JP3245118B2 - 放射性Na含有塩からの非放射性Na回収法 - Google Patents

放射性Na含有塩からの非放射性Na回収法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射性廃液の処理
等に適した放射性Na含有塩からの非放射性Na回収法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】原子力発電所や核燃料再処理施設等から
は、NaNO3、Na2SO4、NaCl等のNa含有塩
を主成分とする放射性廃液が発生するが、従来これらは
セメント、アスファルト、プラスチック等と混練して固
化し、処分されてきた。しかしこの処分方法は増量とな
るだけでなく、処分場の地下水によりNa含有塩が溶出
し、それに伴い含有される放射性核種も溶出して環境汚
染となるうえ、Na含有塩が溶出することにより固化体
は空洞化して崩壊し、処分場の陥没などにつながるおそ
れがあり、処分施設の高コスト化を招いている。そこで
これらの放射性Na含有塩を非放射性のNaと酸とに分
解することによりリサイクルを図ったり、放射性廃棄物
の減容を図る試みがなされている。
【0003】従来のNa含有塩からのNa回収法の代表
的なものとしては、イオン交換膜電気分解法や、バイポ
ーラ膜電気透析法がある。これはイオン交換膜を使用し
て電気分解し、酸と水酸化ナトリウムを回収する方法で
ある。しかしこの方法ではNaイオンのみが回収される
わけではなく、陽イオンは全て水酸化ナトリウム液に移
行するため、高純度のNaのみを回収することは難し
く、微量の放射性物質がNa側に混入したり、不純物が
混入する可能性があった。また、イオン交換膜の特性か
ら高濃度の酸とアルカリを回収することは困難で、電解
の後に濃縮する必要がある。さらには電流効率が低いと
いう欠点があった。
【0004】そこで本発明者等は、図に示すように電
解槽1にβアルミナ等のNa伝導性隔壁2を設け、陽極
室液をNa含有塩の溶融塩、陰極室液を溶融NaOHと
し、陽極3と陰極4間に直流電流を通電して電解するこ
とにより、NaイオンのみをNa伝導性隔壁2を介して
陰極側に移動させる方法を先に発明し、特許出願済みで
ある。
【0005】ところがこの方法には次のような問題があ
った。 βアルミナの寿命延長や電極、電解槽材料選
択の観点から溶融塩の温度に制限があり、添加物を加え
て溶融塩の融点を降下させる必要がある。例えばNaC
lの融点は800℃であるが、ZnCl2を添加すると
融点を250℃まで降下させることができる。しかしこ
のような添加物によって回収されたNaに不純物が入っ
たり、βアルミナの寿命を低下させたり、電解槽1や電
極材料の寿命を縮めるおそれがある。また、これらの添
加剤は二次廃棄物になるという欠点がある。 溶融N
aOHは融点が302℃であり操作温度としては350
℃程度が必要となる。しかしこのような高温の溶融Na
OHは腐食性が強く、シール材の寿命が短い。このた
め、テフロン等の耐熱性のシール材を用いても短期間に
腐食されてしまう。 回収されたNaをNaOH水溶
液としたい場合にも、溶融NaOHが高温であるために
水溶液を直接作ることができず、溶融NaOHを水に溶
かすための余分の装置が必要となる。 Na含有廃液
は水溶液であり、溶融塩電解するには乾燥し溶融する必
要があるが、加熱装置が必要でエネルギーがかかること
以外に、廃液の中の不純物によっては爆発などの危険性
も無しとは言えず、安全対策のコストがかかる欠点もあ
る。例えば硝酸ソーダ廃液にNH4NO3や有機酸が相当
量混入した場合にこのようなことが懸念される。 ま
た溶融塩の電解残査は放射能や不純物が濃縮されてお
り、その処理には水を加え水溶液にした方がやりやすい
場合が多く、前項と合わせて水溶液状態で電解したいと
いうニーズがあるが、このニーズに対応できない。
【0006】なお、陽極室液をNa含有塩の水溶液とし
て上記の温度の問題を回避することも考えられるが、水
溶液は80℃以下の低温で操作する必要あるためにβア
ルミナ等のNa伝導性隔壁のイオン伝導度が低く、電力
原単位が高くなり装置も大型化する欠点がある。しかも
Na伝導性隔壁は水と接触すると陽極で発生するヒドロ
ニウムイオンのため寿命が著しく低下する欠点があるの
で、この方法は実用的ではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、装置の寿命を低下させたりシール材
を腐食させることなく、放射性Na含有塩から高純度の
Naのみを確実に回収することができる放射性Na含有
塩からの非放射性Na回収法を提供するためになされた
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた請求項1の発明は、電解槽にNa伝導性隔
壁を設け、その陽極室液を放射性Na含有塩の溶融塩と
し、陰極室液を低融点合金として電解することによりN
aを陰極側に移動させて低融点合金に含有させ、その後
に低融点合金から非放射性Naを分離回収することを特
徴とするものである。また請求項2の発明は、、陽極室
