JP2015081381A - 鉄族金属イオン含有液の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄族金属イオン含有液の電着処理において、鉄族金属イオン含有液の液性状に影響を受けることなく、鉄族金属イオンを効率的に液中から析出させて除去する。【解決手段】陽極２を備えた陽極室２Ａと陰極３を備えた陰極室３Ａとをカチオン交換膜５で隔離し、陽極室２Ａに鉄族金属イオン含有液を導入し、陰極室３Ａに陰極液を導入し、陽極２と陰極３間に通電することにより、陽極室２Ａ内の液中の鉄族金属イオンをカチオン交換膜５を透過させて陰極室３Ａ内の液中に移動させ、陰極３上に鉄族金属を析出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄族金属イオン含有液の処理方法及び処理装置に係り、詳しくは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）といった鉄族金属イオンを含有する液から、当該イオンを除去する方法及び装置に関する。本発明は、特に、原子力発電所において発生する除染廃液や、原子力発電所で使用されたイオン交換樹脂から鉄族金属イオンを溶離させた溶離液等の原子力発電所等から生じる鉄族金属イオンを含有する廃液の処理に好適に用いられる。

原子力発電所では、放射性物質に汚染された一次冷却系の機器や配管、これらを含む系統の金属部材表面から放射性物質を化学的に除去した際に、多量の除染廃液が発生する。これらの除染廃液は、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉといった鉄族金属イオンを含んでおり、Ｃｏ−６０（コバルト６０）、Ｎｉ−６３（ニッケル６３）といった放射性物質も多く含んでいる。通常、除染廃液は、イオン交換樹脂により溶解しているイオン成分が除去され、除染液として再利用される。このため、放射性物質を多く含むイオン交換樹脂の廃棄物が発生するという問題がある。

また、原子力発電所等において、原子炉水浄化系（ＣＵＷ）、燃料貯蔵プール水浄化系（ＦＰＣ）といった直接燃料棒に触れ、放射性物質を含む冷却水系の浄化に使用されたイオン交換樹脂は、放射性物質を多く吸着しているため、高線量率の廃棄物として、発電所に設置された樹脂タンクに貯留されている。
これらの放射性物質を含む廃棄物は、最終的にセメント等の固化助材と混練して安定化した後に、埋設処分される。埋設処分する際の費用は、内包する放射性物質の量で異なり、放射性物質濃度が高いほど高額となる。このため、高線量率の廃棄物はできるだけ減容した後に、固化体の埋設廃棄物とすることが経済的である。具体的には、イオン交換樹脂から放射性物質を固形物として分離し、遮蔽容器内に封じ込めることができれば、減容化の面で望ましい。放射性物質が除去された廃イオン交換樹脂は、処分費用が安価な低線量率の廃棄物であり、さらに、廃イオン交換樹脂を焼却可能なレベルまで放射性物質を除去できれば、焼却処理により、大幅な減容が達成できる。

このような高線量の廃樹脂の処理方法として、特許文献１や特許文献２に提案されるように、フェントン法や超臨界水酸化等の湿式酸化により廃樹脂を分解する方法があるが、これらの方法を適用した場合、いずれの場合も高線量率の廃液が多量に発生する。その高線量率の廃液を最終的に処分する際には、さらに蒸発濃縮し、その濃縮液をセメントと混練する等の方法により固化体として安定化することが必要となる。この場合、セメント等の固化助材を新たに添加するため、その分最終処分される高線量率の廃棄物量が増加し、廃棄物量の低減に至らないという問題がある。

特許文献３には、廃樹脂に硫酸を通液し、イオン状の放射性物質を溶離し、溶離液から拡散透析により放射性物質を分離し、硫酸を循環再利用する技術が開示されている。また、特許文献４には、廃樹脂をシュウ酸水溶液に浸漬して表面の金属クラッドを溶解するとともに、樹脂に吸着している金属イオンをシュウ酸水溶液に溶離する廃樹脂処理方法が開示されている。これらの場合も、放射性物質を含む廃液が生成するが、その固化処理までは網羅されていない。

