JP2014145619A - 放射化セメントの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射化セメントから放射性核種を分離回収して、確実に放射性廃棄物の減容化を図ることを可能にする放射化セメントの処理方法を提供する。
【解決手段】放射化したセメントからＣｏ及び／又はＥｕの放射性核種を分離して回収する放射化セメントの処理方法であって、放射化したセメントを、硝酸を用いて溶解するセメント溶解工程と、セメント溶解工程で得たセメントの溶解液にアルカリ溶液を添加し、セメントの溶解液のｐＨを５．０以上１１．０以下にするｐＨ調整工程と、ｐＨ調整工程でｐＨを調整することよって沈殿した放射性核種を含む沈殿物と上澄み液とを分離する放射性核種回収工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射化したセメントから決定核種（放射性核種）を分離回収して、放射性廃棄物の減容化を図るための放射化セメントの処理方法に関する。

従来、例えば原子力発電所などの原子力関連施設においては、十分な強度を有するとともに放射線の遮蔽性に優れることから、構造躯体をコンクリートで構築するようにしている。

一方、このような原子力関連施設のコンクリートは、放射線に暴露されて放射化されるため、施設の改築、廃炉などを行う際に、放射性廃棄物として保管管理の必要が生じてしまう。そして、放射化コンクリートは、例えば全コンクリートの１％程度であるにもかかわらず、その保管管理に多大なスペースと費用を要するという問題がある。

これに対し、本願の発明者らは、骨材とセメント分を含め、コンクリート中に生成し、長期にわたり残存する放射性核種であるコバルト−６０（^６０Ｃｏ）とユーロピウム−１５２（^１５２Ｅｕ）、ユーロピウム−１５４（^１５４Ｅｕ）を取り除くことで高放射性廃棄物の量を減らし、その多くを一般廃棄物として取り扱えるようにすることができることに気付き、放射化コンクリートを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で得られた放射化コンクリートの粉砕物を硝酸などの処理液（洗浄液）で洗浄し、粉砕物から決定核種（対象元素）を化学的に分離する洗浄工程と、洗浄工程後に固液分離を行う固液分離工程と、固液分離工程で固形分（粉砕物）と分離した処理液を中和することにより、処理液中の決定核種を沈殿させて回収する回収工程とを備える放射化コンクリートの処理方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。この放射化コンクリートの処理方法で放射化コンクリート（廃コンクリート）を処理することによって、放射化コンクリートを減容化し、その多くを一般廃棄物として取り扱えるようにすることで、処理費（処分費）を大幅に削減できる。

特開２００２−３４１０８８号公報

ここで、骨材とセメント分を含め、コンクリート中に生成したＣｏとＥｕは長期にわたり残存する放射性核種で、この２つの核種（決定核種）を取り除くことで高い放射性廃棄物の量を減らすことができる。

そして、例えば上記の放射化コンクリートの処理方法で分離した放射化した骨材を処理する際には、硫酸やシュウ酸、硝酸などの酸性液中で加熱して目的核種を溶出させ、この溶出液をアルカリ性にすることで目的核種を沈殿させる。これにより、骨材中の核種を回収し、骨材を低放射能化することができ、放射性廃棄物の量を減らすことが可能になる。

この一方で、放射化したセメント分（放射化セメント）を骨材と同様に処理すると、ほぼ全量が硫酸やシュウ酸、硝酸などの酸性液に溶ける。そして、セメント分はその組成の約５０％がカルシウムであるため、骨材の溶出液を取り扱う場合と同様に、セメント分を酸性液で溶解した溶解液を単にアルカリ性にしてしまうと、^６０Ｃｏや^１５２Ｅｕの決定核種とともに、Ｃａ（カルシウム）が水酸化物として大量に沈殿し、放射性廃棄物の減容化を図ることができなくなってしまう。特に、硫酸とシュウ酸の酸性液を用いてセメント分を溶解すると、溶解液をアルカリ性にしたときに多量のＣａが決定核種とともに沈殿してしまい、このＣａと決定核種を分離することが困難になってしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、放射化セメントから放射性核種を分離回収して、確実に放射性廃棄物の減容化を図ることを可能にする放射化セメントの処理方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の放射化セメントの処理方法は、放射化したセメントからＣｏ及び／又はＥｕの放射性核種を分離して回収する放射化セメントの処理方法であって、前記放射化したセメントを、硝酸を用いて溶解するセメント溶解工程と、前記セメント溶解工程で得たセメントの溶解液にアルカリ溶液を添加し、前記セメントの溶解液のｐＨを５．０以上１１．０以下にするｐＨ調整工程と、前記ｐＨ調整工程でｐＨを調整することよって沈殿した前記放射性核種を含む沈殿物と上澄み液とを分離する放射性核種回収工程とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の放射化セメントの処理方法においては、前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム水溶液及び／又はアンモニア水であることが望ましい。