液を放射性Na含有塩の水溶液とし、陰極室液を低融点
合金として電解することによりNaを陰極側に移動させ
て低融点合金に含有させ、次にNa伝導性隔壁を備えた
第2の電解槽においてこの低融点合金を陽極室液として
電解を行い、非放射性Naを分離回収することを特徴と
するものである。
【0009】本発明では、電解槽の陰極室液を低融点合
金として放射性Na含有塩の電解を行うようにしたの
で、図に示した従来法のように陰極室液として溶融N
aOHを循環させる必要がなく、溶融NaOHによるシ
ール材の腐食の問題を回避することができる。また、本
発明ではNa伝導性隔壁を用いて純粋なNaのみを分離
することができるので、放射性Na含有塩から高純度の
非放射性Naのみを確実に回収することができる。なお
低融点合金としては、カセイソーダ溶融塩を回収できる
融点350℃以下の金属もしくは合金を用いることがで
きるが、特にGa,Bi−In,Bi−Pb−In,B
i−Pb−Cd−In,Bi−Pb−Cd−Sn,Bi
−Pb−Cd−Sn−In等の融点が100℃以下の金
属または合金を用いることが好ましい。以下に各発明の
好ましい実施形態を示す。
【0010】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態・・請求項1の
発明) 図1は請求項1の発明の実施形態を示す図であり、1は
電解槽、2はβアルミナ等のNa伝導性隔壁である。陽
極室液は放射性Na含有塩の溶融塩であり、前記したよ
うに例えば核燃料再処理施設等から排出されたNaNO
3を主成分とする放射性廃液である。この実施形態では
KNO3を加えることにより融点を221℃程度まで下
げたNaNO3−KNO3が陽極室に供給される。
【0011】一方、陰極室液としては低融点合金が用い
られる。低融点合金の中でも、特に融点が100℃以下
でありしかも毒性のないBi−In,Bi−Pb−I
n,Bi−Pb−Cd−In,Bi−Pb−Cd−S
n,Bi−Pb−Cd−Sn−In,Gaの何れかを用
いることが好ましい。これらの低融点合金を陰極室液と
して用いれば低温で電解が可能である。この実施形態で
は、融点が70℃のBi−In合金を使用し、電解槽1
内を250℃に保ちながら陽極3と陰極4とに直流電流
を通電し、電解を行った。
【0012】この結果、陽極室液である放射性Na含有
塩の溶融塩中のNaはNa伝導性隔壁2を透過して陰極
室側に移動し、陰極室液である低融点合金中に溶け込む
が、Na以外の元素はNa伝導性隔壁2を透過できない
ため、陽極室液は次第に濃縮されて行く。この陽極室液
は放射性物質が十分に濃縮された段階で、固化等の手段
により処理される。
【0013】第1の実施形態では、Naが溶け込んだ低
融点合金は陽極室から取り出され、熱交換器5で冷却さ
れたうえで約80℃で水槽6に投入される。Naは水と
反応してNaOH水溶液となり取り出される。このNa
OHには放射性物質が全く含まれないので、一般的な工
業用原料として使用することができる。またNaがなく
なった低融点合金は比重差により水槽6の底部に沈殿す
るので、図示しないポンプにより抜き出し、熱交換器5
で加熱したうえで陰極室に戻せばよい。この低融点合金
自体は性状が変化しないため、何度でも循環させて使用
することが可能である。
【0014】請求項1の発明によれば、従来のように陰
極室液として溶融NaOHを循環させる必要がないた
め、溶融NaOHによるシールの腐食の問題を回避する
ことができる。また溶融NaOHを循環させる場合には
循環性を高めるために350℃位の高温にしないと運転
が行えず、βアルミナ等のNa伝導性隔壁2の寿命を低
下させていたが、本発明によれば実施形態のように25
0℃まで温度を下げることができ、Na伝導性隔壁2の
寿命を延長させることができる。
【0015】(第2の実施形態・・請求項1の発明) 図2は請求項1の発明の第2の実施形態を示す図であ
る。この実施形態では、Naが溶け込んだ低融点合金は
陽極室から取り出され、高温のまま水添加槽7に投入さ
れる。この水添加槽7では低融点合金中のNaと反応す
るに必要なだけの水が添加され、溶融NaOHが生成さ
れる。この実施形態では溶融NaOHが生成されるが、
従来のように溶融NaOHを循環させる訳ではないの
で、シール性等の問題はない。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】(第の実施形態・・請求項の発明) 図は、請求項の発明の実施形態を示す図である。請
求項の発明では電解槽1の陽極室液を放射性Na含有
塩の水溶液とし、陰極室液を低融点合金として80℃程
度の低温で電解を行う。低融点合金の種類によっては電
流効率は必ずしも高くはないが(但し、Hgの場合には
高効率)、材料面での制約がなくプロセスが簡単であ
り、機器が単純となる。第の実施形態では、放射性
a及び不純物を含んだ低融点合金を第2の電解槽11の
陽極室液とし、陰極室液をNaOH水溶液として陽極1
3と陰極14とに直流電流を通電して電解を行い、Na
伝導性隔壁12を介してNaのみを陰極側に移動させ、
NaOH水溶液として取り出す。第2の電解槽11内の
