JP2021032590A - Method and device for treating ion exchange resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、イオン交換樹脂の処理方法およびイオン交換樹脂の処理装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an ion exchange resin processing method and an ion exchange resin processing apparatus.
原子力発電所の炉水浄化系または廃液処理系では、イオン交換樹脂が使用されている。炉内から出る使用済のイオン交換樹脂は、比較的放射能レベル（Ｌ１レベル）の高い放射性廃棄物として取り扱われる。このようなイオン交換樹脂はＬ１使用済樹脂と呼ばれる。このＬ１使用済樹脂は、放射能濃度が高く、処分方法が決まっていないため、処理されずに発電施設内に保管されている。炉心から遠い位置から出る放射性廃棄物であって、Ｌ１レベルよりも低いＬ２レベルのイオン交換樹脂は、Ｌ２使用済樹脂と呼ばれる。このＬ２使用済樹脂は、処理後にピット処分が想定されている。Ｌ１使用済樹脂は、Ｌ２使用済樹脂と同様な減容処理が想定されるものの、具体的な処理方法の検討は進んでいない。 Ion exchange resins are used in the reactor water purification system or waste liquid treatment system of nuclear power plants. The used ion exchange resin discharged from the furnace is treated as radioactive waste having a relatively high radioactivity level (L1 level). Such an ion exchange resin is called an L1 used resin. Since this L1 used resin has a high radioactivity concentration and the disposal method has not been decided, it is stored in the power generation facility without being treated. Radioactive waste generated from a position far from the core and having an L2 level ion exchange resin lower than the L1 level is called an L2 used resin. This L2 used resin is expected to be disposed of in a pit after processing. Although the volume reduction treatment of the L1 used resin is expected to be the same as that of the L2 used resin, the study of the specific treatment method has not progressed.
また、Ｌ１使用済樹脂は建屋内の樹脂貯蔵タンクまたは槽に貯蔵されており、安定保管に向けた対策が必要である。さらに、今後廃止措置が計画されているプラントでは、建屋内の樹脂貯蔵タンクの解体撤去などが行われるため、樹脂の移送または処理が必要となる。このようなニーズはあるものの、具体的な処理方法の選択には至っていない。その要因の１つとして、Ｌ１使用済樹脂については、処分場の設計が進んでいないことから、廃棄体の仕様が確定していないことが考えられる。廃棄体の仕様が確定するまでは、原子力発電所内で貯蔵することが現状の対策としては合理的である。しかしながら、長期間の保管が求められるため、保管の際の管理負荷を軽減する方策が必要である。一方、樹脂などの有機物は、有機物分解によるガス発生の懸念があることから、有機物は無機化することが望ましい。 Further, the L1 used resin is stored in a resin storage tank or tank in the building, and it is necessary to take measures for stable storage. Furthermore, in plants where decommissioning is planned in the future, resin storage tanks in the building will be dismantled and removed, so resin transfer or treatment will be required. Although there are such needs, no specific processing method has been selected. As one of the factors, it is considered that the specifications of the waste material of the L1 used resin have not been finalized because the design of the disposal site has not progressed. Until the specifications of the waste are finalized, it is rational as the current measure to store it in the nuclear power plant. However, since long-term storage is required, measures are required to reduce the management load during storage. On the other hand, it is desirable to mineralize organic substances such as resins because there is a concern that gas may be generated due to decomposition of organic substances.
使用済のイオン交換樹脂の処理方法としては、プラズマにより焼却処理する方法などの技術がある。しかしながら、焼却により発生する灰および揮発核種を捕獲するために、大規模な排気系設備が必要となるばかりか、焼却のために膨大なエネルギーが必要となってしまうため、処理効率が悪い。そこで、イオン交換樹脂を効率的に処理し、廃棄体となったときに長期に亘り安定的に保管することができる処理方法が望まれている。 As a method for treating the used ion exchange resin, there is a technique such as a method for incineration with plasma. However, in order to capture the ash and volatile nuclides generated by incineration, not only a large-scale exhaust system equipment is required, but also a huge amount of energy is required for incineration, resulting in poor processing efficiency. Therefore, there is a demand for a treatment method capable of efficiently treating the ion exchange resin and stably storing the ion exchange resin for a long period of time when it becomes a waste product.
