JP2006313078A - 有機廃液の固化処理方法および有機廃液の固化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射性物質を含む有機廃液を長期間の安定保管に適した固化体に転換する。
【解決手段】 放射性物質を含みトリブチルリン酸およびドデカンを主成分とする有機廃液１にエポキシ主剤２と硬化剤３とを添加して混合し、有機廃液１の中でエポキシ樹脂を架橋させ、有機廃液全体を固化させる。エポキシ主剤２と硬化剤３とは、常温で架橋反応が進む組合せである。硬化反応につれて発熱するので、固化体内部では温度が上がる。このときの温度が、有機廃液１の沸点や引火点以上に上がらないようにする。そのために好適なエポキシ主剤２は、ビスフェノールＡ型であり、硬化剤３は、脂環式アミンである。ドラム缶５に有機廃液１を入れ、液状のエポキシ主剤２と硬化剤３とを加える。架橋反応がある程度進んで、有機廃液１と樹脂とが分離しなくなるまで、撹拌を継続する。固化終了後、ドラム缶５を密封する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも放射性物質を含む有機廃液の固化処理方法および有機廃液の固化処理装置に係り、特に、ウランやトリウムなどの放射性物質の選鉱・精錬施設、使用済み原子燃料再処理施設などの原子力関連施設、または、原子力や放射化学分野の研究施設などにおいて発生する有機廃液の固化処理方法に関する。

天然ウランの精錬施設では、トリブチルリン酸などの有機試薬を用いた溶媒抽出法でウランを精製する。

また、使用済み原子燃料の再処理施設では、ウランやプルトニウムを回収するために、トリブチルリン酸をドデカンに溶解した有機溶液を抽出試薬として用いる。

これらの施設で使用した有機溶液の大部分は、精製した後に再利用される。
それに伴って、有機廃液も発生する。

また、精錬施設や再処理施設では、プロセス分析として、種々の工程からの溶液中に含まれる金属イオンなどを定量分析する。分析の前処理として有機溶媒を用いて分離処理することも多く、プロセス分析工程からも有機廃液が発生する。

このような有機廃液のうち、処理可能な有機廃液は、焼却や熱処理などで減容し安定化され、それ以外の有機廃液は、貯蔵保管される。

原子力関連の研究施設，放射化学の研究施設，その他の放射性同位元素を使用する研究施設などでは、研究活動に由来して、多種類の有機廃液が発生する。その多くは、施設内で貯蔵保管される。

有機廃液を液体のまま貯蔵保管する場合には、万が一の漏洩に備えて、容器を二重化し、堰を設けておくなどの対策が施されている。

この有機廃液を、液体ではなく、ゲル化した状態で保管すれば、有機廃液が漏洩する可能性を事実上無視できるとして、油ゲル化剤を用いる方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

油ゲル化剤としては、１２−ヒドロキシステアリン酸を主成分とした油ゲル化剤などが知られている。１２−ヒドロキシステアリン酸にはカルボン酸が含まれており、ここで二量体が生成する。また１２位には水酸基があり、この水酸基が、カルボン酸二量体と水素結合する。このようにして、油ゲル化剤を溶解すると、有機廃液は固形化する。
特開平１０−１２３２９１号公報 (第４頁 図２)

放射性物質を含む有機廃液をゲル化する場合、有機廃液をドラム缶に入れて加温し、油ゲル化剤を添加して溶解する。このときの温度は、有機廃液の引火点を超えないように、注意深く設定しなければならない。

引火点の低い有機廃液をゲル化する場合には、有機廃液を引火点よりも高い温度に加温することもあり得るので、その場合にはゲル化装置を防爆構造にするなどの対策を講じる必要がある。

上記従来例のように、油ゲル化剤で固形化した有機廃液は、貯蔵保管中に室温が上がると可塑化し、場合によっては再度流動化することが考えられる。

その対策として、貯蔵保管中に温度を厳密に管理することが求められ、そのための人手，エネルギー，コストが余分にかかるという問題があった。

本発明の課題は、放射性物質を含む有機廃液を長期間の安定保管に適した固化体に転換する有機溶液の固化処理方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液の固化処理方法において、有機廃液の中で高分子素材を架橋させて固形化する有機溶液の固化処理方法を提案する。

