JP3074073B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法 - Google Patents

放射性廃棄物の固化処理方法

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JP3074073B2 JP04277307A JP27730792A JP3074073B2 JP 3074073 B2 JP3074073 B2 JP 3074073B2 JP 04277307 A JP04277307 A JP 04277307A JP 27730792 A JP27730792 A JP 27730792A JP 3074073 B2 JP3074073 B2 JP 3074073B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は原子力発電所から発生す
る放射性廃棄物の固化処理方法に係り、特に放射性廃棄
物中に含まれるC−14やα核種を固定化するのに適した
放射性廃棄物の固化処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば沸騰水型原子力発電所(以
下、BWR発電所と記す)から発生する放射性廃液の固
化処理方法には、セメント固化、アスファルト固化、プ
ラスチック固化、ペレット固化等がある。
【0003】プラスチック固化やペレット固化は、放射
性廃液を濃縮処理し、さらにその発生量を低減するた
め、乾燥処理したのち、不飽和ポリエステル樹脂のよう
なプラスチック材料で安定化したり(プラスチック固
化)、ゴム状弾性体のような材料をバインダとして用い
て中間貯蔵用のペレットとして安定化(ペレット固化)
するもので、減容率が高いのでBWR発電所に採用され
ている。
【0004】例えばBWR発電所から発生する濃縮廃液
の場合、セメント固化に比べて廃棄物の発生量は1/6
〜1/10に減少する。
【0005】ところで、最近、原子力発電所から発生す
る低レベル放射性廃棄物の最終処分の具体化にともな
い、その安全性評価が行われている。現在、わが国で
は、このような低レベル放射性廃棄物は浅地層処分され
る予定であるが、C−14やα線を放出するアクチニド元
素(α核種)のような長寿命の放射性核種が安全評価上
重要な意味を有することが明らかになっている。
【0006】その処分場での挙動が、環境への影響評価
に重大な役割を果たす。C−14は原子炉中に存在するO
−17の(n,α)反応により生成されるもので、原子炉
一次系からタービン系を経て、放射性廃液に混じり込
み、その廃液中での含有は避けられない。C−14は通
常、原子炉水の放射線分解により発生する酸素で酸化さ
れて、炭酸イオンとして存在するものと考えられる。
【0007】この炭酸イオンは原子炉タービン系の復水
浄化系の陰イオン交換樹脂に補足され、この樹脂がカセ
イソーダにより再生処理されるときに炭酸ナトリウムの
形で再生廃液に取り込まれ、濃縮廃液の主成分である硫
酸ナトリウムに混入する。
【0008】再生廃液は濃縮処理されたのち固化処理
し、最終処分可能な放射性廃棄物パッケージに処理され
る。α核種は燃料棒中で発生するが、その一部が冷却水
中に移行し、原子炉一次系よりタービン系を経て、C−
14と同様に、放射性廃液に混じり込む。
【0009】α核種の形態は、酸化物や水酸化物および
III価もしくはIV価のイオンと考えられる。これらは固
化処理ののち、最終処分可能な放射性廃棄物パッケージ
に処理される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】現在、これら廃液は、
上記のプラスチック固化法や、ペレット固化法により安
定化処理されているが、廃液の主成分である硫酸ナトリ
ウム粉体がプラスチック中やゴム状バインダに固化され
るとき、C−14は硫酸ナトリウムの粉末中に炭酸ナトリ
ウムの形で、またα核種は酸化物や水酸化物およびイオ
ン状の物は硫酸塩の形で取り込まれる。
【0011】このプラスチック固化体あるいはペレット
固化体が最終処分後に水と接触した場合、これらの固化