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂を長期に亘り安定的に保管可能な廃棄体とすることができるイオン交換樹脂の処理技術を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of such circumstances, and is a waste body capable of stably storing the used ion exchange resin used for purifying the circulating water in the furnace or the radioactive liquid waste for a long period of time. It is an object of the present invention to provide a processing technique for an ion exchange resin which can be used.
本発明の実施形態に係るイオン交換樹脂の処理方法は、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂を溶融塩中で熱分解する溶融塩処理ステップと、前記熱分解により生じた廃溶融塩と固型化材料とを混練する混練処理ステップと、前記混練により生じた混練物を養生する養生処理ステップと、を含む。 The method for treating the ion exchange resin according to the embodiment of the present invention includes a molten salt treatment step of thermally decomposing the used ion exchange resin used for purifying the circulating water in the furnace or the radioactive liquid waste liquid in the molten salt, and the thermal decomposition. It includes a kneading treatment step of kneading the waste molten salt generated by the above process and the solidifying material, and a curing treatment step of curing the kneaded product produced by the kneading.
本発明の実施形態により、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂を長期に亘り安定的に保管可能な廃棄体とすることができるイオン交換樹脂の処理技術が提供される。 According to an embodiment of the present invention, there is provided a technique for treating an ion exchange resin capable of converting a used ion exchange resin used for purifying circulating water in a furnace or radioactive liquid waste into a waste that can be stably stored for a long period of time. Will be done.
（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、イオン交換樹脂の処理方法およびイオン交換樹脂の処理装置の実施形態について詳細に説明する。まず、第１実施形態のイオン交換樹脂の処理方法およびイオン交換樹脂の処理装置について図１から図４を用いて説明する。
(First Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the ion exchange resin processing method and the ion exchange resin processing apparatus will be described in detail with reference to the drawings. First, the ion exchange resin processing method and the ion exchange resin processing apparatus of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図１の符号１は、第１実施形態のイオン交換樹脂の処理装置である。第１実施形態の処理装置１は、溶融塩処理部２と混練処理部３と養生処理部４とを備える。この処理装置１は、使用済のイオン交換樹脂５を、処分場で処分可能な廃棄体であるジオポリマー固化体６の形態になるように処理するものである。
次に、第１実施形態の処理装置１が実行する処理方法について図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１の構成図を適宜参照する。
Next, the processing method executed by the
図２に示すように、まず、ステップＳ１１において、溶融塩処理部２は、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂５を溶融塩材料７（溶融塩）の中で熱分解する溶融塩処理ステップを実行する。
As shown in FIG. 2, first, in step S11, the molten
この溶融塩処理ステップでは、溶融塩材料７を溶融塩処理部２に投入し、加熱により溶融状態とする。つまり、溶融塩処理部２は、加熱装置を備える。この溶融塩処理部２にて溶融状態の溶融塩材料７に使用済のイオン交換樹脂５を投入する。そして、イオン交換樹脂５が溶融塩材料７の中で酸化分解される。この溶融塩処理ステップにて、イオン交換樹脂５が熱分解されることにより廃溶融塩８が生じる。
In this molten salt treatment step, the molten salt material 7 is put into the molten
使用済のイオン交換樹脂５には、粒状または粉状の形態の樹脂が含まれる。さらに、イオン交換樹脂５は、陰イオンの不純物と陽イオンの不純物との両方を除去する混床として使用されたものである。原子力発電所の炉水浄化系または廃液処理系では、イオン交換樹脂５が陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを混在して使用している場合が多く、このようなイオン交換樹脂５であっても、長期に亘り安定的に保管可能な廃棄体とすることができる The used ion exchange resin 5 contains a resin in a granular or powdery form. Further, the ion exchange resin 5 is used as a mixed bed for removing both anionic impurities and cation impurities. In the reactor water purification system or waste liquid treatment system of a nuclear power plant, the ion exchange resin 5 often uses a mixture of a cation exchange resin and an anion exchange resin, and such an ion exchange resin 5 is used. However, it can be a waste product that can be stably stored for a long period of time.
