JP4283402B2 - 放射性廃液処理用カートリッジの製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射性廃液を廃棄処分するに際し、被処理物の放射性廃液を含浸させて加熱溶融し、ガラス固化させるのに使用される放射性廃液処理用カートリッジの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
原子力発電において使用された使用済み燃料を再処理工場において再処理するに際して、ウラン、超ウラン元素及び核***生成物を含んだ硝酸を含む高レベル放射性廃液が副生する。そこで、かかる放射性廃液を安全にかつ効率的に廃棄する技術が望まれている。
【0003】
従来、このような放射性廃液を処理するには、放射性廃液を直接または脱硝濃縮してスラリー状とし、ガラス原料と混合して高温のガラス溶融炉に供給し、炉内で廃液中の液体成分を蒸発させると共に放射性物質をガラス中に溶融させて、この溶融ガラスをステンレス製の容器に注入して固化する技術が開発されてきている。
【0004】
このような廃液処理技術においては、ガラス溶融炉内で廃液が激しく沸騰する際に、多量の放射性物質を含む粉塵が発生し、排ガスに同伴して流出するため、この粉塵の飛散を防止することが重要となる。
【0005】
この種の先行技術としては、特公平4−240号公報において、ガラス繊維を型中に充填し、これを加熱処理して部分的に融着させ、所定形状に成形された放射性廃液処理用カートリッジを用意して、上記放射性廃液をこのカートリッジに含浸させて加熱溶融し、ガラス固化させる放射性廃液処理用カートリッジに関する技術がすでに提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記技術のカートリッジを用いると、加熱溶融炉に搬送するときの粉塵発生量が多く、装置トラブルが生じたり、装置の清掃メンテナンスに非常に手間がかかる等の問題があり、しかも、カートリッジは結合剤を用いることなくガラス繊維の部分的融着だけで成形しているため、充分な圧縮強度・衝撃強度が得られない問題や使用時の粉落ちの問題がある。
【0007】
また、前記技術のカートリッジを用いると、ガラス繊維板を丸めて型内に押し込むこことにより型内に充填し、これを加熱処理して部分的に融着させ、所定形状に成形するようにしているため、大量生産に不向きで、大量個数を製造するのに多大の時間を要することからコストアップにもつながる問題がある。
【0008】
従って、本発明の目的は、従来の放射性廃液処理用カートリッジが持つ充分な圧縮強度・衝撃強度を保有し、かつ、大量生産に向いた放射性廃液処理用カートリッジの製造法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射性廃液処理用カートリッジの製造法は、前記目的を達成するべく、請求項1の通り、ガラス繊維を解繊した原料原綿と、無機結合剤と水とで原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させたことを特徴とする。
【0010】
また、請求項2記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法は、請求項1記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法において、前記無機結合剤として、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた1種または2種以上を用いることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明では、ガラス繊維を解繊して原料原綿とし、前記原料原綿と無機結合剤を水に添加して原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させて放射性廃液処理用カートリッジを得る。
【0012】
本発明の原料スラリーを型内へ流し込む方法としては、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を1槽の調合槽へ一定供給して上層部で調合して前記原料スラリーとしながら、同時に前記調合槽の下層部から前記原料スラリーを、1槽のサービスタンクを介して複数の型内へ一定供給する方法がある。
【0013】
また、他方法として、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を調合槽Aへ供給して調合して前記原料スラリーとして調合後に、前記調合槽Aから前記原料スラリーを、サービスタンクを介して複数の型内へ一定供給し、次に、別の調合槽Bへ前記原料原綿と前記無機結合剤と水を供給して調合して前記原料スラリーを準備しておき、前記調合槽Aと切り替え使用する方法がある。
【0014】