体から水溶性の硫酸ナトリウムが溶解し、これらと共に
炭酸イオンとして含まれるC−14や、酸化物や水酸化物
および硫酸塩の形で取り込まれていたα核種も溶解す
る。
【0012】すなわち、プラスチック固化体、ペレット
固化体にC−14やα核種は残留せず、固化体外の水相に
溶解する。一般に固化体の安全評価試験において、固化
体への残留量と水相への移行の割合は分配係数として表
現され、固化体への残留量が多く、水相への移行量が少
ない場合、分配係数が大として評価される。プラスチッ
ク固化体、ペレット固化体の分配係数はほぼゼロと評価
され、安全評価上好ましくない。
【0013】これに対して、セメント固化体の場合は、
C−14は炭酸カルシウムなどの不溶解性の成分として固
化体中に取り込まれ、またα核種はセメント成分に吸着
されるため、ほとんど周辺の水相へ移行することがな
く、したがって、セメント固化体の分配係数は大きく、
安全評価上極めて好ましい。
【0014】このようなプラスチック固化やセメント固
化の問題点を解決するために、C−14の固定化を目的と
して、濃縮廃液に炭酸イオンを添加したのち、アルカリ
土類金属または希土類元素のハロゲン化物、硝酸塩、酸
化物もしくは硫酸塩を加え、難溶性の炭酸塩を形成させ
て固定化する方法が提案されていた。
【0015】しかしながら、この方法では、放射性廃液
のpHが低く、添加した炭酸イオンが炭酸水素イオンの
形態で水溶液中に存在した場合、炭酸塩は炭酸水素イオ
ン錯体を形成し、うまく沈殿しない場合があった。ま
た、多量の炭酸イオンを添加するため、α核種は炭酸塩
と反応し、溶解性の炭酸錯体を形成し、沈殿しない課題
があった。
【0016】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、溶解性核種としてのC−14やα核種を不溶化
し、固化体からの核種の溶解を低減させる減容性に優れ
ながら、しかもC−14やα核種のような長寿命核種に対
する分配係数が大きい放射性廃液の固化処理方法を提供
することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は放射性濃縮廃液
中にアルカリを添加して該廃液のpHを10以上に調整し
たのち、ランタノイド元素のハロゲン化物、硝酸塩もし
くは硫酸塩などのランタノイド系化合物を加えて前記廃
液を中和し、この中和した廃液に再びアルカリを添加し
て前記廃液のpHを9以上に調整し、次にこの廃液を乾
燥処理して粉体化し、この粉体を有機物バインダにより
ペレット固化またはプラスチック固化することを特徴と
する。
【0018】
【作用】本発明において、濃縮廃液にランタノイド元素
のハロゲン化物、硝酸塩、酸化物もしくは硫酸塩などの
ランタノイド系化合物を加えるのは、廃液中に存在する
溶解性の炭酸塩を難溶性の炭酸塩に変化させるためであ
る。例えば、炭酸ランタン(La2 (CO3 3 )の溶
解度は溶解度積で4×10-34 であり、難溶性である。
【0019】通常、空気と接触している水中には空気中
の炭酸ガス分圧と平衡状態にある炭酸イオンが存在し、
その濃度は廃液のpHにより変わるが、中性付近では数
100ppmといわれている。このような廃液中にランタン化
合物を加えると炭酸ランタン(La2 (CO3 3 )が
形成されるが、炭酸ランタンの溶解度が非常に小さいた
め、このような微量のC−14を含む炭酸イオンを完全に
全部沈殿させることができる。
【0020】ランタノイド系化合物を加える前にあらか
じめpHを調整するのは、ランタノイド系化合物は炭酸
水素イオンとは炭酸錯体を作り沈殿しにくいため、濃縮
廃液中に存在する一部の炭酸水素イオンをすべて炭酸イ
オンに変えることを目的としている。
【0021】また、α核種はアクチニド元素であり、ラ
ンタノイド系の元素と電子構造が似かよっているため、
ランタノイド元素と同様に化学的に反応し、ランタノイ
ド系元素が沈殿する際に、沈殿物中に取り込まれ沈殿す
る。
【0022】しかしながら、廃液中のα核種は非常に微
量であるため、炭酸イオンとランタノイド元素の沈殿反