また、溶融塩処理部２に投入される溶融塩材料７は、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウムのうち、少なくともいずれか１つを含む。または、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムのうち、少なくともいずれか１つを含む。このようにすれば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなどを含む廃溶融塩８を生成することができる。
Further, the molten salt material 7 charged into the molten
発明者らは、シミュレーションにより廃溶融塩の平衡状態の計算を行った。その計算結果を図３に示す。溶融塩材料７には、Ｎａ２ＣＯ３−Ｋ２ＣＯ３を用いた。その組成は、５０：５０ｗｔ％となっている。イオン交換樹脂５の模擬物としては、メタンスルホン酸の混合物を用いた。この混合物を投入した場合の溶融塩状態の変化を熱力学平衡計算により解析した。 The inventors calculated the equilibrium state of the waste molten salt by simulation. The calculation result is shown in FIG. Na2CO3-K2CO3 was used as the molten salt material 7. Its composition is 50:50 wt%. A mixture of methanesulfonic acid was used as a simulated product of the ion exchange resin 5. The change in the molten salt state when this mixture was added was analyzed by thermodynamic equilibrium calculation.
図３のグラフにおいて、縦軸は、溶融塩材料７の塩成分中のそれぞれの物質の存在量（単位はｋｇ）を示す。横軸は、イオン交換樹脂５の処理量（単位はｋｇ）を示す。曲線Ｌ１は、Ｎａ２ＣＯ３（炭酸ナトリウム）を示す。曲線Ｌ２は、Ｋ２ＣＯ３（炭酸カリウム）を示す。曲線Ｌ３は、ＫＯＨ（水酸化物）を示す。曲線Ｌ４は、Ｎａ２ＳＯ４（硫酸ナトリウム）を示す。曲線Ｌ５は、Ｋ２ＳＯ４（硫酸カリウム）を示す。 In the graph of FIG. 3, the vertical axis indicates the abundance (unit: kg) of each substance in the salt component of the molten salt material 7. The horizontal axis shows the processing amount (unit: kg) of the ion exchange resin 5. Curve L1 shows Na2CO3 (sodium carbonate). Curve L2 shows K2CO3 (potassium carbonate). Curve L3 shows KOH (hydroxide). Curve L4 shows Na2SO4 (sodium sulfate). Curve L5 shows K2SO4 (potassium sulfate).
なお、ここでは、初期の溶融塩材料７の量を２０ｋｇとし、溶融温度８００℃で、メタンスルホン酸の混合物を添加したときを想定している。イオン交換樹脂５に含まれる炭素、水素、窒素などの構成元素は、完全分解して気相へ移行するものと考えられる。この結果から、溶融塩中の炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）は、水酸化物（ＫＯＨ）に変化した後、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）から硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の生成が完了したところから、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）が生成される。そして、最終的には硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウムの廃溶融塩８となったことが分かる。 Here, it is assumed that the initial amount of the molten salt material 7 is 20 kg, and a mixture of methanesulfonic acid is added at a melting temperature of 800 ° C. It is considered that the constituent elements such as carbon, hydrogen, and nitrogen contained in the ion exchange resin 5 are completely decomposed and transferred to the gas phase. From this result, potassium carbonate (K2CO3) in the molten salt was changed to hydroxide (KOH), and then the formation of sodium sulfate (Na2SO4) from sodium carbonate (Na2CO3) was completed. Is generated. Finally, it can be seen that the waste molten salt 8 of sodium sulfate and potassium sulfate was obtained.
図２に示すように、次のステップＳ１２において、混練処理部３は、溶融塩処理部２にて熱分解により生じた廃溶融塩８と固型化材料９とを混練する混練処理ステップを実行する。
As shown in FIG. 2, in the next step S12, the kneading processing unit 3 executes a kneading processing step of kneading the waste molten salt 8 generated by thermal decomposition and the solidifying material 9 in the molten
この混練処理ステップでは、放射性核種または有害元素が濃縮された廃溶融塩８を、固型化材料９と混練する。そして、廃溶融塩８と固型化材料９との混練物１０が生じる。なお、混練処理ステップでは、インドラム式とアウトドラム式との少なくともいずれか一方の方式で混練が可能である。
In this kneading treatment step, the waste molten salt 8 enriched with radionuclides or harmful elements is kneaded with the solidifying material 9. Then, a kneaded
固型化材料９は、アルミナシリカ粉末およびアルカリ刺激剤を含む。このようにすれば、使用済のイオン交換樹脂５から生じる廃棄体をジオポリマー固化体６とすることができる。なお、アルミナシリカ粉末は、アルミニウムおよびケイ素を含む。このようにすれば、ジオポリマー固化体６を生成することができるため、セメント固化体のように、カルシウム成分を含まず、エトリンガイトが生成されることによる膨張割れのトラブルを防ぐことができる。 The solidifying material 9 contains an alumina silica powder and an alkali stimulant. In this way, the waste generated from the used ion exchange resin 5 can be made into the geopolymer solidified body 6. The alumina silica powder contains aluminum and silicon. In this way, since the geopolymer solidified body 6 can be produced, unlike the cement solidified body, it does not contain a calcium component, and it is possible to prevent the trouble of expansion cracking due to the production of ettringite.
