JP5661066B2

JP5661066B2 - 放射性物質を含有した焼却灰の処理方法及び処理固形物

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Publication number: JP5661066B2
Application number: JP2012120693A
Authority: JP
Inventors: 和利野上
Original assignee: 株式会社フュー・テクノロジー
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: JP2013246081A

Description

本発明は、主に比較的低レベルの放射性物質を含む廃棄物等を焼却した際に排出される焼却灰の処理方法及び処理固形物に係り、特に、放射性物質として放射性セシウム及び／またはその化合物を含む焼却灰に対して有効な放射性物質を含有した焼却灰の処理方法及び処理固形物に関する。

平成２３年（２０１１年）の「東日本大震災」では福島第１原発の事故で放射性物質が飛散したことから、例えば瓦礫などの廃棄物の焼却処理においては、焼却灰にこれら飛散に係る放射性物質を含み、その濃度が基準値を超えるとその処理や保管が必要になる。
その対策として、従来、例えば、セメントで固化する方法が知られている。これは、焼却灰，セメントに水を加えてこれを混練し、常態下で放置して凝固固化する。比較的固化処理費が安価で、耐熱，耐火性が大きく、強度も高いことから放射性物質の拡散を防止できる（例えば、特開平９−１０１３９８号公報（特許文献１）参照）。
また、従来においては、例えば、ガラスで固化する方法も知られている。これは、ガラス材料と焼却灰を混合し、高周波誘導加熱炉で１３００℃以上の高温で溶融し、その後冷却する。ガラスは不燃性で、耐熱，耐火性が大きく、また、耐薬品性にも優れ、放射性物質の拡散を確実に防止できる（例えば、特開２００３−１０７１９２号公報（特許文献２）参照）。

特開平９−１０１３９８号公報特開２００３−１０７１９２号公報

ところで、上記従来の焼却灰をセメントで固化する方法にあっては、焼却灰が酸性の場合にはセメントの固化反応を阻害するので、アルカリで酸度調整する前処理が必要になり、工数増になって処理が煩雑になるという問題がある。また、セメントの固化体は、経年変化により強度低下が生じ、水透過性もあるので水溶性の塩類が溶出することがある等の欠点がある。
一方、ガラスによる固化方法にあっては、１３００℃以上の高温を付与するために例えば高周波誘導加熱炉等の特殊な装置が必要になり、また、セシウムが気化するので飛散対策防止施設で回収した高濃度のセシウム処理工程が必要になり、あるいは、添加剤も必要になることから、コスト高になるという欠点がある。

本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、比較的低温で加熱して固化できるようにし、コストダウンを図るとともに、放射性物質を確実に封じ込めて、しかも、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化の極めて少ない耐久性のある処理固形物にすることを図った放射性物質を含有した焼却灰の処理方法及び処理固形物を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明は、放射性物質を含有した焼却灰を処理する方法において、上記焼却灰に、シラスバルーンの粉末を混合する混合工程と、該混合工程で得られた混合物を加熱して溶融若しくは半溶融する加熱工程と、その後、冷却する冷却工程とを備えた構成としている。

シラスバルーンは、シラスを８００℃〜１２００℃で急速に加熱処理し、発泡させることにより得られる微細で約８ＭＰａの圧力で略６０％破壊する中空構造体である。そのため、９００℃〜１０００℃の比較的低温の温度で液状化し、特に、セシウム化合物は例えば塩化セシウムでは６４５℃から液状化するので放射性物質を取り込んで封じ込めることができる。このため、加熱設備として、従来のガラス固化法のような高周波誘導加熱炉を用いなくてもよく、また、気化したセシウム対策施設等の特殊な装置を用い、気化して回収した高濃度セシウム処理工程を設ける必要もないことから、それだけ、処理が簡易になりコストダウンを図ることができる。また、放射性物質がシラスバルーンの溶融または半溶融物に取り込まれるので確実に封じ込められ、しかも、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化が極めて少ない耐久性の高い処理固形物を生成することができる。