一方で、イオン状の放射性物質を含む廃液から放射性物質を除去する方法として、特許文献５には、放射性陽イオンが溶解した汚染除去溶液を、電着セルを通過させながら通電し、放射性陽イオンを放射性金属粒子として陰極に堆積させて、汚染除去溶液を再生・再利用する技術が開示されている。その際に、放射性金属粒子を堆積させた陰極は、陰極液を陰極全体に注いで放射性金属粒子を脱離させるとの記載がある。

特公昭６１−９５９９号公報 特許第３６５７７４７号公報 特開２００４−２８６９７号公報 特開２０１３−４４５８８号公報 特許第４４３８９８８号公報

特許文献５では、放射性陽イオンが溶解した汚染除去溶液を、直接電着セルの陰極側に導入しながら通電し、放射性陽イオンを放射性金属粒子として陰極に堆積させているが、この方法では、陰極液性状は汚染除去溶液に依存して変化するため、陰極液を電着に適した液性状に調整することができない。汚染除去溶液が酸性の廃液の場合には、陰極表面で析出した放射性金属成分が酸性の廃液に再び溶解するため、析出が起こらないか、もしくは析出速度が著しく低下する。また、廃液が中性又はアルカリ性の場合には、陰極表面近傍で水酸化物の沈殿物が形成され、陰極表面に放射性金属を電着させて回収することが困難となる。このため、廃液から放射性物質を電着法により効率的に回収するためには、陰極室に直接廃液を導入するのは好ましくなく、陰極液を電着に適した液性とすることが重要となる。

本発明は、鉄族金属イオン含有液の電着処理において、鉄族金属イオン含有液の液性状に影響を受けることなく、鉄族金属イオンを効率的に液中から析出させて除去する鉄族金属イオン含有液の処理方法及び処理装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とをカチオン交換膜で隔離した電着槽の陽極室に鉄族金属イオン含有液を導入し、陰極室に陰極液を導入して、陽極と陰極間に通電することにより、陽極室内の液中の鉄族金属イオンを陰極室内の陰極液中に移動させて陰極上に鉄族金属を析出させるようにすることにより、鉄族金属イオン含有液の液性状に左右されることなく、適切な電着条件にて鉄族金属を電着除去することができることが分かり、本発明を完成させた。

即ち、本発明は以下を要旨とする。

［１］ 陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とをカチオン交換膜で隔離し、該陽極室に鉄族金属イオン含有液を導入し、該陰極室に陰極液を導入し、該陽極と該陰極間に通電することにより、該陽極室内の液中の鉄族金属イオンを該カチオン交換膜を透過させて該陰極室内の液中に移動させ、該陰極上に該鉄族金属を析出させることを特徴とする鉄族金属イオン含有液の処理方法。

［２］ 前記鉄族金属は、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれる１種以上であることを特徴とする［１］に記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。

［３］ 前記鉄族金属イオン含有液は、ｐＨ２未満の酸廃液であることを特徴とする［１又は［２］に記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。

［４］ 前記陰極液は、ジカルボン酸及びその塩並びにトリカルボン酸及びその塩から選ばれる１種以上の添加剤を含むことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。

［５］ 陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、該陽極室と陰極室とを隔離するカチオン交換膜とを有する電着槽と、該陽極及び陰極間に通電する通電手段と、該陽極室に鉄族金属イオン含有液を通液する通液手段と、該陰極室に陰極液を通液する通液手段とを有し、該陽極と該陰極間に通電することにより、該陽極室内の液中の鉄族金属イオンを該カチオン交換膜を透過させて該陰極室内の液中に移動させ、該陰極上に該鉄族金属を析出させることを特徴とする鉄族金属イオン含有液の処理装置。