更に、他方法として、前記原料原綿と前記無機結合剤と水を1本のスパイラルチューブに一定供給し、前記スパイラルチューブの上端部で原料スラリーを調合しながら同時に前記スパイラルチューブの下端部から前記原料スラリーを複数の型内へ一定供給する方法があるが、特に、原料スラリーの調製方法に限定はない。
【0015】
本発明の前記無機結合剤としては、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた1種または2種以上の結合剤を付与するのが好ましい。
【0016】
ガラス繊維は加熱処理によってその交差点で互いに融着して相互に固定されるが、結合剤を付与しない場合、融着の程度、融着の箇所はわずかであり、従ってガラス繊維同士の固定は不充分であって、ガラス繊維は相対的に動きやすく、高い圧縮強度は得られない。また、ガラス繊維の固定箇所が少なく、固定箇所間の距離が大きいため、衝撃を与えた場合、ガラス繊維が折れ、粉塵となって飛散しやすいものとなる。
【0017】
これに対し、結合剤を付与した場合、結合剤自身によりガラス繊維同士がその交差点で結合されると共に、結合剤がフラックスとして作用し、ガラス繊維同士の融着が促進される。この結果、ガラス繊維同士の固定も強固となり、固定箇所も増大するため、圧縮強度・衝撃強度が増大し、粉塵の発生も減少する。
【0018】
なお、結合剤の付与は、溶液状態や粉末状態でガラス繊維原料と共に原料スラリー中に添加すればよいが、好ましくは溶液状態で付与する。例えば水溶液などの溶液状態とし、これにガラス繊維を浸漬させたり、あるいはガラス繊維にスプレー塗布すればよい。この結合剤の付与は、ガラス繊維の繊維化工程で行ってもよい。
【0019】
本発明のガラス繊維の平均繊維径は、原料原綿製造方法の観点から0.5〜40μmのものを使用できる。特に生産性、カートリッジへの廃液染み込み速度を速くするために、10〜20μmが好ましい。平均繊維径が10μm未満の場合には廃液染み込み速度が低下する。また、平均繊維径が20μmを超えると、脱水成型時の形状保持が難しく生産性を低下させてしまう。
【0020】
本発明のガラス繊維の平均繊維長は、0.5〜5mm、特に1〜2mmが好ましい。平均繊維長が0.5mm未満の場合には、加熱融着時に繊維1本当たりの接着が少なくなり、落下した際の粉落ちが多くなる。また、長が5mmを超えると、落下した際の割れによる分割が生じやすい。
【0021】
本発明のガラス繊維の密度は、240〜260kg/m3となるように調整することが好ましい。密度が240kg/m3未満の場合には、充分な圧縮強度が得られない。また、密度が260kg/m3を超えると、放射性廃液の染み込み量が少なくなる。
【0022】
本発明のガラス繊維の加熱融着温度及び加熱融着時間は、670〜730℃にて70〜15分間が好ましいが、加熱融着時の生産性及び外部表面の溶融等の発生を防ぐため、特に690〜710℃にて40〜20分間が好ましい。加熱融着温度が670℃よりも低く、あるいは加熱時間が15分間よりも短い場合には、ガラス繊維の融着が充分になされず、保形性が悪くなる。また、加熱温度が730℃よりも高く、あるいは加熱時間が70分間よりも長い場合には、ガラス繊維が表面又は内部まで溶融して収縮し、保水性が悪くなり割れやすくなる。
【0023】
そして、この加熱処理の際に、ガラス繊維に塗布された結合剤が酸化され、さらに溶融してガラス繊維にコーティングされ、接着効果並びに被膜形成効果がもたらされる。
【0024】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【0025】
まず、本発明のカートリッジの製造工程について、図1乃至図3を参照して説明する。
【0026】
図1は解繊工程を示しており、遠心法で繊維化され、特に結合剤を用いることなく集綿され、ロール状に巻き取られた平均繊維径13μm、軟化点650℃のガラス繊維11は、ベルトコンベア12でフェザーミル(解繊装置)13へ搬送される。前記フェザーミル(解繊装置)13で繊維長1〜2mm程度に解繊された解繊物14は、脱粒装置15でショットを脱粒し原料原綿16とされる。その際に塵埃は、ブロワ17で吸引してサイクロン装置18で分離し、集塵機19で捕集して排気される。
【0027】
図2は湿式成型工程を示しており、前記ガラス原料原綿16と、無機結合剤であるホウ酸20と、新水21を1槽の調合槽22へ一定供給して上層部22aで調合して原料スラリー23としながら、同時にこの調合槽22の下層部22bから前記原料スラリー23を、1槽のサービスタンク24を介して4個の脱水装置25、25、25、25内へ一定供給するようになっている。
【0028】
前記脱水装置25は、前記原料スラリー23を一定供給するためのポンプ25a、前記原料スラリー23を貯めるバット槽25b、前記原料スラリー23を流し込む円筒型25c、前記原料スラリー23から水分を分離するネット25dから構成されている。