アルカリ刺激剤は、アルカリ性の水酸化物、アルカリ性のケイ酸塩のうち、少なくともいずれか１つを含む。このようにすれば、長期保管に耐え得る充分な強度を有するジオポリマー固化体６を生成することができる。 The alkaline stimulant contains at least one of an alkaline hydroxide and an alkaline silicate. In this way, the geopolymer solidified body 6 having sufficient strength to withstand long-term storage can be produced.
第１実施形態では、混練処理ステップにて、混練物１０に含まれる廃溶融塩８の含有率が６５ｗｔ％以下となるように廃溶融塩８と固型化材料９との配合比率を調整する。このようにすれば、廃溶融塩８の含有率が６５ｗｔ％以下であれば、充分に混練を行うことができる。
In the first embodiment, in the kneading treatment step, the mixing ratio of the waste molten salt 8 and the solidifying material 9 is adjusted so that the content of the waste molten salt 8 contained in the kneaded
図２に示すように、次のステップＳ１３において、養生処理部４は、混練処理部３にて混練により生じた混練物１０を養生する養生処理ステップを実行する。そして、ジオポリマー固化体６が完成する。なお、養生の期間は、混練の終了時から処分までの一時保管の期間を示す。例えば、混練の終了時から混練物１０が凝結するまでの期間であっても良い。また、混練の終了時に混練物１０をドラム缶に収容し、このドラム缶が排出されるまでの期間であっても良い。
As shown in FIG. 2, in the next step S13, the curing treatment unit 4 executes a curing treatment step of curing the kneaded
なお、硫酸ナトリウムの転移温度は、３２．５℃となっている。そこで、第１実施形態では、養生処理ステップにて、混練物１０の温度を３２．５℃以上に維持する。このようにすれば、混練物１０に含まれる硫酸ナトリウムが無水和物の形態を維持できるため、混練物１０の膨張を抑制することができる。そのため、生成されるジオポリマー固化体６の膨張を防止することができ、長期に亘り安定的に保管することができる。
The transition temperature of sodium sulfate is 32.5 ° C. Therefore, in the first embodiment, the temperature of the kneaded
発明者らは、廃溶融塩８に含まれる硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウムの固化試験を行った。その試験結果を図４に示す。廃溶融塩８の模擬物としては、試薬の硫酸ナトリウム、硫酸カリウムを用いた。 The inventors conducted a solidification test of sodium sulfate and potassium sulfate contained in the waste molten salt 8. The test results are shown in FIG. Reagents sodium sulfate and potassium sulfate were used as imitations of the waste molten salt 8.
図４のグラフにおいて、縦軸は、固化体の一軸圧縮強度（単位はＭＰａ）を示す。横軸は、廃溶融塩の含有率（単位はｗｔ％）を示す。それぞれの固化体の試験結果をプロットで示す。 In the graph of FIG. 4, the vertical axis represents the uniaxial compressive strength (unit: MPa) of the solidified material. The horizontal axis shows the content of waste molten salt (unit: wt%). The test results of each solidified body are shown in plots.
ジオポリマーの原料である固型化材料９としては、アルミナシリカ粉末として、メタカオリンと酸化ケイ素粉末の混合物を用いた。さらに、アルカリ刺激剤として、水酸化カリウムとケイ酸カリウム溶液と水の混合物を用いた。 As the solidifying material 9 which is a raw material of the geopolymer, a mixture of metacaolin and silicon oxide powder was used as the alumina silica powder. Further, as an alkali stimulant, a mixture of potassium hydroxide, potassium silicate solution and water was used.
