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技術 クリアランス金属の製造方法

出願人 JFEエンジニアリング株式会社東京電力ホールディングス株式会社日本原子力発電株式会社
発明者 菊地亨宮越靖宏広瀬道之多田光宏井田博之上山裕高木昌和
出願日 2017年5月26日 (3年1ヶ月経過) 出願番号 2017-104800
公開日 2018年12月20日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2018-200222
状態 未査定
技術分野 金属の製造または精製 汚染除去及び汚染物処理
主要キーワード 上導体 処分対象 搬入車両 定常作業 機械切 前処理作業 総排ガス量 溶融残渣
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

放射性金属廃棄物減容化を図ると共に、歩留まりのよいクリアランス金属の製造方法を提供する。

解決手段

本発明に係るクリアランス金属の製造方法は、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、放射性金属廃棄物投入工程と、スラグ原料投入工程と、放射性物質移行工程と、ダスト処理工程と、移し替え工程と、静置分離工程と、クリアランス金属生成工程と、生成金属放射能濃度測定工程と、クリアランス未達金属投入工程と、レードル溶融残渣生成工程と、再溶融可否判断工程と、溶融残渣投入工程と、溶融残渣処分工程を備えたものである。

概要

背景

原子力発電所等の放射能関連施設運用を停止し、解体する際に高レベル、中レベル低レベル放射性廃棄物が発生し、量的には低レベルの放射性廃棄物が全体の80%以上を占めている。放射性廃棄物は遮蔽できる場所に保管することが前提となるため、量的に廃棄物の大部分を占める低レベルの放射性廃棄物を保管するための処理は、場所確保の問題と費用の問題の両面で重要である。

現状では大幅な減容化が図れる溶融圧縮等の処理をした上で保管容器に入れて保管する方式が適用されつつある(特許文献1参照)。
ただし、特に放射性金属廃棄物に関しては、通常、金属自体が放射化しているのではなく、放射性物質が付着して汚染されているため、ブラスト薬剤洗浄等の物理化学的除染技術を適用し、かつ、高度に制御した溶融技術を適用すれば、ほぼ完全に金属と放射性成分の分離(クリアランス)が可能で、分離された金属は市中スクラップ業者等を経て製鉄業者等で形鋼線材原料として使用可能(フリーリリース)である。
ブラストによってクリアランス化する点については、例えば特許文献2に開示されている。

しかし、この除染金属は、少なくとも現状の日本においては市中で流通している金属スクラップと同等の原料利用(フリーリリース)が行われていない。再利用される場合であっても、少量を専ら原子力施設敷地内で使用する遮蔽容器インゴット遮蔽材)に溶融加工するといった程度の再利用形態に留まっているものと想定される。

このような状況に至っている原因は、原子力施設そのものの歴史が浅いため、施設寿命が来て廃棄する際に発生する廃棄物の量が少なかったこと、無害化された金属の市場流通の実績がないこと等がある。このため、まず、大量の放射性金属廃棄物に対して無害化を確実に達成すること、無害化された金属を原子力施設等で再利用した実績を作ることが重要と考えられる。

このためには、(i)放射性金属廃棄物から放射性物質を高度に分離除去し、金属の無害化を達成できる精密に制御された溶融プロセス確立し、(ii)再利用が容易なクリアランス金属を製造する方法を確立することが必須である。これによって、クリアランス金属に対する住民の不安を解消し、市中のスクラップと同じ扱いを受けて市中の製鉄業者等で形鋼や線材等汎用品への再利用に利用される(フリーリリース)という望ましい姿に近づく事ができると考えられる。

概要

放射性金属廃棄物の減容化をると共に、歩留まりのよいクリアランス金属の製造方法を提供する。本発明に係るクリアランス金属の製造方法は、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、放射性金属廃棄物投入工程と、スラグ原料投入工程と、放射性物質移行工程と、ダスト処理工程と、移し替え工程と、静置分離工程と、クリアランス金属生成工程と、生成金属放射能濃度測定工程と、クリアランス未達金属投入工程と、レードル溶融残渣生成工程と、再溶融可否判断工程と、溶融残渣投入工程と、溶融残渣処分工程を備えたものである。

目的

本発明はかかる課題を解決するものであり、放射性セシウム放射性ストロンチウムなどの溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物の減容化を図ると共に、放射性物質が分離除去されたクリアランス金属を歩留まりよく製造するクリアランス金属の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、溶融時にスラグダスト移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質汚染された放射性金属廃棄物を溶融炉投入する放射性金属廃棄物投入工程と、必要に応じて前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、前記溶融炉で溶融された溶融物レードル移し替える移し替え工程と、前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層スラグ層静置分離する静置分離工程と、前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、前記レードル溶融残渣の再溶融可否を前記レードル溶融残渣の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするクリアランス金属の製造方法。

請求項2

放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を、両側に傾動可能で傾動方向の両側の側面それぞれに排出口が設けられた溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、前記溶融炉を一方に傾動させ、一方の排出口から溶融物の上層を排出する溶融物上層排出工程と、排出された溶融物の上層を固化して溶融炉溶融残渣とする溶融炉溶融残渣生成工程と、前記溶融物上層排出工程によって溶融物の上層が排出された溶融炉を他方に傾動させ、他方の排出口から前記上層を排出した残りの溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の再溶融可否を、各々の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするクリアランス金属の製造方法。

請求項3

放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、主として放射性セシウム及び/又は放射性ストロンチウムからなる放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、必要に応じて前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、前記溶融炉で溶融された溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、前記レードル溶融残渣の再溶融可否を前記レードル溶融残渣の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするクリアランス金属の製造方法。

請求項4

放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、主として放射性セシウム及び/又は放射性ストロンチウムからなる放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を、両側に傾動可能で傾動方向の両側の側面それぞれに排出口が設けられた溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、前記溶融炉を一方に傾動させ、一方の排出口から溶融物の上層を排出する溶融物上層排出工程と、排出された溶融物の上層を固化して溶融炉溶融残渣とする溶融炉溶融残渣生成工程と、前記溶融物上層排出工程によって溶融物の上層が排出された溶融炉を他方に傾動させ、他方の排出口から前記上層を排出した残りの溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の再溶融可否を、各々の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするクリアランス金属の製造方法。

請求項5

前記スラグ原料投入工程におけるスラグ原料の全部又は一部は、前記放射性金属廃棄物を溶融した後に固化したものの放射能濃度が所定値よりも低い前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のクリアランス金属の製造方法。

請求項6

前記再溶融可否判断工程は、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の放射能濃度を測定して測定値に基づいて判断することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のクリアランス金属の製造方法。

