JPH10259021A - 1種類以上のアルカリ金属の酸化方法 - Google Patents

1種類以上のアルカリ金属の酸化方法

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JPH10259021A
JPH10259021A JP10006130A JP613098A JPH10259021A JP H10259021 A JPH10259021 A JP H10259021A JP 10006130 A JP10006130 A JP 10006130A JP 613098 A JP613098 A JP 613098A JP H10259021 A JPH10259021 A JP H10259021A
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radioactive
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Andre Henri Alain Josep Rahier
アンドレ アンリ アレイン ヨセフ ライエル
Alsenoy Veerle Harriet Joseph Van
アルセノイ ヴェーレ ハリエット ヨセファ ヴァン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカリ金属を長期間保存する場合の爆発の
危険性及び処理後に生成する水酸化物による腐食の問題
を解決するための酸化方法を提供する。 【解決手段】 溶融状態のアルカリ金属が、流動層
(6)に分散され、その層(6)で酸素との反応によっ
て酸化を受け、生成した酸化物が、前述の層(6)に供
給される炭素性気体との反応によって炭酸塩に変えられ
ることを特徴とする、少なくとも1種類のアルカリ金属
の酸化方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1種類以上のアル
カリ金属の酸化方法に関し、この方法によれば、そのア
ルカリ金属は溶融状態で酸素との酸化反応を受ける。
【0002】
【従来の技術】アルカリ金属は放射性でも非放射性でも
よい。
【0003】放射性アルカリ金属は、ほとんど核実験の
結果生成し、放射性同位元素と接触するか、中性子を受
け、放射活性が変化する。
【0004】一般に、長い時間大量のアルカリ金属を保
存することは、水及び酸素とこの金属との高い反応性の
ために困難である。水との反応の場合の水素、酸素との
反応の場合の過酸化物の生産の結果、その反応は極めて
激しく、爆発の危険性を有する。又、水から遠ざけるよ
うな古典的な手段によって制御不可能な火災が発生する
可能性がある。更に、この反応の極度の発熱性は、爆発
又は火災による事故の危険性を高める。
【0005】しかし、そのような大量の金属は特に核分
野で用いられる。例えば液体ナトリウムは、冷却用液体
として用いられる。放射性であるか否かにかかわらず、
この金属の安全で効率的な処理の問題の解決が急務であ
る。
【0006】現実に、種々の処理方法が存在するが、あ
らゆる安全性水準を充分に保証しているものはなく、処
理後に必要なコンディショニングに適する解決策を示し
ているものはない。このコンディショニングが、汚染さ
れたアルカリ金属の場合には特に重要である。
【0007】水やアルコールのような水素を含む酸化
剤、又はアルコールのような可燃性の酸化剤が用いられ
る場合、アルカリ金属の酸化は重大な安全上の問題を発
生させるので、水素を含まず、それ自体が可燃性ではな
い酸化剤、すなわち酸素を利用するのが好ましい。
【0008】そのような方法が、US-A-1,685,520及びUS
-A-2,825,629に記述されている。この方法は、酸素又は
空気との反応による金属の焼成に基づいている。しかし
ながら、少量の酸素又は空気では、金属が表面酸化膜で
保護されるために完全には反応せず、金属を充分に酸化
させないという欠点を有し、上で述べた危険性が残るこ
とになる。焼成はまた、過酸化物の生成につながるとい
う危険性がある。過酸化物は不安定で、爆発を引き起こ
す可能性があることが知られている。
【0009】この方法によるアルカリ金属の処理は、一
般に、酸化物及び過酸化物の水和後、水溶液中で水酸化
物の生成を間接的に引き起こす。更に、酸化が水中で行
われる場合には直接、アルコールでの酸化の場合にはエ
チルアルコールの加水分解の後、間接的にその水酸化物
が生成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】金属が放射性であるか
否かにかかわらず、その水酸化物は腐食性の故にさらに
処理が必要である。この問題は放射性金属の処理の場合
には特に解決が急務であり、長期保存の見通しを提供す
る決定的なコンディショニングの提供が望まれる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明はまさにアルカリ
金属の酸化のための方法を目的としたものであり、それ
は明らかに優れた安全環境下での作業を可能にするが、
すべては、金属の酸化を確実に行い、コンディショニン
グの段階を設けることによって可能となる。
【0012】この目的は、溶融状態のアルカリ金属が流
動層中で分散され、その層中で、酸素による酸化を受け
ることで達成され、このように生成した酸化物は、前述
の層に供給される炭素系気体との反応によって炭酸塩に
変えられる。
【0013】金属の酸化の結果生成する酸化物及び過酸
化物は、直ちに反応して、CO2及び炭酸塩を生成し、爆
発の危険性を下げる。
【0014】層の乱流性が高い程、反応が完全なものに