［６］ 前記鉄族金属は、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれる１種以上であることを特徴とする［５］に記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。

［７］ 前記鉄族金属イオン含有液は、ｐＨ２未満の酸廃液であることを特徴とする［５］又は［６］に記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。

［８］ 前記陰極液は、ジカルボン酸及びその塩、並びにトリカルボン酸及びその塩から選ばれる１種以上の添加剤を含むことを特徴とする［５］乃至［７］のいずれかに記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。

本発明によれば、鉄族金属イオン含有液を導入する陽極室と、鉄族金属を析出させる陰極室をカチオン交換膜で隔離していることから、鉄族金属イオン含有液の液性状に左右されることなく、効率良く鉄族金属の電着が可能である。特に、鉄族金属イオン含有液が、酸廃液である場合、従来法では陰極に電着する鉄族金属が溶解してしまったり、鉄族金属の電着速度が著しく低下したりするが、本発明によれば、陽極室に酸廃液が導入されても、陰極室を電着に適した条件とすることができる。

本発明の実施の形態の一例を示す処理装置の系統図である。 本発明の実施の形態の他の例を示す処理装置の系統図である。 比較参考例２の電着結果を示すグラフである。 参考例１〜７及び比較参考例６の電着結果を示すグラフである。 長時間連続電着試験時の電圧の経時変化を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の鉄族金属イオン含有液の処理装置の実施の形態の一例を示す系統図である。

図１の電着装置は、電着槽１内の陽極２を備えた陽極室２Ａと、陰極３を備えた陰極室３Ａとをカチオン交換膜５で隔離し、陽極室２Ａに鉄族金属イオン含有液を通液し、陰極室３Ａに陰極液を通液し、陽極２と陰極３間を通電することにより、陽極室２Ａ内の液中の鉄族金属イオンをカチオン交換膜５を透過させて陰極室３Ａ内の液中に移動させ、陰極３上に鉄族金属を析出させるものである。

図１において、１０は鉄族金属イオン含有液貯槽であり、ポンプＰ_１により、配管１１を経て鉄族金属イオン含有液を陽極室２Ａに導入し、排出液を配管１２を経て鉄族金属イオン含有液貯槽１０に戻す循環系が形成されている。また、２０は、陰極液貯槽であり、ポンプＰ_２により配管２１を経て陰極液を陰極室３Ａに導入し、排出液を配管２２を経て陰極液貯槽２０に戻す循環系が形成されている。

カチオン交換膜を設けずに、廃液を直接陰極を浸漬した槽に導入してしまうと、廃液がｐＨ２未満、特にｐＨ１未満の強酸性であった場合、適度にアルカリによりｐＨを調整しなければ、陰極に電着した鉄族金属が再溶解するか、電着自体が起こらないといった問題が生じる。これに対して、図１に示すようなカチオン交換膜を配した装置では、陰極側の陰極液を電着に適した条件にしておけば、廃液が上記ｐＨの強酸性の液であっても、良好に鉄族金属を電着除去することができる。
また、強酸性の廃液から鉄族金属イオンを除去して再利用する場合、アルカリで廃液をｐＨ調整してしまうと、強酸性の液としての再利用が困難となるが、図１の装置では、廃液の酸性度を低下させることなく、鉄族金属イオンをカチオン交換膜を通して廃液から除去し、処理液を再利用することが可能である。
本発明では、図１に示すように、カチオン交換膜を通して、鉄族金属イオンを陰極液に移行させるため、鉄族金属イオン濃度が０．１〜１００００ｍｇ／Ｌ、特に１〜１０００ｍｇ／Ｌ程度の低濃度の廃液であっても効率良く処理することができる。