この固化試験では、硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウム混合物の含有率を、１０、２０、３０、５０、６０、６５ｗｔ％としたときの固化体をそれぞれ作製した。なお、混練は、４０℃以上で行った。そして、養生期間である７日経過後の固化体の一軸圧縮強度試験を行った。なお、ジオポリマー反応は、セメントと比較して早期強度発現が見込めることから、７日後の強度を試験結果として取得した。 In this solidification test, solidified products were prepared when the contents of the sodium sulfate and potassium sulfate mixture were 10, 20, 30, 50, 60, and 65 wt%, respectively. The kneading was carried out at 40 ° C. or higher. Then, a uniaxial compressive strength test of the solidified body after 7 days, which is the curing period, was performed. Since the geopolymer reaction is expected to develop strength earlier than that of cement, the strength after 7 days was obtained as a test result.
廃溶融塩８の含有率が６５ｗｔ％を超えると粘度が高くなり、混練が難しく固型化できなくなる。つまり、混練物１０を生成できなくなる。試験結果で６５ｗｔ％を超えるプロットが無いのは固化体を作製できなかったためである。従って、混練処理ステップにて、混練物１０に含まれる廃溶融塩８の含有率が６５ｗｔ％以下となるように廃溶融塩８と固型化材料９との配合比率を調整することが好ましい。
If the content of the waste molten salt 8 exceeds 65 wt%, the viscosity becomes high, and kneading becomes difficult and solidification becomes impossible. That is, the kneaded
セメントと比較して早期に強度が期待できるジオポリマーの固型化が生成されるため、硫酸塩の水和物反応の進行の妨害が期待できる。また、３２．５℃以上では、硫酸ナトリウムが水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）の形態ではなく、硫酸ナトリウムの無水和物の形態を維持することができる。従って、養生処理ステップにて、混練物１０の温度を３２．５℃以上に維持することが好ましい。
Since the solidification of the geopolymer, which can be expected to have strength earlier than that of cement, is generated, it can be expected to hinder the progress of the hydrate reaction of sulfate. Further, at 32.5 ° C. or higher, sodium sulfate can maintain the form of anhydrous sodium sulfate, not the form of hydrate (Na2SO4 ・ 10H2O). Therefore, it is preferable to maintain the temperature of the kneaded
ジオポリマーは、セメントと異なり硬化時に水が必要ないので、養生時に水を取り除くことができる。そのため、硫酸塩の水和物の生成を抑制できる。廃溶融塩８の添加に伴い、固化体強度の若干の低下が観察されたものの、固化体としての性状に大きな影響を与えるものではなく、固型化が可能であることが確認できた。 Unlike cement, geopolymers do not require water during curing, so water can be removed during curing. Therefore, the formation of sulfate hydrate can be suppressed. Although a slight decrease in the strength of the solidified body was observed with the addition of the waste molten salt 8, it was confirmed that the solidified body could be solidified without significantly affecting the properties of the solidified body.
本実施形態で用いる溶融塩による樹脂の熱分解を用いる処理方法は、放射性核種（例えば、コバルトなど）または有害元素が溶融塩中にトラップされるため、ダストの排気系への移行を低減でき、排気系設備の簡略化が期待できる。 The treatment method using the thermal decomposition of the resin with the molten salt used in the present embodiment can reduce the transfer of dust to the exhaust system because radionuclides (for example, cobalt) or harmful elements are trapped in the molten salt. Simplification of exhaust system equipment can be expected.
従来、使用する溶融塩によっては、潮解性があり、その場合には、長期の保管に際して管理項目が増加してしまうという課題がある。例えば、潮解性があることで、固化体の成分が空気中の水分を吸収して液体になり、固化体に微細な穴が開いたりしてしまう。 Conventionally, some molten salts used have deliquescent properties, and in that case, there is a problem that the number of management items increases during long-term storage. For example, due to the deliquescent property, the components of the solidified body absorb the moisture in the air and become a liquid, and fine holes are opened in the solidified body.