なる。事実、生成して金属を保護する酸化物層は、金属
粒子が層と起こす頻繁な衝突の結果、連続的に破壊され
る。層の流動化は、酸素及び可能ならば炭素系気体を混
合した不活性ガスの上昇流によって得るのが望ましい。
【0015】金属は、噴霧器によって小滴の形で流動層
自体の中央に注入することができる。
【0016】その結果、反応の熱の制御が良好となる。
【0017】流動層内の温度は、50〜700℃の間で調節
可能にする。
【0018】生成炭酸塩は、コンディショニングを考慮
して抽出するか、又は層を形成する固体粒子の少なくと
も一部分とともにコンディショニングをすることができ
る。特にこの場合には、流動層は、SiO2及び可能なら
ば、CaO、CaCO3、B2O3、Al2O3、MgO、MgCO3、BaO、Zn
O、ZnCO3、PbO、PbCO3、Fe2O3、TiO2、ZrO2のような1種
類以上の酸化物又は炭酸塩の固体粒子を収容する。
【0019】開始した反応の結果、アルカリ金属の炭酸
塩が、後でガラス化を行うのに理想的な組成を有する層
に蓄積する。反応後、層の内容物は、流動化反応器自体
の内部でガラス固化させても、ガラス固化のために、別
の反応器に移してもかまわない。
【0020】このタイプのコンディショニングは、放射
性アルカリ金属に特に適している。非放射性アルカリ金
属の場合には、ガラス固化は不要で、処理の開始時の層
の粒子には砂を使用することができる。
【0021】処理の終了時には、反応器から、それを水
溶液に移すことによって炭酸塩を抽出することもでき
る。このようにして得られる処理物は、腐食性の問題が
なく、処理の安全も保証されている。結局、特にアルカ
リ金属がナトリウムである場合、砂と炭酸塩自体の混合
物は再安定化することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明による少なくとも1
種類のアルカリ金属の酸化のための方法の実施例を、実
施例で用いる反応器の断面図を示す図面に基づき例示説
明するが、本発明の特許請求の範囲を限定するものでは
ない。
【0023】この反応器は、流動層反応器で、カラム1
から成る。カラム1は垂直に、低い入口部2、上部3、
及び中間反応部4に分けられる。中間反応部4は、層6
の支持部5によってその最下部で、サイクロン7によっ
てその最上部で閉じられている。
【0024】この支持部5は、穴を開けた又は多孔性の
金属又は多孔性セラミックの板である。
【0025】流動化気体の供給のための導管8は、下部
2に開くが、この気体の減圧導管9は上部3から出て来
る。
【0026】中間部4は二重壁を有し、壁間の空間は冷
却用配管10の部分である。
【0027】中間反応部4の上部には、熱交換器11を
取り付けることができる。
【0028】この反応部4の下部には、溶融状態のアル
カリ金属のための2液型の噴霧器12を有する。この噴
霧器12は、アルカリ金属の前分散をさせる較正された
内部の穴、及び最終分散を行うための較正された外部の
穴を有する。加熱抵抗器によって加熱を行う。それは支
持部5を横断する2本の導管13によって供給される。
【0029】この下部又は下部2には、反応気体のため
の注入部14があり、それは導管15によって混合装置
16に接続される。
【0030】本発明に従って放射性アルカリ金属又は放
射性アルカリ金属の混合物を前述の反応器によって酸化
させるための手順は、以下の通りである:反応部4は、
ほぼ培地の高さまで酸化物粒子、特にSiO2可能ならば層
6を形成する他の酸化物及び/又は炭酸塩と混合して充
填される。
【0031】酸化物又は炭酸塩の粒子サイズ分布は、一
般に粒子の相当最大直径が1mmを越えないようにする。
【0032】特に、以下の表に従って層6を構成するこ
とができる: 次に、反応器を閉じ、噴霧器12を温度50〜200℃まで
予熱し、処理すべきアルカリ金属又はアルカリ金属の混
合物の融合温度以上の温度に保つ。
【0033】次に、不活性ガスを、供給導管8を通して
供給し、この気体を分配する支持部5を通して層6を通
して押し出し、減圧道管9を通して真空にする。
【0034】不活性ガス、例えば、窒素の処理能力の関
数である流速を、0.1〜5000 m3/h(常温常圧で計算)とす
れば、層6を流動化するのに充分である。
【0035】層の粒子6のサイズが、5μmより大きけれ
ば、サイクロン7によって反応部4に閉じ込められる。
【0036】酸素と炭素系気体は混合され、この反応気
体の混合物は、導管13及び注入部14を通して、支持
部5の下部2、不活性な流動化気体と混合する部分に導
入される。
【0037】次に、溶融状態にあり、その結果液体であ
る放射性アルカリ金属は、噴霧器12によって小滴の形
で層6の中央に注入される。噴霧器12は、反応部4の
温度上昇を引き起こす効果を有する。前分散を、噴霧器
12の内部で行う。アルカリ金属の最大流速は360kg/h
である。
【0038】この反応部4は、冷却用配管10を通し
て、反応部の内径が0.3mを越える場合に特に有用な熱交
換器11を可能ならば通して循環する熱媒体によって冷
やされる。
【0039】種々の流速で、反応部4の運転温度が50〜
700℃の間になるように調整する。
【0040】処理の間、アルカリ金属は酸化され、炭素
系気体と反応することによって炭酸塩に変換される。
【0041】反応のために層6の組成が、次の調製段
階、すなわちガラス固化のために必要な組成に達した
時、処理を止める。
【0042】この組成は、アルカリ金属に相当する酸化
物の割合が、層6の相当する酸化物の全質量の10〜45%
に達する時に通常達成される。
【0043】すべての層6をガラス固化させる。
【0044】放射性ナトリウムの具体的な処理を以下例
