は、可撓取付具に取り付
けられるとともに、チューブ状導管を振動させる工程に
おける振動数を調整することにより合成ロック前駆物質
の流速を制御する工程を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第８項または第９項記載の放射性廃棄物処理方
法。
【請求項１１】チューブ状導管を介するガス循環システ
ムを使用しチューブ状導管中の雰囲気を制御する工程を
含み、チューブ状導管から取り出されたガスがろ過さ
れ、合成ロック前駆物質中の放射性廃棄物から採取され
た揮発性の放射性成分を除去することを特徴とする特許
請求の第８項ないし第10項のいずれかに１項記載の放射
性廃棄物処理方法。
【請求項１２】下流側に行くに従って低くなるように傾
斜した振動利用コンベアを使用することによって、燬焼
され吐出された合成ロック前駆物質にチタン粉末を混入
する工程を含み、チタン粉末は、振動利用コンベアの上
流端近傍において合成ロック前駆物質に混入されること
を特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第11項のいず
れかに１項記載の放射性廃棄物処理方法。
【請求項１３】細長い通路と合成ロック前駆物質を粒状
で受け入れる入口と放射性廃棄物を含む液体が含浸した
合成ロック前駆物質を吐出する手段とを有し、上記通路に沿って合成ロック前駆物質を移動させるため
に操作自在の振動利用運搬手段と、合成ロック前駆物質が上記通路に沿って進行するとき、
上記液体が合成ロック前駆物質に吸収されるように、上
記通路の細長い部分に亘って合成ロック前駆物質に上記
液体を噴霧する手段と、上記液体が浸透した合成ロック前駆物質を進行させ、こ
の合成ロック前駆物質がキャニスタに注入される吐出手
段とを有し、アクティブセル中で上記液体を合成ロック前駆
物質に含浸させる放射性廃棄物処理装置。
【請求項１４】振動利用運搬手段は、合成ロック前駆物
質が細長い通路を通過しているとき、上記液体中の水分
を蒸発させ合成ロック前駆物質を実質的に乾燥した状態
に保持する加熱手段を有することを特徴とする特許請求
の範囲第13項記載の放射性廃棄物処理装置。
【請求項１５】振動利用運搬手段は、この運転手段の上
流端近傍に配置された振動装置を有するとともに、樋状
の形状を有し下流端近傍において可撓取付具に取り付け
られたことを特徴とする特許請求の範囲第13項または第
14項記載の放射性廃棄物処理装置。
【請求項１６】吐出手段は、振動利用運搬手段から吐出
された合成ロック前駆物質を受け入れるように配置され
た上流側入口を有し下流側に行くに従って低くなるよう
に傾斜したチューブ状導管を有し、チューブ状導管は、
このチューブ状導管に沿って合成ロック前駆物質を進め
る振動手段と、合成ロック前駆物質がチューブ状導管に
沿って進められているときであって、下流端から吐出さ
れる前に、合成ロック前駆物質を燬焼する加熱手段とを
有することを特徴とする特許請求の範囲第13項ないし第
15項のいずれかに記載の放射性廃棄物処理装置。
【請求項１７】チューブ状導管内の雰囲気を制御し放射
性粒子を除去およびろ過し揮発性生成物を吸収するガス
環境システムを有することを特徴とする特許請求の範囲
第16項記載の放射性廃棄物処理装置。
【請求項１８】吐出手段は、燬焼された合成ロック前駆
物質中にチタン粉末を混入する他の振動利用コンベア
と、燬焼された合成ロック前駆物質を受け入れ内蔵する
のに適したキャニスタを充填させる吐出ホッパとを有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第17項記載の放射性
廃棄物処理装置。