請求項7

前記再溶融可否判断工程は、レードル溶融残渣の放射能濃度変動の推定値に基づいて予め定めたレードル溶融残渣の再溶融回数によって判断することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のクリアランス金属の製造方法。

請求項8

前記クリアランス金属生成工程において前記レードルから抜き出された金属の放射能濃度を測定する生成金属放射能濃度測定工程と、前記生成金属放射能濃度測定工程で測定値が基準値を超えた金属を前記溶融炉に投入するクリアランス未達金属投入工程を備えたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のクリアランス金属の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、放射性セシウム放射性ストロンチウムなどの溶融時にスラグダスト移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質汚染された放射性金属廃棄物から放射性物質を分離除去して、クリアランスレベル市中金属スクラップと同等に流通させることが可能な除染レベル)の金属(以下、「クリアランス金属」という)を製造する方法に関する。

背景技術

0002

原子力発電所等の放射能関連施設運用を停止し、解体する際に高レベル、中レベル低レベル放射性廃棄物が発生し、量的には低レベルの放射性廃棄物が全体の80%以上を占めている。放射性廃棄物は遮蔽できる場所に保管することが前提となるため、量的に廃棄物の大部分を占める低レベルの放射性廃棄物を保管するための処理は、場所確保の問題と費用の問題の両面で重要である。

0003

現状では大幅な減容化が図れる溶融や圧縮等の処理をした上で保管容器に入れて保管する方式が適用されつつある(特許文献1参照)。
ただし、特に放射性金属廃棄物に関しては、通常、金属自体が放射化しているのではなく、放射性物質が付着して汚染されているため、ブラスト薬剤洗浄等の物理化学的除染技術を適用し、かつ、高度に制御した溶融技術を適用すれば、ほぼ完全に金属と放射性成分の分離(クリアランス)が可能で、分離された金属は市中のスクラップ業者等を経て製鉄業者等で形鋼線材原料として使用可能(フリーリリース)である。
ブラストによってクリアランス化する点については、例えば特許文献2に開示されている。

0004

しかし、この除染金属は、少なくとも現状の日本においては市中で流通している金属スクラップと同等の原料利用(フリーリリース)が行われていない。再利用される場合であっても、少量を専ら原子力施設敷地内で使用する遮蔽容器インゴット遮蔽材)に溶融加工するといった程度の再利用形態に留まっているものと想定される。

0005

このような状況に至っている原因は、原子力施設そのものの歴史が浅いため、施設寿命が来て廃棄する際に発生する廃棄物の量が少なかったこと、無害化された金属の市場流通の実績がないこと等がある。このため、まず、大量の放射性金属廃棄物に対して無害化を確実に達成すること、無害化された金属を原子力施設等で再利用した実績を作ることが重要と考えられる。

0006

このためには、(i)放射性金属廃棄物から放射性物質を高度に分離除去し、金属の無害化を達成できる精密に制御された溶融プロセス確立し、(ii)再利用が容易なクリアランス金属を製造する方法を確立することが必須である。これによって、クリアランス金属に対する住民の不安を解消し、市中のスクラップと同じ扱いを受けて市中の製鉄業者等で形鋼や線材等汎用品への再利用に利用される(フリーリリース)という望ましい姿に近づく事ができると考えられる。

先行技術

0007

特開2013−40841号公報
特開2007−248066号公報

発明が解決しようとする課題

0008

この点、特許文献1に開示された技術は、放射線利用施設で発生する処理対象の金属解体廃棄物高周波溶融して、鋳型によって放射線計測が可能な平板形状にインゴット形成するというものであり、金属解体廃棄物の減容化はできるものの、放射性金属廃棄物の無害化によるクリアランス金属の製造には至っていない。

0009

本発明はかかる課題を解決するものであり、放射性セシウムや放射性ストロンチウムなどの溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物の減容化を図ると共に、放射性物質が分離除去されたクリアランス金属を歩留まりよく製造するクリアランス金属の製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0010

(1)本発明に係るクリアランス金属の製造方法は、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、
溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を溶融炉投入する放射性金属廃棄物投入工程と、
必要に応じて前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、
投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、
前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、
前記溶融炉で溶融された溶融物レードル移し替える移し替え工程と、
前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層スラグ層静置分離する静置分離工程と、
前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、
前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、
前記レードル溶融残渣の再溶融可否を前記レードル溶融残渣の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするものである。

0011

(2)また、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、
溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を、両側に傾動可能で傾動方向の両側の側面それぞれに排出口が設けられた溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、
前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、
投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、
前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、
前記溶融炉を一方に傾動させ、一方の排出口から溶融物の上層を排出する溶融物上層排出工程と、
排出された溶融物の上層を固化して溶融炉溶融残渣とする溶融炉溶融残渣生成工程と、
前記溶融物上層排出工程によって溶融物の上層が排出された溶融炉を他方に傾動させ、他方の排出口から前記上層を排出した残りの溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、
前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、
前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、
前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、
前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の再溶融可否を、各々の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするものである。

0012

(3)本発明に係るクリアランス金属の製造方法は、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、
主として放射性セシウム及び/又は放射性ストロンチウムからなる放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、
必要に応じて前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、
投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、
前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、
前記溶融炉で溶融された溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、
前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、
前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、
前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、
前記レードル溶融残渣の再溶融可否を前記レードル溶融残渣の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするものである。

0013

(4)また、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、
主として放射性セシウム及び/又は放射性ストロンチウムからなる放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を、両側に傾動可能で傾動方向の両側の側面それぞれに排出口が設けられた溶融炉に投入する放射性金属廃棄物投入工程と、
前記溶融炉にスラグの原料となるスラグ原料を投入するスラグ原料投入工程と、
投入物を溶融炉で溶融することにより、前記放射性物質を前記放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる放射性物質移行工程と、
前記ダストを回収して処理するダスト処理工程と、
前記溶融炉を一方に傾動させ、一方の排出口から溶融物の上層を排出する溶融物上層排出工程と、
排出された溶融物の上層を固化して溶融炉溶融残渣とする溶融炉溶融残渣生成工程と、
前記溶融物上層排出工程によって溶融物の上層が排出された溶融炉を他方に傾動させ、他方の排出口から前記上層を排出した残りの溶融物をレードルに移し替える移し替え工程と、
前記レードルを静置してレードル内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する静置分離工程と、
前記レードルから前記溶融金属層の一部を前記スラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とするクリアランス金属生成工程と、
前記溶融金属層を抜き出した後に前記レードル内に残っている溶融物を排出してレードル溶融残渣とするレードル溶融残渣生成工程と、
前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の再溶融可否を、各々の放射能濃度に基づいて判断する再溶融可否判断工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を前記放射性金属廃棄物と共に前記溶融炉に投入する溶融残渣投入工程と、
前記再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣を放射性廃棄物として処分する溶融残渣処分工程を備えたことを特徴とするものである。

