JPS6148799A - 使用済イオン交換樹脂を含む廃棄物乾燥粉末の造粒方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高分子有機物粉体の造粒方法および造粒装置
に係り、特に、原子力発電所などがら発生する使用済イ
オン交換樹脂を含む放射性廃棄物乾燥粉末に好適な造粒
方法及び造粒装置に関する。

〔発明の背景〕

原子力発電所など原子力施設から発生する放射性廃棄物
は、最終処分法が決定されていない現在、発電所などの
敷地内に一時貯蔵てれている。このため廃棄物を減容し
、貯蔵スＲ−スを最大限に利用する種々の手段が講じら
れている。その手段の中で最も効果的なものとして、放
射性廃棄物である使用済イオン交換樹脂のスラリーや再
生廃液を乾燥させて粉体とした後、ペレット化して一時
保管するシステムが挙げられる。このシステムの特徴は
、減容効果が大きいこと、４レツト化にょシ粉体飛散防
止やハンドリングが容易であること、さらには、最終処
分法が決定された時点でペレットを容易に最終処分法に
適合した形に変更し得る可能性があることにある。

しかしながら、粉体だけでペレットを作る場合、ペレッ
トが十分な強度を持たないものがあることから、例えば
特開昭５７−１０５２３３号に記載されているように、
プラスチックや水ガラスなどの熱硬化性、熱可塑性のバ
インダーを用すいて、十分な強度を有するペレットを作
ることが考えられて来た。しかし、このようなバインダ
ーを用いた場合、強度の高い４レツトを得ることができ
るが、一度造粒した４レツトをもとの粉体や他の形に変
えることができなくなる。したがって、廃液やスラリー
を乾燥粉末化してペレット化する前述のシステム忙おい
て最終処分法への適合性という大きなメリットが失なわ
れることになる。

このような点から、最終処分法に対応して容易に形状が
変えられ、しかも一時保管に必要な所定の強度を持った
４レツトの作成法、すなわち粉体の造粒法が要求でれて
いる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、使用済イオン交換樹脂を含む廃棄物乾
燥粉末を、状況に対応して形状が変えられ且つ一時保管
に耐えうる強度を持つペレットに作成する造粒法及び造
粒装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の造粒方法の特徴は、使用済イオン交換樹脂を含
んでいる乾燥廃棄物粉末から作成したペレットの強度を
決定しているのが使用済イオン交換樹脂の乾燥粉末であ
ることを見い出し、この事実を利用して、乾燥粉末を、
その中に含まれるイオン交換樹脂のガラス転移点以上且
つ分解温度以下で造粒することにより一時保管に耐えう
る強度を有する被レッドを作成することにある。

また本発明の造粒装置は、使用済イオン交換樹脂を含む
廃棄物乾燥粉末の撹拌容器と、該撹拌容器内の上記廃棄
物乾燥粉末を加熱する加熱装置と、上記撹拌容器から上
記況棄物乾燥粉末を受は入れてこれを圧縮成形する造粒
機と、該造粒機内の圧縮成形時における上記廃棄物乾燥
粉末の温度を上記使用済イオン交換樹脂のガラス転移点
以上且つ分解温度以下の所定温度にするよう上記加熱手
段全制御する制御装置と、からなることを特徴とする。

上記本発明け、次に述べる発明者らの実験、および解析
の結果、新らたに見い出された事実に基づくものである
。第１図に発明者らの解析によって得た造粒の機構の概
要金示す。ここでは、乾燥粉末を模式的に球として示す
。ます造粒に際して加えられた圧力によって、乾燥粉末
の丁ベシが生じて粉末の再配置が進み、最密充填状態と
なる。

