JP4085520B2 - 劣化uf6の処理設備及びその処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、劣化UF6をU3O8に転換して処理する劣化UF6の処理設備及びその処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ウラン濃縮工場において残留する劣化UF6の量はUF6原料の90%近くに達しており、その大部分が円筒状の密閉型貯蔵容器であるUF6シリンダに充填して貯蔵している。しかし、用途のないこの物質はほとんど永久的に貯蔵されねばならず、これらの大量貯蔵は容器の長期間にわたる耐腐食性等の管理面の問題の他に、UF6の形態で貯蔵すると膨大な量のフッ素資源が死蔵するという資源的経済的な欠点がある。
この点を解消するために、本出願人はウランの濃縮工場で天然ウランあるいは回収ウランから製造されたUF6を原料としてU235を濃縮する際に多量に残留するU235濃度の低い劣化UF6を乾式気相反応法によりU3O8に転換する劣化UF6の処理方法を提案した(特開平11−79749)。この劣化UF6の処理方法では、同時に副生する無水のフッ化水素を濃硫酸により抽出蒸留して無水のフッ化水素と希硫酸とに分離してこの希硫酸を更に蒸留濃縮して低濃度のフッ化水素水と濃縮硫酸とに分離し、この濃縮硫酸を抽出蒸留の濃硫酸として使用するとともに、その低濃度のフッ化水素水を更に蒸留して共沸組成のフッ化水素水とフッ素を僅かに含む水とに分離してその共沸組成のフッ化水素水を抽出蒸留工程における希薄なフッ化水素水に混合することにより、フッ化水素の回収率を向上させ原子力施設内で再循環させるものである。
【0003】
しかし、上述した劣化UF6の処理方法で副生するフッ化水素を原子力施設内で再循環させるには、2基の蒸留塔と1基の濃縮塔が必要であるため、既存の原子力施設において再循環させるためには、その再循環に関連する施設を追加して設ける必要があるとともに、既存の原子力設備では無水フッ酸の需要と供給のバランスが一致しないといった不具合がある。このため、劣化UF6をU3O8に転換する際に副生するフッ化水素においても容易に再利用されうる形態で回収し及び保存することが望まれている。
一般にフッ素を回収及び保存する方法としてフッ素をカルシウムに固定させ、フッ化カルシウムとして保存する方法が知られており、本出願人はフッ化水素を主成分とする溶液と粒状の炭酸カルシウムとを接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成回収方法及びその装置を提案した(特開平10−330113)。この装置はフッ化水素濃度が10〜60%の溶液を貯留する貯留槽と、貯留槽に貯留された溶液を0〜5℃に冷却する第1冷却装置と、貯留槽から供給される0〜5℃の溶液に粒状の炭酸カルシウムを添加して粒状のフッ化カルシウムを含む溶液を生成する反応槽と、粒状のフッ化カルシウムを含む溶液を固液分離する固液分離装置とを備えるものである。この方法では第1冷却装置により溶液を0〜5℃に冷却してフッ化カルシウムを生成することによりフッ素を高い回収率で回収することができるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特開平10−330113号公報に示される装置を使用して劣化UF6をU3O8に転換する際に副生するフッ化水素をフッ化カルシウムとして回収するためには、UF6をU3O8に転換する際にガスとして副生したフッ化水素を一旦その濃度が10〜60%のフッ化水素水の状態に転換する必要がある。このため、その転換に係る装置が別途必要になる不具合がある。また、上記従来の方法ではUF6をU3O8に転換すると同時に副生するフッ化水素を回収できなければ、その回収作業が複雑化する問題点もある。更に、フッ化水素を回収したフッ化カルシウムが微粉化し易い欠点もある。
本発明の目的は、設備及び工程を簡素化しかつ回収したフッ化カルシウムの微粉化を防止しうる劣化UF6の処理設備及びその処理方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1に示すように、劣化UF6に水蒸気を作用させてUO2F2とフッ化水素とを生成可能に構成された第1流動層反応装置11と、そのUO2F2に更に水蒸気を作用させてU3O8とフッ化水素と酸素とを生成可能に構成された第2流動層反応装置12とを有する劣化UF6の処理設備の改良である。
その特徴ある構成は、第1及び第2流動層反応装置11,12により生成されるフッ化水素を150〜300℃に冷却するガス冷却器16と、このガス冷却器16により150〜300℃に冷却されたフッ化水素を通過可能に粒状の炭酸カルシウム13aが充填され通過するフッ化水素を粒状の炭酸カルシウム13aと接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成可能なフッ素固定装置13とを備えたところにある。