本発明で用いる陰極液のｐＨは、１〜９とすることが好ましく、２〜８とすることがより好ましい。陰極液のｐＨが低すぎると、陰極上に電着した鉄族金属の再溶解が起こり、電着速度が低下する恐れがある。また、陰極液のｐＨが高すぎると、鉄族金属の水酸化物が液中に懸濁物質として発生しやすくなる。このため陰極液のｐＨが上記範囲外となる場合には、アルカリや酸により、適宜ｐＨ調整を行うのが好ましい。

また、本発明においては、陰極液に鉄族金属イオンの電着に適した錯化剤（以下、「本発明の添加剤」と称す場合がある。）を添加することが好ましい。

本発明の添加剤としては、分子内に２つのカルボキシル基を有するジカルボン酸及びその塩（以下、「ジカルボン酸（塩）」と称す場合がある。）、並びに分子内に３つのカルボキシル基を有するトリカルボン酸及びその塩（以下、「トリカルボン酸（塩）」と称す場合がある。）から選択されるものが好ましい。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して使用してもよい。ジカルボン酸（塩）、トリカルボン酸（塩）は、そのキレート効果で電着中の懸濁物質の発生を抑制し、電着効果の向上に優れた効果を奏する。
これに対して、分子内に１つのカルボキシル基を持つモノカルボン酸では、鉄族金属イオンとの結合力が弱く、液中で鉄族金属の水酸化物からなる懸濁物質が発生する、陰極に均一に電着しないといった問題が生じる。また、分子内に４つ以上のカルボキシル基を有するカルボン酸を用いると、鉄族金属イオンとの結合力が強すぎて、液中に鉄族金属が保持され、電着の速度が著しく低下するという問題が生じる。

ジカルボン酸（塩）、トリカルボン酸（塩）としては、下記式（１）で表されるものが、特に、懸濁物質が生じにくく、かつ電着が速やかに進むようになる点で好ましい。下記式（１）で表されるジカルボン酸（塩）やトリカルボン酸（塩）は、分子内のカルボキシル基同士の間に１〜３個の炭素原子が存在するものであり、その形状に由来して、鉄族金属イオンとの間に適度な結合力が得られると推測される。

Ｍ^１ＯＯＣ−（ＣＨＸ^１）_ａ−（ＮＨ）_ｂ−（ＣＸ^２Ｘ^４）_ｃ−ＣＸ^３Ｘ^５−ＣＯＯＭ^２
…（１）
（式（１）中、Ｘ^１，Ｘ^２，Ｘ^３は各々独立にＨ又はＯＨを表し、Ｘ^４，Ｘ^５は各々独立にＨ、ＯＨ又はＣＯＯＭ^３を表し、Ｍ^１，Ｍ^２，Ｍ^３は各々独立にＨ、１価のアルカリ金属又はアンモニウムイオンを表し、ａ，ｂ，ｃは各々独立に０又は１の整数を表す。ただし、式（１）において、Ｘ^４とＸ^５は同時にＣＯＯＭ^３となることはない。）

本発明に好適なジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸（エタン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＯＯＨ）、マロン酸（プロパン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ）、コハク酸（ブタン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ）、グルタル酸（ペンタン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ）、リンゴ酸（２−ヒドロキシブタン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＯＯＨ）、酒石酸（２，３−ジヒドロキシブタン二酸、ＨＯＯＣ−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＯＯＨ）、イミノ二酢酸（ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＮＨ−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ）などが挙げられるが、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、イミノ二酢酸が特に好ましい。トリカルボン酸としては、クエン酸（ＨＯＯＣ−ＣＨ_２−ＣＯＨ（ＣＯＯＨ）−ＣＨ_２−ＣＯＯＨ）、１，２，３−プロパントリカルボン酸などが挙げられるが、クエン酸が特に好ましい。また、これらのジカルボン酸、トリカルボン酸の塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩やアンモニウム塩が挙げられる。