最密充填状態となると、外部から加えられた圧力の逃げ
ができなくなジ、粉末そのものに圧力が加わる。これに
よって粉末に変化が生ずるが、粉末の物性によって現わ
れる変化は著しく異なる。すなわち、粉末が変型しない
場合（剛体の場合）には、粉末は破砕され、微粉末とな
フ、外部からの圧力を吸収する。この場合は、外部から
の圧力を取シ除くと、粉末はばらばらになり、一定形状
全持ったペレット（造粒体）全形成しない。これは、粉
末が他の粉末と接触する面積が小でいため、粉末間の結
合力として作用しているファンデルワールス力が弱まる
ことに起因している。一方、粉末が外部からの圧力によ
って塑性変型する場合、粉末の変型が牛するが、Ｃれは
粉末と粉末が接触する百から進行し粉末の相互接触面積
が増加する。

これによって粉末間の結合力となるファンデルワールス
力が大きくなジ、外部の圧力を取り除いても、一定の形
を保つことになる。したがって粉末が外部からの圧力に
よって、塑性変型するか否かが、粉末の造粒性、造粒後
のベレットの強度を決定する。

ところで発明者等はイオン交換樹脂の物性を調べた結果
、イオン交換樹脂は約９０℃にガラス転移点を持ち、こ
れ以下では剛性であり、またこれ以上の温度では塑性変
型すること？見い出した。

ま念、１８０℃付近から樹脂の分解が生ずることがわか
った。この実験結果に基づき、イオン交換樹脂をガラス
転移点以上、分解点以下の温度に加熱し、塑性変型式せ
て造粒することによって一時保管に十分な所定強度を有
するペレットが作成できることを見い出した。

ここで、注意しておきたいが、一般に、イオン交換樹脂
の母体であるスチレン・ジビニルベンゼン共重合体は熱
硬化性プラスチックであυ、ガラス転移点はないとされ
ている。なぜなら、熱硬化性グラスチックは、加熱する
ことによって硬化し、一度硬化し／ζプラスチックは再
び加熱しても溶融はせず、でらに加熱すると分解すると
されているからである。一方、熱硬化性プラスチックと
対比される熱可塑性プラスチックでは、加熱すること釦
よって力゛ラス転移点金経て溶融し、冷却すると固体と
なシ、この熱サイクル全何回繰シ返しても同じ変化を繰
ｐ返丁のが特徴である。熱可塑性プラスチックは、この
よりなＩ！Ｉ？徴から、加熱成形することが一般に行な
われておシ、加熱による物性の変化、ガラス転移点など
がよく調べられている。

る。

し之がって、発明者らの見い出した事実、すなわち、イ
オン交換樹脂をなす熱硬化性プラスチックにガラス転移
点かあシ、この温度以上で分解点以下の温度での造粒に
よって、所要強度を有するペレット’６作成できること
は、従来の技術では知られていなかった。この点におい
て本発明は、従来の熱可塑性プラスチックの加熱成形と
は本質的に異々るものであることは言うまでもない。

〔発明の実施例〕

実施例１ 第２図にイオン交換樹脂に、後述する繊維性バインダー
２０ｗｔ％加えた乾燥粉末を造粒したときのベレット強
度と造粒温度の関係金示す。ここでは、イオン交換樹脂
としてスチレン・ジビニルベンゼン共重合体にイオン交
換基を付加したものを、また、造粒機としてはタブレッ
ト・マシンを使用し、そのときの圧力は３ｔ／ａｒｌと
した。その結果、造粒温度９０℃から１８０℃の範囲で
、ベレットの一時保管に必要な５０ｋｇ／個のペレット
強度が得られることがわかった。このようにベレット強
度が太きぐなる一定の造粒温度頓囲を示すのは、先に述
べたように、イオン交換樹脂が９０℃に力゛ラス転移点
金持ち、この温度以上で塑性変型して粉体間の接触面積
が増大しベレット強度が大きくなるが、さらに高温（１
８０Ｃ）では、イオン交換樹脂の分解によって発生する
ガスが粉体間の接触を妨げるように彦る念めと考えられ
る。