そして、必要に応じ、上記混合工程で、煉瓦原料の粉末を混合する構成としている。煉瓦原料を用いるので、それだけ、安価に処理することができる。また、煉瓦原料を用いるので、より一層、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化が極めて少ない耐久性の高い処理固形物を生成することができる。

また、必要に応じ、上記混合物を所定形状の成形物に成形する成形工程を備え、上記加熱工程において、上記成形物を焼成する構成としている。これにより、処理固形物が所定形状に形成されるので、例えば、建築資材などとして利用することができ、極めて有用になる。また、例えば、直方体ブロック状にしておけば、積み重ねが容易になり、保管する場合も容易になる。

更に、必要に応じ、上記放射性物質は放射性セシウム及び／またはその化合物を含み、上記加熱工程において、塩化セシウムの沸点未満の温度で加熱する構成としている。焼却灰中においては、主に塩化セシウムの生成が考えられる。塩化セシウムの融点は６４５℃、沸点が１２９５℃である。そのため、この沸点未満の温度で加熱するので、塩化セシウムが気化することがなく、セシウムの放散を防止することができる。
そして、必要に応じ、上記混合物の水を除く全重量を５００としたとき、上記焼却灰，シラスバルーン及び煉瓦原料の混合重量比（焼却灰：シラスバルーン：煉瓦原料）を、（１００：１０：３９０），（１００：２０：３８０），（１００：３０：３７０），（１００：４０：３６０），（１００：５０：３５０），（１００：６０：３４０），（１００：７０：３３０），（１００：８０：３２０），（１００：９０：３１０），（１００：１００：３００）の何れかに設定した構成としている。

そしてまた、上記目的を達成するため、本発明は、上記の放射性物質を含有した焼却灰の処理方法によって処理されて形成された処理固形物にある。これにより、放射性物質をシラスバルーンの溶融または半溶融物に取り込んで確実に封じ込め、しかも、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化が極めて少ない耐久性の高い処理固形物になる。

本発明によれば、シラスバルーンを用いたので、９００℃〜１１００℃程度の比較的低温の温度で放射性物質を取り込んで封じ込めることができる。このため、加熱設備として、従来のガラス固化法のような高周波誘導加熱炉、気化したセシウム飛散防止施設等の特殊な装置を用いなくてもよく、また、回収したセシウムが高濃度であっても特殊化処理工程を必要としなくてよく、それだけ、処理が簡易になりコストダウンを図ることができる。また、放射性物質をシラスバルーンの溶融または半溶融物に取り込んで確実に封じ込めることができ、しかも、耐熱性，耐薬品性等機能に優れ、経年変化が極めて少ない耐久性の高い処理固形物を生成することができる。

本発明の放射性物質を含有した焼却灰の処理方法を示す工程図である。本発明の実施例１〜１０を示し、各実施例における混合物の成分の重量比を示す表図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る放射性物質を含有した焼却灰の処理方法及び処理固形物について詳細に説明する。
実施の形態に係る放射性物質を含有した焼却灰の処理方法は、図１に示すように、焼却灰に、シラスバルーンの粉末，煉瓦原料の粉末を混合して混合物を得る混合工程（１）と、混合物に水を加えて所定形状の成形物に成形する成形工程（２）と、この成形工程で得られた成形物を焼成し、混合物を加熱して溶融若しくは半溶融する加熱工程（３）と、その後、この成形物を冷却して処理固形物とする冷却工程（４）とを備えている。

実施の形態に係る処理方法が対象とする焼却灰は、主には、ゴミ処理場から出る例えば瓦礫などの比較的低レベルの放射性物質を含む廃棄物等を焼却した際に排出されるもので、特に、放射性物質として放射性セシウム及び／またはその化合物を含む焼却灰である。焼却灰の中でも、飛灰には放射性セシウム及び／またはその化合物が多く含まれる。尚、例えば、原子力関連施設，医療機関，研究機関等から発生する廃棄物を、減容のために焼却する際に生じる焼却灰を対象とすることもできる。