0014

(5)また、上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のものにおいて、前記スラグ原料投入工程におけるスラグ原料の全部又は一部は、前記放射性金属廃棄物を溶融した後に固化したものの放射能濃度が所定値よりも低い前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣であることを特徴とするものである。

0015

(6)また、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のものにおいて、前記再溶融可否判断工程は、前記溶融炉溶融残渣及び/又は前記レードル溶融残渣の放射能濃度を測定して測定値に基づいて判断することを特徴とするものである。

0016

(7)また、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のものにおいて、前記再溶融可否判断工程は、レードル溶融残渣の放射能濃度変動の推定値に基づいて予め定めたレードル溶融残渣の再溶融回数によって判断することを特徴とするものである。
(8)また、上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のものにおいて、前記クリアランス金属生成工程で前記レードルから抜き出された金属の放射能濃度を測定する生成金属放射能濃度測定工程と、前記生成金属放射能濃度測定工程で測定値が基準値を超えた金属を前記溶融炉に投入するクリアランス未達金属投入工程を備えたことを特徴とするものである。

発明の効果

0017

本発明によれば、歩留まりよくクリアランス金属の製造ができると共に、放射性物質で汚染されたスラグの処分量の減容化を実現できる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の実施の形態1に係るクリアランス金属の製造方法のフローチャートである。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における放射性金属廃棄物投入工程(密閉投入)を説明する説明図である。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における放射性金属廃棄物投入工程(開放投入)を説明する説明図である。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における放射性金属廃棄物投入工程(プッシャー式の密閉投入方式)を説明する説明図である。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における放射性金属廃棄物投入工程(吊下げ式の密閉投入方式)を説明する説明図である。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における出湯開始からの時間と溶融金属温度変化の関係を示すグラフである。
本発明の実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法における移し替え工程、静置分離工程及びクリアランス金属生成工程の説明図である。
本発明の実施の形態2に係るクリアランス金属の製造方法のフローチャートである。
本発明の実施の形態2に係るクリアランス金属の製造方法における溶融物上層排出工程の説明図である。
本発明の実施の形態2に係るクリアランス金属の製造方法における移し替え工程の説明図である。

実施例

0019

[実施の形態1]
本実施の形態に係るクリアランス金属の製造方法は、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を製造する方法であって、図1に示すように、放射性金属廃棄物投入工程と、スラグ原料投入工程と、放射性物質移行工程と、ダスト処理工程と、移し替え工程と、静置分離工程と、クリアランス金属生成工程と、レードル溶融残渣生成工程と、再溶融可否判断工程と、溶融残渣投入工程と、溶融残渣処分工程とを備えたものである。
なお、図1に示した各工程は必ずしも図1に示した順番に進行するものではなく、例えば放射性物質移行工程とダスト処分工程については、各工程における処理が同時に進行する場合もある。
以下、各工程に使用している用語の意味について説明し、その後、各工程の詳細及び各工程に付随する処理について説明する。

0020

<用語の説明>
[放射性金属廃棄物]
「放射性金属廃棄物」とは、主として金属からなる放射性廃棄物をいう。原子力発電所で発生する放射性金属廃棄物は、たとえば、施設内に設置等されていたものであって、その施設の廃止修理、変更、事故等に伴って廃棄されたものである。使用形態としては、タンク配管類歩廊ダクト支柱ポンプモーター等があり、これらには、放射性セシウムや放射性ストロンチウム等の放射性核種が付着している放射性金属廃棄物である。

0021

なお、放射性金属廃棄物に付着した放射性物質は、その種類によって溶融状態での挙動が異なる。セシウムストロンチウムは、スラグとの親和性が高いためスラグに移行するが、コバルト等はこの様な挙動を示さない。本発明は、放射性セシウムや放射性ストロンチウムなど溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を対象としている。

0022

[クリアランス金属]
「クリアランス金属」とは、この放射能濃度がクリアランスレベル以下の金属をいう。ここで、クリアランスレベルとは、金属やコンクリート等がどのように再利用または廃棄物として埋め立てられたとしても人体への影響は無視できると国際原子力機関(IAEA)が認めているレベルで、たとえば放射性セシウムについては0.1Bq/g以下、放射性ストロンチウムについては1Bq/g以下である。

0023

なお、原子力発電所の廃止措置で発生する廃棄物は、放射能濃度により以下の様に区分される。

L1:中深度処分対象放射性廃棄物
L2:浅地中ピット処分対象放射性廃棄物
L3:浅地中トレンチ処分対象放射性廃棄物
CL:クリアランス対象物
NR:放射性廃棄物でない廃棄物

0024

次に本実施の形態のクリアランス金属の製造方法における各工程について詳細に説明する。
<放射性金属廃棄物投入工程>
放射性金属廃棄物投入工程は、放射性セシウムや放射性ストロンチウムなど溶融時にスラグやダストに移行しやすい放射性核種が主成分の放射性物質で汚染された放射性金属廃棄物を溶融炉に投入する工程である。
放射性金属廃棄物投入工程の前に、放射性金属廃棄物の分別、前処理を行うのが好ましい。

0025

《分別》
廃炉処理する原子力発電施設等から発生する放射性金属廃棄物は、炭素鋼が9割以上を占めると想定されるが、炭素鋼の他にも銅やクロム等が混在している。鉄以外の成分の割合にもよるが、これらを混合した状態で溶融処理しても、クリアランス金属を製造することは可能である。また、その様なクリアランス金属でも、カウンターウエイト等として用いることができる。

0026

しかし、不純物が多いクリアランス金属は、再利用の用途が限定されることから、炭素鋼以外の金属は除いて処理することが望ましい。炭素鋼以外は、溶融炉に投入する前に、可燃物無機物、銅、アルミニウム合金及びステンレス鋼等に分別し、別途処理することが望ましい。

0027

放射性金属廃棄物の分別方法について説明する。
分別方法としては、磁力選別及び手動選別を組み合わせるのが好ましい。
ステンレス鋼は混合溶融しても溶融処理は可能であるが、溶融処理後の金属の再利用に際しては、クロム等の合金成分に組成制限があるため、分別によって溶融対象外とするのが好ましい。
また、炭素鋼にも銅(Cu)等に組成制限があり、銅の含有率の高いものは分別によって溶融対象外としてもよい。
さらに、作業の安全上及びクリアランス金属の製造効率上、線量率測定を行い高線量の金属廃棄物は除外するのが好ましい。