上述のよう流、造粒温度の調節のみによって、所要強度
を有するペレットを作成できる。

実施例２ 次に使用済イオン交換樹脂に再生廃液中の主成分である
硫酸す）　ＩＪウムが混入している乾燥粉末の場合の造
粒例をとりあげる。第３図にその結果を示す。本発明に
よる１３０℃加熱造粒では、硫酸ナトリウムの割合の低
下に伴ないベレット強度は若干減少するが、一時保管に
必要な強度５０に９７個以上であり、イオン交換樹脂粉
末の割合によらず目的とする強度のペレットが得られる
ことがわかる。一方、従来の常温での造粒では、樹脂の
割合が大きくなるにつれてベレット強度が低下し、必要
な強度のベレットが得られないことがわかる。

実施例３ 次に、繊維性バインダー、イオン交換樹脂および硫酸ナ
トリウムが混じっている３成分系の乾燥粉末の造粒の場
合を例にとって示す。ここで言う繊維性バインダーは温
度によって物性変化のない植物繊維、金ＦＡｆｐ、維、
ガラス繊維などである。このｖ１！、雑件バインダーは
、バインダー同士がからみ合い造粒しようとする粉体を
取り込み、ペレット化しようとするものであり、下記灸
件を満足するものである。

ｔ≧１０ｄ＋２Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１）ここで、ｔは繊維の平均長
さ、ｄは像維の平均直径、Ｄは造粒しようとする粉体の
直径である。

繊維性バインダーは、やはシ放射性廃棄物であるフィル
タースラッジに集められているものを用い、それを硫酸
ナトリウムの混入したイオン交換樹脂スラリーに加える
。それで足シない場合には、更に別の繊維性バインダー
を加える。

第４図に乾燥粉末化されたこの３成分系のペレット強度
５０ｋｇ／個を得ることのできる範囲を示す０図中には
、従来の範囲と、本発明の実施によって新らたに加わっ
念範囲を示す。本発明の実施によればバインダーの添加
量の少ない部分での造粒も可能となっておシ、従ってペ
レット中の本来の放射性廃棄物粉末の量を多くし得るの
で望ましいペレットの作成が可能となっていることがわ
かる。

また他の効果として、・ぐイングー、硫酸ナトリウム、
イオン交換樹脂が、装置の運転状況によっては十分に混
合でれていない不均一な場合が発生しても、所要強度を
持ったベレットを作成できる割合の範囲が非常に広くな
っているので乾燥粉末化−ペレット化の一連のシステム
における装置の運転が容易となる。

本発明では、以上のように、イオン交換樹脂単独のみの
場合だけでなく、他の廃液、スラッジ等の混入し乾燥粉
末の場合であっても、なんらペレット強度は低下しない
。したがって、乾燥粉末の組成が均一でなくても、すな
わち乾燥前の廃液、スラリー等の組成が一定でなくとも
安定したベレットの造粒が可能となシ、イオン交換樹脂
の割合など全造粒前に測定するための装置が不要となる
。

実施例４ 次に本発明全実施するに効果的な装置を用いた実施例に
ついて詳細に説明する。第５図に示す沸騰水型原子力発
電所の放射性廃棄物処理施設を例にとる。イオン交換樹
脂の再生に伴って廃液として発生する硫酸ナトリウム水
溶液は、濃縮器（図示せず）で濃縮された後、濃縮廃液
貯蔵タンクＩＫ保管される。また、使用済イオン交換樹
脂およびフィルタースラッジは、樹脂タンク２に保管で
れる。これら廃棄物は、調整タンク３で混合してから、
遠心薄膜乾燥機４で乾燥粉体にする。生成した乾燥粉体
は混合機５で互に、更に必要に応じ繊維性バインダーと
、混合でれ、造粒機６で被レットに圧縮成形する。ペレ
ットは貯蔵槽７内に保管される。