シラスバルーンは、シラスを８００℃〜１２００℃で急速に加熱処理し、発泡させることにより得られる微細な中空構造体である。原料となるシラスは、火山噴出物及びこれに由来する２次堆積物の総称であり、その化学組成は採取場所により多少の相違があるものの、通常、ＳｉＯ₂ （６４〜７５重量％）、Ａｌ₂ Ｏ₃ （１１〜１６重量％）、Ｆｅ₂ Ｏ₃ （１〜４重量％）、ＣａＯ（１〜４重量％）、Ｎａ₂ Ｏ（１〜４重量％）、Ｋ₂ Ｏ（１〜４重量％）、ＭｇＯ（０．４〜１重量％）、ＴｉＯ₂ （０．１〜４重量％）等からなる。９００℃から液状化するものが用いられる。

シラスバルーンは、平均粒径が１μｍ〜１０００μｍのものを用いる。平均粒径が大きすぎると焼却灰との混合性が悪くなる。望ましくは、１０μｍ〜６００μｍ、より望ましくは、２０μｍ〜４００μｍ、特に望ましくは、３０μｍ〜２００μｍである。
また、シラスバルーンは、かさ比重が０．０５〜０．６のものを用いる。望ましくは、０．１〜０．５、より望ましくは、０．１５〜０．４、特に望ましくは、０．１５〜０．３である。

煉瓦原料は、所謂煉瓦用粘土であり、一般的な鉱物組成は、石英（ＳiＯ₂）、長石、粘土からなる。長石は主にカリ長石（Ｋ₂Ｏ・Ａl₂Ｏ₃・６ＳiＯ₂）、ソーダ長石（Ｋ₂Ｏ・Ａl₂Ｏ₃・６ＳiＯ₂）である。粘土は主にカオリナイト（Ａl₂Ｏ₃・２ＳiＯ₂・２Ｈ₂Ｏ）あるいはハロイサイト（Ａl₂Ｏ₃・２ＳiＯ₂・４Ｈ₂Ｏ）である。
煉瓦原料は、平均粒径が１μｍ〜５０００μｍのものを用いる。また、煉瓦原料は、かさ比重が１．５〜３のものを用いる。

次に、各工程について説明する。
（１）混合工程
焼却灰（飛灰）に、シラスバルーンの粉末，煉瓦原料の粉末の混合物を作成する。混合物に水を加える。混合攪拌機に入れて、５〜６ＭＰｓの圧力で混練した。

（２）成形工程
水を加えて混合した混合物を、成形型に入れ、加圧機により６ＭＰａの圧力で成型する。例えば、直方体状のブロック（例えば、幅１００ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ７０ｍｍ）の成形物に成形した。

（３）加熱工程
この加熱においては、焼成窯を用いた、焼成窯は、プロパンガス窯（幅５００ｍｍ×奥
４００ｍｍ×高５００ｍｍ）の倒焔式強制燃焼で１３００℃まで可能なバーナーを備えて構成される。

焼成温度（加熱温度）は、塩化セシウムの沸点未満の温度に設定した。焼却灰中においては、主に塩化セシウムの生成が考えられる。塩化セシウムの融点は６４５℃、沸点が１２９５℃である。よって、加熱温度を１２９５℃以上に設定すると、塩化セシウムが気化して放散するので好ましくない。一方、シラスバルーンは９００℃程度から液状化する。そのため、加熱温度を、９００℃〜１２００℃、望ましくは、９５０℃〜１１００℃に設定する。実施の形態では、１０００℃に設定した。

即ち、成形物を、焼成窯に入れ、１０００℃で５時間焼成した。そのため、この沸点未満の温度で加熱するので、塩化セシウムが気化することがなく、セシウムの放散を防止することができる。尚、水分の蒸発温度（１００℃）では、塩化セシウムは液状化しないので、蒸気にセシウムが混入することはない。
そして、シラスバルーンは、９００℃〜１０００℃の比較的低温の温度で液状化し、放射性物質を取り込んで封じ込めることができる。このため、加熱設備として、従来のガラス固化法のような高周波誘導加熱炉、気化したセシウム対策等の特殊な装置を用いなくてもよく、それだけ、処理が簡易になりコストダウンを図ることができる。また、放射性物質がシラスバルーンの溶融または半溶融物に取り込まれるので確実に封じ込められる。