本発明の有機廃液の固化方法によれば、火災や放射性核種の揮発などの可能性を完全に排除しながら、有機廃液を固形化処理できる。その固化体は、貯蔵中に温度が高くなっても、形状が安定しており、長期間の保管に適する。

本発明においては、有機廃液の中で、例えばエポキシ樹脂などの高分子素材を架橋させて有機溶液を固形化する。

エポキシ樹脂は、エポキシ主剤と硬化剤との二液配合系を用いる。液状のエポキシ主剤と硬化剤とを有機廃液に加え、撹拌しながら架橋反応を進行させ、有機廃液全体を硬化させる。

有機溶液には、エポキシ樹脂と相溶するものとしないものとがある。相溶するものは、均一な固化体を作製できるのは明白である。

発明者らは、最初は相溶しない有機溶液でも、撹拌を継続しながらエポキシ樹脂の架橋を進行させると、最終的に均一な固化体が得られることを発見した。この状態では、エポキシ樹脂の架橋構造の中に有機溶液成分が取り込まれていると推定される。この発見に基づいて、本発明の有機廃液の固化処理方法が創造された。

架橋反応が進むときの温度条件は、常温またはそれよりも高い温度である。常温で架橋させる場合には、常温硬化系のエポキシ主剤と硬化剤との組合せを選定する。

常温よりも高い温度で架橋させる場合には、有機廃液の沸点や引火点を越えない温度で架橋するエポキシ樹脂と硬化剤との組合せを選定する。

常温または常温よりも多少高い温度で硬化するエポキシ樹脂の代表例は、ビスフェノールＡ型のエポキシ主剤と、脂肪族アミンまたは脂環式アミンとの組合せである。

典型的な配合比は、有機廃液に対するビスフェノールＡ型エポキシ主剤の添加量が３０体積％以上である。この体積％は、発明者らが鋭意試験して、安定な固化体を作製できる条件を探索した成果に基づいている。

さらに、その主剤中のエポキシ基とほぼ等量の活性水素の量になるように、脂肪族アミンまたは脂環式アミンの硬化剤を添加すると、最終的に安定な固化体が得られる。

有機廃液にエポキシ主剤や硬化剤を添加すると、最初は有機廃液と均一にならない場合でも、架橋が進むにつれて均一化することは、本発明者らが見出した事実である。

その固化プロセスにおいては、有機廃液とエポキシ樹脂とが相分離しなくなるまで、撹拌を継続することが重要である。

有機廃液の沸点や引火点の近傍でエポキシ樹脂を架橋させる場合は、有機廃液成分のばらつきの影響で沸点や引火点が予想よりも下がる可能性も考慮すべきである。

引火を防止するためには、ハロゲンを含む難燃性のエポキシ主剤を用いる。有機廃液とエポキシ主剤および硬化剤との混合系に、有機廃液の燃焼を防止する水酸化アルミニウムのような難燃化材を添加すると、固化プロセス中の火災のおそれを確実に低減できる。

エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるので、有機廃液固形物を保管中に温度が高くなっても流動化することはない。したがって、貯蔵保管中の環境変化を想定した場合も、固化体は安定である。

次に、図１および図２を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明による放射性物質を含む有機廃液の固化処理方法の処理手順を示すフローチャートである。

本実施例１は、再処理溶媒であるトリブチルリン酸とドデカンとを主成分とする有機廃液を、常温硬化型のエポキシ樹脂を用いて、固化処理する方法である。

まず、エポキシ樹脂の素材を選定条件を説明する。
エポキシ樹脂は、エポキシ当量が１９０g/eq程度の汎用のビスフェノールＡ型を使用する。このビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、常温において液状の樹脂主材である。

ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂を室温で硬化させる硬化剤としては、脂肪族アミンや脂環式アミンがあり、多数の硬化剤が市販されている。その中からゲル化するまでの時間が少なくとも３０分以上であり、硬化発熱が小さく、穏やかに反応が進む硬化剤を選定する。

常温硬化系の場合、多少なりとも硬化発熱が発生することは避けられない。ドラム缶内で硬化させるときには、反応熱により固化体の内部では温度が上がる。硬化剤は、固化体内部の温度が、少なくとも有機廃液の引火点以下でとどまるという基準で選定することが望ましい。例えば、脂環式アミンは、常温で液状であり、常温では硬化反応が穏やかに進むので、好適な硬化剤のひとつである。