0028

《前処理》
放射性金属廃棄物は、精密に制御された円滑な溶融を行うために、溶融炉に入れる前に細断し、細断したものを固縛してバケットに入れて溶融炉に投入することが望ましい。
溶融炉処理規模及び投入方式並びに溶融方式(溶融炉構造)により炉投入の開口寸法は制約があり、これに基づき最大投入寸法が規定される。例えば、タンク類金属くずの中の大型の物は、切断等の前処理により投入寸法までダウンサイジングする必要がある。

0029

溶融炉に投入するサイズはある程度細かい方が溶解に有利であるが、細断に要するエネルギーコストが細かくするほど大きくなるため、両者を考慮して現実的に適するサイズを選択する。
また、固縛物やバケットを投入する場合であっても、炉の入口やホッパー等に引っ掛かって、一部がこぼれ落ちて蓋や扉の開閉阻害する場合があるのでこの点にも留意する必要がある。

0030

なお、溶融施設には人が入って作業することが難しいため、投入前に実際の投入部と同じ構造の投入部を人が容易に入れる場所に作成して、投入の試行を行って円滑な投入を確認した後で実際に投入作業を行うようにするのがより好ましい。

0031

前処理を行うために、前処理設備を設置し、前処理設備において搬入車両からの処理対象物受入・保管、さらには放射性金属廃棄物の材質の分別方法による分別及び投入寸法までのダウンサイジングを行って一時保管し、かつ、溶融炉へ投入する形態(梱包及び容器詰め等)にして溶融設備搬出できるようにするのが好ましい。

0032

なお、受入れから溶融炉への投入前の保管までに必要と考えられる工程としては、受入工程、選別工程及び切断工程となるが、各工程の要件は以下に示すとおりである。

0033

〔受入工程〕
放射性金属廃棄物の受入工程では、車両搬入口の線量検知装置ゲートモニタ等)で、対象外の高線量物を検知した上で排除し、搬出するようにすることが望ましい。

0034

〔選別工程〕
選別工程では、放射線モニタ等を用いて、線量又は材質・形状による選別を行う。線量選別では、放射線モニタ 等で高線量と評価したものを隔離して高線量物を仮置きした後で構内の保管施設へ移動する等の対策を取ることで、前処理作業員の被ばく低減及び処理物への汚染防止を実現できる。

0035

また、材質選別ではアルミニウム合金、銅及び樹脂等の溶融不適物混入を防止することで、安定した溶融及び金属鋳造物の品質確保が実現できる。材質選別の次に形状選別を行うのが好ましく、形状選別では複雑構造物及び単純構造物の選別並びに金属厚さによる選別等により、後工程である切断方法を選択する。

0036

〔切断工程〕
切断工程は、処理対象物のダウンサイジングを行う工程であるが、原則として機械切断を行い、補助的に手動切断を行うようにすればよい。

0037

次に、放射性金属廃棄物が投入される溶融炉について説明する。
《溶融炉》
本発明における溶融炉で行う機能としては、(i)放射性元素と金属との分離、(ii)分離の促進(分離促進のためのスラグの添加)、(iii)用途に応じた成分調整、(iv)用途に応じた成型加工のための液状化などが挙げられる。

0038

このような機能が求められる溶融炉としては、低周波、中周波および高周波誘導炉プラズマ炉アーク炉ガス炉キュポラ等が適用可能であり、それぞれに特長があるため、特徴を案して選択すればよい。
また、密閉性が高く、炉からのダストやガス漏れ出しが少ない構造のものを適用するのが望ましい。また、溶融熱源は、容易に高温が得られ操作性が良く放射性金属廃棄物の溶融に適した電気式が望ましい。すなわち、低周波、中周波および高周波誘導炉、プラズマ炉、アーク炉である。

0039

プラズマ炉は、雑固体や灰などの無機物の溶融が可能である。また、トーチ挿入部の密閉化が可能である。アーク炉は、プラズマ炉と同様に無機物溶融が可能であり、鉄スクラップの溶融によく用いられている。ただし、電極部が高温になるため、挿入部の密閉化ができない。誘導炉は加熱原理上導体渦電流を発生させることで加熱するので、処理対象物に形状が異なる処理物や無機物が混在している場合は、溶融効率が低下(溶融時間を要する又は加熱できない)するおそれがある。

0040

代表的な電気式溶融炉の炉形状及び特徴を示す。プラズマ炉及びアーク炉は表面より加熱するため間口(炉径)が広く、浴深が浅い。また間口(炉径)が広くできるため投入物サイズを大きくできる。
誘導炉は、炉側壁に配置した加熱コイルにより間接的に溶融処理物を加熱するため間口(炉径)が狭く、浴深が深い。また、間口(炉径)が狭いため投入物サイズは小さくなる。

0041

〔投入方式〕
溶融炉への投入方式としては、密閉投入及び開放投入があるが、それぞれの構造及び特徴を説明する。
図2は、密閉投入を説明する説明図であり、図2において、1は炉体、3は炉蓋、5は炉側壁に具備された投入供給装置を示している。炉体1と炉蓋3の間は密封されている。投入供給装置5は、放射性金属廃棄物を受け入れるホッパー7と、投入シュート8と、投入シュート8に設けられたダブルダンパ9と、プッシャー11を有している。

0042

投入供給装置5によって行う密閉投入の特徴として、連続投入が可能でありオフガス密閉が可能である。ただし、投入物サイズが供給装置の間口サイズに制約されるため、投入サイズを大きくすることが困難である。
密閉投入が適用されるものとしては、プラズマ炉、アーク炉である。

0043

図3は開放投入を説明する説明図である。開放投入は、図3に示すように、炉蓋3を開放して放射性金属廃棄物を投入する。
開放投入の特徴として連続投入が不可であるためバッチ(間欠)投入となり、炉蓋開放時にガスが飛散しオフガス密閉が不可であるため二重筺体(炉体1を囲い、環境集塵)が必要となる。ただし、投入物サイズは炉径以外に制約を受けないため、投入物サイズを大きくすることが容易である。
開放投入が適用されるものとしては、プラズマ炉、アーク炉、誘導炉である。

0044

密閉投入は、炉からの発生ガス以外の吸込みがないため排ガス量は少ない。一方、開放投入は、炉からの発生ガス以外に炉蓋シール面からの吸込みがあり排ガス量が多い。また、二重筺体部の集塵空気が多く、総排ガス量は密閉投入の70倍にもなることがある。

0045

炉への金属の投入機構に関し、密閉投入方式はプッシャー式(直接投入)又は吊下げ式(容器投入)が適用可能である。
図4は、プラズマ炉のプッシャー式の密閉投入方式の説明図である。図4において、図2と同一部分には同一の符号を付してある。図4において、図2と同一部分には同一の符号を付してある。図中、13は投入時以外において炉体1とプッシャー11の間を遮断する密閉式投入ゲートである。
なお、供給口は、1炉当たり2基設置し放射性金属廃棄物を連続的に炉内へ供給することができる。図4においては、1基のみを図示している。