本発明においては、鉄族金属イオン含有液が鉄族金属イオンを複数種含む場合、ジカルボン酸（塩）及び／又はトリカルボン酸（塩）と共にアンモニウム塩を共存させることが好ましい。例えば、ＣｏとＦｅを含む鉄族金属イオン含有液を本発明により処理する場合、アンモニウム塩を添加しない場合には、通常ＦｅよりもＣｏの方が電着速度が速く、Ｃｏの電着層の上にＦｅの電着層が生成する形となるが、アンモニウム塩を添加することにより、ＣｏとＦｅの電着速度がほぼ同等となり、ＣｏとＦｅが合金状に電着するようになる。ＣｏとＦｅの電着速度が異なり、Ｃｏ層とＦｅ層に分かれて電着すると、ＣｏとＦｅの物性の違いにより、電着物の浮きや剥がれが起きやすくなって、継続的な電着処理ができなくなる恐れがある。

アンモニウム塩としては、液中でアンモニウムイオンを生じるものであればよく、例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム及びクエン酸アンモニウムが好適である。これらのアンモニウム塩は、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して使用してもよい。特に、シュウ酸アンモニウム等のジカルボン酸アンモニウムやクエン酸アンモニウム等のトリカルボン酸アンモニウムを用いると、アンモニウム塩と本発明の添加剤とを兼ねることができ、ジカルボン酸やトリカルボン酸のキレート効果による懸濁物質の発生抑制効果とＣｏとＦｅの電着速度を調整できる効果を１剤で得ることが可能である。

本発明で用いる陰極液中の上記の本発明の添加剤の濃度については特に制限はないが、陽極室に導入される鉄族金属イオン含有液中の鉄族金属イオンの合計モル濃度に対して、陰極室に導入される陰極液中の本発明の添加剤のモル濃度が０．１〜５０倍、特に０．５〜１０倍であることが好ましく、陰極液としては、例えば、本発明の添加剤を０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜５重量％含むｐＨ１〜９、好ましくはｐＨ２〜８の水溶液が用いられる。本発明の添加剤の量が少な過ぎると、本発明の添加剤を用いたことによる懸濁物質抑制の効果を十分に得ることができず、多過ぎるとキレート効果が大きくなり過ぎて電着速度が低下する。
本発明の添加剤は、電着槽の陽極に接触してしまうと酸化分解してしまうが、本発明の電着槽は、カチオン交換膜により陽極室と陰極室が隔てられているため、添加剤が含まれる電着液は陽極と直接接触することはないため、添加剤が酸化されて無駄に消費されることがない。そのため、本発明では、陰極液に補充する添加剤は非常に少ない量でよく、薬品使用量を少なくできる。

また、アンモニウム塩を用いる場合、アンモニウム塩は、陰極液中の濃度が０．０１〜２０重量％、好ましくは０．１〜５重量％となる量で用いることが好ましい。アンモニウム塩の濃度が低過ぎるとアンモニウム塩を用いたことによる上記効果を十分に得ることができず、高過ぎると効果の向上がなく、薬品使用量が多くなる。

電着条件（電流値、電流密度、温度等）には特に制限はないが、電流密度については陰極面積に対して５〜６００ｍＡ／ｃｍ^２とするのが電着効率の面で好ましい。

本発明における鉄族金属イオン含有液は、通常、鉄、マンガン、コバルト及びニッケルのうち１種以上、特には鉄、コバルト及びニッケルのうちの１種以上のイオンを含有する液であるが、鉄族金属以外の金属が含まれていても問題ない。特に、本発明は、原子力発電所において発生する除染廃液や、原子力発電所で使用されたイオン交換樹脂から鉄族金属イオンを溶離させた溶離液といった、原子力発電所等から生じる放射性鉄族金属イオン含有廃液、とりわけ、ｐＨが２未満の酸廃液の処理に好適であり、これらの廃液から、鉄族金属イオンを効率的に除去して処理液を再利用することができる。

以下に、本発明を、原子力発電所で使用された廃イオン交換樹脂の除染工程に適用した例を、図２を参照して説明する。図２において、図１に示す部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