この請求項1に係る設備では、第1及び第2流動層反応装置11,12により生成されるガス状のフッ化水素を直接フッ素固定装置13に導き、そのフッ素固定装置13おいて炭酸カルシウム13aと接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成することによりUF6をU3O8に転換すると同時に副生するフッ化水素を回収する。
【0006】
フッ素固定装置13に充填される炭酸カルシウム13aの粒度は350〜800μmであることが好ましい。粒度が350μm未満であるとフッ化水素の通過が阻害され、粒度が800μmを越えると炭酸カルシウム13a全体の表面積が減少して生成されるフッ化カルシウムの量が減少する。
フッ素固定装置13は、例えば炭酸カルシウム13aが収容された複数の筒体を相互に移動可能に円形に配設し、その内の1又は2の筒体にフッ化水素を通過させて炭酸カルシウム13aをフッ化カルシウムに転換し、フッ化カルシウムに転換した筒体を移動することにより別の新たな筒体に交換してフッ化水素を更に通過させることができるように構成することが好ましい。このように炭酸カルシウム13aを容易に交換できるフッ素固定装置13であれば、劣化UF6の連続処理が可能になる。
【0007】
請求項2に係る発明は、劣化UF6に水蒸気を230〜280℃で作用させてUO2F2とフッ化水素とを生成させ、そのUO2F2に更に水蒸気を600〜700℃で作用させてU3O8とフッ化水素と酸素とを生成させる乾式気相反応工程と、その乾式気相反応工程により生成されるフッ化水素を150〜300℃で粒状の炭酸カルシウム13aと接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成するフッ素固定化工程とを含む劣化UF6の処理方法である。
この請求項2に係る方法では、反応温度を230〜280℃に制御して、劣化UF6に水蒸気を作用させることにより、平均粒径が100〜250μm、かさ密度が3.5g/cm3以上のUO2F2とフッ化水素が生成し、反応温度を600℃以上に制御して、こうした性状のUO2F2に更に水蒸気を作用させることによりU3O8とフッ化水素と酸素が生成する。生成されたU3O8は平均粒径がほぼ同様で、かさ密度が約一割増加し、流動性に富み取扱いが容易なU3O8になり、その貯蔵効率を向上する。
【0008】
乾式気相反応工程により生成されるフッ化水素を沸点以上の150〜300℃に維持してガスの状態で直接粒状の炭酸カルシウム13aと接触させることにより、生成されるフッ化カルシウムの粒子崩れは防止され、フッ化カルシウムの粒状状態が維持される結果、フッ素が固定されたそのフッ化カルシウムの取扱いが容易になる。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明であって、フッ素固定化工程において生じる希薄なフッ化水素水を乾式気相反応工程における水蒸気として使用する劣化UF6の処理方法である。
この請求項3に係る方法では、フッ素固定化工程において生成される希薄なフッ化水素水を乾式気相反応工程における水蒸気として使用することにより、二次廃水の発生量を低減させる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1に示すように、本発明の劣化UF6の処理設備は、劣化UF6に水蒸気を作用させてUO2F2とフッ化水素とを生成させる第1流動層反応装置11と、UO2F2に更に水蒸気を作用させてU3O8とフッ化水素と酸素とを生成させる第2流動層反応装置12と、その第1及び第2流動層反応装置11,12により生成されるフッ化水素を炭酸カルシウム13aと接触させるフッ素固定装置13とを備える。この第1及び第2流動層反応装置11,12はそれぞれ複数の室を有する平板型流動層反応装置であり、平板型流動層反応装置を使用することにより装置の専有面積が増大することを防止する。この例における平板型流動層反応装置は、流動層内部を縦に配設された1又は2以上の仕切板11a,12aにより複数の室に仕切った流動層反応装置であって、仕切板11a,12aにより仕切られた複数の室の上部にはそれぞれ固気分離フィルタ11b,12bが設けられる。第1及び第2流動層反応装置11,12には図示しないヒータが設けられ、それぞれの流動層11,12の内部の反応温度を調整可能に構成され、第1及び第2流動層反応装置11,12の下部から導入される水蒸気は蒸気発生装置15により作られる。
【0010】