0046

投入フローを図4に基づいて説明すると、まず、投入ゲート13を閉じた状態で、ホッパー7から溶融処理対象の投入物15を投入して上段ダンパ9aで受ける(図4(a))。次に、上段のダンパ9aを開いて、下段のダンパ9bに投入物15を移動し(図4(b))、上段のダンパ9aを閉じ、下段のダンパ9bを開いて投入物15をプッシャー11に投入する(図4(c))。
下段のダンパ9bを閉じ、投入ゲート13を開いてプッシャー11を作動させて投入物15を炉内に投入する(図4(d))。

0047

供給口は炉側壁に設置することになるので、供給口の大きさが制限される。また、一般に不定形物体をプッシャー11で押し込む場合、閉塞をなくすため、投入物15は供給口の1/3〜1/4程度(経験値)にする必要がある。

0048

図5はプラズマ炉の吊下げ式の密閉投入方式の説明図である。図5において、図4と同一部分には同一の符号を付してある。図5において、17は吊下げシュート、19は吊下げ装置、21は移動台車、23は投入ゲート、24は投入ゲートを駆動するゲート駆動部、25は投入物15を入れた容器(ボックスパレット)であり、その他、図4共通部分には共通の符号を付してある。

0049

投入フローを図5に基づいて説明すると、投入ゲート23を閉じた状態で、投入物を入れた容器25を移動台車21で吊下げシュート17の近傍に移動する(図5(a))。吊下げ装置19で容器25を吊下げて吊下げシュート17の内部に移動する(図5(b))。ゲート駆動部24によって投入ゲート23を開け、吊下げ装置19で容器25を炉内に投入する。
吊下げ式の投入はバッチ投入となるが、最大投入サイズは、プッシャー式に比べて大きくできる。

0050

上より、投入物15の大きさの制限が緩いという点ではプッシャー式よりも吊下げ式が望ましい。

0051

<スラグ原料投入工程>
スラグ原料投入工程は、溶融によってスラグとなるスラグ原料(石灰ケイ砂等)を溶融炉に投入する工程である。

0052

スラグ層は、溶融時に溶湯表面からの輻射による炉蓋や炉体の劣化を抑制すると共に、例えばプラズマトーチ等で非常に高い温度となる部分がある場合には、同様に輻射による劣化影響も大幅に低減する。このため、一般的な製鋼操業においても、スラグ層を形成させている。必要なスラグ量は、誘導炉の場合だと金属の数%、プラズマ炉やアーク炉の場合だと金属の10〜15%程度である。

0053

もっとも、放射性金属廃棄物中には通常2〜3%程度のスラグ成分が含まれているので、溶融炉に投入が必要なスラグ原料の量は、その分が差し引かれる。さらに、溶融時に放射性金属廃棄物の鉄(Fe)も、酸化してスラグに移行する。
したがって、必要なスラグ量が少ない誘導炉の場合は、あえてスラグ原料を投入しなくても処理可能な場合もある。ただし、放射性金属廃棄物の放射能濃度が高い場合など、スラグとメタルの分離をより精密に行うことが必要なときは、スラグ原料を投入することが望ましい。
一方、プラズマ炉やアーク炉の場合は、炉体維持や溶融エネルギー効率維持のためにある程度の量のスラグが必要である。スラグ原料を多く投入すればメタルの放射能濃度の低下が促進されるが、操業が大変になり、操業に必要なエネルギーも多くなるので、適切な量を投入することが好ましい。

0054

なお、再溶融可否判断工程で再溶融できると判断された溶融残渣を、溶融炉に投入して再溶融する場合は、その溶融残渣がスラグ原料と同様の役割を果たすので、その分、スラグ原料の投入量を少なくしたり、不要にしたりすることができる。

0055

以上のように、放射性物質の移行バランス、炉体1の劣化防止、熱の効果的な利用を図るために、少なくとも溶融残渣が溶融炉に投入されて、再溶融されない場合、放射性物質移行工程においては、必要に応じてスラグ原料(石灰、ケイ砂)を添加してスラグとダストの移行バランスを調整することが望ましく、この理由から本実施の形態ではスラグ原料投入工程を備えている。

0056

<放射性物質移行工程>
放射性物質移行工程は、投入物15を溶融炉で溶融することにより、放射性物質を放射性金属廃棄物から分離してスラグ及びダストに移行させる工程である。
放射性金属廃棄物に付着した放射性物質(主としてストロンチウムとセシウム)は、放射性金属廃棄物を溶融することで、金属から分離してスラグ及びダストに移行させることができる。

0057

ストロンチウムは、その殆ど(97%以上)がスラグに移行し、残部がダストに移行する。また、セシウムについては、溶融工程で揮発して一部(10〜70%程度)がダストに、残りがスラグに移行する。
また、カリウム性質が似ているアルカリ元素であるセシウムは、スラグの塩基度(CaO/SiO2)を小さくするとスラグに捕捉される割合が大きくなることが知られている。

0058

ストロンチウム及びセシウムは、スラグに移行するため、この場合、スラグ量が少ないとたとえばスラグ中のストロンチウム濃度が相対的に高くなり、スラグと金属の分離時に金属に巻込まれるストロンチウム量が増加する可能性がある。
さらに、セシウムについては、放射性物質移行工程で揮発してスラグと飛灰に分離されるが、他の揮発成分やダストとして随伴する成分が少ないと、集塵機での放射能濃度が高くなり、メンテナンス等で人力作業が制限されて不都合が生じる場合がある。
以上のように、放射性物質移行工程においては、スラグの量や塩基度などを適切に調整し、放射性物質の放射性金属廃棄物からスラグ及びダストへの移行を促進させることが望ましい。

0059

なお、放射性物質をスラグに移行させると、スラグと溶融金属は、密度がそれぞれ、2.7t/m3、7t/m3と大きく異なるため、溶融炉内密度差により二層に分離している。放射性物質は、スラグに移行する。

0060

溶融炉での溶融においては、エネルギー効率を向上させるため、できるだけ溶融温度下げることが好ましい。
製鉄工程では銑鉄鋼鉄があるが、これらの違いは主に炭素濃度にあり、炭素濃度が3%の銑鉄の溶融温度は1300℃程度であるのに対し、炭素濃度が0.5%の鋼鉄は約1490℃とその差は非常に大きい。一方、粘性溶融鉄温度の上昇と共に低下し、炭素濃度の増加と共に低下する傾向にある。