【0029】
脱水装置25内へ一定供給された前記原料スラリー23は、ブロワ26で吸引サクションされて、内径70mm、外径90mm、高さ90mmの前記円筒型25c内で円筒体27に湿式成型される。
【0030】
サクションにより分離された水は、脱水槽28を経由して、リターン水29として前記調合槽22へ戻される。前記円筒体27は100℃で乾燥されて、密度250kg/m3、直径70mm、高さ70mmとされる。
【0031】
図3は加熱融着工程を示しており、図4はそれに使用する加熱融着用円筒型の全体図である。
【0032】
前記円筒型25cに、5mmφの空気穴32aを5個有する上蓋32と、下蓋33とで蓋をした加熱融着用円筒型34を、縦7列×横7列49個を3段積みにして、加熱融着炉30にて加熱融着温度700℃、加熱融着時間30分間で加熱融着してガラスファイバーカートリッジ31を作成する。
【0033】
前記製法により得られた本発明のガラスファイバーカートリッジと、比較例として先願の特公平4−240号に開示されたガラスファイバーカートリッジを作成した。後者は、まず、ガラス繊維をシート状に成形し、該シートを圧延しながら所定の径になるように巻き上げて、2つ割りのステンレス製の型に充填し、ガラス繊維の密度が250kg/m3となるようにして、次に、加熱融着温度700℃、加熱融着時間30分間で加熱融着して、ガラス繊維を融着して直径70mm、高さ70mmのガラスファイバーカートリッジとして形成した。得られた、両カートリッジについて、その性能を試験した。その結果を下記表1に示した。
【0034】
【表1】
【0035】
試験方法
I.粉塵発生量(g/個)
直径80mm×3mのパイプを垂直に立て、カートリッジ20個を同時に落下させたときの最下部カートリッジの試験前後重量変化量を測定した。
【0036】
試験前重量(g/個)−試験後重量(g/個)=粉塵発生量(g/個)
II.圧縮強度
カートリッジの直径方向と軸方向に10kgの加重を掛け、その際のカートリッジ変化量を測定した。
【0037】
III.落下強度
直径80mm×3mのパイプを垂直に立て、カートリッジ20個を同時に落下させたときの最下部カートリッジの外観部を検査した。
【0038】
外観状況:著しい毛羽、割れ、欠け等のないこと。
【0039】
上記試験によれば、実施例は圧縮強度及び落下強度については従来技術である比較例と遜色なく目標値をクリアーしており、比較例は生産性及び粉塵発生量が目標値に達しておらず問題があったが、実施例は目標値50個/h・人以上、粉塵発生量の目標値0.8g/個以下を満足していた。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、湿式成形技術を用いることで大量生産が可能となり、即ち、単位時間当たり、単位人数当たりの生産個数多くなり、カートリッジの製造コストが低減できる放射性廃液処理用カートリッジが得られる。また、従来の充填シートを圧延しながら所定の径になるように巻き上げて充填する方法による歪みがないので、成型後の粉落ち・割れ欠けが少なく、圧縮破壊強度が強い放射性廃液処理用カートリッジが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの解繊工程の製造工程図である。
【図2】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの湿式成型工程の製造工程図である。
【図3】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの加熱融着工程の製造工程図である。
【図4】本発明の放射性廃液処理用カートリッジの加熱融着工程に使用する加熱融着用円筒型の全体図である。
【符号の説明】
11 ガラス繊維
12 ベルトコンベア
13 フェザーミル(解繊装置)
14 解繊物
15 脱粒装置
16 原料原綿
17 ブロワ
18 サイクロン装置
19 集塵機
20 ホウ酸
21 新水
22 調合槽
22a 上層部
22b 下層部
23 原料スラリー
24 サービスタンク
25 脱水装置
25a ポンプ
25b バット槽
25c 円筒型
25d ネット
26 ブロワ
27 円筒体
28 脱水槽
29 リターン水
32 上蓋
32a 空気穴
33 下蓋
34 加熱融着用円筒型
Claims (2)
- ガラス繊維を解繊した原料原綿と、無機結合剤と水とで原料スラリーを調製し、前記原料スラリーを型内へ流し込み所定形状に脱水成形し、前記脱水成形物を加熱処理して部分的にガラス繊維を融着させたことを特徴とする放射性廃液処理用カートリッジの製造法。
- 前記無機結合剤として、ホウ酸、ケイ酸の無機酸及びそれらの塩から選ばれた1種または2種以上を用いることを特徴とする請求項1記載の放射性廃液処理用カートリッジの製造法。
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