フッ素固定装置13は、粒状の炭酸カルシウム13aが充填された縦長の複数の筒体を有し、それぞれの筒体の下部にはガスの導入口13cが設けられ、上部に充填した炭酸カルシウム13aの間を通過したガスの排出口13dが設けられる。筒体内部には排ガスの流通可能であって粒体である炭酸カルシウム13aが流通不能な多数の孔が形成された一対の仕切板13b,13bが上部及び下部に設けられ、炭酸カルシウム13aはこの一対の仕切板13b,13bの間に充填される。図示しないが、複数の筒体を相互に移動可能に円形に配設され、フッ化水素はその内の2つの筒体に充填された炭酸カルシウム13aに接触される。具体的に、第1の筒体の導入口13cは第1及び第2流動層反応装置11,12に第1配管14を介して接続され、第1配管にはガス冷却器16が設けられる。第1の筒体の排出口13dには第2の筒体の導入口13cが接続され、その第2の筒体の排出口13dは凝縮器17に第2配管18を介して接続される。フッ素固定装置13は、第1及び第2流動層反応装置11,12により生成されるガス状のフッ化水素を第1及び第2の筒体に充填された粒状の炭酸カルシウム13aと順次接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成可能に構成され、その筒体を移動することにより別の新たな筒体に交換してフッ化水素を更に通過させることができるように構成される。
【0011】
次に、このように構成された設備を使用した本発明の劣化UF6の処理方法を説明する。
<乾式気相反応工程>
劣化UF6に水蒸気を作用させる際の第1流動層反応装置11の反応温度は図示しないヒータにより230〜280℃に制御され、UO2F2に更に水蒸気を作用させる第2流動層反応装置12の反応温度は600〜700℃に制御される。230〜280℃に制御して第1流動層反応装置11により劣化UF6に水蒸気を作用させると、平均粒径が100〜250μm、かさ密度が3.5g/cm3以上のUO2F2とフッ化水素が生成する。第1流動層反装置11の反応温度が230℃未満であると粉体物性が悪化する場合があり、280℃を越えるとかさ密度が若干低下する不具合がある。第1流動層反応装置11の特に好ましい反応温度は180〜260℃である。
【0012】
次に、600〜700℃に制御された第2流動層反応装置12によりこの性状のUO2F2に更に水蒸気を作用させることによりU3O8とフッ化水素と酸素が生成し、回収されたU3O8粉末はその後の長期保存のために貯蔵容器19に受容される。このようにUF6を処理することにより平均粒径が流動性に富み取扱いが容易な100〜250μm、かさ密度が貯蔵効率を向上可能な3.5g/cm3以上のU3O8を得ることが可能になる。第2流動層反応装置11の反応温度が600℃未満であると反応率が低下する不具合があり、700℃を越えると装置が腐食する不具合がある。特に好ましい反応温度は600〜650℃である。
【0013】
<フッ素固定化工程>
第1流動層反応装置11から副生するフッ化水素、及び第2流動層反応装置12から副生するフッ化水素は第1配管14を介してフッ素固定装置13に案内される。この第1配管内部を流通するフッ化水素は、ガス冷却器16により150〜300℃に制御される。150〜300℃に制御されたフッ化水素は、第1及び第2の筒体のガス導入口13cから下側の仕切板13bを通過して粒状の炭酸カルシウム13a間に進入する。この炭酸カルシウム13a間においてフッ化水素は炭酸カルシウム13aと反応してフッ化カルシウムとなりフッ化水素が捕集される。フッ化水素の反応温度が150℃未満であると一部凝縮する場合があり、300℃を越えると生成されるフッ化カルシウムの粒度が細かくなる不具合がある。フッ化水素の特に好ましい反応温度は200〜250℃である。なお、フッ化水素が捕集されたガスは第2の筒体の上側の仕切板13bを通過して排出口13dから排出される。
【0014】
排出口13dを介して排出されたガスは第2配管18を介して凝縮器17に送られる。この凝縮器17により液化され回収された希薄なフッ化水素水は、その後の利用のために一時的に保管容器17aに受容される。保管容器17aに受容されたフッ化水素水はフッ素分の含有率が非常に少なく、蒸気発生装置15における腐食を無視でき、第1及び第2流動層反応装置11,12における反応特性に影響を与えることがないため、その後蒸気発生装置15に送られて乾式気相反応工程における水蒸気として使用される。
【0015】
【実施例】
<実施例1>
フッ化水素をフッ素固定装置13により処理した。具体的には、粒度が350μmの炭酸カルシウム13aを第1及び第2の筒体にそれぞれ10kg充填した。フッ化水素をガス冷却器16により200℃に制御した後、2000リットル/時間の速度で供給してフッ素固定を行った。第2の筒体から排出されたガスを凝縮器17で凝縮回収することにより得られた希薄なフッ化水素水は2.5リットル/時間であり、フッ素濃度を測定したところ800ppmであった。30分経過後フッ化水素の供給を止めて炭酸カルシウムが転換したフッ化カルシウムを回収した。
【0016】
<比較例1>
フッ化水素を従来技術で説明した特開平10−330113号公報に示される装置により処理した。具体的には、フッ化水素濃度が50%の1リットルからなる溶液を30℃にコントロールして粒度が350μmの粒状の炭酸カルシウムを1.3kg添加し、粒状のフッ化カルシウムを含む溶液を生成した後、固液分離してフッ化カルシウムを回収した。