図２の装置は、廃イオン交換樹脂から鉄族金属イオンを溶離させた溶離液を貯留する溶離液貯槽３０と、廃イオン交換樹脂４０が充填された充填塔である溶離槽８と、溶離槽８から排出される酸廃液を貯留する酸廃液貯槽である鉄族金属イオン含有液貯槽１０と、鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）１０からの酸廃液が導入される電着槽１と、電着槽１に供給される陰極液を貯留する陰極液貯槽２０とを備える。電着槽１は、陽極２を有する陽極室２Ａと陰極３を有する陰極室３Ａとがカチオン交換膜５で隔離された構成とされており、鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）１０からの酸廃液は陽極室２Ａに通液され、陰極液は陰極室３Ａに通液される。９Ａ，９Ｂは熱交換器である。

溶離液貯槽３０内の溶離液は、ポンプＰ_３により配管３１を経て溶離槽８に送給される過程で熱交換器９Ａで６０℃以上、好ましくは７０〜１２０℃、より好ましくは８０〜１００℃に加温された後、溶離槽８に上向流で通液され、流出液（酸廃液）は配管３２を経て、熱交換器９Ｂで電着槽４内のカチオン交換膜８の劣化が小さい６０℃未満の温度、例えば１０℃以上６０℃未満に冷却された後鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）１０に送給される。鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）１０内の酸廃液は、ポンプＰ_１により配管１１を経て電着槽１の陽極室２Ａに導入され、電着処理液は配管３４より溶離液貯槽３０に循環され、溶離液として再利用される。

一方、電着槽１の陰極室３Ａには、陰極液貯槽２０内の陰極液がポンプＰ_２により配管２１を経て導入され、配管２２を経て陰極液貯槽２０に戻される。
溶離液貯槽３０には適宜酸が配管３３より補給され、陰極液貯槽２０には配管２３より陰極液が補給される。

この装置では、加熱された溶離液を廃イオン交換樹脂４０が充填された溶離槽８に通液することにより、廃イオン交換樹脂４０に吸着しているイオン状の放射性核種が溶離除去されるとともに、廃イオン交換樹脂４０に混入又は樹脂粒子内に入り込んでいるクラッドが溶解除去される。廃イオン交換樹脂４０と接触して、イオン状の放射性核種やクラッド溶解物を含む溶離液（酸廃液）は、鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）１０を経て電着槽１の陽極室２Ａに導入される。この電着槽１の陽極２と陰極３に通電することにより、酸廃液中の放射性金属イオンやクラッド由来の鉄イオン等の鉄族金属イオンがカチオン交換膜５を透過して陰極室３Ａに移動して、陰極３上に電着される。電着槽１で鉄族金属イオンが除去された酸廃液の処理液は、溶離液貯槽３０に戻され、循環再利用される。
陰極室３Ａ内の陰極液は、ポンプＰ_２により陰極液貯槽２０との間を循環させ、陰極液の減少分を陰極液貯槽２０に添加しつつ循環再利用する。

図２の装置で、廃イオン交換樹脂の除染に用いる溶離液としては６０℃以上に加温した酸溶離液を用いることが好ましく、このように加温した酸溶離液を用いることにより、廃イオン交換樹脂のカチオン交換樹脂に吸着している放射性金属イオンをＨ^＋イオンとイオン交換して溶離除去できるとともに、廃イオン交換樹脂中に混入しているクラッドをも効率良く溶解除去することが可能となる。

酸溶離液としては、硫酸、塩酸、硝酸といった無機酸や、ギ酸、酢酸、シュウ酸といった有機酸の水溶液を用いることができる。これらの酸は１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよいが、加温して用いる際に揮発しにくく、危険物に該当しない硫酸及び／又はシュウ酸を用いることが好ましい。