応では全てのα核種は沈殿しない。廃液のpHを再度ア
ルカリ性に調整するのは、C−14の固定化の際に残存し
たランタノイド系元素を全て水酸化物(La(O
H)3 )として沈殿させ、その際α核種をランタノイド
系の水酸化物と共沈させるためである。通常、ランタノ
イド系の化合物はpH9以上で水酸化物として沈殿す
る。
【0023】以上の操作により濃縮廃液を処理したの
ち、プラスチック固化またはペレット固化すれば、固化
体からのC−14やα核種の溶出、水相への移行は極めて
少なくなり、分配係数を大きくすることができる。しか
も、本発明の固化処理はプラスチック固化またはペレッ
ト固化であるので、減容性も満足できるものとなる。
【0024】
【実施例】本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法の
実施例の概要を図1に示す工程図により説明し、次に具
体的実施栄として実施例1から3について説明する。
【0025】図1において、符号1は濃縮廃液で、この
濃縮廃液1にアルカリを添加してpH10以上にpH調整
2したのち、ランタノイド系化合物を添加する。この工
程で、14Cの難溶性炭酸ランタノイド化合物が生成す
る。この時点での濃縮廃液はほぼpH6に低下する。
【0026】次に再びアルカリを添加してpHを9以上
にpH調整3する。この工程でランタノイド沈殿による
α核種が共沈して、14Cおよびα核種の不溶化が完了す
る。最終に廃液を乾燥処理して粉体化し、有機バインダ
を加えてプラスチック固化4する。なお、プラスチック
固化に代えてペレット固化することもできる。
【0027】(実施例1)まずBWR発電所から発生す
る濃縮廃液の模擬として、C−14を含む炭酸塩とα核種
としてPu−238 を含む硝酸溶液で調整した硫酸ナトリ
ウムの25%水溶液を準備した。これを濃縮廃液として図
1中符号1で示す。この濃縮廃液1にpHが10となるよ
う水酸化ナトリウムを添加した(符号2)。
【0028】次に、これに硝酸ランタンの溶解液(37.5
wt%濃度)を廃液のpHが中性(pH=6〜7、硝酸
ランタンの濃度として約1wt%)になるように添加
し、模擬廃液中のC−14を処理した。
【0029】沈殿が十分熟成したのちに、模擬廃液中に
符号3で示すようにpH調整するため、再度水酸化ナト
リウムをpHを9となるまでゆっくり添加し、模擬廃液
中に残存した硝酸ランタンを沈殿処理した。沈殿が十分
熟成したのち、模擬濃縮廃液を乾燥処理し、粉体化した
(A−1と称する)。
【0030】なお、比較のため、同様のC−14を含む炭
酸塩とα核種としてPu−238 を含む硝酸溶液で調整し
た硫酸ナトリウムの25%水溶液を準備し、これに硝酸ラ
ンタンの溶解液を、硝酸ランタンの濃度として約1wt
%になるように添加し、十分熟成したのち、模擬濃縮廃
液を乾燥処理し、粉体化した(A−2と称する)。
【0031】次に、それぞれの模擬濃縮廃液を粉体化し
て次に述べるようにプラスチック固化した(図1中符号
4)。固化処理に用いるプラスチック材料は、通常BW
R発電所での廃液の固化処理に用いられているものと同
じ不飽和ポリエステル樹脂を用いた。
【0032】不飽和ポリエステル樹脂にまず重合開始剤
である有機過酸化物を、樹脂に対して約1%加え、次に
模擬濃縮廃液の乾燥粉体を、樹脂と粉体の比が40:60に
なるように混合した。
【0033】これを均一に混合したのち、重合促進剤の
有機金属化合物を不飽和ポリエステル樹脂に対して 0.5
%の割合で加えた。約1週間後、不飽和ポリエステル樹
脂は完全に硬化しプラスチック固化体となった。
【0034】この固化体を削り、固化体の粉体を作り、
これを水中に浸漬し分配係数の測定を行った。測定の結
果は以下のとおりである。
【0035】
【表1】
【0036】以上のように分配係数は大幅に改善され
た。
【0037】(実施例2)実施例1と同様にC−14とα
核種を添加した模擬濃縮廃液のpHを約10に調整し、同
様の量の硝酸ランタンを添加したのち、廃液のpHを9
に調整した。これを乾燥処理し、粉体化し(B−1と称
する)ペレット固化体を製作した。ペレット固化体はバ