また、イオン交換樹脂５の溶融塩処理が進むに連れて、溶融塩中の炭酸と陽イオン交換樹脂に含まれるスルホン基（−ＳＯ３−）由来で、次の反応式が進行する。 Further, as the molten salt treatment of the ion exchange resin 5 progresses, the following reaction formula proceeds due to the carbonic acid in the molten salt and the sulfone group (-SO3-) contained in the cation exchange resin.
Ｎａ（またはＫ）２ＣＯ３＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２→Ｎａ（またはＫ）２ＳＯ４＋ＣＯ２ Na (or K) 2CO3 + SO2 + 1 / 2O2 → Na (or K) 2SO4 + CO2
ここで、硫酸ナトリウムまたは硫酸カリウムが生成されるため、ＳＯｘの排気系への移行が低減され、炭酸塩の潮解性の影響は低減する。しかしながら、硫酸塩の影響によりセメント固化の際に減容性が悪いという課題がある。 Here, since sodium sulfate or potassium sulfate is produced, the transfer of SOx to the exhaust system is reduced, and the influence of the deliquescent property of carbonate is reduced. However, there is a problem that the volume reduction property is poor at the time of cement solidification due to the influence of sulfate.
例えば、陽イオン交換樹脂に含まれるスルホン基（−ＳＯ３−）に含まれる硫黄成分は、セメント固化された場合に、カルシウム成分と長時間かけて反応する。そして、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）と呼ばれる鉱物が生成される。そのため、固化体の膨張が起こり、固化体を収容した容器の破裂を起こすなど、固化体の健全性維持への影響が表れる。そこで、固化体の健全性を維持するためにセメントへの充てん量が制限されてしまい、減容性が低くなるという課題がある。 For example, the sulfur component contained in the sulfone group (-SO3-) contained in the cation exchange resin reacts with the calcium component over a long period of time when cemented. Then, a mineral called ettringite (3CaO, Al2O3, 3CaSO4, 32H2O) is produced. As a result, the solidified body expands, causing the container containing the solidified body to burst, which has an effect on maintaining the soundness of the solidified body. Therefore, there is a problem that the filling amount to cement is limited in order to maintain the soundness of the solidified body, and the volume reduction property is lowered.
ただし、通常の水処理系統では、系統内の不純物である陰イオン、陽イオン両方を同時に除去することを目的に、混床として運用している。そのため、実運用を想定する場合には、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とが、混合した状態で廃棄物として排出される。そここで、溶融塩処理後の廃溶融塩は、硫酸塩廃棄物と考えられる。 However, in a normal water treatment system, it is operated as a mixed bed for the purpose of simultaneously removing both anions and cations, which are impurities in the system. Therefore, in the case of actual operation, the anion exchange resin and the cation exchange resin are discharged as waste in a mixed state. Here, the waste molten salt after the molten salt treatment is considered to be sulfate waste.
本実施形態では、使用済のイオン交換樹脂５を溶融塩により無機化する。そして、放射性核種が濃縮した使用済の溶融塩の硫酸塩（廃溶融塩）をジオポリマーにより固化する。そのため、減容・安定化した状態で長期間の保管が可能になる。 In the present embodiment, the used ion exchange resin 5 is mineralized with a molten salt. Then, the sulfate (waste molten salt) of the used molten salt in which the radionuclide is concentrated is solidified by the geopolymer. Therefore, it can be stored for a long period of time in a state where the volume is reduced and stabilized.
使用済のイオン交換樹脂５に含まれる陽イオン交換樹脂の処理が進むに従って、スルホン基由来の硫黄成分の影響により、溶融塩が、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムといった硫酸塩に変化する。例えば、従来のセメント固化の場合には、材料健全性の観点で硫酸塩の充てん量を上げられず、減容が難しい。そこで、本実施形態では、樹脂処理後の廃溶融塩８をジオポリマー固化体６とすることで、減容した状態で長期間の保管が可能になる。また、ジオポリマー固化体６の潮解性が抑制されるため、管理項目を低減させることで、長期保管の際の負荷を軽減することができる。 As the treatment of the cation exchange resin contained in the used ion exchange resin 5 progresses, the molten salt changes to sulfates such as sodium sulfate and potassium sulfate due to the influence of the sulfur component derived from the sulfone group. For example, in the case of conventional cement solidification, the amount of sulfate filling cannot be increased from the viewpoint of material soundness, and it is difficult to reduce the volume. Therefore, in the present embodiment, by converting the waste molten salt 8 after the resin treatment into the geopolymer solidified body 6, it is possible to store the waste molten salt 8 in a reduced volume for a long period of time. Further, since the deliquescent property of the geopolymer solidified body 6 is suppressed, the load during long-term storage can be reduced by reducing the management items.