0061

したがって、後述する静置分離工程において金属とスラグをレードルで静置して分離する場合、溶融金属とスラグの分離をよくするためには、溶融温度を溶融金属の融点よりも十分に大きくするか、炭素濃度を増加させて(最大4.5%まで)、溶融金属の粘性と溶融温度を下げることが有効である。なお、分離後に金属を成型・加工するため、外部からエネルギーを加えて再加熱したり保温したりすることは避けることが望ましい。

0062

一般的に溶融炉からレードルに移す時点で、溶融金属の温度は30℃〜70℃程度低下する。さらに、レードル内で静置分離する時間は4分程度必要であり、その間の温度降下や鋳造工程での温度降下を考慮すると、溶融炉内の溶融温度は融点よりも100℃以上高くすることが望ましい。それにより、分離促進に有効に作用し、融点近傍で加温や保温をするより、高度な分離が可能となる。

0063

レードルを用いた場合について溶融金属の温度降下を検討した結果を図6に示す。図6において、26は溶融炉、27はレードル、29は鋳型、31は溶融金属、33はスラグを示している。
スラグ33の分離可能時間は、出湯から鋳込み終了までの時間から、出湯時間、移送時間及び鋳造時間を差し引いた値となる。いずれの場合も、スラグ分離時間を4分以上確保することが可能であり、スラグ33と溶融金属を分離することが可能であることが分かる。

0064

加炭は、放射性金属廃棄物を溶融炉26に投入する際に、コークスや炭などの炭材を必要分一緒に投入し、同時に溶融することによって比較的容易に達成され、攪拌効果の高い溶融方式の場合に加炭効率は高くなる。なお、キュポラ等の炭材を溶融熱源とする溶融方式については自然に加炭されることになる。加炭してスラグ33を分離し溶融金属を得た場合、最終的な用途に応じて成分調整が必要となる場合がある。鋼鉄で使用する場合には、脱炭する必要があるが、空気や酸素吹き込みで炭素燃焼させることにより脱炭と温度低下の防止を両立させることができる。なお、分離後の溶融金属の脱炭工程については、基本的にクリアランスを満足しているか、あるいはほぼ満足しているものを対象とするため、密閉条件で行えば汚染の可能性は非常に小さい。

0065

<ダスト処理工程>
ダスト処理工程は、放射性物質移行工程における溶融炉26から発生するダストを回収して処理する工程である。
放射性物質移行工程では、上述したように放射性物質のうち、特にセシウムはダストに移行する割合が多い。
溶融炉26から発生するダストを集塵機で捕捉して、ダストを放射性廃棄物として処理する。
ダストに移行させることで減容化が図られる。

0066

<移し替え工程>
移し替え工程は、溶融炉で溶融された溶融物をレードルに移し替える工程である。
溶融炉内の溶湯深さが浅いため、出湯の際に溶融金属がスラグを巻き込む可能性があり、二層に分離した状態を維持して、溶融金属とスラグが混ざらないように別々に排出することは容易ではない。
そこで、深いレードルに受け、再度、分離のために静置時間をとって、高い分離精度を確保することが望ましいため、当該工程を採用した。

0067

移し替え工程の具体的な方法を図7に示す。なお、図7においては、図6と同一部分には同一の符号を付してある。
移し替え工程においては、図7に示すように、溶融炉26を傾動させて溶融金属31とスラグ33をレードル27に移し替える。

0068

<静置分離工程>
静置分離工程は、移し替え工程でレードル27に溶融物を移した後、レードル27を静置してレードル27内の溶融物を溶融金属層とスラグ層に静置分離する工程である。
前述したように、スラグ33と溶融金属31は、密度がそれぞれ、2.7t/m3、7t/m3と大きく異なるため、レードル27内で密度差により上側にはスラグ層、下側には溶融金属層の二層に分離できる。
前述したように、レードル27内で静置分離する時間は4分程度必要である。なお、レードルは、静置分離に用いられる以外に、溶融金属を成型加工する際にも利用することができる。

0069

<クリアランス金属生成工程>
クリアランス金属生成工程は、図7に示すように、レードル27の底から溶融金属31の一部をスラグ層が混ざらないように抜き出してクリアランス金属とする工程である。
静置分離後に、レードル27の底部の開口部を開けると、溶融金属31が重力で落下する。一般的に、開口当初は、溶融金属31のみが落下するが、時間が経過して、溶融金属31の深さが浅くなるとあるタイミングで表面のスラグ33が直接開口部に引き込まれる渦流が生成する。
スラグ層に放射性物質が移行しているので、抜き出す溶融金属31にスラグ33を巻きこまないようにする必要がある。

0070

そのためには、スラグ33と一部の溶融金属31がレードル27に残ることを許容して溶融金属31を抜出すようにすればよい。すなわち、スラグ層と溶融金属31の界面の位置が抜出し口の近くになるとスラグ33を巻きこむ可能性が高くなるので、界面の高さが余裕をもって高い位置で抜出しを停止するようにする。余裕のある位置までであれば、抜き出しの速度をある程度早くしても巻きこみの心配がない。このように抜き出すことで、スラグ33の巻きこみを確実に防止してクリアランス金属を製造できる。

0071

もっとも、界面が抜出し口から十分に高い位置で抜出しを停止すると、溶融金属31が多量に残るため、これを廃棄処分とすれば歩留まりが悪くなる。
そこで、本発明では、スラグ層と溶融金属31が残った状態で、溶融残渣として回収し、この溶融残渣を再溶融するようにしている。これによって、確実なクリアランス化と溶融金属回収の歩留まり向上の両方を達成できる。

0072

なお、レードル27の底部に設ける開口が大きくなると、溶融金属31の抜出しの速度は速くなり効率がよくなるが、その一方で界面が高い段階で渦流が生成されるので1回での抜出し量が少なくなり、溶融残渣として再溶融する量が多くなる。
逆に、レードル27の底部に設ける開口が小さくなると、溶融金属31の抜出しの速度は遅くなり効率は悪くなるが、その一方で界面が低い位置まで渦流が生成されないので、1回での抜出し量が多くなり、溶融残渣として再溶融する量は少なくなる。このように、レードル27の底部に設ける開口はクリアランス金属生成工程の効率に影響するので、実際に操業する各種の条件に基づいて最適値に設定するのが好ましい。