溶離液中の酸濃度は、用いる酸に応じて好適な濃度が存在し、例えば、硫酸濃度は、５〜４０重量％が好ましく、１０〜３０重量％がより好ましい。また、シュウ酸濃度は、０．１〜４０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。上記範囲よりも酸濃度が低いと、クラッドの主成分であるヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）の溶解効率が低下する。即ち、クラッドは、廃イオン交換樹脂に混入又は樹脂内に入り込んだ形で存在しており、その主成分が難溶性のヘマタイトであり、低濃度の酸では溶解することは困難である。溶離液中の酸濃度が高いと後段の電着槽における、水素発生量が過多となり、電着効率が低下する。

図２の装置では、放射性廃イオン交換樹脂に含まれているコバルト−６０やニッケル−６３のように、溶解することにより金属カチオンとなるものを陰極に電着させることにより、放射性物質を高濃縮することができる。一方で、放射線量が極低レベルに低減された廃イオン交換樹脂を得ることができ、処理後の廃イオン交換樹脂は焼却処理が可能となる。そして、廃イオン交換樹脂を焼却して焼却灰とすることにより１／１００〜１／２００の容量に廃棄物量を低減することができる。

図１，２は、本発明の実施に好適な処理装置の一例を示すものであって、本発明の処理装置は、何ら図示のものに限定されるものではない。
図１，２の装置では、電着槽１は閉鎖系となっているが、陰極から水素ガスが発生するため、上部を開放した開放系とするのが好ましい。また、金属が電着した陰極を交換する際にも、電着槽の上部が開放されていた方が交換が容易となる。また、図２において、溶離液は、溶離槽８に上向流で通液されているが、下向流であってもよい。ただし、廃イオン交換樹脂が粉末状である場合には、通液の際に差圧上昇しやすいため、上向流とすることが好ましい。また、電着槽１において、酸廃液と陰極液とはカチオン交換膜５を介して逆方向に通液されてもよい。更に、溶離槽８に導入される溶離液と排出される酸廃液とを熱交換することも可能である。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

（１）鉄族金属（Ｆｅ、Ｃｏ）を含んだ硫酸廃液の電着
１）試験条件
＜実施例１＞
ＣｏＣｌ_２及びＦｅＣｌ_３と硫酸を水に溶解させて表１に示す性状の模擬酸廃液を調製し、また、クエン酸を水に溶解させて表１に示す性状の模擬電着液（陰極液）を調製して、図１の装置を用いて、Ｃｏ、Ｆｅの電着試験を行った。電着条件は表１の通りである。陽極はＰｔメッキＴｉ板、陰極はＣｕ板を使用した。６ｈｒ通電後の模擬酸廃液中のＣｏ及びＦｅを原子吸光光度計にて測定した。

＜比較例１、２＞
表２に示す性状の模擬酸廃液を４００ｍＬ調製して５００ｍＬビーカーに入れ、この中に陰極（Ｃｕ板）と陽極（ＰｔメッキＴｉ板）を挿入して通電を行った（カチオン交換膜は使用せず）。電着条件は表２の通りである。６ｈｒ後の模擬酸廃液中のＣｏ及びＦｅを原子吸光光度計にて測定した。

２）結果
実施例１においては、６ｈｒの通電により、模擬酸廃液中のＣｏが１９％、Ｆｅが１０％除去でき、陰極に黒色の電着物が得られた。比較例１、２では、通電６ｈｒ後も液中のＣｏとＦｅの除去率は０％であり、陰極に電着物は見られなかった。実施例１及び比較例１、２より、強酸廃液を直接陰極に接触させることなく、カチオン交換膜を介して金属イオンを陰極室に移動させて電着させる方法が有効であることがわかる。

（２）ジカルボン酸、トリカルボン酸の共存下によるＣｏ、Ｆｅの電着
１）試験条件
ＣｏＣｌ_２及びＦｅＣｌ_３と表３に示す添加剤を用いて、表３に示す組成の液を４００ｍＬ調製し、懸濁物質が発生しなかったものについて、比較例１と同様に電着試験を行った。通電は８ｈｒ行った。