次に、配合比の設定条件を説明する。

有機廃液に対して３０体積％以上、例えば５０体積％になるように、エポキシ樹脂を添加する。エポキシ樹脂がこれよりも少ないと、十分均一な固化体にはならない。逆に、エポキシ樹脂の量が多くなると、有機廃液と比べて固化体の体積が大きくなるので、廃棄物発生量が増加する。

発明者らの試験評価結果によれば、均一な固化体が得られ、かつ、廃棄物発生量が有意に増加しないエポキシ樹脂添加量は、３０体積％以上、例えば５０体積％である。

エポキシ樹脂に対する硬化剤の添加量は、硬化剤供給者の推奨値に従うか、その推奨値がなければ、エポキシ基と等量になるようにする。硬化剤量は、硬化剤分子量と分子内の活性水素数とを用いて算出する。

有機廃液中の成分が、エポキシ基またはアミンの活性水素と反応することも考えられる。その場合は、エポキシ樹脂の架橋反応の効率が低下するので、有機廃液中の成分の影響を考慮して、エポキシ主材に対する硬化剤の添加量を決定してもよい。

図２は、本発明による放射性物質を含む有機廃液の固化処理装置の構成の一例を示すブロック図である。

本実施例１は、ドラム缶５と、ドラム缶５に所定量の有機廃液を供給する有機廃液供給槽１と、ドラム缶５に所定量のエポキシ主剤を供給するエポキシ供給槽２と、ドラム缶５に所定量の硬化剤を供給する硬化剤供給槽３と、それぞれの供給槽１，２，３からの供給量を計測する投入量計測手段４と、ドラム缶５内で有機廃液とエポキシ主剤と硬化剤とを撹拌する撹拌装置５と、ここでは図示しないが撹拌中の有機廃液温度を連続的または断続的に測定する温度計測器とからなる。

有機廃液供給槽１から有機廃液をドラム缶５に一定量入れる。この一定量の有機廃液に対して５０体積％になるように、エポキシ供給槽２からエポキシ主剤を添加し、ディゾルバタイプの撹拌装置６で有機廃液を撹拌する。

撹拌中の有機廃液に、硬化剤供給槽３から所定量の硬化剤を加え、撹拌を継続する。

エポキシ主剤と硬化剤とは、すぐ均一に相互溶解する。しかし、エポキシ主剤および硬化剤は、有機廃液とは均一にならないので、初期段階で撹拌を止めると、二相に分離する。

撹拌を継続すると、エポキシ樹脂の架橋が進行して粘度が増加しはじめる。さらに撹拌を継続すると、粘度が増したエポキシ樹脂と有機廃液とが分離しなくなり、全体が均一になる。