インダ材料としてBWR発電所の固化処理に用いられて
いるものと同等のゴム状弾性体を用いた。
【0038】乾燥処理した模擬濃縮廃液の乾燥粉体をゴ
ム状弾性体と粉体の比が20:80になるように混合した。
ロール型の圧縮成形機でこの混合物を混練し、板状に成
形し、これを切断してペレットとした。このペレット固
化体を削り、固化体の粉体を作り、これを水中に浸漬し
分配係数の測定を行った。測定の結果は以下のとおりで
ある。
【0039】
【表2】
【0040】以上のように分配係数は大幅に改善され
た。
【0041】(実施例3)実施例1と同様に、C−14を
含む炭酸塩とα核種としてPu−238 を含む硝酸溶液で
調整した硫酸ナトリウムの25%水溶液を準備し、これに
pHが10となるよう水酸化ナトリウムを添加した。
【0042】次に、これに硝酸セリウムの溶解液(25.0
wt%濃度)を廃液のpHが中性(pH=6〜7、硝酸
セリウムの濃度として約1wt%)になるように添加
し、模擬廃液中のC−14を処理した。沈殿が十分熟成し
たのちに、模擬廃液中に再度水酸化ナトリウムをpHを
9となるまでゆっくり添加し、沈殿が十分熟成したの
ち、廃液を乾燥処理し粉体化した(C−1と称する)。
【0043】同様に、pH調整した模擬濃縮廃液中に、
硫酸ランタン粉末を硫酸ランタン濃度として1wt%に
なるように添加した。十分撹拌して硫酸ランタン粉末を
溶解させたのち、同様にpH調整をして、廃液中の残存
硫酸ランタンを水酸化ランタンとして沈殿させた(C−
2と称する)。
【0044】乾燥粉体を実施例1と同様にプラスチック
固化した。この固化体を削り、固化体の粉体を作り、こ
れを水中に浸漬し分配係数の測定を行った。測定の結果
は以下のとおりである。
【0045】
【表3】
【0046】以上のように分配係数は大幅に改善され
た。
【0047】なお、上記実施例では難溶性塩を生成せし
める薬剤として硝酸ランタン、硫酸ランタンおよび硝酸
セリウムを使用したが、これら以外に、ランタノイド系
元素のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩など炭酸塩と反応
して難溶性炭酸塩を生成せしめる薬剤を使用することが
できる。
【0048】また、本法は、廃液を乾燥して有機物で固
化される他のプロセス、例えばアスファルト固化にも同
様に適用できることが容易に想像される。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、固化処理した放射性廃
棄物固化体は最終処分された後で水と接触するような事
態が生じても、廃棄物固化体中の超寿命核種であるC−
14やα核種は水相に移行せずにほとんどが固化体中に残
留するので、環境安全のうえで好ましい。しかも、これ
はプラスチック固化またはペレット固化であるので、減
容性も優れている。すなわち、本発明は環境安全性も減
容性も共に満足し得る放射性廃棄物の固化処理方法であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法の一
実施例を示す工程図。
【符号の説明】
1…濃縮廃液、2,3…pH調整、4…プラスチック固
化。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21F 9/06 G21F 9/10 G21F 9/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射性濃縮廃液中にアルカリを添加して
    該廃液のpHを10以上に調整したのち、ランタノイド元
    素のハロゲン化物、硝酸塩もしくは硫酸塩などのランタ
    ノイド系化合物を加えて前記廃液を中和し、この中和し
    た廃液に再びアルカリを添加して前記廃液のpHを9以
    上に調整し、次にこの廃液を乾燥処理して粉体化し、こ
    の粉体を有機物バインダによりペレット固化またはプラ
    スチック固化することを特徴とする放射性廃棄物の固化
    処理方法。
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