次に更に詳細を述べる。遠心薄膜乾燥機４で生成された
粉体は、平均粒径３ｏμであり、粉体ホラ／＃８に貯蔵
でれる。混合機５は３０分ごとのパッチ処理で、１回の
処理量は１０ｋｇである。混合機５は上下のラインとい
ずれもペローで接続していて、その重量全体全ロードセ
ル９で測定している。まず、風装重量を測定してから、
振動フィーダ１０を稼動系せて、乾燥粉体を混合機５へ
移動させながら、混合機５の重量の変化を連続的に測定
する。輸送粉体量が１０ｋｌ？になった時点で、振動フ
ィーダ１０を停止させる。バインダホッパー１１には直
径約１０μのセルロース繊維が充填されている。この繊
維長さけ、前記（１）式から決まるように１６０μ以上
である。また添加量は、強度上の観点から２０ｗｔ％で
ある。振動フィーダ１２を起動させ、バインダホッパー
１１からセルロース繊維を供給する。混合機５の重量計
測により２ゆセルロース繊維を供給した時点で、撮動フ
ィーダ１２の運転全停止する。この後、粉体の温度がイ
オン交換樹脂のｆラス転移点９０℃以上、分解温度１８
０℃以下となるように、混合機５の加熱用ヒーター１５
とこれと接続された粉体温度調節器１４によって調整す
る。この際、撹拌羽根１８ｆｔ５分以上動かし、乾燥粉
体およびセルロース繊維を混合する。乾燥粉体およびセ
ルロース繊維の混合物が、９０〜１８０℃の範囲となっ
た時点で、パルプ１９を開けて混合した粉体を、ホラ’
４２’　０全経て造粒機６に重力落下てせる。混合機５
の運転はシーケンス制御とし、制御器２１がらの信号に
よシ、各部は起動、停止する。また、外部への放射性物
質の漏洩を防止するために・ホッパ８および２０に接続
されたプロア２２によって系内は負圧に保つ。

本実施例によれば、乾燥粉末中のイオン交換樹脂の割合
が増加しても安定なベレット全作成できる。

本実施例では、造粒機としてタブレットマシンが効果的
である。これは造粒機内部で熱の発生がないためで、粉
体の温度は予め調節された温度で決定される。したがっ
て、タブレットマシンで造粒した場合は運転操作が容易
となる。しかじ造粒速度はブリケットマシンに比べ遅く
なる。ブリケットマシンでは発熱を伴なうため、これを
考慮した温度調＠　７％必要となる。

実施例５ 次に、ブリケットマシンを用いた場合め温度調節を含む
実施例に示す。

第６図はブリケットマシン（これを第５図の造粒機６と
して用いる）の詳細を示す断面図である。

同図において、装置は貯溜手段たるホッパ２０、移送手
段たるスクリューフィーダ２３、造粒手段たるロール２
４および２５、加圧手段２６から成る。スクリューフィ
ーダ２３は漏斗形状のホッパ２０の内部に縦方向中心軸
に沿って挿入されておシ、二つのロール２４および２５
は前記ホッパ２０の下方でホラ／４’の底部の吐出口２
７にほぼ接するような位置に対向して並置されている。

処理粉体４０がホッノヂ２０に供給されると、回転する
スクリューフィーダ２３がこれ全撹拌しながらホッパの
底部の吐出口２７へ圧下する。ホッパ２０の下方で、ロ
ール２５はバネもしくは油圧などの加圧手段２６によっ
てロール２４に押しつけられていて、前記ホッパ々２０
から吐出された処理粉体４０は、回転する二つのロール
の間隙で、ロールの外周表面に刻捷れた紋型？ケット２
８に従ってペレット４１に圧縮成形される。