２）結果
表３に通電前後での懸濁物質の発生の有無と液ｐＨを示した。
通電前後の両方において懸濁物質がない参考例１〜７、比較参考例２，６について、液中のＣｏとＦｅの濃度の経時変化を解析した結果を図３、４に示す。８ｈｒの通電結果から、参考例１〜７は、経時的にＣｏ及びＦｅを同時電着できていることがわかる。

（３）連続電着試験
電着を継続的に行うことができれば、電極単位面積当たりの電着量を大きくすることが可能となり、廃棄物量の低減につながる。そのため、Ｃｏ、Ｆｅを補充しながら長時間の連続電着が可能かを確認した。
１）試験方法
ＣｏＣｌ_２及びＦｅＣｌ_３とクエン酸を用いて、１００ｍｇ−Ｃｏ／Ｌ、１００ｍｇ−Ｆｅ／Ｌ、クエン酸３，３５０ｍｇ／Ｌ（ＣｏとＦｅの合計モル量に対して５モル倍）、ｐＨ２．２の液を５００ｍＬビーカーに４００ｍＬを調製し、比較例１と同様の条件にて電着試験を開始し、２ｈｒごとに固体塩化物のＣｏとＦｅを５０ｍｇ／Ｌ相当分ずつ追加添加して、長時間の電着試験を行った。
２）結果と考察
通電により、陰極には黒色の電着物が付着した。連続試験時の電圧の経時変化を示す図５より、通電を継続しても電圧は上昇しておらず、陰極の析出物は導電性であることがわかる。本試験により、長時間安定して電着処理できることがわかった。

１ 電着槽
２ 陽極
２Ａ 陽極室
３ 陰極
３Ａ 陰極室
４ 電源
５ カチオン交換膜
８ 溶離槽
９Ａ，９Ｂ 熱交換器
１０ 鉄族金属イオン含有液貯槽（酸廃液貯槽）
２０ 陰極液貯槽
３０ 溶離液貯槽
４０ 廃イオン交換樹脂

Claims (8)

1. 陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室とをカチオン交換膜で隔離し、該陽極室に鉄族金属イオン含有液を導入し、該陰極室に陰極液を導入し、該陽極と該陰極間に通電することにより、該陽極室内の液中の鉄族金属イオンを該カチオン交換膜を透過させて該陰極室内の液中に移動させ、該陰極上に該鉄族金属を析出させることを特徴とする鉄族金属イオン含有液の処理方法。
2. 前記鉄族金属は、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。
3. 前記鉄族金属イオン含有液は、ｐＨ２未満の酸廃液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。
4. 前記陰極液は、ジカルボン酸及びその塩並びにトリカルボン酸及びその塩から選ばれる１種以上の添加剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄族金属イオン含有液の処理方法。
5. 陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室と、該陽極室と陰極室とを隔離するカチオン交換膜とを有する電着槽と、該陽極及び陰極間に通電する通電手段と、該陽極室に鉄族金属イオン含有液を通液する通液手段と、該陰極室に陰極液を通液する通液手段とを有し、該陽極と該陰極間に通電することにより、該陽極室内の液中の鉄族金属イオンを該カチオン交換膜を透過させて該陰極室内の液中に移動させ、該陰極上に該鉄族金属を析出させることを特徴とする鉄族金属イオン含有液の処理装置。
6. 前記鉄族金属は、鉄、コバルト、及びニッケルから選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。
7. 前記鉄族金属イオン含有液は、ｐＨ２未満の酸廃液であることを特徴とする請求項５又は６に記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。
8. 前記陰極液は、ジカルボン酸及びその塩、並びにトリカルボン酸及びその塩から選ばれる１種以上の添加剤を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の鉄族金属イオン含有液の処理装置。

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