（第２実施形態）
次に、第２実施形態のイオン交換樹脂の処理方法およびイオン交換樹脂の処理装置について図５から図６を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the ion exchange resin processing method and the ion exchange resin processing apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 6. The same components as those shown in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図５に示すように、第２実施形態の処理装置１Ａは、溶融塩処理部２と充填処理部１１と固化処理部１２とを備える。この処理装置１Ａは、使用済のイオン交換樹脂５を、容器１３に収容し、さらに容器１３の周囲をジオポリマーで固めることで、処分場で処分可能な廃棄体であるジオポリマー固化体６Ａの形態になるように処理するものである。
As shown in FIG. 5, the
次に、第２実施形態の処理装置１Ａが実行する処理方法について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図５の構成図を適宜参照する。前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
Next, the processing method executed by the
図６に示すように、まず、ステップＳ２１において、溶融塩処理部２は、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂５を溶融塩材料７の中で熱分解する溶融塩処理ステップを実行する。
As shown in FIG. 6, first, in step S21, the molten
次のステップＳ２２において、充填処理部１１は、溶融塩処理部２にて熱分解により生じた廃溶融塩８を容器１３に充填する充填処理ステップを実行する。
In the next step S22, the filling processing unit 11 executes a filling processing step of filling the
次のステップＳ３３において、固化処理部１２は、充填処理部１１にて廃溶融塩８が充填された容器１３の周囲を固型化材料９で固化する固化処理ステップを実行する。そして、ジオポリマー固化体６Ａが完成する。
In the next step S33, the
第２実施形態では、廃溶融塩８と固型化材料９とを混練する必要がなくなる。そのため、養生の期間を省略することができるため、短期間でジオポリマー固化体６Ａを完成させることができる。
In the second embodiment, it is not necessary to knead the waste molten salt 8 and the solidifying material 9. Therefore, since the curing period can be omitted, the geopolymer solidified
本実施形態に係るイオン交換樹脂の処理方法およびイオン交換樹脂の処理装置を第１実施形態から第２実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。 The ion exchange resin processing method and the ion exchange resin processing apparatus according to the present embodiment have been described based on the first to second embodiments, but the configuration applied in any one embodiment may be applied to other embodiments. It may be applied to the embodiment, or the configurations applied in each embodiment may be combined.
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。 Although the flowchart of the present embodiment illustrates a mode in which each step is executed in series, the context of each step is not necessarily fixed, and even if the context of some steps is exchanged. good. Also, some steps may be executed in parallel with other steps.
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂を溶融塩中で熱分解する溶融塩処理ステップを含むことにより、炉内循環水または放射性廃液の浄化に用いた使用済のイオン交換樹脂を長期に亘り安定的に保管可能な廃棄体とすることができる。 According to at least one embodiment described above, circulation in the furnace includes a molten salt treatment step of thermally decomposing the used ion exchange resin used for purifying the circulating water or radioactive liquid in the furnace in the molten salt. The used ion exchange resin used for purifying water or radioactive liquid waste can be used as a waste that can be stably stored for a long period of time.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１（１Ａ）…イオン交換樹脂の処理装置、２…溶融塩処理部、３…混練処理部、４…養生処理部、５…イオン交換樹脂、６（６Ａ）…ジオポリマー固化体、７…溶融塩材料、８…廃溶融塩、９…固型化材料、１０…混練物、１１…充填処理部、１２…固化処理部、１３…容器。 1 (1A) ... Ion exchange resin treatment device, 2 ... Molten salt treatment unit, 3 ... Kneading treatment unit, 4 ... Curing treatment unit, 5 ... Ion exchange resin, 6 (6A) ... Geopolymer solidified body, 7 ... Molten Salt material, 8 ... Waste molten salt, 9 ... Solidified material, 10 ... Kneaded product, 11 ... Filling processing unit, 12 ... Solidification processing unit, 13 ... Container.