ここで、上記造粒工程の間の処理粉体の温度上昇につい
て述べる。スクリューフィーダおよびロールの回転運動
エネルギーは圧縮という伝え方で処理粉体に伝えられ、
主として粉体粒子相互の内部Ｒ擦熱に変換されて、粉体
温度全２０〜１００℃も上昇でせる。第７図は、スクリ
ューフィーダの回転数と処理粉体の温度上昇との関係を
示す曲線図で、粉体例はイオン交換樹脂である。回転数
と上昇温度とは比例直線の形となり、スクリューフィー
ダの回転が増すと粉体温度の上昇中が大きくなることが
わかる。第８図は、ロールの回転数と処理粉体の温度上
昇との関係を示す曲線図で、粉体例は同じくイオン交換
樹脂でちる。回転数と上昇温度は反比例に似た下降曲線
の形を示し、ロールの回転を増しても粉体温度の上昇中
はむしろ小さく々ることがわかる。また、ロールの回転
数をたとえば１．５　ｒ、ｐ、ｍ、に一定すると、ロー
ルの回転だけで上昇する温度中は２０℃と推定できる。

以上両図全総括して、装置内における粉体温度の上昇中
ΔＴ、は、第７図による温度上昇中ΔＴ、と第８図によ
る温度上昇中ΔＴＲとの和である。

ΔＴＰ＝ΔＴ、＋ΔＴＲ し念がってブリケットマシンによる造粒の場合装置内で
の温度上昇を考慮し、第５、第９図に示した混合機５内
での粉体の温度制御を行なわなければならない。第９図
にその具体的な温度制御手段を示す。

第９図において、混合機５、ホッパ々２０、スクリュー
フィーダ２３、ロール２４．２５、スクリューフィーダ
駆動用モータ３５、ロール駆動用モータ３６、温度検出
手段たる熱電対３８、混合機５内の温度制御器１４、速
度制御手段たる制御装置３７から成る。スクリューフィ
ーダ駆動用モータ３５およびロール駆動用モータ３６は
それぞれスクリューフィーダ２３およびロール２５（又
は２４）を回転させるように配設されている。造粒装置
に供給される粉体温度を測定する熱電対３８は混合機５
にイ＝Ｊ股きれる。制御装置３７は制御用ミニコンで、
熱電対３８および二つの駆動用モータ３５．３６と電気
的に結綜されている。

さて第９図（これ以外は第５図と同様に構成されている
ものとする）を参照するに、制御装置３７には予め、第
７図および第８図の温度上昇特性と、処理粉体が（レッ
トに圧縮形成される際の所望の粉体温度の設定値Ｔ、（
９０〜１８０℃）とが記憶させである。ロールの回転数
はペレットの排出量すなわち廃棄物の処理量に比例する
ので、廃棄物処理装置としては一定であることが望まし
く、これも予め制御装置３７に一定値を設定しておく。

これは、ロールの回転による粉体温度の上昇中ΔＴＲヲ
決定することでもある。以上の設定に加えて、熱電対３
８が粉末混合機５における処理粉体の温度ＴＭを測定し
て報告すると、必要なデータの整った制御装置３７は、 ΔＴＰ＝ΔＴＰ−ΔＴＲ ＝Ｔ　　−Ｔ　−ΔＴＲ Ｍ を演算し、第７図の特性曲線に基づいて、好適なスクリ
ーーフィーダの回転数を決定して、スクリューフィーダ
駆動用モータ３５に出力する。例によって示す。圧縮成
形する際の所望の粉体温度Ｔ。

を１３０℃に設定した。ロールの回転数を１．５ｒ、ｐ
ｌｍ、に定めると、第８図で説明したとおり、ロールの
回転による温度上昇ΔＴＲは２０℃でちる。

更に、熱電対が坦１定した粉体混合機における粉体温度
ＴＭが８０：Ｃだとすると、スクリーーフイーダの回転
によって上昇させる温度差ΔＴ、は、ΔＴ、＝１３０−
８０−２０＝３０ から、３０℃が得られ、第７図で説明したとおり、これ
はスフ１１ニーフイーダの回転数が５　Ｏｒ、ｐ、ｍ。

に相応する。制御装置がこれを出力するようにすればよ
い。

本実施例によれば、造粒機の特性にあわせて、造粒時の
粉体温度を、イオン交換樹脂のガラス転移湿度（９０℃
）以上、分解温度（１８０℃）以下に調整することがで
き、一定の目標を満足する強度のペレットを作ることが
できる。