低融点合金は熱交換器5を経由して電解槽1に循環され
る。この実施形態では低温(80℃)のためにNa伝導
性隔壁12の伝導率が低く電力原単位が高くなるが、陽
極液に水がないためNa伝導性隔壁12の寿命が低下す
ることはない。またプロセスが簡単になるという利点が
ある。
【0021】(第の実施形態・・請求項の発明) 図は、請求項の発明の他の実施形態を示す図であ
る。この実施形態では、低融点合金と放射性Na含有塩
の水溶液とが収納された電解槽1の内部に、Na伝導性
隔壁12が設置されている。ただしNa伝導性隔壁12
は水溶液と接しないように常に低融点合金中に浸漬され
ており、その上部にはNa含有塩の水溶液に対して耐性
のあるアルファアルミナなどの電気絶縁性材料等の筒1
5が気密に接合されている。放射性Na含有塩の水溶液
中のNaは電解により低融点合金に移動し、次にこの低
融点合金を陽極室液とした電解を行うことによりNa伝
導性隔壁12を通過してNaOH水溶液中に移動する。
この第の実施形態によれば、Na含有塩の水溶液に対
する耐性の良くないNa伝導性隔壁12を保護し、長持
ちさせることが利点がある。
【0022】(第の実施形態・・請求項の発明) 図は、請求項の発明の他の実施形態を示す図であ
る。この実施形態では電解槽1の陰極室から取り出され
た低融点合金を熱交換器5によりNaの融点以上の任意
の温度にまで加熱し、第2の電解槽11の陽極室液とす
る。そしてNa伝導性隔壁12を介してNaのみを陰極
側に移動させ、金属Naとして取り出す。この方法によ
れば、任意の温度でNaを回収することができる。
【0023】(第の実施形態・・請求項の発明) 図は、請求項の発明の他の実施形態を示す図であ
る。この実施形態では電解槽1の陰極室から取り出され
た低融点合金を第2の電解槽11の陽極室液とする。そ
して第2の電解槽11の陰極室液をも低融点合金とし、
Na伝導性隔壁12を介して放射性物質が全く含まれな
いNaを第2の電解槽11の陰極室液である低融点合金
に移動させる。そしてこの低融点合金を水槽6又は水添
加槽7に導き、NaOHとして回収する。この方法はN
a伝導性隔壁12を使用する温度を任意に選ぶことがで
きるため、イオン伝導性がよく、しかもNa伝導性隔壁
12やシール材の寿命が長く取れる温度条件で運転でき
る利点がある。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
装置の寿命を低下させたりシール材を腐食させることな
く、放射性Na含有塩から高純度の非放射性Naのみを
確実に回収することができる。このため本発明は特に放
射性廃液の処理等に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態を示す断面図である。
【図2】第2の実施形態を示す断面図である。
【図3】第3の実施形態を示す断面図である。
【図4】第4の実施形態を示す断面図である。
【図5】第5の実施形態を示す断面図である。
【図6】第6の実施形態を示す断面図である。
【図7】先願の方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 電解槽、2 Na伝導性隔壁、3 陽極、4 陰
極、5 熱交換器、6水槽、7 水添加槽、11 第2
の電解槽、12 Na伝導性隔壁、13 陽極、14
陰極、15 筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小畑 政道 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日本碍子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−17578(JP,A) 特開 昭54−60276(JP,A) 特公 昭50−8682(JP,B1) 特公 昭50−10683(JP,B1) 特公 昭48−43521(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25C 1/00 - 7/08 G21F 9/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解槽にNa伝導性隔壁を設け、その陽
    極室液を放射性Na含有塩の溶融塩とし、陰極室液を低
    融点合金として電解することによりNaを陰極側に移動
    させて低融点合金に含有させ、その後に低融点合金から
    非放射性Naを分離回収することを特徴とする放射性
    a含有塩からの非放射性Na回収法。
  2. 【請求項2】 陽極室液を放射性Na含有塩の水溶液と
    し、陰極室液を低融点合金として電解することによりN
    aを陰極側に移動させて低融点合金に含有させ、次にN
    a伝導性隔壁を備えた第2の電解槽においてこの低融点
    合金を陽極室液として電解を行い、非放射性Naを分離
    回収することを特徴とする放射性Na含有塩からの非放
    射性Na回収法。
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