示する。
【0045】溶融状態のナトリウムを、360g/hの流速
で、高さ2m、内径0.2mの反応ゾーン4を有する前述の
反応器で処理する。
【0046】処理前の層6の組成は、次の通りである:
SiO2 84%、Al2O3 3%、CaO 8%、及びMgO 5% (相当する酸
化物の合計重量%、最後の2つの酸化物は炭酸塩の形で導
入される)。
【0047】不活性な流動化気体の流速は0.5 m3/h以上
とする。
【0048】流速は、反応部4の内部で温度が200〜350
℃になるように調整する。この場合、反応器の加熱に要
する消費電力は約1700Wである。
【0049】約20時間後に処理を止める。
【0050】1種類以上の非放射性アルカリ金属の処理
は、処理前の層6の組成を100% SiO2とし、ガラス固化
をせず、アルカリ炭酸塩の水溶液で置く以外は、同じ方
法で行う。
【0051】その結果、放射性アルカリ金属の前述の限
界を超えて処理を追求することができる。
【0052】本発明の範囲からはずれることなく、上記
の実施例に無数の改変は行うことができることは明白で
ある。
【0053】特に、酸素及び/又は炭素系気体は、反応
器の外で流動化気体と混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いる反応器の断面図を示
す。
【符号の説明】
1 カラム 2 入口部 3 上部 4 中間反応部 5 支持部 6 層 7 サイクロン 8 導管 9 減圧導管 10 冷却用配管 11 熱交換器 12 噴霧器 13 導管 14 注入部 15 導管 16 混合装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァン アルセノイ ヴェーレ ハリエッ ト ヨセファ ベルギー国 ビー−2610 ウィルリーイク アントワープ スポルザルプレイン 212

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融状態のアルカリ金属が、流動層
    (6)で分散され、この層(6)の中で酸素との反応に
    よる酸化を受け、生成する酸化物が、層(6)に供給さ
    れる炭素系気体との反応によって炭酸塩に変えられるこ
    とを特徴とする、1種類以上のアルカリ金属の酸化方
    法。
  2. 【請求項2】 層(6)の流動化が不活性ガスの上昇流
    速度によって得られることを特徴とする請求項1に記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 アルカリ金属が噴霧器(12)によって
    小滴の形で流動層(6)の中央に注入されることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 アルカリ金属の前噴霧が噴霧器(12)
    の内部で行われることを特徴とする請求項3に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 処理の前、可能ならば始めに、噴霧器
    (12)が50〜200℃の温度に予熱されることを特徴と
    する請求項3又は4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 酸素及び炭素系気体が投入混合物の形で
    注入されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    に記載の方法。
  7. 【請求項7】 流動層(6)の温度が冷却によって50〜
    700℃に制限することを特徴とする請求項1乃至6のい
    ずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 生成炭酸塩をコンディショニングするた
    めに層(6)から抽出することを特徴とする請求項1乃
    至7のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項9】 生成炭酸塩を層(6)から水溶液に移す
    ことによって抽出することを特徴とする請求項8に記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 生成炭酸塩を、層(6)を形成する固
    体粒子の少なくとも1部分以上とともにコンディショニ
    ングすることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに
    記載の方法。
  11. 【請求項11】 生成炭酸塩及び層(6)の一部分以上
    をガラス固化することを特徴とする請求項10に記載の
    方法。
  12. 【請求項12】 流動層(6)がSiO2及び可能ならば、
    CaO、CaCO3、B2O3、Al2O3、MgO、MgCO3、BaO、ZnO、ZnC
    O3、PbO、PbCO3、Fe2O3、TiO2、及びZrO2から選んだ1
    種類以上の酸化物又は炭酸塩の固体粒子を含むことを特
    徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。
JP10006130A 1997-01-15 1998-01-14 1種類以上のアルカリ金属の酸化方法 Pending JPH10259021A (ja)

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DK (1) DK0854115T3 (ja)
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