0073

<生成金属放射能濃度測定工程>
生成金属放射能濃度測定工程は、クリアランス金属生成工程においてレードルから抜き出された金属の放射能濃度を測定する工程である。日本におけるクリアランスレベルの検認は、(i)事業者による測定・評価方法の設定を、(ii)原子力規制委員会が認可し、(iii)事業者が測定・評価方法を実施し、さらに(iv)原子力規制委員会が測定・評価の結果確認、というプロセスで行われる。成型品の出荷までの間と出荷後の腐食防止のために、成型・加工後に防錆剤の塗布等の防食対策を行う必要がある。
もっとも、クリアランス金属として出荷することを目的とした放射能濃度測定ではなく、レードルから抜き出された金属を再び溶融炉26に戻す必要があるかどうかを判定することを目的とした予備的な測定であれば、放射能濃度が基準値(たとえば、クリアランスレベルに相当する数値や、それに安全率を見込んで0.8を掛けた数値とするなど任意に設定してよい)以下かどうかを確認するだけの簡易な測定とすることもできる。

0074

放射能濃度の測定は専用測定機器を用いて行われ、たとえば、一辺が約1mの鉄製の箱に測定物収納し、6面全てを測定する方法で行われる。測定時間は、10数分程度である。
測定でクリアランスレベルに到達していることが確認され、国の確認が与えられれば、法的制約の無い条件で保管し、出荷することができる。

0075

<クリアランス未達金属投入工程>
クリアランス未達金属投入工程は、生成金属放射能濃度測定工程で基準値を超えていると判定された金属を放射性物質移行工程における溶融炉26に戻して再溶融する工程である。
処理対象と考えている放射性金属廃棄物中の放射性ストロンチウム(Sr90)の表面線量率の最大値が概ね1mSv/hで、全体の加重平均を0.1mSv/hとする。この加重平均値は放射能濃度160Bq/gに相当するものとする。スラグの発生量高周波炉を想定して、スラグ装入量(スクラップからのスラグ成分を含む)を2%、溶融時のスラグ化率を70%、放射性ストロンチウム(Sr90)のスラグへの捕捉率を100%とする。
本実施の形態に基づいて、処理された金属がクリアランスレベル(1Bq/g以下)を満足できない場合の主な原因は、操業ミス定常作業を逸脱した作業を行った場合など)や装置の不具合になどによって、スラグ分がメタルに混入することである。このスラグ混入量の最大値は経験的に約700g/tである。このスラグ混入量の最大値700g/tのときの放射能濃度は、前述の仮定値から計算すると8Bq/g(※1)となる。これが、クリアランス未達金属の最大の最大放射能濃度と考えられるが、これは、放射性金属廃棄物中の放射性ストロンチウム(Sr90)の加重平均放射能濃度である160Bq/gと比較して十分に低く、再投入する価値は十分にある。
※1.{(160×1000×1000×1)/(0.02×1000×1000×0.7)}×700/1000000

0076

同様に、放射性金属廃棄物中の放射性セシウム(Cs137)の表面線量率の最大値が概ね1mSv/hで、全体の加重平均を0.1mSv/hとする。この加重平均値は放射能濃度145Bq/gに相当するものとする。スラグの発生量は高周波炉を想定して、スラグ装入量(スクラップからのスラグ成分を含む)を2%、溶融時のスラグ化率を70%、放射性セシウム(Cs137)のスラグへの捕捉率を60%とする。
スラグ混入量の最大値700g/tのときの放射能濃度は、前述と同様の計算から4.4Bq/g(※2)となる。これが、クリアランス未達金属の最大の最大放射能濃度と考えられるが、これは、放射性金属廃棄物中の放射性セシウム(Cs137)の加重平均放射能濃度である145Bq/gと比較して十分に低く、再投入する価値は十分にある。
※2.(160×1000×1000×1)/(0.02×1000×1000×0.7)}×700/1000000

0077

したがって、放射性金属廃棄物にクリアランス未達金属を混ぜて処理すると、処理対象物全体の平均放射能濃度が明らかに下がる(希釈される)ので、放射性物質移行工程においてメタル中に放射性物質の濃度も確実に低下する。また、放射性金属廃棄物からクリアランス金属を回収する回収率が向上すると共に、クリアランス未達金属を廃棄物として処分する必要もなくなる。
クリアランス未達金属を溶融炉26に戻すタイミングや方法は、クリアランス未達金属の発生量や放射性金属廃棄物の処理必要量を考慮し、発生時に無作為に戻す方法や、ある程度の量を貯留しておいて、放射性金属廃棄物の放射能濃度の測定結果経験則に基づいて戻す量やタイミングを決めるなど、任意の方法で行うことができる。

0078

<レードル溶融残渣生成工程>
レードル27内には、クリアランス金属生成工程で抜き出されずに残った溶融金属31とスラグ33が混在している。レードル溶融残渣生成工程は、これらを例えばスラグパンに排出して冷却し、レードル溶融残渣とする工程である。

0079

<再溶融可否判断工程>
再溶融可否判断工程は、レードル溶融残渣の再溶融可否をレードル溶融残渣の放射能濃度に基づいて判断する工程である。
放射性金属廃棄物を溶融すると放射性物質はスラグ33に移行する。そして、放射性物質が移行したスラグ33をレードル溶融残渣として回収して再度放射性廃棄物と共に溶融することを繰り返すと、スラグ33に放射性物質が次第に濃縮され、そのスラグ33が含まれるレードル溶融残渣の放射能濃度も高くなる。

0080

レードル溶融残渣の処分は処分基準に従って行うが、放射能レベルがL1以上になると、余裕深度中深度処分が要求され、処分が非常に大変になる。
他方、放射能レベルがL2とL3の場合には浅地での比較的簡易な処分となる。
具体的には、放射能レベルがL3の場合には、トレンチ処分が要求される。トレンチ処分とは、容器に固型化しない放射性廃棄物を、人工バリアを設置しない廃棄物埋設地に浅地中処分することをいう。
また、放射能レベルがL2の場合には、ピット処分とする。ピット処分とは、容器に封入又は固化した処理対象物を、人工バリアを設置した廃棄物埋設地に浅地中処分することをいう。

0081

このように、放射能レベルがL1以上となるとレードル溶融残渣の処分が非常に大掛かりになるので、放射能レベルはL1未満とすべきである。
そこで、放射能レベルがL2でL2の上限値までに余裕がなく、当該レードル溶融残渣を再溶融すると、次回の再溶融可否判断工程の放射能濃度測定でL1レベルに到達する場合には、再溶融不可と判断する。上述のように、L1レベルになると手間と費用が増大するためである。

0082

他方、放射能レベルがL3か、あるいはL2レベルではあるがL2の上限値までに余裕があり、当該レードル溶融残渣を溶融炉に投入して再溶融しても次回の再溶融可否判断工程の放射能濃度測定でもL1レベルに達しない場合には再溶融可と判断する。これによって、レードル溶融残渣の放射能レベルをL2レベルの上限値まで上昇させることができる。すなわち、処分されるレードル溶融残渣の量を減らすことができる。
なお、レードル溶融残渣の放射能濃度は、クリアランス金属の様に厳密に測定する必要はなく、たとえば放射能レベルがL2の上限値までに余裕があるかどうかが判断できる程度に測定すればよい。