（４）冷却工程
焼成窯から成形物を取り出し、常態温で５時間以上冷却した。これにより、処理固形物が作成された。

このように作成された処理固形物は、焼却灰，シラスバルーン及び煉瓦原料で形成されるので、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化が極めて少ない耐久性の高いものとなる。特に、煉瓦原料を用いるので、より一層、これらの機能の向上が図られる。また、処理固形物が所定形状（実施の形態では直方体ブロック状）に形成されるので、例えば、建築資材などとして利用することができ、極めて有用になる。また、積み重ねが容易になり、保管する場合も容易になる。

次に、実施例１〜１０を示す。実施例では、焼却灰として、岩手県Ｋ市の瓦礫焼却施設の飛灰を用いた。シラスバルーンとして、平均粒径が１９０μｍ以下のものを用いた。煉瓦原料として、ＪＩＳ−ＳＫ３４（かさ比重２．１）のものを用いた。各実施例において、これらの原料を、図２に示す重量比で混合した。水の重量比は５０とした。そして、上記の実施の形態に係る処理方法に従って処理固形物を作製した。

次に、試験例について説明する。上記の実施例１〜１０において、焼却灰及び処理固形物について、放射性核種測定を行った。結果は、飛灰の放射性セシウムがトータルで１２８０Ｂｑ／Ｋｇあったものが、処理固形物では、大幅に下がり、その効果が極めて高いことが分かった。

尚、上記実施の形態では、本発明を主に比較的低レベルの放射性物質を含む焼却灰に適用した例で説明したが、本発明を高レベル，中レベルの放射性物質を含む焼却灰に適用してよいことは勿論である。
また、焼却灰においても、産業廃棄物処理施設から出る焼却灰、ゴミ処理場から出る焼却灰、バイオマス発電設備から出る焼却灰等、どのような施設から出る焼却灰であってもよい。

上述もしたが、福島第１原発の事故で放射性物質が飛散したことから、瓦礫などの廃棄物の焼却処理においては、焼却灰にこれら飛散に係る放射性物質を含み、その濃度が基準値を超えることがあり得るが、その場合には、本発明の処理方法は、比較的低温で加熱して固化できるので、コストダウンを図ることができ、また、放射性物質を確実に封じ込めて、しかも、耐熱性，耐薬品性等の機能に優れ、経年変化の極めて少ない耐久性のある処理固形物とすることができることから、極めて有用になる。

（１）混合工程
（２）成形工程
（３）加熱工程
（４）冷却工程

Claims

放射性セシウム及び／またはその化合物を含む放射性物質を含有した焼却灰を処理する方法において、
上記焼却灰に、シラスバルーンの粉末及び煉瓦原料の粉末を混合する混合工程と、該混合工程で得られた混合物を所定形状の成形物に成形する成形工程と、該成形工程で得られた成形物を塩化セシウムの沸点未満の温度で加熱しシラスバルーンを溶融若しくは半溶融して焼成する加熱工程と、その後、冷却する冷却工程とを備えたことを特徴とする放射性物質を含有した焼却灰の処理方法。
上記混合物の水を除く全重量を５００としたとき、上記焼却灰，シラスバルーン及び煉瓦原料の混合重量比（焼却灰：シラスバルーン：煉瓦原料）を、（１００：１０：３９０），（１００：２０：３８０），（１００：３０：３７０），（１００：４０：３６０），（１００：５０：３５０），（１００：６０：３４０），（１００：７０：３３０），（１００：８０：３２０），（１００：９０：３１０），（１００：１００：３００）の何れかに設定したことを特徴とする請求項１記載の放射性物質を含有した焼却灰の処理方法。
上記請求項１または２何れかに記載の放射性物質を含有した焼却灰の処理方法によって処理されて形成された処理固形物。