この時点で撹拌を止め、撹拌装置６をドラム缶５から引き上げ、エポキシ主剤などで洗浄する。そのエポキシ主剤は、次の有機廃液固化のときに利用する。

ドラム缶５の中のエポキシ樹脂が硬化したことを目視で確認し、硬化物中に取り込まれていない有機廃液が相分離していないことを確認した後、ドラム缶５に蓋をする。

本実施例１の有機溶液の固化処理方法では、引火などの可能性を完全に排除しながら、有機廃液を固形化できる。

その固化体は、貯蔵中に温度が高くなっても、形状安定であり、長期保管に適する。

放射性物質を含む有機廃液の沸点が高い場合や引火点が高い場合には、有機廃液の固形化に加熱硬化型エポキシ樹脂を使用できる。

この場合には、常温硬化型のエポキシ樹脂を使うよりも、架橋密度が高くより安定した固化体が得られる。

エポキシ樹脂を加熱して硬化させる材料を硬化剤として選定した場合も、基本的な処理プロセスは同じである。

上記常温硬化型エポキシ樹脂の場合と異なる手順は、ドラム缶を外からヒータで加熱しながら撹拌することである。ドラム缶５を側部から加熱する巻き付け式のヒータを用いる。

エポキシ樹脂の温度が有機廃液の引火点を越えないように、硬化剤の種類を選定し、硬化温度を設定することが重要である。

有機廃液がエポキシ樹脂から相分離しなくなったら、撹拌を停止し、加熱を継続する。エポキシ樹脂の硬化を確認した後、ヒータを切り、常温まで放冷し、ドラム缶の蓋をする。

なお、本実施例２の固化処理方法で使用するエポキシ樹脂は、臭素化エポキシ樹脂などの難燃性エポキシ樹脂でもよい。

水酸化アルミニウムなどの難燃剤を添加し、固化体を作ってもよい。

本実施例２の固化方法では、比較的引火点が高い有機廃液を安定な固化体にすることができる。

その固化体は、貯蔵中に温度が高くなっても、形状が安定であり、長期間の保管に適する。

また、加熱硬化エポキシ樹脂を使うので、架橋密度が高く、高強度の固化体が得られる。

本発明による放射性物質を含む有機廃液の固化処理方法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明による放射性物質を含む有機廃液の固化処理装置の構成の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 有機廃液供給槽
２ エポキシ主剤供給槽
３ 硬化剤供給槽
４ 投入量計測手段
５ ドラム缶
６ 撹拌装置

Claims (15)

1. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液の固化処理方法において、
   有機廃液の中で高分子素材を架橋させて固形化することを特徴とする有機溶液の固化処理方法。
2. 請求項１に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   高分子素材がエポキシ樹脂，フェノール樹脂，またはポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂であることを特徴する有機廃液の固化処理方法。
3. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液の固化処理方法において、
   有機溶液にエポキシ主剤と硬化剤とを加え、
   これらを撹拌しながら有機廃液中でエポキシ樹脂を架橋させることを特徴とする有機溶液の固化処理方法。
4. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   エポキシ樹脂の架橋反応を常温またはそれよりも高い温度で進行させることを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
5. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   エポキシ樹脂の架橋反応が常温で進むエポキシ主剤と硬化剤との組合せであることを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
6. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   有機廃液の沸点や引火点などの有機廃液の取り扱い安全性に関係する温度を越えない温度でエポキシ主剤と硬化剤との反応を進ませることを特徴とする機廃液の固化処理方法。
7. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   エポキシ主剤が、ビスフェノールＡ型の液状樹脂であり、
   硬化剤が、脂肪族アミンまたは脂環式アミンであることを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
8. 請求項７に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   有機廃液に対するビスフェノールＡ型エポキシ主剤の添加量が３０体積％以上であり、
   主剤のエポキシ基とほぼ等量の活性水素の量になるように脂肪族アミンまたは脂環式アミンの硬化剤を添加することを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
9. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
   有機廃液の中でエポキシ主剤と硬化剤との混合物が分離しなくなった時点で撹拌を止めることを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
10. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
    エポキシ主剤が、ハロゲンを含む難燃性のエポキシ主剤であることを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
11. 請求項３に記載の有機廃液の固化処理方法において、
    有機廃液の燃焼を防止する難燃化材を添加することを特徴とする有機廃液の固化処理方法。
12. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で固形化した固化体。
13. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で固形化して貯蔵保管する廃棄物管理方法。
14. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液の固化処理装置において、
    ドラム缶などの容器と、
    前記容器に所定量の有機廃液を供給する有機廃液供給槽と、
    前記容器に所定量のエポキシ主剤を供給するエポキシ供給槽と、
    前記容器に所定量の硬化剤を供給する硬化剤供給槽と、
    それぞれの供給槽からの供給量を計測する投入量計測手段と、
    前記容器内で有機廃液とエポキシ主剤と硬化剤とを撹拌する撹拌装置と、
    撹拌中の有機廃液温度を連続的または断続的に測定する温度計測器とからなることを特徴とする有機廃液の固化処理装置。
15. 少なくとも放射性物質などの有害物質を含む有機溶液の固化処理装置において、
    ドラム缶などの容器と、
    前記容器に所定量の有機廃液を供給する有機廃液供給槽と、
    前記容器に所定量のエポキシ主剤を供給するエポキシ供給槽と、
    前記容器に所定量の硬化剤を供給する硬化剤供給槽と、
    前記容器内の有機廃液を所定温度まで加熱するヒータと、
    それぞれの供給槽からの供給量を計測する投入量計測手段と、
    前記容器内で有機廃液とエポキシ主剤と硬化剤とを撹拌する撹拌装置と、
    撹拌中の有機廃液温度を連続的または断続的に測定する温度計測器とからなることを特徴とする有機廃液の固化処理装置。
    

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