0083

<溶融残渣投入工程>
溶融残渣投入工程は、再溶融可否判断工程で再溶融できると判断したときには、レードル溶融残渣を放射性金属廃棄物と共に溶融炉26に投入する工程である。
レードル溶融残渣を溶融炉26に投入して、放射性物質移行工程からレードル溶融残渣生成工程までの処理を行い、再び再溶融可否判断工程で再溶融の可否を判断して、再度、再溶融できると判断したときには、レードル溶融残渣を放射性金属廃棄物と共に溶融炉26に投入する。このように、溶融残渣投入工程から再溶融可否判断工程まで処理を繰り返し、繰り返し数が多くなるほど、レードル溶融残渣におけるスラグ33の放射能濃度が増加する。
なお、再溶融できると判断されたレードル溶融残渣は、直ちに溶融炉26に戻し続いて行われる処理プロセスに用いてもよく、他のスラグ原料を用いて処理プロセスが何回か実行された後で、溶融炉26に戻してもよい。また、溶融炉26が複数系列設置されている場合は、同じ系列の溶融炉26に戻す必要はなく、他の系列の溶融炉26に戻してもよい。

0084

<溶融残渣処分工程>
溶融残渣処分工程は、再溶融可否判断工程で再溶融できないと判断したときには、レードル溶融残渣を放射能レベルに基づいて所定の処分をする工程である。
前述したように、本実施の形態ではレードル溶融残渣の放射能レベルはL2以下になるので、上述したピット処分を行えばよい。

0085

以上のように、本実施の形態においては、放射性金属廃棄物を溶融することにより、放射性金属廃棄物に付着している放射線物質をスラグ33に移行させ、溶融物をレードル27に移し替えて、溶融金属31の一部をレードル27の底から抜き出すと共に、残部はスラグ33と共に再溶融するという処理を繰り返すようにしたので、歩留まりよくクリアランス金属の製造ができると共に、スラグ33の処分量の減容化を実現できる。

0086

なお、上記の実施の形態の再溶融可否判断工程では、レードル溶融残渣の放射能濃度に基づく判断の例として、レードル溶融残渣の放射能濃度を測定するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、予め定めたレードル溶融残渣の再溶融の回数によって判断するようにしてもよい。すなわち、レードル溶融残渣をスラグ原料として溶融炉26に投入して再溶融することを繰り返す場合、処理対象の放射性金属廃棄物の放射能濃度や一緒に投入するスラグ原料の量などから、繰り返し処理の回数を何回にすればレードル溶融残渣の放射能レベルがL2の上限近くになるかを推定できるので、このレードル溶融残渣の放射能濃度変動の推定値に基づいてレードル溶融残渣の再溶融回数を決めるようにすればよい。

0087

[実施の形態2]
上記の実施の形態1では、放射性物質移行工程の後、上層にあるスラグ33を含めて全ての溶融物をレードル27に移し替えるようにしていた。
レードル27では底部から溶融金属31のみを抜き出すのでスラグ33が混入しにくいが、よりスラグ33の混入を防止するためには、溶融炉からレードル27に移し替える前にスラグ33を可能な限り取り除くようにすればよい。
本実施の形態2はこのような態様を示すものであり、本実施の形態2では、溶融炉として、両側に傾動可能で傾動方向の両側の側面それぞれに排出口が設けられた溶融炉(両側傾動式溶融炉35)を用いる(図9図10参照)。両側傾動式溶融炉の構造や機構などは、たとえば特開平9−264522号公報に開示されている。

0088

本実施の形態2の処理のフローを図8に示す。
本実施の形態2が実施の形態1と異なる主な点は、放射性物質移行工程の後、溶融物の上層を排出する溶融物上層排出工程と、排出された溶融物の上層を固化して溶融炉溶融残渣とする溶融炉溶融残渣生成工程とを有し、移し替え工程は、溶融物上層排出工程によって溶融物の上層が排出された後、残りの溶融物をレードル27に移し替えるようにする点である。

0089

溶融物上層排出工程においては、図9に示すように、両側傾動式溶融炉35を図中右側が低くなるように油圧シリンダ等を用いて傾動させて一方の排出口から溶融物の上層(スラグ33)をスラグパン37に排出する。スラグパン37に排出された上層の多くはスラグ33であり、これが固化することで溶融炉溶融残渣となる。

0090

溶融炉溶融残渣は、図8に示すように、再溶融可否判断工程によって上述したレードル溶融残渣と同様の判断がされ、再溶融可と判断された場合には溶融残渣投入工程の処理がされ、再溶融不可と判断された場合には、溶融残渣処分工程の処理が行われる。

0091

両側傾動式溶融炉35から上層が排出された後は、図10に示すように、図中左側が低くなるように傾動させて他方の排出口から残りの溶融物(溶融金属31)をレードル27に移し替えるようにする。これによって、レードル27に流入するスラグ33が少なくなるので、静置分離工程における分離時間の短縮や分離精度の向上などの効果がある。

0092

なお、上記の実施の形態1、2においては、クリアランス金属の製造方法の開始時点でレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣が存在しないことを前提にしているが、実施の形態1、2によって生成されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣に対する再溶融可否判断に時間を要する場合があり、再溶融可と判断されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣を所定の保管場所に一時的に保管しておくこともある。
このような場合には、再溶融可と判断されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣が存在することを前提としてクリアランス金属の製造方法を開始することになる。
この場合には、再溶融可と判断されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣をスラグ原料の全部又は一部として利用することができる。
したがって、このような場合には、実施の形態1、2におけるスラグ原料投入工程におけるスラグ原料の全部又は一部を、再溶融可と判断されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣とすればよい。
もっとも、本発明においては、スラグ原料として用いるものが必ずしも実施の形態1、2によって生成されたレードル溶融残渣や溶融炉溶融残渣に限定されるものではなく、放射性金属廃棄物を溶融した後に固化した放射線量が所定値よりも低い金属とスラグの溶融残渣であればよい。

0093

1炉体
3炉蓋
5投入供給装置
7ホッパー
8投入シュート
9ダブルダンパ
9a上段のダンパ
9b下段のダンパ
11プッシャー
13投入ゲート
15投入物
17吊下げシュート
19 吊下げ装置
21移動台車
23 投入ゲート
24ゲート駆動部
25容器
26溶融炉
27レードル
29鋳型
31溶融金属
33スラグ
35 両側傾動式溶融炉
37 スラグパン

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