さらに、本発明の放射化セメントの処理方法においては、前記ｐＨ調整工程で、前記セメントの溶解液のｐＨを７．０以上９．０未満にすることがより望ましい。

本発明の放射化セメントの処理方法においては、セメント溶解工程で硝酸を用いることによって、放射化したセメントをほぼ全て溶解することができる。そして、ｐＨ調整工程で、セメンの溶解液にアルカリ溶液を添加し、溶解液のｐＨを５．０以上１１．０以下にすることで、多量に溶解しているカルシウムをそのまま溶解した状態で維持しつつ、Ｃｏ及び／又はＥｕの放射性核種を水酸化物として析出させ、沈殿させることができる。

これにより、放射性核種回収工程で、ろ過や遠心分離などにより放射性核種を含む沈殿物と上澄み液とを分離することによって、セメントから放射性核種を分離回収することが可能になる。よって、本発明の放射化セメントの処理方法によれば、放射化したセメントに対しても、骨材と同様に、放射性核種を確実に分離回収することが可能になり、放射性廃棄物の量を減容化することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る放射化セメントの処理方法による放射性核種の除去効果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る放射化セメントの処理方法の優位性を確認した実験の手順を示す図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る放射化セメントの処理方法について説明する。本実施形態は、例えば、原子力発電所などの原子力関連施設の改修などに伴い固体廃棄物として発生する放射化コンクリートの放射化したセメント分を処理するために用いて好適な放射化セメントの処理方法に関するものである。

まず、本実施形態では、まず、原子力関連施設等で発生した放射化コンクリート（廃コンクリート塊）を粉砕工程で粉砕する。また、粉砕工程で得られた放射化コンクリートの粉砕物を、洗浄工程に送り、処理液（洗浄液）で洗浄して粉砕物から決定核種を除去（抽出）する。さらに、洗浄工程後の固形分（粉砕物）と処理液を固液分離工程で分離する。また、固液分離工程で分離した処理液から決定核種を回収工程で回収するとともに、固液分離工程で分離した固形分を乾燥工程で乾燥処理する。

このとき、まず、粉砕工程では、粉砕機を用いて放射化コンクリートを例えば１０ｍｍ以下の粒径となるように粉砕する。例えばロールクラッシャーなどの粉砕機を用いて、表面積を極力大きくした粉砕物が得られるように放射化コンクリートを薄片状に粉砕することが望ましい。

次に、粉砕物を洗浄工程で洗浄する。ここで、現在予測されている原子力発電所の生体遮蔽体の放射化コンクリートは、ごく僅かの放射性核種、すなわち全放射性核種に対して決定核種となる^６０Ｃｏ、^１５２Ｅｕ、^１５４Ｅｕを取り除けば、放射化コンクリート（廃コンクリート）の全てを一般廃棄物として取り扱うことも可能になりうる。このため、本実施形態では、Ｃｏ（コバルト）とＥｕ（ユウロピウム）を決定核種とし、これを粉砕物から分離除去する。

そして、本実施形態では、粉砕物を洗浄工程で洗浄する際に、硝酸を洗浄液として用い、粉砕物を洗浄する。すると、放射化コンクリートを粉砕した粉砕物の骨材分は溶解せず、セメント分が完全に溶解する。すなわち、硝酸を洗浄液として用いることにより、この洗浄工程が本発明に係るセメント溶解工程となり、放射化セメントが完全に溶解するように処理される。

次に、固液分離工程で固形分（骨材分の粉砕物等）と処理液が分離され、回収工程で処理液から決定核種を回収する際に、本実施形態では、まず、処理液にアルカリ溶液を添加し、処理液のｐＨを５．０以上１１．０以下に調整する（ｐＨ調整工程）。

ここで、図１は、処理液のｐＨに対するＣａ、Ｃｏ、Ｅｕの除去率を確認した実験結果を示している。

この実験では、図２に示すように、硝酸２５ｍＬに水７５ｍＬを加えた硝酸溶液を普通ポルトランドセメント１２ｇに添加してセメントを溶解させるとともに、３０００ｒｐｍの回転速度で１０分間遠心分離を行い、セメントの溶解液と残留物を分離した。そして、セメントの溶解液にＣｏとＥｕを１ｍｇ添加した後、アンモニア水を用いてセメントの溶解液のｐＨを段階的に上昇させた。また、ｐＨを調整したセメントの溶解液を沈殿物とろ液に遠心分離し、ろ液のＣａ、Ｃｏ、Ｅｕ濃度を測定することでｐＨに対するＣａ、Ｃｏ、Ｅｕの除去率を測定した。すなわち、ｐＨを調整することで、水酸化物となって沈殿することによるＣａ、Ｃｏ、Ｅｕの除去率を確認した。

