JP2013217801A - 放射性廃樹脂の除染方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多量の二次廃棄物を発生させることなく放射性金属イオンを吸着した樹脂から金属イオンを分離することができる放射性廃樹脂の除染方法を提供する。
【解決手段】放射性金属イオンを吸着したイオン交換樹脂に対し陽極と陰極とを用いて直流電流を流し、樹脂に吸着している金属イオンを該樹脂から分離する工程を有する放射性廃樹脂の除染方法。さらに、前記イオン交換樹脂から分離して析出した金属を磁石に付着させて取り出す工程を有することを特徴とする放射性廃樹脂の除染方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、原子力発電所内の機器除染等で発生した、放射性の金属イオンを吸着したイオン交換樹脂の線量を低下させる放射性廃樹脂の除染方法に関する。

イオン交換樹脂（以下、樹脂ということがある。）に吸着している放射性金属イオンを分離する放射性廃樹脂の除染方法として、特許文献１には、主にイオン交換樹脂で捕捉された固形物（クラッド）について、ｐＨを調整することで表面電位をゼロ、またはやや負とし、イオン交換樹脂に対する静電的吸着力を弱め分離しやすくし、超音波照射してクラッドを分離する方法が記載されているが、樹脂に吸着している金属イオンを除去することはできない。

特許文献２には、放射性金属イオンを吸着した樹脂を硫酸によって溶離させる方法が記載されているが、金属イオンが溶解した硫酸溶液を中和・濃縮して廃棄するところから、二次廃棄物が多量に発生する。

特開平６−１８６３９７ 特開昭６３−９６６００

本発明は、多量の二次廃棄物を発生させることなく放射性金属イオンを吸着した樹脂から金属イオンを分離することができる放射性廃樹脂の除染方法を提供することを目的とする。

本発明の放射性廃樹脂の除染方法は、放射性金属イオンを吸着したイオン交換樹脂に対し陽極と陰極とを用いて直流電流を流し、樹脂に吸着している金属イオンを該樹脂から分離する工程を有するものである。

二次廃棄物を出さずに廃樹脂の線量を低くし処分を可能とするために、種々研究を重ねたところ、金属イオンを吸着したイオン交換樹脂に通電すると、金属が還元されて樹脂の周りや陰極に金属として析出することが認められた。

析出した金属が鉄、コバルト等である場合、磁性を持つので、磁石に吸着させて金属のみを樹脂から分離することも可能である。

また、陰極に析出したものについても、陰極を清掃する、またはそのまま陰極を交換・廃棄することにより処分することができる。

本発明で処理対象とする放射性廃樹脂としては、原子力施設等で生じる放射性金属イオンを吸着したイオン交換樹脂である。この樹脂に吸着した放射性金属イオンの金属としては、鉄、コバルト、銅、ニッケル、マンガン、モリブデン、セシウム等が例示される。

この樹脂を酸好ましくは硫酸溶液に混合してスラリー状とし、陽極と陰極とを用いて直流電流を流す。例えば、ピストン状の陰極及び陽極を有した合成樹脂製のカラム内の該陽極と陰極との間に放射性廃樹脂を介在させて直流電圧を印加して電流を流す。

上記のスラリーにおける硫酸の濃度はｐＨ２〜３程度が好ましい。硫酸溶液の体積と樹脂の体積との合量における樹脂の体積は１０〜８０％特に２０〜５０％程度であればよい。

上記の直流電流密度は０．１〜１０Ａ／ｄｍ^２特に１〜５Ａ／ｄｍ^２程度が好ましく、通電時間は１０時間以上、例えば１０〜３００時間特に５０〜１００時間程度が好ましい。通電時の温度は特に限定されない。

通電を継続すると、樹脂の周囲及び陰極に金属が析出してくる。樹脂周囲に析出した金属が鉄、コバルトであるときには、磁石によって樹脂から分離することができる。例えば、スラリー中に磁石を挿入してかき回したり、磁石と接するようにスラリーを流したりすることにより、金属を磁石に磁気的に吸着させて樹脂から分離することができる。磁石は電磁石であってもよく、永久磁石であってもよい。

陰極に付着した金属については、陰極の表面を物理的手段によってかきとることによって清掃して回収してもよく、陰極をそのまま交換し、廃棄処分してもよい。

直流電流を印加することにより、金属イオンが樹脂から分離することを確認する為に、塩化コバルトを用いて次のi)〜v)の手順に従って試験を行なった。

i) 塩化コバルト溶液：５．０ｗｔ％（ａｓＣｏ）を作成し、硫酸でｐＨ２．０に調整した。
ii) この塩化コバルト溶液（１Ｌ）にカチオン交換樹脂５００ｍＬ（三菱樹脂株式会社製ＳＫ-１ＢＨ）を添加し、コバルトイオンの濃度変化がなくなるまで撹拌した。
iii) 上記ii)で作成した樹脂を合成樹脂製カラム内の円板状の陽極と陰極の間に挟み、以下の条件で直流電流を通電し、試験を行なった。

＜試験条件＞
電流値：０．５Ａ
電圧：最大３０Ｖ
電極表面積：１２ｃｍ^２（０．１２ｄｍ^２）
電流密度：４１．７ｍＡ／ｃｍ^２（４．１７Ａ／ｄｍ^２）
電極間の距離：約４０ｍｍ
樹脂量：５０ｍｌ Ｃｏ：２，２１５ｍｇ
硫酸溶液：３００ｍｌ（ｐＨ２．０）
通電時間：２６６時間

＜試験結果＞
iv) カチオン交換樹脂（ＳＫ−１ＢＨ）のコバルト吸着量の測定
樹脂をＨＣｌで再生し（２Ｎ−ＨＣＬ、ＳＶ７０）、流出液のコバルトイオンを測定してコバルト吸着量を確認した。

液中のコバルトイオン濃度は４４３ｍＶｇ／ｌ（１Ｌ）であり、Ｃｏ吸着量は４４．３ｍＶｇ／ｍｌ−ｒｅｓｉｎ（１．５ｍｅｑ／ｍｌ−ｒｅｓｉｎ）であった。

陰極析出物（陰極に付着した樹脂、磁石により回収したものを含む）を溶解し、コバルトを測定した結果を表１に示す。

表１の通り、３７時間で計１，２３６ｍｇ（５６％）のコバルトの分離が可能であった。陰極に付着し回収された樹脂は、３７時間で３．５ｍｌであった。

今回の試験では３７時間で５６％のコバルトが分離され、除去率も時間に比例して上昇しているため、更に時間をかけることで高い除去率が得られる可能性がある。

v) 陰極析出物（付着した樹脂を含む）を溶解し、コバルトを測定した結果を表２に示す。

表１、表２の測定結果を積算すると、２６６時間で計２２１４．１８ｍｇ（９９．９６％）のコバルトの分離が可能であった。

試験後に回収された樹脂は４５ｍｌであり、再生の結果１１３．４ｍｇ−Ｃｏを含んでいた。また、液中には７．８ｍｇ−Ｃｏが検出されたため、合計で１２１．２ｍｇ−Ｃｏが残留していたことから除去率を算出すると９４．５３％となる。

Claims (2)

1. 放射性金属イオンを吸着したイオン交換樹脂に対し陽極と陰極とを用いて直流電流を流し、樹脂に吸着している金属イオンを該樹脂から分離する工程を有する放射性廃樹脂の除染方法。
2. 請求項１において、前記イオン交換樹脂から分離して析出した金属を磁石に付着させて取り出す工程を有することを特徴とする放射性廃樹脂の除染方法。