<評価>
実施例1及び比較例1により回収されたフッ化カルシウムの純度、フッ化水素の転換率の純度、凝縮器で凝縮されたフッ化水素水の濃度、及び生成したフッ化カルシウムの粒度をそれぞれ測定した。この結果を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
表1から明らかなように、実施例1及び比較例1の双方とも比較的高い純度のフッ化カルシウムを得ているが、フッ素分の転換率は実施例1の方が比較例1より高い割合で転換されていることが判る。これは実施例1ではフッ化水素をガスの状態で直接フッ素固定装置に導いていることに起因しているものと考えられる。
また、実施例1における反応後のフッ化水素水の濃度は800ppmであることから、この希薄なフッ化水素水を乾式気相反応工程における水蒸気として使用しても、水蒸気発生装置15における腐食を無視でき、第1及び第2流動層反応装置11、12における反応特性に影響を与えないことが判る。
更に、微粉化することにより生じた100μm以下フッ化カルシウムの割合が比較例1では15%未満であったのに対して、実施例1では5%未満であった。従って、実施例1は比較例1よりフッ化カルシウムの微粉化を抑制しうることが判る。
【0019】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ガス冷却器により冷却されたフッ化水素を粒状の炭酸カルシウムと接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成可能なフッ素固定装置を備えたので、フッ化水素をガスの状態で直接フッ素固定装置に導き、ガスの状態のフッ化水素を炭酸カルシウムと接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成することができる。このため、従来必要とされた蒸留塔及び濃縮塔、又はガス状のフッ化水素を水溶液の状態に転換する装置及びその溶液を貯留する貯留槽等の装置が不要になり、劣化UF6の処理設備自体を簡素化することができる。
【0020】
また、本発明では第1及び第2流動層反応装置により生成されるフッ化水素を150〜300℃に冷却するガス冷却器を備えたので、第1及び第2流動層反応装置により生成されるフッ化水素を直接フッ素固定装置に導くことができる。このため、劣化UF6の処理工程を簡素化することができ、フッ化水素を150〜300℃の状態で炭酸カルシウムと接触させることによりフッ化カルシウムの粒子崩れを防止することができる。この結果、フッ化カルシウムの粒状状態が維持され、フッ素が固定されたそのフッ化カルシウムのその後の取扱いを容易にすることもできる。
更に、フッ素固定化工程において生成される希薄なフッ化水素水を乾式気相反応工程における水蒸気として使用すれば、二次廃水の発生量を低減させることができ、処理設備を従来より縮小させて安価に劣化UF6を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の処理方法及びその設備の系統図。
【符号の説明】
11 第1流動層反応装置
12 第2流動層反応装置
13 フッ素固定装置
13a 炭酸カルシウム
16 ガス冷却器
Claims (3)
- 劣化UF6に水蒸気を作用させてUO2F2とフッ化水素とを生成可能に構成された第1流動層反応装置(11)と、前記UO2F2に更に水蒸気を作用させてU3O8とフッ化水素と酸素とを生成可能に構成された第2流動層反応装置(12)とを有する劣化UF6の処理設備において、
前記第1及び第2流動層反応装置(11、12)により生成されたフッ化水素を150〜300℃に冷却するガス冷却器(16)と、
前記ガス冷却器(16)により150〜300℃に冷却されたフッ化水素を通過可能に粒状の炭酸カルシウム(13a)が充填され通過する前記フッ化水素を前記粒状の炭酸カルシウム(13a)と接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成可能なフッ素固定装置(13)と
を備えたことを特徴とする劣化UF6の処理設備。 - 劣化UF6に水蒸気を230〜280℃で作用させてUO2F2とフッ化水素とを生成させ前記UO2F2に更に水蒸気を600〜700℃で作用させてU3O8とフッ化水素と酸素とを生成させる乾式気相反応工程と、
前記乾式気相反応工程により生成されるフッ化水素を150〜300℃で粒状の炭酸カルシウム(13a)と接触させて粒状のフッ化カルシウムを生成するフッ素固定化工程と
を含む劣化UF6の処理方法。 - フッ素固定化工程において生じる希薄なフッ化水素水を乾式気相反応工程における水蒸気として使用する請求項2記載の劣化UF6の処理方法。
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