そして、図１に示すように、セメントの溶解液のｐＨを５．０にすると、Ｃａの除去率が６．３％であるのに対し、Ｃｏの除去率が２７．４％、Ｅｕの除去率が５４．７％に上昇し始めることが確認された。また、セメントの溶解液のｐＨを５．９にすると、Ｃａの除去率が９．２％で低除去率であるのに対し、Ｃｏの除去率が４４．０％、Ｅｕの除去率が９７．２％に急上昇することが確認された。

さらに、セメントの溶解液のｐＨを７．０にすると、Ｃａの除去率が１１．６％であるのに対し、Ｃｏの除去率が９４．９％、Ｅｕの除去率が１００％になることが確認され、ｐＨ７．０に調整することで、Ｃｏ、Ｅｕの除去率をほぼ完全に分離して除去できることが確認された。そして、このＣｏ、Ｅｕの除去率をほぼ完全に分離できる傾向は、ｐＨ８．１でも確認された。また、アルカリ溶液としてアンモニア水を用いるよりもＮａＯＨ溶液を用いると、中性域付近でのｐＨのコントロールが難しくなるが、Ｃｏ、Ｅｕの除去率が高くなることが確認されている。

一方、図１に示すように、セメントの溶解液のｐＨを９．０にすると、Ｅｕの除去率が１００％で維持されるのに対し、Ｃｏの除去率が高除去率ではあるものの７１．４％に低下することも確認された。

さらに、例えば普通ポルトランドセメントには、Ｆｅ（鉄）が２．２％程度、Ａｌが２．６％程度含まれ、中性域でＦｅはそのほぼすべてが水酸化物となって沈殿してしまうが、ＡｌはｐＨ９．０以上でその多くが水酸化物となって沈殿し、ＣａはｐＨ１１．０以上でその多くが水酸化物となって沈殿する。

放射化コンクリートを粉砕し、硝酸を用いた酸性液で洗浄することでセメント分が完全に溶解し、この処理液にはＣｏ、Ｅｕの放射性核種とともに大量のＣａが溶存することになるが、回収工程において、処理液（放射化したセメントの溶解液）のｐＨを、アンモニア水、より好ましくはＮａＯＨ溶液のアルカリ溶液を用いて５．０以上１１．０以下にすることで、Ｃａを溶存させた状態で維持しつつ、Ｃｏ、Ｅｕを水酸化物として沈殿させ、高除去率で除去することが可能になる。

さらに、セメントの溶解液である処理液のｐＨを７．０以上９．０未満にすると、さらに高除去率でＣｏ及びＥｕ、特にＥｕだけでなくＣｏもほぼ完全に（ほぼ１００％の除去率で）除去することが可能になる。また、このとき、ｐＨが９．０未満であることにより、セメント分のＡｌが水酸化物として沈殿することを防ぐことができる。このため、さらなる放射性廃棄物の減容化を図ることが可能になる。

したがって、本実施形態の放射化セメントの処理方法を用いて放射化セメント（放射化コンクリート）を処理するにあたり、洗浄工程としてのセメント溶解工程で硝酸を用いることによって、放射化したセメントをほぼ全て溶解することができる。そして、回収工程としてのｐＨ調整工程で、セメンの溶解液である処理液に、アンモニア水、より好ましくはＮａＯＨ溶液のアルカリ溶液を添加し、この処理液のｐＨを５．０以上１１．０以下にすることで、さらに好ましくはｐＨを７．０以上９．０未満にすることで、多量に溶解しているＣａをそのまま溶解した状態で維持しつつ、Ｃｏ及び／又はＥｕの放射性核種を水酸化物として析出させ、沈殿させることができる。

これにより、回収工程としての放射性核種回収工程で、ろ過や遠心分離などで放射性核種を含む沈殿物と上澄み液とを分離すると、骨材だけでなくセメントから放射性核種を効果的に分離回収することが可能になる。よって、放射化したセメントに対しても、骨材と同様に、放射性核種を確実に分離回収することが可能になり、放射性廃棄物の量を減容化することが可能になる。

以上、本発明に係る放射化セメントの処理方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Claims (3)

1. 放射化したセメントからＣｏ及び／又はＥｕの放射性核種を分離して回収する放射化セメントの処理方法であって、
   前記放射化したセメントを、硝酸を用いて溶解するセメント溶解工程と、
   前記セメント溶解工程で得たセメントの溶解液にアルカリ溶液を添加し、前記セメントの溶解液のｐＨを５．０以上１１．０以下にするｐＨ調整工程と、
   前記ｐＨ調整工程でｐＨを調整することよって沈殿した前記放射性核種を含む沈殿物と上澄み液とを分離する放射性核種回収工程とを備えていることを特徴とする放射化セメントの処理方法。
2. 請求項１記載の放射化セメントの処理方法において、
   前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム水溶液及び／又はアンモニア水であることを特徴とする放射化セメントの処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射化セメントの処理方法において、
   前記ｐＨ調整工程で、前記セメントの溶解液のｐＨを７．０以上９．０未満にすることを特徴とする放射化セメントの処理方法。

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