上記実施例では、温度制御を造粒機の各部の状態を加味
して制御しているが、造粒機の温度上昇が一定していれ
ば、混合機５内の温度調節のみで可能である。

〔本発明の効果〕

本発明によれば、ペレット化しにぐいイオン交換樹脂粉
末が混入した廃棄物乾燥粉末を、イオン交換樹脂の混入
量が多い場合にでも温度制御だけで安定にペレット化で
きる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来および本発明による造粒の過程をモデル化
した模式図、第２図は本発明の造粒温度とベレット強度
の関係金示した図、第３図は硫酸す）　ＩＪウム粉末と
イオン交換樹脂粉末の混合物の場合のベレット強度を従
来例と本発明とで比較した図、第４図は硫酸ナトリウム
粉末、イオン交換樹脂粉末および繊維性バインダーの混
合物の場合のベレット強度５０に！？／（［ｌｉＩ以上
の領域を示した図、第５図は本発明を実施するに好適な
一実施例のフロー図、第６図は本発明を実施するに好適
な造粒機の構造を示した図、第７図は造粒機のスクリー
ーフィーダの回転数と粉体の温度上昇の関係を示した図
、第８図は造粒機のロールの回転数と粉体の温度上昇と
の関係を示した図、第９図は造粒時の粉体の温度を所定
の範囲に制御するための温度制御システムを示した図で
ある。 （符号の説明） ５・・・混合機　　　　　　６・・・造粒機１４・・・
温度調節器　　　１５・・・ヒーター３７・・・制御装
置　　　　３８・・・温度センサ第１図 １　〜 造粒湿度　（°Ｃ） 石庶酔ナトリウム割合（％） 樹脂割合（ｙ、） ％４図 第５図 第７図 ロール回申云致（ｒｐ、ａ’）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、使用済イオン交換樹脂を含む廃棄物乾燥粉末の造粒
   において、前記イオン交換樹脂のガラス転移点以上且つ
   分解温度以下の所定温度で造粒することを特徴とする廃
   棄物乾燥粉末の造粒方法。 ２、９０℃以上１８０℃以下の温度で造粒する特許請求
   の範囲第１項記載の廃棄物乾燥粉末の造粒方法。 ３、イオン交換樹脂を含む廃棄物乾燥粉末に繊維性バイ
   ンダーを加えて造粒する特許請求の範囲第１項記載の廃
   棄物乾燥粉末の造粒方法。 ４、使用済イオン交換樹脂を含む廃棄物乾燥粉末の撹拌
   容器と、該撹拌容器内の上記廃棄物乾燥粉末を加熱する
   加熱装置と、上記撹拌容器から上記廃棄物乾燥粉末を受
   け入れてこれを圧縮成形する造粒機と、該造粒機内の圧
   縮成形時における上記廃棄物乾燥粉末の温度を上記使用
   済イオン交換樹脂のガラス転移点以上且つ分解温度以下
   の所定温度にするよう上記加熱手段を制御する制御装置
   と、からなることを特徴とする、使用済イオン交換樹脂
   を含む廃棄物乾燥粉末の造粒装置。 ５、前記制御装置は、前記造粒機内における廃棄物乾燥
   粉末の温度上昇を前記所定温度から差し引いた温度に前
   記撹拌容器内の廃棄物乾燥粉末の温度を保つよう前記加
   熱手段を制御する特許請求の範囲第４項記載の廃棄物乾
   燥粉末の造粒装置。 ６、前記造粒機は一対の造粒ロールおよびそれら間に粉
   末を圧入するスクリューフィーダを備え、前記制御装置
   は前記の温度上昇を該造粒ロールおよびスクリューフィ
   ーダの夫々の回転速度から検出する特許請求の範囲第５
   項記載の廃棄物乾燥粉末の造粒装置。