Claims (12)
前記熱分解により生じた廃溶融塩と固型化材料とを混練する混練処理ステップと、
前記混練により生じた混練物を養生する養生処理ステップと、
を含む、
イオン交換樹脂の処理方法。 A molten salt treatment step in which the used ion exchange resin used to purify the circulating water or radioactive liquid waste in the furnace is thermally decomposed in the molten salt, and
A kneading process step of kneading the waste molten salt generated by the thermal decomposition and the solidifying material, and
A curing treatment step for curing the kneaded product produced by the kneading, and
including,
Treatment method of ion exchange resin.
請求項１に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The ion exchange resin was used as a mixed bed for removing both anionic impurities and cation impurities.
The method for treating an ion exchange resin according to claim 1.
請求項１または請求項２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The molten salt contains at least one of potassium carbonate, lithium carbonate, and sodium carbonate.
The method for treating an ion exchange resin according to claim 1 or 2.
請求項１または請求項２に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The molten salt contains at least one of potassium hydroxide, lithium hydroxide, and sodium hydroxide.
The method for treating an ion exchange resin according to claim 1 or 2.
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The solidifying material comprises an alumina silica powder and an alkali stimulant.
The method for treating an ion exchange resin according to any one of claims 1 to 4.
請求項５に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The alumina silica powder contains aluminum and silicon.
The method for treating an ion exchange resin according to claim 5.
請求項５または請求項６に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 The alkaline stimulant contains at least one of an alkaline hydroxide and an alkaline silicate.
The method for treating an ion exchange resin according to claim 5 or 6.
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 In the kneading treatment step, the blending ratio of the waste molten salt and the solidifying material is adjusted so that the content of the waste molten salt contained in the kneaded product is 65 wt% or less.
The method for treating an ion exchange resin according to any one of claims 1 to 7.
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のイオン交換樹脂の処理方法。 In the curing treatment step, the temperature of the kneaded product is maintained at 32.5 ° C. or higher.
The method for treating an ion exchange resin according to any one of claims 1 to 8.
前記熱分解により生じた廃溶融塩と固型化材料とを混練する混練処理部と、
前記混練により生じた混練物を養生する養生処理部と、
を備える、
イオン交換樹脂の処理装置。 A molten salt treatment unit that thermally decomposes used ion exchange resin used to purify circulating water or radioactive liquid waste in a furnace in molten salt.
A kneading treatment unit for kneading the waste molten salt generated by the thermal decomposition and the solidifying material,
A curing treatment unit that cures the kneaded product produced by the kneading, and
To prepare
Ion exchange resin processing equipment.
前記熱分解により生じた廃溶融塩を容器に充填する充填処理ステップと、
前記廃溶融塩が充填された前記容器の周囲を固型化材料で固化する固化処理ステップと、
を含む、
イオン交換樹脂の処理方法。 A molten salt treatment step in which the used ion exchange resin used to purify the circulating water or radioactive liquid waste in the furnace is thermally decomposed in the molten salt, and
A filling treatment step of filling a container with the waste molten salt generated by the thermal decomposition, and
A solidification treatment step of solidifying the periphery of the container filled with the waste molten salt with a solidifying material, and
including,
Treatment method of ion exchange resin.
前記熱分解により生じた廃溶融塩を容器に充填する充填処理部と、
前記廃溶融塩が充填された前記容器の周囲を固型化材料で固化する固化処理部と、
を備える、
イオン交換樹脂の処理装置。 A molten salt treatment unit that thermally decomposes used ion exchange resin used to purify circulating water or radioactive liquid waste in a furnace in molten salt.
A filling processing unit that fills a container with the waste molten salt generated by the thermal decomposition, and
A solidification treatment unit that solidifies the periphery of the container filled with the waste molten salt with a solidifying material, and
To prepare
Ion exchange resin processing equipment.
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| CN114160554A (en) * | 2021-11-18 | 2022-03-11 | 哈尔滨工程大学 | Method for treating waste cation exchange resin containing radioactive elements by using ternary carbonic acid eutectic molten salt |
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- 2019-08-19 JP JP2019149834A patent/JP2021032590A/en active Pending
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